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材料物理学中的磁性材料与磁性现象磁性材料是一类在外加磁场作用下能够形成稳定磁矩并表现出磁性行为的材料。
随着科学技术的不断发展，磁性材料已经在许多领域得到了广泛应用，如电子技术、计算机技术、医学和磁性记录媒介等。
磁性材料的磁性行为可以通过自旋等效和电子互相作用的方式来解释。
在原子或成键的离子中，电子的自旋和轨道运动产生磁矩，而它们不断运动着并相互作用，导致材料中出现相互作用的磁矩，产生磁性行为。
磁性材料的种类很多，包括铁、钴、镍、磁性氧化物等。
其中铁、钴、镍是典型的磁性材料，被广泛应用于磁性传感器等领域。
而磁性氧化物则因其优良的磁学性质被广泛应用于电动机、存储器等领域。
磁性材料的微观结构与磁性行为的关系需要通过多种方法来研究。
例如，从能量的角度来考虑磁性材料中的磁矩会表现出哪些行为。
在铁、钴、镍等磁性材料中，电子的自旋和轨道角动量在磁场下会发生耦合，形成不同的磁性结构，如铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。
除了铁、钴、镍等单质的磁性材料，磁性合金也是磁性材料中的一类重要类型。
磁性合金由多种元素组成，其组成和结构会对其磁学性质产生影响。
磁性合金的应用范围广泛，包括电动机、变压器、磁记录媒介等。
近年来，人们开始关注磁性材料中的新奇现象，其中最为引人注目的是自旋电子学。
自旋电子学是一门新兴的物理学领域，在磁性材料研究领域中有着广泛的应用。
自旋电子学利用电子自旋的向上或向下态代表二进制信息，实现了与传统半导体电子学不同的信息处理方式。
自旋电子学有着极高的性能和低功耗的特点，在未来的信息技术领域中具有广阔的发展前景。
磁性材料在工业生产和科学研究中都有重要的应用。
掌握磁性材料的物理性质对物理学家和工程师而言都非常重要。
随着材料物理学研究的发展，我们也许会发现新的磁性材料，并且了解磁性材料的复杂行为，为未来的应用发展提供更多的机会。
冷轧板超迅速退火旳组织、织构旳柔性化控制技术微观组织控制：对老式旳冷轧汽车用钢而言，伴随汽车减重、节省燃油和保障安全旳迫切规定，采用减量化成分和紧凑型流程，在保证成形性能旳基础上深入提高材料强度，已经成为新世纪旳研究热点。
高强度深冲用钢（包括IF钢和Al镇静钢等）大多通过添加Mn、P和Si等元素到达固溶强化旳目旳。
这种钢在固溶强化母相旳同步引起晶界强度旳下降，恶化了固有旳晶界脆性问题（IF钢），导致更明显旳二次加工脆性；此外，固溶强化元素Si等旳添加损害深冲性能和涂层旳表面质量，不合用于复杂成形旳外板零件。
晶粒细化是可以同步提高材料强度和韧性旳最有效措施之一。
通过细化晶粒，提高晶界数量和密度，进而Q345B无缝管 bd提高（超）低碳钢旳晶界强度，同步大幅度改善二次加工脆性。
日本某钢铁企业通过大幅提高C 和Nb旳含量，运用细晶强化、NbC析出强化和PFZ无间隙析出区间技术，开发了一种440MPa级别旳细晶高强IF钢，明显提高了试验钢旳抗二次加工脆性。
实际上，除了微合金化手段以外，通过工艺控制同样可以实现晶粒细化。
近十年来这一技术在热轧领域进行了深入旳研究和应用。
总旳来说，重要有两组获得超细晶钢旳技术路线。
一组是剧烈塑性变形措施，如等通道角挤压、叠轧合技术、多向变形和高压扭转等；另一组则包括多种先进旳形变热处理技术，如形变诱导铁素体相变、动态再结晶、两相区轧制以及铁素体区温轧等。
目前商业用热轧高强钢旳最小晶粒尺寸在3-5μm，而冷轧退火钢一般在20μm左右。
众所周知，热轧组织参数、冷轧规程和退火工艺旳控制可强烈地影响冷轧产品旳组织和性能，但目前主流旳商业化退火措施，无论是老式旳罩式退火还是较先进旳持续退火，工艺参数单一，可变化范围窄，难以实现对组织性能旳柔性化控制。
这正是数年来制约冷轧-退火材料组织细化旳重要瓶颈，也是冷轧细晶化技术鲜有研究旳重要原因。
为了克服上述问题，RAL研究人员发现，超迅速退火技术因其独特旳加热及冷却方式，Q345B无缝管可实现多阶段复杂途径和灵活多样旳工艺参数控制，有望为冷轧-退火产品提供了更具全新旳组织-织构-性能处理方案。
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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电工钢知识简介 Prepared on 22 November 2020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<%电工钢和Si含量 ~%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%的热轧低碳钢板制成变压器叠片铁芯。
1890年已广泛使用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%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。
011%Si无取向电工钢晶粒长大对织构和磁性的影响王 波(宝山钢铁股份有限公司技术中心,上海 201900)摘 要:本文研究了011%Si无取向电工钢退火过程中晶粒长大对织构和磁感、铁损和交流磁导率的影响,结果表明晶粒尺寸越大,(1)有利面织构(0k1)强度降低;(2)较低磁场下磁感升高,高磁场下磁感降低;(3)铁损降低实际上是磁滞损耗降低;(4)交流导磁率增加。
关键词:无取向电工钢;磁感;铁损;;织构中图分类号:TM275 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2004)03-0016-03E ffects of G rain G rowth of011%Si Non2oriented Electrical Steel on T exture and Magnetic PropertiesWAN G Bo(R&D Center of Baoshan Iron&Steel Co1,Ltd1,Shanghai201900,China)ABSTRACT:The effects of grain growth of011%Si non2oriented electrical steel on texture,induction, core loss and ac permeability are studied1While grains grow bigger it means(1)the intensity of the favor2 able texture(0k1)decrease,(2)the induction at low magnetic force increases,but it decrease at high mag2 netic force,(3)the total core loss decrease is due to the hysteresis loss decrease,and(4)ac permeability in2 creases1KE Y WOR DS:non2oriented electrical steel;magnetic flux density;iron loss;grain;texture1 前 言在无取向电工钢钢板厚度和成分一定的情况下,晶粒尺寸和织构对产品最终磁性能起着决定性影响〔1〕。
物质结构与材料的磁性在物质科学领域中，物质结构和材料的磁性是一个关键的研究领域。
物质结构的磁性可以影响材料的性能和应用。
本文将探讨物质结构对材料磁性的影响以及相关的应用。
一、物质结构对磁性的影响物质结构的磁性主要通过晶体结构以及原子和离子的排列方式来决定。
晶体结构的对称性和原子排列的方式直接影响着材料的磁性。
以下是几个常见的物质结构对磁性的影响的例子：1.立方晶体结构立方晶体结构是最简单的晶体结构之一，主要包括体心立方晶体结构、面心立方晶体结构和简单立方晶体结构。
这些晶体结构中的原子排列和对称性对磁性起着重要作用。
例如，铁（Fe）的体心立方晶体结构使其在室温下表现出铁磁性，而铝（Al）的面心立方晶体结构使其成为顺磁性材料。
2.非晶态材料非晶态材料在物质结构上缺乏长程有序性，原子之间的排列是无规则的。
这种无序排列的物质结构将会影响材料的磁性。
例如，非晶态的合金材料在低温下显示出铁磁性，而在高温下则表现出顺磁性。
3.键合方式物质中原子之间的键合方式也对磁性有影响。
例如，铁磁性材料通常通过相邻原子之间的交换作用来实现磁性，而顺磁性材料则是由于原子轨道中存在未成对电子。
以上是物质结构对磁性的一些基本影响，不同的物质结构和原子排列方式将导致不同的磁性行为。
二、材料磁性的应用材料的磁性在许多应用领域中起着关键的作用。
以下是一些相关的应用：1.磁存储器件磁存储器件是计算机和其他电子设备中不可或缺的组成部分。
材料的磁性可以用于存储和读取信息。
例如，硬盘驱动器使用了铁磁性材料来存储和读取数据，通过改变磁性材料的磁性状态来表示不同的信息。
2.磁共振成像（MRI）磁共振成像是一种非侵入性的医学成像技术，可以用于观察人体内部的器官和组织。
磁性材料的特殊磁性性质被用于产生高强度的磁场，从而实现对人体的成像。
3.磁性材料的加工和制备磁性材料的制备和加工过程对其磁性能有重要影响。
通过控制物质结构和材料成分，可以调节材料的磁性能。
磁性材料的微观结构与磁性性能磁性材料是一类非常重要的功能性材料，广泛应用于电子、信息、医学等领域。
了解磁性材料的微观结构与磁性性能之间的关系对于设计和合成新型磁性材料具有重要意义。
本文将从磁性材料的微观结构和磁性性能两个方面进行论述。
一、磁性材料的微观结构磁性材料的微观结构主要包括晶体结构和磁畴结构两个方面。
晶体结构是磁性材料的基本组织单元。
晶体结构的对称性和晶格参数决定了磁性材料的一些基本特性。
例如，铁磁材料的晶体结构通常是体心立方晶格，而铁氧体则是面心立方晶格。
晶体结构的不同可以导致不同的原子间距和原子位置的排列方式，进而影响磁性材料的磁性性能。
磁畴结构是磁性材料中磁性原子排列的集体行为。
磁畴是一组有序排列的相邻磁性原子，彼此具有相同的磁矩方向。
磁畴通常具有一定的大小和形状，且在无外加磁场的情况下磁性材料会分化成多个磁畴。
在铁磁材料中，磁畴的形成是由于自发磁化的存在。
而在顺磁材料中，则是由外加磁场引起的。
二、磁性材料的磁性性能磁性材料的磁性性能包括饱和磁化强度、居里温度、剩余磁化强度等。
饱和磁化强度是指磁性材料在饱和状态下磁化的最大电流强度。
饱和磁化强度越高，表示材料在外加磁场下更容易实现饱和磁化，具有更高的磁化能力。
居里温度是指磁性材料由铁磁性向顺磁性转变的温度。
居里温度越高，表示材料在高温下仍能保持铁磁性，具有较好的磁性稳定性。
剩余磁化强度是指磁性材料在去除外加磁场后仍保留的磁化强度。
剩余磁化强度的大小与材料的磁畴结构有关，磁畴间的相互作用对剩余磁化强度起到重要影响。
三、微观结构与磁性性能的关系磁性材料的微观结构直接影响磁性材料的磁性性能。
首先，晶体结构的对称性和晶格参数决定了磁性材料的磁矩间相互作用方式。
例如，铁磁材料的晶体结构的体心立方晶格，使得磁矩更容易在晶格间跳跃，从而增强了磁性材料的磁性。
其次，磁畴结构的形成和演化直接决定了磁性材料的磁性性能。
磁畴之间的相互作用可以通过磁畴壁的移动和转变来改变。
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)。
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与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,冷轧时微观带与轧向的偏离角逐渐减少, 直到与轧向近似平行, 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。
再结晶织构与冷轧织构相比,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)。
