冷轧压下率及初始高斯晶粒取向度对超薄取向硅钢织构演变与磁性能的影响

以不同高斯取向度的取向硅钢成品板为初始原料,采用一次冷轧法制备0.06~0.12mm厚的取向硅钢薄带。利用EBSD取向成像技术研究冷轧压下率以及初始高斯晶粒取向度对超薄取向硅钢织构演变与磁性能的影响。结果表明:随着冷轧压下率增大和厚度减小,退火后再结晶织构增强,当压下率为70%时,再结晶织构中RD∥〈001〉织构最锋锐,磁性能最佳;初始样品高斯取向度越高,制备的薄带样品磁性能越好;因此,生产高性能的取向硅钢薄带应选用初始高斯晶粒取向度较高的成品板。

升温速率对冷轧超薄取向硅钢再结晶行为的影响

利用EBSD技术对比分析了升温速率对冷轧超薄取向硅钢再结晶行为的影响。结果表明,冷轧超薄带中再结晶形核位置、再结晶织构类型受升温速率的影响不大,主要取决于形变组织;剪切带、{111}〈112〉取向晶粒晶界、形变带和形变不均匀区均为再结晶的形核位置,剪切带的再结晶形核优势更为明显;再结晶晶粒取向以Goss({110}〈001〉)取向为主,同时存在{210}〈001〉、{310}〈001〉以及一定比例的杂乱取向。然而,升温速率显著影响Goss织构的强度及退火样品的组织均匀性;慢速升温条件下,Goss织构比例和锋锐度降低,说明回复导致不同织构的形变组织储存能差异减小,降低了Goss取向的形核优势;快速升温条件下,剪切带内的Goss晶核具有更大的形核优势,吞并临近的形变组织完成再结晶,形成更强和锋锐的Goss织构。此外,快速升温可提高再结晶完成后的组织均匀性、降低平均晶粒尺寸。

特高压直流换流阀饱和电抗器用超薄取向硅钢涂层制备与性能评估

饱和电抗器是保护特高压直流换流阀中晶闸管的核心设备,而超薄取向硅钢是制造饱和电抗器铁心的关键材料。本研究以磷酸铝、纳米硅酸铝以及铬酸酐为主要原料,制备了一种超薄取向硅钢表面无机绝缘涂层;利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)分别对涂层形貌与成分进行了表征与分析,并定量分析了涂层厚度与降损率之间的关系;采用任意波形磁场激励测量系统研究了超薄取向硅钢在不同频率、拉应力、谐波次数/含量/相位差条件下的磁性能、磁致伸缩及噪声特性。结果表明:在700℃/20 s最优烧结固化工艺下,涂层附着性为A级、绝缘电阻系数达22.5Ω·cm 2/片;建立了铁损降低率ΔP与涂层厚度δ之间的数学方程,自变量δ的有效取值区间确定为0.3~1.5 mm;得到薄带在50 Hz^10 kHz频率,5次、7次、9次、11次谐波及0°、90°、180°相位差条件下的损耗变化规律;外加拉应力从0 MPa增加至20 MPa过程中,带材的磁致伸缩系数(λp-p)和噪声(L vA)先下降后上升,在4~5 MPa拉应力条件下λp-p和L vA达到最低点。本工作研制的超薄取向硅钢涂层和磁性能关键指标满足特高压工程应用要求,研究结果可支撑饱和电抗器铁心结构设计与加工工艺优化,推动高品质超薄取向硅钢带材国产化。

超薄取向硅钢组织及织构与磁性能的关系

本工作旨在探讨超薄取向硅钢组织及织构与磁性能的关系,并从加工工艺角度揭示如何减少不利于磁性能的组织和织构的产生。利用电子背散射衍射(EBSD)技术和X射线衍射(XRD)技术对两种磁性能不同的商业超薄取向硅钢带材的显微组织和织构进行对比分析,结果发现,二者组织、织构差异均比较明显。磁性能差的带材样品的组织尺寸不一,均匀性较差,η线织构(〈100〉//RD)所占比例偏低,非η线取向晶粒所占比例高且晶粒尺寸大,其取向特征主要表现为{210}〈001〉、{411}〈148〉及{111}〈110〉。这些不利组织的产生可能与轧制、退火工艺控制不当有关。因此,晶粒尺寸及η线取向晶粒所占比例的不同是造成两种带材性能差异的主要原因,在高性能取向硅钢超薄带材制备过程中,应精准控制轧制、退火制度等相关工艺,以避免非η线取向晶粒形成、长大。

母材晶粒取向对超薄取向硅钢织构演化的影响

针对超薄取向硅钢制备过程中不同初始取向晶粒在冷轧及退火过程中取向和显微组织演化规律的差异性,系统研究了母材中主要存在的3类偏离标准Goss取向不同程度的Goss晶粒冷轧和退火行为。结果表明,Ⅰ型-准确Goss取向(偏差角小于3°)晶粒在冷轧过程形成锋锐的{111}<112>织构和丰富的形变带及剪切带,剪切带和形变带内均存在少量Goss取向区域;退火过程中此类区域中Goss取向晶粒优先形核,其中剪切带形核比例较大,最终获得以Goss织构组分为主的(<100>//RD)织构,平均晶粒尺寸相对较小。Ⅱ型-η线型({0kl}<100>,k,l≠1)偏Goss取向(偏差角<10°)晶粒冷轧过程形成{111}<112>和{113}<361>织构,剪切带和形变带内均存在少量η线取向组分,而{113}<361>取向区域无剪切带形成;退火过程中剪切带和形变带内的η线取向晶粒优先形核,而大量不均匀分布的非η线取向形核晶粒存在且长大优势明显,最终获得不均匀的退火组织,且η线取向晶粒占比较低。Ⅲ型-{011}型偏Goss取向(偏差角小于10°)晶粒的形变再结晶行为与Ⅰ型取向晶粒相似,但冷轧过程形成强度相对弱的{111}<112>织构,而再结晶织构呈现沿η线的漫散分布特征;退火过程中η线取向晶粒优先形核同样主要发生在剪切带与形变带内,但是非η取向晶粒形核分布较为均匀且后续长大优势不明显;退火组织中η线取向晶粒占比较高,组织均匀性较好且平均晶粒尺寸相对较大。综合考虑组织织构演变规律,应选择Ⅱ型取向晶粒占比较少、Ⅲ型取向晶粒占比适中的母材制备超薄取向硅钢。

超薄取向硅钢的研究进展

随着特高压直流输电和灵活交流输电的迅猛发展,超薄取向硅钢作为阳极饱和电抗器核心材料发挥着不可替代的作用;同时,随着节能环保的要求不断提高,超薄化成为取向硅钢的重要发展方向。近年来,超薄取向硅钢的制备成为材料冶金领域的研究热点。总结了超薄取向硅钢的制备方法,综述了超薄取向硅钢的研究进展,讨论了超薄取向硅钢磁性能的影响因素,提出了超薄取向硅钢的发展方向,为超薄取向硅钢的未来研发提供了参考依据。

退火温度对超薄取向硅钢织构及磁性能的影响

为了研究中/高频用超薄取向硅钢制备工艺中退火温度对组织、织构及磁性能的影响,以商用0.27mm规格无底层取向硅钢成品板为原料采用初次再结晶法制备了0.08mm厚的超薄取向硅钢。系统研究了800~1000℃温度范围内退火对超薄取向硅钢退火组织、织构及磁性能的影响。结果表明,过渡带中的η取向({0kl}<100>)与相邻形变基体呈大角度取向差晶界,再结晶开始时,η取向组分优先在过渡带边界"弓出"形核;随着退火温度升高,再结晶平均晶粒尺寸增大,{114}<481>等非η取向晶粒尺寸优势愈发明显,η组分体积占比降低,晶粒尺寸均匀性变差;稍低温退火时超薄取向硅钢综合磁性能较好,退火温度为800℃时,磁感应强度B800=1.82T,铁损P(1.5/400)=11.66W/kg,获得本试验条件下最佳综合中频磁性能。

超薄取向硅钢研究进展及发展方向

超薄取向硅钢作为一种应用于中高频工况的重要软磁材料,其研发制备技术受到广泛关注。本文介绍了超薄取向硅钢研究进展,系统综述了原始母材特征因素、轧制方式与速比、冷轧压下率、退火制度和气氛、退火磁场和绝缘涂层等因素对带材组织、织构和性能的影响,提出了超薄取向硅钢研制的关键问题和未来发展方向。

退火工艺参数及母材性能对取向硅钢超薄带磁性能的影响

采用EBSD技术对不同退火工艺处理后的冷轧取向硅钢超薄带样品进行研究,分析退火样品的显微组织、织构与磁性能的关系,讨论母材性能对超薄带性能的影响。结果表明:冷轧超薄带的退火组织均匀、Goss取向度高以及母材磁性能优良均可有效提升磁性能;退火升温速率主要影响晶粒尺寸、Goss取向度及磁性能;再结晶的平均晶粒尺寸改变,会影响最终超薄带的磁感应强度及铁损;在900℃退火5 min以上会明显发生再结晶,10~30 min内退火的超薄带磁性能变化较小,退火15 min获得最佳磁性能。此外,在1000℃及1100℃下退火的时间均不宜超过10 min,否则会恶化磁性能。

盐浴退火过程中取向硅钢超薄带的再结晶行为

以取向硅钢成品板为原料,采用冷轧和一次再结晶法制备了0.08 mm厚的取向硅钢超薄带,退火方式为780℃下的盐浴退火。借助EBSD技术和磁性能测试,研究了退火过程中不同保温时间下取向硅钢退火板中织构的演变规律及磁性能变化。结果显示,冷轧过程中,Goss织构逐渐转变为{111}<112>织构;退火过程中,Goss晶粒优先在变形严重区域和轧板表面处形核,随保温时间的延长,Goss织构和η线织构的含量先增加后减少。当退火条件为780℃×210 s时,取向硅钢退火板中Goss织构和η线织构的体积百分含量达到极大值,分别为76.92%和93.10%,此时其磁性能最佳,B_(8)为1.85 T,P_(1.5/400)为23.74 W/kg。

新能源汽车对无取向硅钢的技术挑战

环保与能源问题对汽车工业的可持续发展提出了严峻的挑战。在不可再生资源日益紧张的情况下,发展新能源汽车可以减少国家石油资源消耗,削减车辆运行阶段大气污染物的排放,对调整能源结构、改善城市空气质量,保障人群健康均有重要意义。新能源汽车是低碳经济的必然选择,代表汽车产业的发展趋势。无取向硅钢是汽车驱动电机的核心材料之一。新能源汽车驱动电机最大转速由每分钟几千转提高到几万转甚至高达20万转,工作频率由50 Hz提高到数百数千赫兹,这就要求材料在高频下必须具有低铁损;驱动电机启动、加速时要有高的扭矩,即材料必须具有高的磁感应强度;还要满足驱动电机反复启动和刹车要求,即材料应具有高强度。因此,新能源汽车用无取向硅钢的硬核指标为“高磁感(High magnetic induction)、高频低铁损(High-frequency low-iron loss)、高强度(High strength)”,简称H^(3)技术。研究表明,普通无取向硅钢铁损值在400 Hz下较工频下增加20倍以上,因此普通无取向硅钢难以用于新能源汽车。本文针对新能源汽车驱动电机H^(3)技术要求,探讨了微细夹杂物、晶粒尺寸、冷轧压下率等参数对无取向硅钢高频磁性能的影响机理及控制策略,阐述了新能源汽车驱动电机用无取向硅钢的最新研究进展与生产现状,提出了制造新能源汽车驱动电机用无取向硅钢的关键科学问题。

不同工艺下取向硅钢超薄带中Goss织构取向分析

采用"初次再结晶法"和"二次再结晶法"制备了0.10 mm和0.05 mm取向硅钢超薄带,研究了两种制备方法下高斯织构形成规律的差异;考察了"初次再结晶法"中退火时间对织构和磁性能的影响;分析了"二次再结晶法"板厚对二次再结晶的影响。结果表明,"初次再结晶法"所形成的高斯织构是单晶高斯取向晶粒的形变再结晶行为,随着退火时间的延长,强偏转立方取向逐渐被高斯取向所取代;采用"二次再结晶法"制备0.05 mm及以下厚度取向硅钢超薄带时,二次再结晶难以发生。