取向硅钢表面处理细化磁畴机理

第４６卷第６期２０２０年１２月包　钢　科　技ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＢａｏｔｏｕＳｔｅｅｌＶｏｌ．４６，Ｎｏ．６Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０２０取向硅钢新生产工艺的发展霍慧贤，李艳霞，孙振东，刘鹏程，黄　斌（包头市威丰稀土电磁材料股份有限公司，内蒙古包头　０１４０１０）摘　要：文章总结归纳了近年来工业上取向硅钢新的生产工艺，着重介绍了薄板坯连铸连轧工艺、细化磁畴、异步轧制生产取向硅钢、提高Ｓｉ含量、隧道式连续罩式高温退火取代单体罩式退火、减薄厚度、双取向硅钢７种取向硅钢生产新工艺。

这些新的生产工艺对于提高取向硅钢的磁感应强度、降低铁损、降低矫顽力等磁特性，而且在高效、节能、降低成本方面取得了良好的效果。

关键词：取向硅钢；薄板坯连铸连轧；异步轧制；隧道式连续罩式高温退火中图分类号：ＴＧ１４２ １ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９－５４３８（２０２０）０６－００３０－０３ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＮｅｗＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＯｒｉｅｎｔｅｄＳｉｌｉｃｏｎＳｔｅｅｌＨｕｏＨｕｉ－ｘｉａｎ，ＬｉＹａｎ－ｘｉａ，ＳｕｎＺｈｅｎ－ｄｏｎｇ，ＬｉｕＰｅｎｇ－ｃｈｅｎｇ，ＨｕａｎｇＢｉｎ（ＢａｏｔｏｕＷｅｉＦｅｎｇＲａｒｅＥａｒｔｈＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｏｔｏｕ０１４０１０，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＲｅｇｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｎｅｗｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｏｒｉｅｎｔｅｄｓｉｌｉｃｏｎｓｔｅｅｌｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓａｒｅｓｕｍ ｍａｒｉｚｅｄ，ｓｅｖｅｎｏｆｔｈｅｍｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｉｎｓｌａｂｃａｓｔｉｎｇａｎｄｒｏｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｒｅｆｉｎｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｄｏｍａｉｎ，ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｒｏｌｌｉｎｇ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｃｏｎｔｅｎｔｏｆＳｉ，ｒｅｐｌａｃｉｎｇｍｏｎｏｍｅｒｃｏｖｅｒａｎｎｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｔｕｎｎｅｌｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｖｅｒａｎｎｅａｌｉｎｇ，ｔｈｉｎｎｉｎｇｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｄｏｕｂｌｅｏｒｉｅｎｔｅｄｓｉｌｉｃｏｎｓｔｅｅｌａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｓｅｎｅｗｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｉｎ ｄｕｃｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｉｒｏｎｌｏｓｓａｎｄｓｕｃｈｍａｇｎｅｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｓｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｃｏｓｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｒｅｇｏｏｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｒｉｅｎｔｅｄｓｉｌｉｃｏｎｓｔｅｅｌ；ｔｈｉｎｓｌａｂｃａｓｔｉｎｇａｎｄｒｏｌｌｉｎｇ；ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｒｏｌｌｉｎｇ；ｔｕｎｎｅｌｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａ ｔｕｒｅｃｏｖｅｒａｎｎｅａｌｉｎｇ 硅钢被誉为钢铁产品中的“工艺品”，主要用于制造各种电机、变压器和镇流器铁芯以及各种电器元件。

表面处理细化取向硅钢磁畴的方法与机理朱业超1,2,王良芳2,乔学亮1(1.华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉430080;2.武汉钢铁(集团)公司技术中心,湖北武汉430080)摘　要:磁畴细化技术是降低取向硅钢铁损重要的方法之一。

本文概述了国内外表面处理使磁畴细化的方法,这些方法使磁畴细化的机理,以及细化磁畴可降低铁损的机理。

关键词:取向硅钢;磁畴细化;刻痕;张应力中图分类号:TF325 文献标识码:A 文章编号:100121447(2006)0420050204Methods and mechanism of the domain ref inement of grain orientedsilicon steel by surface treamentZHU Ye 2chao 1,2,WAN G Liang 2fang 2,Q IAO Xue 2liang 1(1.Instint ute of Material Science and Technology ,Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China ;2.Technology Center ,Wuhan Iron and SteelCorp.,Wuhan 430080,China )Abstract :Domain refinement technique is an important met hod on t he iron loss decrea 2sing of grain oriented silicon.In t his paper ,t he domain refinement met hods by surface t reat ment t hat are st udied widely at home and abroad are summarized.The mechanism on how t he do mains are refined by t hese met hods is discussed.It is also analyzed in t his paper how t he iron loss of grain oriented silicon is decreased by domain refinement.K ey w ords :Domain refinement ,Grain oriented silicon steel ,Scribing ,Tensile st ress作者简介:朱业超(1979-),男,湖北公安人,工程师,主要从事硅钢技术研究. 硅钢片的铁损由磁滞损耗和涡流损耗组成,涡流损耗又分为经典涡流损耗和异常涡流损耗。

取向硅钢调研报告简介取向硅钢主要用于制作变压器铁芯和大发电机的定子铁芯，是电力工业发展最为重要的功能材料之一。

取向硅钢组织以高度趋于(110) [001」位向，即高斯方向的晶粒为主要特征，是唯一经过二次再结晶得到的钢铁制品，其生产工艺复杂、制造技术严格，被誉为钢铁材料中的“艺术品”。

取向硅钢按{110}<001>取向度和磁性能不同分为普通取向硅钢(Conventional Grain-oriented Silicon Steel,CGO)和高磁感取向硅钢(High Magnetic Induction Grain-oriented Silicon Steel, Hi-B)两类。

Hi-B 钢与CGO 钢相比，具有铁损低、磁感应强度高、磁致伸缩小等优点，用它制作的变压器产品具有空载损耗低、噪声低、体积小等优点。

近年来，高磁感取向硅钢的产量与使用量逐年增大。

两者在性能上的差异见下表1。

表1 CGO和HiB钢的性能比较取向硅钢生产技术现状目前，世界上主要的取向硅钢生产工艺有4种，分别是高温加热两次冷轧法、高温加热一次冷轧法、低温加热两次冷轧法、低温加热一次冷轧法。

每种工艺的生产流程、工艺特点和优缺点如表2所示。

目前全世界仅有约16家企业可以生产取向硅钢。

主要企业有:日本的新日铁和JFE 、韩国的浦项、美国的AK 和AlleghenyLudlum 、俄罗斯的新利佩茨克(简称NLMK)、德国及在法国的蒂森克虏伯、英国的CogentPower 、巴西的Acestita 、波兰的Stalprodukt S.A.、阿赛诺米塔尔收购的捷克ValcovnyPlechuA.S.、中国的武钢、宝钢等。

目前取向硅钢最先进的生产厂为新日铁，主要生产HiB 取向硅钢； 韩国浦项主要是仿照日本新日铁低温渗氮工艺，全部产品采用低温加热一次冷轧工艺生产，而且绝大部分产品为HiB；德国蒂森克虏伯开发了以Cu2S+AlN为主，并以MnS+Sn为辅作为抑制剂的低温加热一次冷轧法，生产HiB取向硅钢。

激光刻痕对取向硅钢铁损和磁畴的影响规律研究杨富尧;古凌云;马光;陈新;任宇;薛志勇【摘要】激光刻痕是一种降低取向硅钢片铁损的有效方法.选取激光功率、扫描速度、激光频率、刻痕间距作为工艺变量,对取向硅钢片进行刻痕实验,并利用磁性能测试系统和磁畴观测仪研究了不同工艺参数对激光刻痕后取向硅钢铁损和磁畴的改善效果.结果表明,取向硅钢片的平均铁损降低率随激光功率和刻痕间距增大而先增大后减小,随激光频率和扫描速度增大而减小.经不同工艺参数刻痕后,硅钢片的磁畴宽度均有所减小,且磁畴宽度的变化规律与铁损降低率的变化规律相吻合.优化了取向硅钢片的激光刻痕工艺参数,利用此工艺刻痕后,取向硅钢片的平均铁损降低率达8％.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2016(047)002【总页数】7页(P2160-2165,2170)【关键词】取向硅钢;激光刻痕;铁损;细化磁畴【作者】杨富尧;古凌云;马光;陈新;任宇;薛志勇【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;国网智能电网研究院电工新材料研究所,北京100052;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;国网智能电网研究院电工新材料研究所,北京100052;国网智能电网研究院电工新材料研究所,北京100052;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TB275取向硅钢是电力行业不可或缺的重要软磁合金，亦是产量最大的金属功能材料。

取向硅钢主要作为制造各种变压器、发电机等的铁芯材料，将其低铁损化对节约能耗极其重要[1-3]。

硅钢铁损主要由磁滞损耗、涡流损耗、反常损耗3部分组成[1]。

随着冶金工艺和设备的日益完善，利用冶金方法降低硅钢铁损值的效果越发不明显。

以细化磁畴为目的的表面处理技术是降低硅钢铁损的另一有效方法，在硅钢表面进行机械刻痕或激光刻痕，可使硅钢片中产生内应力或热效应，从而改善其内部磁畴结构，达到细化磁畴并降低硅钢铁损的目的[4-7]。

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公开说明书[11]公开号CN 1244597A [43]公开日2000年2月16日[21]申请号98114217.6[21]申请号98114217.6[22]申请日98.8.7[71]申请人东北大学地址110006辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号[72]发明人孙凤久 彭兴杰[74]专利代理机构东北大学专利事务所代理人李运萍[51]Int.CI 7C23C 10/30权利要求书 1 页 说明书 3 页[54]发明名称激光处理取向硅钢表面的方法[57]摘要一种激光处理取向硅钢表面的方法,主要包括样品数据采集、工艺参数与合金化元素的选取及激光局域合金化处理流程,使用本发明方法处理硅钢表面,可使处理过的硅钢的晶粒分布得到调正,优化磁畴分布降低铁损,具有良好的高温稳定性,优越的时效性能。

98114217.6权 利 要 求 书第1/1页1、一种激光处理取向硅钢表面的方法，其特征在于该方法包括：a：样品数据采集，测试与统计待处理硅钢样品的晶粒和磁畴分布数据；b：工艺参数与合金化元素的选取，选择能与硅钢基体形成高温稳定合金的材料为合金化元素，激光扫描处理采取等间距的扫描、并沿硅钢片的轧制方向进行，扫描间距一般为3-20m m，其余激光工作参数：当被处理的硅钢为成型取向硅钢时，剥离表面绝缘层所用激光：波长λ＝10.6μm、激光的功率密度F＝105-107J/c m2、扫描速度V＝5-50m m/s、光斑尺度D＝0.1-0.5m m，激光局域合金化所用激光：波长λ＝10.6μm、激光功率密度F＝103-106J/c m2、扫描速度V＝5-50m m/s、光斑尺度D＝0.1-0.5m m，激光作用时间一般取0.002-0.06s；c：激光局域合金化处理流程：对成型取向硅钢进行处理，包括剥离表面绝缘涂层，喷涂合金化元素、激光局域合金化处理，修复表面绝缘涂层，对非成型取向硅钢进行处理只需喷涂合金化元素和激光局域合金化处理。

磁畴细化高磁感取向硅钢
磁畴细化是指通过一定的技术手段，使材料的磁畴尺寸变小，
从而提高材料的磁性能。

在硅钢中，磁畴细化可以带来高磁感取向，从而提高硅钢的磁导率和减小铁损，使其在电机、变压器等电磁设
备中具有更好的性能。

磁畴细化可以通过多种方式实现，包括热处理、应力处理、合
金添加等。

其中，热处理是常用的一种方法，通过控制材料的热处
理工艺参数，如温度、时间等，可以有效地实现磁畴的细化，从而
提高硅钢的磁性能。

此外，磁畴细化还可以通过应力处理来实现。

在硅钢的制备过
程中，通过施加一定的应力，可以使材料的磁畴发生变形和细化，
从而提高磁感应强度和减小磁滞回路损耗。

另外，合金添加也是一种常用的磁畴细化方法。

通过向硅钢中
添加一定的合金元素，如铝、钛等，可以改变材料的晶体结构，从
而实现磁畴的细化，提高磁感应强度和减小铁损。

总的来说，磁畴细化可以显著提高硅钢的磁性能，使其在电磁
设备中发挥更好的作用。

通过合理的工艺控制和材料设计，可以实现磁畴细化高磁感取向硅钢的制备，满足不同领域对高性能硅钢材料的需求。

22:33 2011-5-5上1380℃1380℃～1370℃＞1360±10℃3.5～4h下1370℃1370℃～1360℃加热温度如果过低，在炉时间短MnS、AlN则不能充分固溶。

加热温度过高，在炉时间过长则铸坯表面熔化造成炉渣很厚需停炉清渣影响产量和炉子寿命，而且由于晶粒粗大，成品出现线晶使磁性降低。

2.2.4.3 高温轧制工艺高温轧制工艺的作用不仅要获得需要的板厚和板形，还要在热轧过程中能析出均匀细小的MnS质点，尽量少析出AlN。

GO钢MnS在1160℃时析出速度最快，析出的最低温度为950℃，故GO钢在粗轧时采取大压下量高速轧制，确保进精轧机前切头处温度为1160℃±10℃，若高于1160℃应停留一段时间再进入精轧机，若低于1160℃±10℃则应提高在精轧机的轧制速度，确保终轧温度在960℃±20℃，GO钢在热连轧过程中要进行喷水冷却，喷水量应按终轧温度为960±20℃控制，钢带在出精轧机后在辊道上进行层流冷却。

Hi—B钢由于含Mn、S比GO钢高，故MnS开始析出的温度也高，约在1200℃析出MnS，但这时AlN析出量很少，为了确保进精轧时铸坯温度比GO钢高，带头大于1190℃，尾大于1140℃，Hi—B 钢加热温度比GO钢更高，粗轧时时间要短，即采用高速大压下量轧制。

Hi—B在热轧时很重要的一点是要控制AlN在高温尽量少析出，所以钢带在精轧机内通过的时间要短，为此精轧要采取高速轧制，喷水量要大，以便提高钢带冷却速度，将终轧温度控制在970±20℃，热轧后钢带在辊道进行层流冷却。

2.2.4.4 低温卷取工艺GO钢卷取温度为570±20℃，如此低的卷取温度的作用是使Fe3C以细小弥散的质点析出，使之能起到阻止冷轧退火后初次再结晶晶粒长大、促进二次再结晶的作用。

Hi—B的卷取温度比GO钢还低，其目的和作用除同于GO钢外，另一个原因是Hi—B钢含Al较高，为防止因卷取温度高Al氧化后难以酸洗而考虑的。

22:33 2011-5-5上1380℃1380℃～1370℃＞1360±10℃3.5～4h下1370℃1370℃～1360℃加热温度如果过低，在炉时间短MnS、AlN则不能充分固溶。

加热温度过高，在炉时间过长则铸坯表面熔化造成炉渣很厚需停炉清渣影响产量和炉子寿命，而且由于晶粒粗大，成品出现线晶使磁性降低。

2.2.4.3 高温轧制工艺高温轧制工艺的作用不仅要获得需要的板厚和板形，还要在热轧过程中能析出均匀细小的MnS质点，尽量少析出AlN。

GO钢MnS在1160℃时析出速度最快，析出的最低温度为950℃，故GO钢在粗轧时采取大压下量高速轧制，确保进精轧机前切头处温度为1160℃±10℃，若高于1160℃应停留一段时间再进入精轧机，若低于1160℃±10℃则应提高在精轧机的轧制速度，确保终轧温度在960℃±20℃，GO钢在热连轧过程中要进行喷水冷却，喷水量应按终轧温度为960±20℃控制，钢带在出精轧机后在辊道上进行层流冷却。

Hi—B钢由于含Mn、S比GO钢高，故MnS开始析出的温度也高，约在1200℃析出MnS，但这时AlN析出量很少，为了确保进精轧时铸坯温度比GO钢高，带头大于1190℃，尾大于1140℃，Hi—B 钢加热温度比GO钢更高，粗轧时时间要短，即采用高速大压下量轧制。

Hi—B在热轧时很重要的一点是要控制AlN在高温尽量少析出，所以钢带在精轧机内通过的时间要短，为此精轧要采取高速轧制，喷水量要大，以便提高钢带冷却速度，将终轧温度控制在970±20℃，热轧后钢带在辊道进行层流冷却。

2.2.4.4 低温卷取工艺GO钢卷取温度为570±20℃，如此低的卷取温度的作用是使Fe3C以细小弥散的质点析出，使之能起到阻止冷轧退火后初次再结晶晶粒长大、促进二次再结晶的作用。

Hi—B的卷取温度比GO钢还低，其目的和作用除同于GO钢外，另一个原因是Hi—B钢含Al较高，为防止因卷取温度高Al氧化后难以酸洗而考虑的。

取向硅钢的现状及发展【摘要】取向硅钢是一种高附加值、高壁垒的功能材料。

本文介绍了国内外取向硅钢的生产现状，并对其发展趋势进行了展望。

【关键词】取向硅钢；现状；发展取向硅钢是发展电力和电讯的关键材料，是一种高附加值、高壁垒的产品，生产流程长，工艺复杂，是钢铁企业最高制造水平的标志。

由于取向硅钢生产工艺复杂、周期长、技术要求高，因而其质量、产量及种类被视为是衡量钢铁制造技术水平的重要标志。

1 国外取向硅钢的发展情况取向硅钢的研究开始于20世纪30年代。

1930年美国学者Goss[1]采用冷轧和退火工艺制成3%Si取向硅钢，为取向硅钢的发展做出了重要贡献。

该技术被美国Armoc公司采用，并对其生产工艺进行了优化，又通过对Goss织构形成机制和抑制剂作用机理的进一步研究，使取向硅钢铁损大幅度降低，磁性更加稳定[2]。

50年代中期开发的MnS为抑制剂的产品命名为普通取向硅钢，简称GO钢。

此后，Armco技术占据了世界取向硅钢的主要地位。

60年代，日本学者田中悟、阪仓昭等人开始研究铁损更低的高磁感取向硅钢，简称Hi-B钢。

新日铁生产的Hi-B钢以A1N+MnS为综合抑制剂，并于1968年正式投产。

1986年日本钢管公司生产出了6.5%Si硅钢，并于1993年投产，产品命名为Super-E Core产品。

此后，日本取向硅钢在产品质量、技术水平及性能测试等方面均已超过美国，处于世界领先地位。

2 国内取向硅钢的发展情况国内取向硅钢的研究开始于上世纪中期。

1952年太原钢铁首次试制热轧1~2%Si硅钢，并与冶金部钢铁研究院合作试制热轧3~4%Si硅钢，并于1956年正式投产[3]，但产品磁性不稳定。

1961年上海钢铁研究所和大连钢厂合作生产取向硅钢，产品性能和产量基本满足军工需求，取向硅钢在国内立足。

此后，随着工艺的陆续改进，采用加入合金元素、调整元素含量、氢气退火等方法，产品磁性和产量均得到了明显提高[4]。

目前，武汉钢铁公司是国内高质量取向硅钢产量最大的企业。

磁畴细化高磁感取向硅钢全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：磁畴细化高磁感取向硅钢是一种具有优异磁性能和高效能的电工材料，广泛应用于电力变压器、电机和发电设备等领域。

随着科技的发展和需求的增加，对磁性材料的性能要求也越来越高，因此磁畴细化高磁感取向硅钢的研究和制备也变得愈发重要。

磁畴细化高磁感取向硅钢具有较高的饱和磁感应强度、低的铁损和低的涡流损耗，其主要原理是通过控制硅钢晶粒的取向，使得磁畴能够沿着特定的方向排列，从而提高材料的磁感应强度和磁导率。

磁畴细化是指通过一定的材料工艺和热处理手段，控制硅钢中的晶粒尺寸和取向，使得磁畴得以稳定排列，从而提高磁感应强度和降低铁损涡流损耗。

磁畴细化高磁感取向硅钢的制备工艺主要包括原料的选取、压制成型、烧结和热处理等步骤。

首先是对原料的选择，需要选取高纯度、低磁滞、低涡流损耗的硅钢作为基材。

然后将硅钢粉末进行压制成型，通过热压和热轧等工艺，使得硅钢粉末具有一定的形状和尺寸。

接着是通过烧结工艺，将硅钢粉末进行烧结处理，使其结晶结构得到改善，晶粒得到细化。

最后是通过热处理工艺，对硅钢进行退火处理，控制晶粒的取向，使得磁畴能够沿着特定的方向排列，从而提高磁感应强度和降低损耗。

磁畴细化高磁感取向硅钢具有许多优点，如高的磁感应强度、低的铁损和低的涡流损耗，具有很好的节能效果和电磁性能。

在电机、变压器和发电设备等领域得到广泛的应用。

磁畴细化高磁感取向硅钢的研究仍处于起步阶段，尚有许多问题需要解决。

磁畴细化的机理尚不明确，需进一步研究；制备工艺中还存在一些难点和挑战，需要不断改进和完善；材料性能的测试和评价方法也需要进一步发展，以满足不同领域的需求。

随着电力行业的不断发展和对能源的要求不断提高，磁畴细化高磁感取向硅钢的研究将会越来越受到重视，有望成为未来电力行业的重要材料之一。

第二篇示例：磁畴细化高磁感取向硅钢是一种具有优异磁导性能的硅钢材料，其主要特点是在晶粒水平上实现了磁畴细化，从而提高了磁感应强度和磁导率。