随着新能源汽车、智能电网和可再生能源的快速发展,市场对低铁损硅钢的需求不断增加,厚度减薄是硅钢产品发展的一个趋势,而硅钢厚度的减薄对生产工艺技术提出了更大的挑战。近年来,薄规格硅钢制备与开发成为研究热点。本文综述了薄规格硅钢的生产工艺,其中取向硅钢分为初次再结晶法、二次再结晶法、三次再结晶法以及双辊薄带连铸法;无取向硅钢分为常规工艺法、异步轧制法、双辊薄带连铸法以及平面流铸法。并介绍了薄规格硅钢的生产现状,对薄规格硅钢未来发展方向做出展望,为薄规格硅钢的研发提供参考。

硅钢作为一种功能性材料已广泛应用于电气设备的铁心制造,主要是使用硅钢片的磁性能。近年来,得益于硅钢的研发和生产技术的快速发展,市场上出现了各种工艺不同的硅钢产品。如何识别并挑选合适的硅钢材料制造不同类型的铁心,越来越受到关注。本文讨论了取向硅钢的磁性能,变压器的空载特性与硅钢片磁性能之间的关系,铁心结构对硅钢片服役条件的影响。考虑工况条件下硅钢片表现出的服役性能,分析了温度变化、谐波磁场和直流偏磁对硅钢片和铁心性能的影响。

采用电子背散射技术(EBSD)研究了含铜取向硅钢在不同二次冷轧压下率的显微组织演变,并基于损耗分离模型分析损耗特性。结果表明:脱碳退火试样发生完全再结晶,平均晶粒尺寸约10 μm;冷轧至成品厚度,随着冷轧压下率的增大,形变带宽度逐渐减小,{111}<112>纤维织构取向密度先增强后减弱;当冷轧压下率为62.3 %时,冷轧试样的{111}<112>有利织构取向密度达到7.1,∑3不利晶界含量低,∑9及∑13b有利晶界含量高,成品试样磁致损耗较低,磁性能较优(P1.7/50=0.890 W/kg,B800=1.884 T)。

取向硅钢沿其轧制方向具有磁导率高、铁心损耗低的特性,故将其应用于电机中可大幅提高电机的转矩密度和效率。然而电机在运行时会受到各种温度因素作用,影响取向硅钢的磁性能,所以研究温度对取向硅钢电机性能影响对其设计和优化具有重要意义。本文聚焦取向硅钢电机,探究温度对其硅钢材料及电机性能的影响。实验结果表明,硅钢材料的铁心损耗和饱和磁密随温度升高而降低,而且取向硅钢的铁心损耗和饱和磁密受温度影响更显著。同时,基于材料测试数据,利用有限元法进一步研究了不同温度影响下取向硅钢电机性能的变化规律。仿真结果表明,高温对取向硅钢电机的铁心损耗影响更加显著,与常温下取向硅钢的铁心损耗相比下降了6.9 %。

无取向硅钢作为发电机、电动机等装备的核心软磁材料,冶金缺陷是其磁性能和产品品质的重要影响因素之一,其中夹杂物特性显著影响无取向硅钢的磁性能。本文系统梳理了夹杂物种类、形状、尺寸及数量对磁性能的影响规律与作用机理,总结了夹杂物的有效调控技术。夹杂物的种类、形态、尺寸和数量与磁性能密切相关:种类方面,氧化物夹杂物(如Al2O3)产生的应力场显著钉扎磁畴壁,加剧磁滞损耗;硫化物夹杂物(如MnS)因形态和分布差异,改变磁畴结构,影响磁导率各向异性;氮化物夹杂物(如AlN)以微小弥散形态钉扎晶界与位错,阻碍磁畴壁运动。形态方面,棱角状夹杂物引发应力集中,对磁畴壁阻碍作用远大于球形夹杂物。尺寸方面,微细夹杂物(<1 μm)通过抑制晶粒长大和强钉扎效应,导致矫顽力升高、铁损增加、磁感应强度降低。数量上,夹杂物的体积分数增加会增强相互作用、减小间距,导致应力场叠加,使铁损显著上升。作用机理方面,夹杂物通过改变磁畴壁能量状态、调控晶界迁移和再结晶织构,多维度影响磁性能。针对夹杂物的调控,目前主要采用钙处理和稀土处理技术,通过球化、聚集夹杂物,将其转变为复合夹杂物,实现尺寸增大、数量减少,有效提升无取向硅钢磁性能。

600牌号无取向硅钢连铸时存在浸入式水口堵塞现象,严重时结晶器液面波动幅度达±5 mm,单支水口浇注炉数低,影响生产顺行及铸坯质量。对浸入式水口渣线部位堵塞物进行微观分析,根据能谱仪检测结果对堵塞物进行溯源,开展了RH优质合金替代、合金化顺序调整、RH真空脱硫剂对钢包渣系影响等相关研究,600牌号无取向硅钢连铸可浇性得到改善,浸入式水口浇注炉数由5~6炉/支提高到12~13炉/支。

介绍了凯得力耐火材料(中国)有限公司开发的预熔型RH脱硫剂的全球首次规模化工业应用情况,及其从通过FactSage软件模拟计算设计新一代RH脱硫剂配方并进行工业试验到新一代产品开发的过程。结果表明,预熔型RH脱硫剂可以很好解决CaO⁃CaF2体系脱硫剂的粉化问题。四个新设计配方工业试验表明,通过少量添加F元素,新配方3能够最大程度改善RH脱硫率,最多提高大约10 %。此外,CaO⁃CaF2型脱硫剂由于自由CaO的存在,容易引起非均匀侵蚀。新一代预熔型RH脱硫剂能够很好地帮助控制耐火材料的侵蚀。

结合无取向硅钢生产实际,探讨了碳含量对无取向硅钢电磁性能的影响,揭示了碳含量超标导致铁损增加、磁感下降的关键问题,并制定相应的解决和预防措施。根据50W1300生产实际及成品电磁性能、硬度检测结果可知,当碳含量超过0.005 %时,使铁损值P1.5/50从5.653 W/kg增加至6.422 W/kg,增加了13.60 %;磁感强度B50从1.766 T降低至1.742 T,降低了1.36 %;同时成品的硬度由HV105升高至HV129,增加了22.86 %。针对这一问题,制定了炼钢和冷轧退火工艺优化策略,成功解决了由于碳含量偏高导致成品电磁性能偏低和硬度偏高的问题。

硅钢在卷取的过程中常常会出现内凸与塌卷缺陷的现象,这种内凸和塌卷缺陷严重影响着钢卷的质量,降低了钢卷的成材率。为分析硅钢在卷取过程中内凸和塌卷缺陷的成因,首先对钢卷卷取过程中的应力场进行数学建模,分析卷取过程中的应力计算方法;其次对卷筒进行物理建模,判断应变片的位置;接着在硅钢生产线现场,进行应变片的安装。通过应变片采集的应变随时间变化的数值,分析钢卷在卷取过程应变与卷取质量之间的关系,为预防硅钢卷取内凸和塌卷奠定了技术基础。