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电工钢织构及织构与磁性能的关系彭彭(沈阳化工大学机械工程学院，辽宁沈阳110142)1.2.1 电工钢织构电工钢在加工过程中(热轧、冷轧) 可滑移面为{110}、{112}和{123}, 滑移方向都为原子最密排的< 111> 方向。
以任何一个< 111> 为晶轴的晶面都可能是滑移面, 都会产生交叉滑移, 特别是硅钢更容易产生交叉滑移。
多晶体在滑移(塑性变形) 时, 不仅在每个晶粒内产生变形, 而且晶粒间还要变形。
由于金属整体变形的连续性, 相邻晶粒间产生了相互牵制又彼此促进的协同动作, 因而会出现力偶, 造成晶粒间的相对转动。
晶粒相对转动的结果可促使原来位向不适合变形的晶粒开始变形, 或促使原来已变形的晶粒继续变形。
但每个晶粒的转动必然会受到其周围晶粒的影响, 与此同时所产生的滑移系也有朝着作用力轴的方向作定向旋转的趋势。
当所承受的变形程度很大时, 大多数晶粒的某个滑移系最终都将转至同一方向或接近一致的方向, 其结果是使原来位向极其紊乱的晶粒出现有序化, 并有严格的位向关系。
电工钢经过塑性变形后, 处于高温状态下。
由于原子扩散能力加强, 发生再结晶, 即以新的等轴晶粒代替旧的变形晶粒。
通常, 再结晶后的新晶粒仍具有择优取向, 这种再结晶后的择优取向往往与形变的择优取向具有一定的取向关系。
在电工钢的成品生产工序中, 为了得到完善的退火织构, 工业上常常采用大压下量冷轧和高温长时间退火的办法。
前者是为了得到很完善的冷变形织构, 后者是使某种有利位向的晶粒充分长大, 从而形成稳定、完善的退火织构。
形成织构的特点是(100) 或(110) 面平行轧面, [ 001 ]方向平行于轧向, 称为立方织构或高斯织构。
1.2.2 无取向电工钢织构对磁感应强度的影响织构是影响电工钢磁感应强度B25和B50的主要因素之一, 理想的晶体织构为(100) [ uvw ]面织构, 因为它是各向同性而且难磁化方向[ 111 ]不在轧面上(与取向硅钢不同, 取向硅钢的磁感应强度只与(110) [001 ]晶粒取向度或(110) [001 ]位向偏离角有关)。
电工钢基础知识普及电工钢已有上百年的历史,电工钢包括Si<0.5%电工钢和Si含量0.5~6.5%的硅钢两类,主要用作各种电机、变压器和镇流器铁芯,是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金;电工钢在磁性材料中用量最大,也是一种节能的重要金属功能材料;电工钢,特别是取向硅钢的制造工艺和设备复杂,成分控制严格,制造工序长,而且影响性能的因素多,因此常把取向硅钢产品质量看作是衡量一个国家特殊钢制造技术水平的重要标志,并获得特殊钢中“艺术产品”的美称;1、电工钢的发展历史✧热轧硅钢发展阶段1882~1955年铁的磁导率比空气的磁导率高几千到几万倍,铁芯磁化时磁通密度高,可产生远比外加磁场更强的磁场;普通热轧低碳钢板是工业上最早应用的铁芯软磁材料;1886年美国Westinghouse电气公司首先用杂质含量约为0.4%的热轧低碳钢板制成变压器叠片铁芯;1890年已广泛使用0.35mm厚热轧低碳钢薄板制造电机和变压器铁芯;但由于低碳钢电阻率低,铁芯损耗大；碳和氮含量高,磁时效严重;1882年英国哈德菲尔特开始研究硅钢,1898年发表了4.4%Si-Fe合金的磁性结果;1903年美国取得哈德菲尔特专利使用权;同一年美国和德国开始生产热轧硅钢板;1905年美国已大规模生产;在很短时间内全部代替了普通热轧低碳钢板制造电机和变压器,其铁损比普通低碳钢低一半以上;1906~1930年期间,是生产厂与用户对热轧硅钢板成本、力学性能和电机、变压器设计制造改革方面统一认识、改进产品质量和提高产量的阶段;✧冷轧电工钢发展阶段1930~1967年此阶段主要是冷轧普通取向硅钢GO板的发展阶段;1930年美国高斯采用冷轧和退火方法开始进行大量实验,摸索晶粒易磁化方向<001>平行于轧制方向排列的取向硅钢带卷制造工艺;1933年高斯采用两次冷轧和退火方法制成沿轧向磁性高的3%Si钢,1934年申请专利并公开发表;1935年Armco钢公司按高斯专利技术与Westinghouse电气公司合作进行生产;之后,Armco钢公司采用快速分析微量碳等技术和不断改进制造工艺及设备,使产品质量逐步提高;直到1958年在掌握MnS抑制剂和板坯高温加热两个前工序制造工艺后,制造取向硅钢的专利技术已基本完善,产品磁性大幅度提高且稳定;1959年开始生产0.30mm厚产品,1963年生产0.27mm产品;40年代初,Armco钢公司开始生产冷轧无取向硅钢板;1963~1967年期间,英国、日本等国家陆续停止生产热轧硅钢板;热轧硅钢板逐步被冷轧无取向电工钢和冷轧取向硅钢板所代替;高磁感取向硅钢发展阶段1961~1994年1961年,新日铁在引进Armco专利基础上,首先试制AlN+MnS综合抑制剂的高磁感取向硅钢;1964年开始试生产并命名为Hi-B,但磁性不稳定;经过15年的持续改进,Hi-B钢制造工艺已日臻完善,并于1968年正式生产Z8H牌号;从1979年开始,新日铁和川崎公司采用提高硅含量、减薄产品钢带厚度和细化磁畴技术,陆续生产了0.30、0.27、0.23及0.18mm高磁感取向硅钢新牌号;2、电工钢的分类电工钢除上表品种类别外,还有一些特殊用途的电工钢板,如0.15和0.20mm 厚3%Si冷轧无取向硅钢薄带和0.025、0.05及0.1mm厚3%Si冷轧取向硅钢薄带,用作中、高频电机和变压器以及脉冲变压器等；继电器和电力开关用的0.7mm 厚3%Si高强度冷轧无取向硅钢板；新型高转速电机转子用的高强度冷轧电工钢板；医用核磁共振断层扫描仪等磁屏蔽和高能加速器电磁铁用的低碳电工钢热轧厚板和冷轧板；高频电机和变压器以及磁屏蔽用的4.5%~6.5%Si高硅钢板等; 3、对电工钢板性能的要求一般要求电机、变压器和其他电器部件效率高,耗电量少,体积小和重量轻;电工钢板通常是以铁芯损耗和磁感应强度作为产品磁性保证值;对电工钢板性能的要求如下：✧铁芯损耗P T低铁芯损耗是指铁芯在≥50Hz交变磁场下磁化时所消耗的无效电能,简称铁损,也称交变损耗,其单位为W/kg;这种由于磁通变化受到各种阻碍而消耗的无效电能,通过铁芯发热既损失掉电能,又引起电机和变压器的温升;电工钢的铁损P T包括磁滞损耗、涡流损耗Pe和反常损耗Pa三部分;电工钢板铁损低,既可节省大量电能,又可延长电机和变压器工作运转时间,并简化冷却装置;由于电工钢板的铁损所造成的电量损失占各国全年发电量的 2.5%~4.5%,因此各国生产电工钢板总是千方百计设法降低铁损,并以铁损作为考核产品磁性的最重要指标,按产品的铁损值作为划分产品牌号的依据;✧磁感应强度B高磁感应强度是铁芯单位截面积上通过的磁力线数,也称磁通密度,它代表材料的磁化能力,单位为T;电工钢板的磁感应强度高,铁芯的激磁电流也称空载电流降低,铜损和铁损都下降,可节省电能;当电机和变压器功率不变时,磁感应强度高,设计B m可提高,铁芯截面积可缩小,这使铁芯体积减小和重量减轻,并节省电工钢板、导线、绝缘材料和结构材料用量,可降低电机和变压器的总损耗和制造成本,并且有利于大变压器和大电机的制造、安装和运输;取向硅钢设计B m高达1.7~1.80T,接近B8值,因此以B8作为磁感保证值;电机设计B m约为1.5T,接近冷轧无取向电工钢B50值,因此冷轧无取向硅钢以B50作为磁感保证值;热轧硅钢的磁感更低,通常以B25作为保证值;✧对磁各向异性的要求电机是在运转状态下工作,铁芯是用带齿圆形冲片叠成的定子和转子组成,要求电工钢板为磁各向同性,因此用无取向冷轧电工钢或热轧硅钢制造;一般要求纵横向铁损差值<8%,磁感差值<10%;变压器是在静止状态下工作;大中型变压器铁芯是用条片叠成,一些配电变压器、电流和电压互感器以及脉冲变压器是用卷绕铁芯制造,这样可保证沿电工钢板轧制方向下料和磁化,因此都用冷轧取向硅钢制造;✧冲片性良好用户使用电工钢板时冲剪工作量很大,因此要求电工钢板应具有良好的冲片性,这对微、小型电机尤为重要;冲片性好可以提高冲模和剪刀寿命,保证冲剪片尺寸精确以及减小冲剪片毛刺;影响冲片性的因素主要有：1冲模或剪刀材料;如硬质合金冲模的冲片性比工具钢冲模提高一倍以上;2冲头与冲模的间距;合适的间距一般为钢板厚度的5%~6%;3冲片用润滑油种类;4冲片形状;5钢板表面绝缘膜种类和质量;6钢板的硬度等;后两个因素与电工钢板质量有关;✧钢板表面光滑、平整和厚度均匀要求电工钢板表面光滑、平整和厚度均匀,主要是为了提高铁芯的叠片系数;叠片系数高可使铁芯有效利用空间增大,空气隙减小,使激磁电流减小;电工钢板的叠片系数每降低1%相当于铁损增高2%,磁感降低1%;✧绝缘薄膜性能好为防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗,冷轧电工钢板表面涂一薄层无机盐或无机盐+有机盐的半有机绝缘膜;对绝缘膜有以下要求：1耐热性好;在750~800℃消除应力退火时不会破坏;2绝缘膜薄且均匀;3层间电阻高;4附着性好;5冲片性好;6耐蚀性和防锈性好;7焊接性好;用途不同,对绝缘膜的要求也有差异;✧磁时效现象小铁磁材料的磁性随使用时间而变化的现象称为磁时效;这种现象主要是材料中碳和氮等杂质元素引起的;电工钢板中碳和氮含量小于0.0035%时,磁时效明显减小;4、影响电工钢铁损的因素❶化学成分的影响电工钢成分组成基本包括三大类元素;第一类为基本合金元素,如Si、Al、Mn 等；第二类为杂质元素,如C、S、N、O、Ti、Zr 等；第三类为微量元素如Sb、Sn等;✧第一类元素的影响Si、Al、Mn是有益的合金元素,可使铁的磁各向异性常数K1和饱和磁滞伸缩常数λs值降低,磁化更容易,所以Ph降低;另外这些元素还可提高电阻率,使Pe 降低;因此提高第一类元素的含量可以明显降低铁损;但当这些元素含量太高时,材料变得既硬又脆而无法冷加工;✧第二类元素的影响C、S、N、O、Ti、Zr等为有害元素,这些元素的存在可在钢中形成细小弥散的碳化物、硫化物、氮化物及氧化物,阻碍成品退火时晶粒长大,对磁性能不利,因此要求钢中这类元素的含量越低越好;✧第三类元素的影响在无取向硅钢中添加少量的Sb、Sn,可以改善无取向电工钢再结晶退火后的织构,使100和110有利织构组分明显增加,使111不利织构组分明显减弱,从而降低铁损,提高磁感;添加少量的此类元素,还可以抑制内氧化层和氮化层的形成,改善磁性;❷晶粒尺寸晶粒尺寸大,晶界数量少,畴壁移动的阻力小,磁滞损耗降低;另一方面,晶粒尺寸大,磁畴尺寸增大,涡流损耗和反常损耗都增加;因此为了降低总铁损有一个合适的临界晶粒尺寸;❸杂质、夹杂物和内应力无取向电工钢中夹杂物和杂质元素应尽量降低,这是提高磁性的最重要措施;它们不仅阻碍畴壁移动使磁滞损耗和矫顽力增高,同时为了降低其周围静磁能而产生了闭合畴使磁化困难;它们对晶粒长大和织构组分也有很坏的影响;电工钢板中存在任何内应力都使矫顽力增高;❹晶体织构在取向硅钢中,提高B8使磁滞损耗明显降低;对无取向电工钢来说,100面织构高,磁滞损耗和P15最低,110织构次之,111织构最差;❺钢板厚度一般来说,钢板厚度减薄,磁滞损耗增高;但厚度减薄,涡流损耗明显降低;因此对总铁损来说也有一个合适的临界厚度;❻钢板表面状态钢板表面平整光洁,表面自由磁极减少,静磁能降低,畴壁移动阻力减小,则磁滞损耗和矫顽力降低;。
电工钢织构及织构与磁性能的关系彭彭(沈阳化工大学机械工程学院，辽宁沈阳110142)1.2.1 电工钢织构电工钢在加工过程中(热轧、冷轧) 可滑移面为{110}、{112}和{123}, 滑移方向都为原子最密排的< 111> 方向。
以任何一个< 111> 为晶轴的晶面都可能是滑移面, 都会产生交叉滑移, 特别是硅钢更容易产生交叉滑移。
多晶体在滑移(塑性变形) 时, 不仅在每个晶粒内产生变形, 而且晶粒间还要变形。
由于金属整体变形的连续性, 相邻晶粒间产生了相互牵制又彼此促进的协同动作, 因而会出现力偶, 造成晶粒间的相对转动。
晶粒相对转动的结果可促使原来位向不适合变形的晶粒开始变形, 或促使原来已变形的晶粒继续变形。
但每个晶粒的转动必然会受到其周围晶粒的影响, 与此同时所产生的滑移系也有朝着作用力轴的方向作定向旋转的趋势。
当所承受的变形程度很大时, 大多数晶粒的某个滑移系最终都将转至同一方向或接近一致的方向, 其结果是使原来位向极其紊乱的晶粒出现有序化, 并有严格的位向关系。
电工钢经过塑性变形后, 处于高温状态下。
由于原子扩散能力加强, 发生再结晶, 即以新的等轴晶粒代替旧的变形晶粒。
通常, 再结晶后的新晶粒仍具有择优取向, 这种再结晶后的择优取向往往与形变的择优取向具有一定的取向关系。
在电工钢的成品生产工序中, 为了得到完善的退火织构, 工业上常常采用大压下量冷轧和高温长时间退火的办法。
前者是为了得到很完善的冷变形织构, 后者是使某种有利位向的晶粒充分长大, 从而形成稳定、完善的退火织构。
形成织构的特点是(100) 或(110) 面平行轧面, [ 001 ]方向平行于轧向, 称为立方织构或高斯织构。
1.2.2 无取向电工钢织构对磁感应强度的影响织构是影响电工钢磁感应强度B25和B50的主要因素之一, 理想的晶体织构为(100) [ uvw ]面织构, 因为它是各向同性而且难磁化方向[ 111 ]不在轧面上(与取向硅钢不同, 取向硅钢的磁感应强度只与(110) [001 ]晶粒取向度或(110) [001 ]位向偏离角有关)。
常化工艺对50W350硅钢织构和磁性能影响规律研究文章研究了常化温度对50W350织构和磁性能的影响规律，结果表明：热轧板常化可以明显改善产品磁性能，常化温度对成品板织构类型的影响较大；随着常化温度升高，对应的铁损P1.5/50呈下降趋势，高温段下降很缓慢；磁感B50基本呈单调递增，但在高温阶段增幅变缓。
标签：无取向电工钢；常化；织构1 概述在無取向电工钢的生产过程中，通常（Si+Al）≤1.7%不进行常化，但对于含硅量较高无相变成分体系的产品，常化可以明显改善热轧组织和织构，使热轧板的未完全再结晶组织在高温下发生再结晶，使冷轧前的组织为等轴晶铁素体，为冷轧顺序提供保障，同时可以预防瓦楞状缺陷，改善产品性能[1-3]。
文章重点研究了50W350热轧板在不同常化温度下成品组织和织构的变化，及其对磁性能的影响。
2 试验材料及方法试验钢的化学成分如表1所示，试验用热轧板取自大生产无取向电工钢热轧卷。
材料经过顶底复吹转炉冶炼、RH处理、连铸、热轧至2.2mm后分别在950℃、975℃、1000℃和1025℃不同温度进行常化，之后冷轧并在930±10℃保温1min 进行成品退火处理。
极图测量仪器是荷兰帕纳科公司生产的X’ Pert Pro X射线衍射仪测试织构并采用织构分析软件进行ODF分析重要织构组分的体积分数。
磁性能采用Epstein方圈试样，利用中国计量院磁性能测试设备，在1.5T，50Hz条件下测量铁损P1.5/50和在磁感应强度B50。
3 试验结果3.1 常化温度对成品组织的影响将50W350热轧板分别在925℃、950℃、975℃和1000℃进行常化，然后采用单机架轧制经过5道次冷轧至0.5mm厚度，冷轧后的钢带均在930±10℃保温1min进行最终成品退火处理，成品组织如图1（a）-（e）所示。
无论热轧板是否通过常化，退火后均发生了完全再结晶，且随常化温度提高，退火后平均晶粒尺寸有增加的趋势。
磁性材料微观结构与磁性能关系研究磁性材料作为一类特殊的材料，其在磁学、物理学、电学等领域都有着广泛的应用。
在目前的产业中，磁性材料的用途越来越广泛，比如电子硬盘、磁致伸缩材料、核磁共振成像技术、磁盘存储器等等。
然而，要了解磁性材料的特性和应用，必须先从微观结构和磁性能的关系入手，来研究不同磁性材料的特点和性能。
一、磁性材料的分类按磁性材料的特性和微观结构的不同，可以将其大致分为四类：铁磁性材料、亚铁磁性材料、顺磁性材料和反磁性材料。
1. 铁磁性材料：当铁磁性材料没有外加磁场时，其所有磁矩的朝向相同，因而表现出较强的自发磁化现象。
常见的磁性材料如钢铁、铁氧体、氢化钕、氢化钴、氢化铈等都属于铁磁性材料。
2. 亚铁磁性材料：亚铁磁性材料中磁矩很小，但是其自身具有一定的磁性。
常见的亚铁磁性材料有传统意义上的铜、铝等。
3. 顺磁性材料：顺磁性材料中每个原子或离子都带有一个带电粒子（电子、电子空穴），由于带电粒子带电，其在外加磁场中会产生偏转。
常见的顺磁性材料有铁、链、铬等。
4. 反磁性材料：反磁性材料中，铁磁性和顺磁性的相互作用使得材料呈现出磁性。
而反磁性材料则恰恰相反，其在外加磁场中呈现出反向磁性。
常见的反磁性材料有黄铜、金、银等。
二、磁性材料的微观结构从微观结构来看，磁性材料中的磁性是由其内部电子的自旋、轨道和贡献共同决定的。
1. 自旋：电子的自旋是指电子围绕自身轴旋转的物理现象。
自旋的取向是单个电子所独有的特性，要么取向上，要么取向下。
在磁性材料中，电子的自旋是材料自发磁化的重要原因。
2. 轨道：电子的轨道是指电子在原子核的周围运动的物理过程。
电子的轨道通常参与到磁性中来，因为电子的轨道是在外加磁场中运动，并且其轨道的取向也会受到外加磁场的影响。
3. 贡献：电子的贡献是指电子所带来的磁矩对磁性的影响。
在材料内部电子的贡献总和越大，对生成磁性的影响就越大。
三、磁性材料的磁性能磁性材料的磁性能是指在外加磁场下，磁性材料表现出的磁性特征。
电工用硅（铝）钢的软磁特性研究引言：电力工业的发展离不开磁性材料的应用，而电工用硅（铝）钢作为一种重要的材料，具有优异的软磁特性，在变压器、电动机等电气设备中起着重要的作用。
正是因为其在电磁感应和能量转换中的优异性能，才使得电工用硅（铝）钢在电力工业中得到广泛应用。
本文将对电工用硅（铝）钢的软磁特性进行详细探讨，并介绍一些常见的研究方法和应用情况。
一、电工用硅（铝）钢的概述电工用硅（铝）钢是以硅（铝）为合金元素的钢种，具有低磁导率和高磁饱和感应强度的特点。
硅（铝）的加入可以有效地提高钢材的导磁性能和电阻率，从而降低磁滞损耗和涡流损耗。
此外，电工用硅（铝）钢还具有低温磁导率稳定、高磁导率饱和磁感应强度、低磁滞损耗和低涡流损耗的特点，因此被广泛应用于电力变压器、电机、发电机等具有高要求的电气设备中。
二、电工用硅（铝）钢的软磁特性研究方法1. 磁化曲线测定法：磁化曲线是描述材料磁性特性的重要参数，通过测量材料在不同磁场强度下的磁感应强度，可以计算出磁导率和磁滞损耗。
应用磁化曲线测定法，可以探究电工用硅（铝）钢的饱和磁感应强度、居里温度、归一化磁滞损耗等关键特性。
2. 电阻率测定法：电阻率是电工用硅（铝）钢的另一个重要软磁特性，通常在低频下进行测定。
利用四探测法或四探测——短路法，可以测定材料的电阻率，进而计算出电阻率对磁感应强度的依赖关系。
3. 磁化谱测定法：磁化谱是一种描述材料磁导特性的曲线，通过测量材料在不同频率下的磁感应强度，可以获得磁导率与频率的关系。
电工用硅（铝）钢的磁化谱通常呈现出频率相关的特点，通过分析磁化谱可以了解材料在不同频率下的软磁特性。
三、电工用硅（铝）钢的应用情况1. 变压器：变压器是电力系统中最常见的设备之一，也是电工用硅（铝）钢的主要应用领域之一。
由于电工用硅（铝）钢具有低磁滞损耗和低涡流损耗的特点，可以有效减小变压器的能量损耗，降低系统的运行成本。
2. 电动机：电动机是现代工业中广泛使用的设备，其中心部件——定子、转子等采用的材料多为电工用硅（铝）钢。
材料結構與尺寸對磁性材料性能的影響研究材料结构与尺寸对磁性材料性能的影响研究近年来，材料科学领域的研究逐渐受到人们的关注，材料结构与尺寸对磁性材料性能的影响成为研究的热点之一。
磁性材料广泛应用于电子、通信、医疗等领域，因此研究其性能对我们的日常生活和科技进步具有重要意义。
首先，磁性材料的结构对其性能影响巨大。
材料的晶格结构决定了磁性材料内部的微观排列方式。
在纳米尺度下，材料的晶格结构会发生明显的变化，从而导致磁性性能的变化。
例如，在铁磁性材料中，铁原子在晶格中排列有序，而在纳米尺度下，随着晶格缺陷的增加以及晶粒尺寸的减小，原子的排列方式变得更加复杂，从而影响了材料的磁性能。
因此，通过调控材料的晶格结构，可以有效地改善磁性材料的性能。
其次，材料尺寸对磁性材料性能的影响也不可忽视。
磁性材料的尺寸对其磁畴结构和磁化过程有着重要影响。
磁畴是磁性材料中由许多微观磁性单元组成的区域，磁性材料的磁性能主要取决于磁畴的尺寸、形状和分布。
在纳米尺度下，磁畴的尺寸与材料的尺寸相当，磁性材料的磁化过程受到了限制，从而导致新的磁性现象的出现。
例如，在纳米颗粒中，表面效应会导致表面磁畴的生成，进而影响材料的饱和磁化强度和矫顽力。
因此，通过调控材料的尺寸，可以有效地改变磁性材料的性能。
此外，材料结构与尺寸对磁性材料的热稳定性和磁畴耗散也有重要影响。
磁性材料的磁畴耗散是指磁畴的生成和消失过程。
在大尺寸的磁性材料中，磁畴的耗散过程主要通过磁畴壁发生，而在纳米尺度下，磁畴之间的相互作用显著增强，导致磁畴的形成和耗散更为复杂。
此外，磁性材料的热稳定性也与材料的结构和尺寸密切相关。
磁性材料的热稳定性是指材料在高温条件下不发生剧烈磁性变化的能力。
在纳米尺度下，随着尺寸的减小，材料的表面积增大，导致表面磁畴的形成和消失更为容易，从而降低了材料的热稳定性。
因此，了解磁性材料的热稳定性和磁畴耗散机制对于优化磁性材料的性能具有重要意义。
综上所述，材料结构与尺寸对磁性材料性能的影响是一个复杂而广泛的研究领域。
电工用硅（铝）钢的铁磁特性研究介绍电工用硅（铝）钢是一种常用的磁性材料，广泛应用于电力变压器、电机和发电机等电气设备中。
硅（铝）钢的磁性能对电气设备的效率和工作性能至关重要。
本文将探讨电工用硅（铝）钢的铁磁特性研究，包括其磁滞回线、磁导率、磁化曲线和磁化损耗等方面。
1. 硅（铝）钢的磁滞性能电工用硅（铝）钢的磁滞性能是指其在外加磁场作用下的磁通密度随时间变化的关系。
磁滞性能越好，电气设备的能量损耗就越低。
为了提高硅（铝）钢的磁滞性能，可以通过合理设计材料的晶粒结构以及加工工艺来控制材料的磁滞性能。
2. 硅（铝）钢的磁导率磁导率是磁场强度和磁化强度之间的比值，反映了材料对磁场的响应能力。
硅（铝）钢的磁导率越高，代表着硅（铝）钢材料对磁场的感应能力越强。
磁导率的研究可以帮助优化电气设备的设计，提高设备的磁场利用效率。
3. 硅（铝）钢的磁化曲线磁化曲线是指材料在外加磁场作用下磁化强度随磁场强度变化的关系。
通过研究硅（铝）钢的磁化曲线，可以了解材料的饱和磁化强度和剩余磁化强度等参数，从而确定电机和发电机等电气设备的最佳工作条件。
4. 硅（铝）钢的磁化损耗磁化损耗是指材料在磁化过程中由于磁旋转和磁畴壁移动而产生的能量损耗。
磁化损耗的大小直接影响电气设备的能量损耗和工作效率。
研究硅（铝）钢的磁化损耗，可以通过合理的材料选择和加工工艺来降低设备的能量损耗。
总结电工用硅（铝）钢的铁磁特性研究在电气设备的设计和性能优化中起着重要的作用。
通过研究硅（铝）钢的磁滞回线、磁导率、磁化曲线和磁化损耗等方面，可以优化硅（铝）钢的磁性能，提高电气设备的效率和工作性能。
同时，值得注意的是电工用硅（铝）钢的铁磁特性研究需要在实验室或工厂进行严格的实验和测试。
通过实验获得的数据可以帮助研究人员深入了解硅（铝）钢的磁性能，并为电气设备的设计和制造提供依据。
未来，随着科学技术的不断发展，磁性材料的研究将迎来新的突破。
电工用硅（铝）钢的铁磁特性研究将继续为电力行业和工业制造领域的发展提供重要支持。
材料物理学中的电子结构和磁性相变材料物理学是物理学的一个重要分支，主要研究材料的物理性质和结构，探索材料性质与其微观结构之间的关系。
材料物理学中的电子结构和磁性相变是其中的两个重要方面。
一、电子结构电子结构是指材料中电子的能带或轨道结构。
材料可以分为导体、半导体和绝缘体三类。
导体中电子数目较多，且可以在电场作用下自由传导电流，而绝缘体中只有极少量的自由电子，电流传递极为困难。
半导体介于导体和绝缘体之间，其导电性较弱，但可以通过控制材料的掺杂来调节其导电性能。
因此，掌握材料的电子结构，可以为材料的开发和应用提供重要的理论基础。
电子结构的研究重点是分析和计算材料中的费米面和径向分布函数。
费米面是能带图中，能量荷登面和化学势相等时所对应的面。
径向分布函数是指材料所含电子在动量空间上的分布情况。
通过这两个特征可以得到材料在不同环境下的电子性质。
对于半导体材料，可以通过掺杂来改变其电子结构，使之转变成导体或绝缘体材料。
二、磁性相变磁性相变是指在温度、磁场或应力等刺激下，材料的磁性质发生变化的现象，是材料物理学中的重要研究领域。
在材料的加工和应用过程中，经常需要对磁性相变进行调控，以满足不同的需求。
与电子结构类似，磁性相变的研究也侧重于计算和分析材料中的费米面和磁相互作用。
磁相互作用通过两种方式传递，即直接相互作用和间接相互作用。
当相互作用强度达到一定程度时，材料中的凝胶物质会出现形态转变，从而产生磁性相变。
磁性相变还可分为二阶相变和一阶相变。
二阶相变在材料的某一温度或磁场临界值上产生连续变化，而一阶相变则产生不连续变化，通常伴随着能量的吸收或释放。
在实际的材料发展和应用中，电子结构和磁性相变的研究是不可分割的两个方面。
例如，对于磁学中的磁记忆材料，引入合适的掺杂物可以调控其电子结构和磁性相变，从而实现其在数据存储、传输等方面的应用。
总的来说，材料物理学中的电子结构和磁性相变是材料性质与微观结构之间相互关联的重要研究内容，对于材料的研究和应用具有不可替代的作用。
电工钢的材料学原理
1.成分：电工钢的主要成分是硅、铝、钴、镍等元素。
其中，硅的含量较高，可达到3%-5%，这是电工钢磁性能优良的重要原因。
2. 晶粒度：电工钢晶粒度较小，一般为5微米以下。
这是因为小晶粒可以减少自旋磁矩的相互作用，从而提高磁导率和磁饱和感应强度。
3. 冷变形：电工钢经过冷变形处理后，可以提高其磁性能。
这是因为冷变形可以使晶界产生微观应力场，从而降低磁晶各向异性，提高磁导率和饱和磁感应强度。
4. 热处理：电工钢在热处理过程中，晶界会发生重组，形成具有高磁导率的晶界。
同时，热处理可使电工钢的晶粒尺寸变大，从而提高磁导率和磁饱和感应强度。
总之，电工钢的磁性能与其成分、晶粒度、冷变形和热处理等材料学因素密切相关。
了解这些原理，有助于我们更好地理解电工钢的特性和应用。
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电工钢织构及织构及磁性能的关系彭彭(沈阳化工大学机械工程学院，辽宁沈阳 110142)1.2.1 电工钢织构电工钢在加工过程中(热轧、冷轧) 可滑移面为{110}、{112}和{123}, 滑移方向都为原子最密排的< 111> 方向。
以任何一个< 111> 为晶轴的晶面都可能是滑移面, 都会产生交叉滑移, 特别是硅钢更容易产生交叉滑移。
多晶体在滑移(塑性变形) 时, 不仅在每个晶粒内产生变形, 而且晶粒间还要变形。
由于金属整体变形的连续性, 相邻晶粒间产生了相互牵制又彼此促进的协同动作, 因而会出现力偶, 造成晶粒间的相对转动。
晶粒相对转动的结果可促使原来位向不适合变形的晶粒开始变形, 或促使原来已变形的晶粒继续变形。
但每个晶粒的转动必然会受到其周围晶粒的影响, 及此同时所产生的滑移系也有朝着作用力轴的方向作定向旋转的趋势。
当所承受的变形程度很大时, 大多数晶粒的某个滑移系最终都将转至同一方向或接近一致的方向, 其结果是使原来位向极其紊乱的晶粒出现有序化, 并有严格的位向关系。
电工钢经过塑性变形后, 处于高温状态下。
由于原子扩散能力加强, 发生再结晶, 即以新的等轴晶粒代替旧的变形晶粒。
通常, 再结晶后的新晶粒仍具有择优取向, 这种再结晶后的择优取向往往及形变的择优取向具有一定的取向关系。
在电工钢的成品生产工序中, 为了得到完善的退火织构, 工业上常常采用大压下量冷轧和高温长时间退火的办法。
前者是为了得到很完善的冷变形织构, 后者是使某种有利位向的晶粒充分长大, 从而形成稳定、完善的退火织构。
形成织构的特点是(100) 或(110) 面平行轧面, [ 001 ]方向平行于轧向, 称为立方织构或高斯织构。
1.2.2 无取向电工钢织构对磁感应强度的影响织构是影响电工钢磁感应强度B25和B50的主要因素之一, 理想的晶体织构为(100) [ uvw ]面织构, 因为它是各向同性而且难磁化方向[ 111 ]不在轧面上(及取向硅钢不同, 取向硅钢的磁感应强度只及(110) [001 ]晶粒取向度或(110) [001 ]位向偏离角有关)。
为改善电工钢的磁性能, 在生产过程中, 从热轧工序开始, 控制有利织构的形成是主要的技术手段之一。
在实际生产控制过程中不可能得到这种单一的面织构, 一般存在有(100) [ 011 ]、(111) [ 112 ]、(110) [ 001 ]和(112) [ 011 ]等织构组分, 其中(100) 组分织构度只占约20% , 基本属于无取向混乱织构, 也就是磁各向同性。
由理论公式推导的结论为: 按[100 ]和[111 ]单晶体的B25值计算出的理想(100) [uvw ]面织构具有最高的B25值,比各向同性状态约高0.116T ( 10% ) , 而（111)[ uvw ]和(110) [ uvw ]织构的B25值比各向同性状态分别低0.111T (7% ) 和0.104T (2% )。
1.2.3 无取向电工钢织构对铁损的影响影响Ph (铁损) 的因素也就是阻碍畴壁移动的主要因素, 分别为晶体织构、杂质、夹杂物、内应力、晶粒尺寸、钢板厚度、钢板表面状态和主要化学成分。
无取向电工钢(100) 面织构高, Ph 和P15 降低, 因为在(100) 晶面上有两个易磁化的<001>轴; 其次是(110) 面织构, 在此晶面上有一个<001> 轴。
具有(111) 面织构的较高P15, 因为在此晶面上没有<001> 轴, 具有(112) 面织构的P15最高,因为在此晶面上有难磁化的< 111> 轴。
1.3 热轧条件对无取向电工钢轧件织构形成的影响对电工钢织构的形成, 并对电工钢的最终铁磁性能起重要作用的基本组织参数是在轧件的热轧过程中形成的。
对有取向和无取向电工钢来说都是如此, 即其全部生产工艺操作过程中, 对其组织和织构的影响是在热轧件原始组织的演变过程中形成的。
国外电工钢科研机构对此做了专门的研究。
研究了在2000mm 宽带连轧机和1200mm 可逆轧机等精轧机架上进行轧制时, 轧制温度、速度以及变形量和变形次数等工艺参数对热轧带钢组织和织构的形成所产生的影响, 以及电工钢热轧板沿带材厚度方向其织构的形成特点。
测试方法: 用X 射线织构分析方法, 根据反极图从表面到中心逐层对织构进行了测定研究, 用机械方法剥去试样表层并对表面进行腐蚀以消除加工硬化层, 根据极点密度最大的8个晶面族{ 200}、{112}、{220}、{310}、{222}、{321}、{420}和{332}的积分强度线, 用钼辐射线测定了织构。
分析表明, 在热轧件的中心层内通常发生回复过程, 这一层织构具有形成强烈{200}<uvw > 择优取向以及弱的{112}< uvw > 和{222}< uvw > 择优取向的特点; 组织和织构沿厚度方向所出现的差别是由轧制温度—速度参数以及压下量的不同所引起的(连轧机精轧末架压下率为12% , 机架间通过时间为0.19s)。
由于变形速度高,动态再结晶所需临界变形率至少要减小1/3 , 因此在带材表层发生局部的集合再结晶, 这一点可由织构中出现具有{220}< uvw > 择优取向的粗大晶粒得以证实。
无取向电工钢中心层{200}< uvw >和{222}< uvw > 变形织构的择优取向在数量上大于取向电工钢, 这是由于终轧温度相差40～80℃造成的(取向硅钢T 终= 910～930℃)。
以上试样通过冷轧及最终织构测定及及成品磁性的对照分析, 进一步认证了热轧板材厚度方向形成的织构将对随后的全部生产工艺操作中织构的形成产生重要影响。
1.4 冷轧条件对无取向电工钢再结晶织构的影响无取向电工钢的磁性主要取决于它的织构。
为改善磁性, 必须提高{100}或{110}织构的强度和降低{111}织构强度。
{100}或{110}由带钢平面上易磁<100> 位向构成, 而{111}由其平面附近的难磁化< 111> 位向构成。
1.4.1 冷轧压下率对无取向电工钢织构的影响为降低工序成本, 提高产量, 大多数生产厂均采用一次冷轧法生产中、低牌号冷轧电工钢。
一次冷轧法要求大压下率(≥75% ) 来保证{100}< 011> 组分进一步增高, 使磁性能提高。
根据取向分布函数(ODF) 定量计算, 电工钢冷轧织构基本分为两类纤维织构, 即<111> 轴近似平行于法向(A 类或称C纤维织构) 和<110>轴平行于轧向并在(100) [ 011 ]位向附近漫散(B类或称A纤维织构)。
主要低指数组分为: {111}<112> 、{111}< 110> 、{112} < 110> 和{001} <110> 。
也就是说, 一类组分为< 110> 平行于轧向, (001)～(112) 平行于轧面; 另一类为{111}平行于轧面, 而< 110> ～< 112> 平行于轧向。
在冷轧板微观结构分析中, 压下率> 60%时,冷轧时微观带及轧向的偏离角逐渐减少, 直到及轧向近似平行, 其{211}< 011> 组分逐渐加强。
压下率为90% 时, 冷轧时微{211}< 011> 位向是冷轧织构中最强组分, 微观带边界已不是{110}面, 即已形成明显的切变带。
经压下率为50%～90% 的冷轧时都存在A 和B 类两类纤维织构组分。
压下率≤60% 时, 冷轧时发生铅笔式的滑动, 依靠等量的{110}<111> 和{211}< 110>滑移系统而发展成 A 类织构组分, 但有些偏离。
压下率> 60%时, 冷轧时{211}< 111> 滑移系统起重要作用, 使{111}< 121> 附近位向分解, 并加强了{211}< 111> 滑移系统, 因此{211}< 011> 和{ 100}< 011> 组分进一步提高, 而{111}< 112>强度保持不变。
随形变量增加, {100}< 011> 组分加强, 并绕< 011> 轧向漫散而形成 B 类纤维织构, 漫散角度可达60°, 这包括了{111}< 011> 位向;A 类纤维织构随形变量增高而单调地增高, 但分布不均匀。
1.4.2 冷轧再结晶织构电工钢冷轧后各位向组分的储能不同, 从大到小的顺序为: {110}> {111}> {112}> {100}, 因此退火时{110}< 001> 晶粒首先回复和再结晶。
最终在初次再结晶基体中{110}< 001> 晶粒半径比基体平均半径更大些。
{100}< 011> 晶粒最易滑移, 位错密度低, 储能低, 所以最难再结晶。
{111}< 112> 晶粒介于两者之间。
再结晶织构是由几个织构组分组成的。
在正常晶粒长大时会加强某些组分, 而使另外的组分减弱。
这取决于那些位向晶粒具有更有利于吞并其它位向晶粒而长大的条件, 这些条件就是晶粒尺寸或晶界曲率等。
再结晶织构及冷轧织构相比,退火后< 110> B 类纤维织构减弱, 特别是{100}附近的组分减弱。
< 111> A 类纤维织构也有一定的变化(原因如上述)。
经压下率为50% 的冷轧(全工艺为二次中等压下率冷轧) 和在铁素体相区退火再结晶后, 形成以{110}< 001> 为主, {111}< 011> 为次和其它组分的再结晶织构, 因为{110}晶粒的储能又高于{ 111}晶粒。
如果冷轧前原始晶粒粗大, {110}<001 > 组分更强。
因为{110} < 001 > 晶粒是在{ 111}< 112> 形变晶粒中的切变带内生核而成的。
原始晶粒大可产生更多的切变带, {110}< 001> 晶核数量增多。
经压下率为70% 的冷轧(为一次冷轧生产工艺) 退火后, {110}< 001> 组分减弱, {111}< 011> 组分加强, 同时形成{111}< 112> 组分, 即形成< 111> 平行于法向漫散的近似完善的A 类纤维织构。
再结晶织构组分为{111}< 011> 、{111}<321> 、{111}< 211> 和{211}< 011> , 压下率再增高, {111}< 011> 组分减弱, 而{111}< 112> 组分更强({100}及{110}所占比例未见相关介绍, 生产中≥75% 压下率冷轧生产织构分析仍为空白,有待进一步研究)。
