CN113957222B - 一种降低取向硅钢铁损的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低取向硅钢铁损的方法。本发明所述方法包括如下步骤：(1)将取向硅钢样品腐蚀，清理后，拍摄得到晶粒分布图；(2)计算平均晶粒大小S，确定刻痕间距；刻痕间距与晶粒大小S的关系为：S＜600mm2时，刻痕宽度为5.0mm；600≤S＜1000mm2时，刻痕宽度为4.5mm；1000≤S＜1400mm2时，刻痕宽度为4.0mm，S≥1400mm2时，刻痕宽度为3.5mm。本发明通过计算不同来料晶粒大小确定其刻痕间距的大小，通过对刻痕间距的调整，降低了取向硅钢的铁损。

Description

一种降低取向硅钢铁损的方法
技术领域
本发明涉及硅钢制造技术领域，特别涉及一种降低取向硅钢铁损的方法。
背景技术
硅钢主要用作各种电机和变压器的铁芯，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金。硅钢在磁性材料中用量最大，也是一种节能的重要金属材料。硅钢在交变和脉动磁场中会产生磁滞现象，还会产生涡流，消耗电能，这种磁滞损耗、涡流损耗与其他损耗之和称为铁损。铁损是一项衡量硅钢性能的重要指标，铁损低的硅钢在工作中会损耗较少的电能，铁损高的硅钢则会在工作中损耗较多的电能，因此降低硅钢的铁损值对于节约能源有着重要的意义。
目前技术上存在多种降低铁损的方法：通过改善硅钢晶粒取向降低铁损，减薄硅钢片厚度降低铁损，激光刻痕细化磁畴降低铁损。由于取向硅钢生产工艺复杂，控制难度大，各大钢厂与钢厂之间，钢厂不同时间段之间生产出来的硅钢晶粒度大小不能完全保持一致，导致激光刻痕细化磁畴效果不能始终保持在最佳水平。目前还没有厂家根据每一卷来料的晶粒大小对后道工序进行调整，导致生产出来的产品性能不够稳定，铁损降低较大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种降低取向硅钢铁损的方法。本发明通过对硅钢预处理后，研究出取向硅钢晶粒大小与刻痕间距的对应关系，可以根据来料的晶粒尺寸，灵活选择合适的刻痕间距，更好地细化了磁畴，降低了硅钢铁损。
本发明的技术方案如下：
一种降低取向硅钢铁损的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将取向硅钢样品腐蚀，去除表面杂质后，拍摄得到晶粒分布图；
(2)计算平均晶粒大小S，确定刻痕间距；
刻痕间距与晶粒大小S的关系为：
S＜600mm2时，刻痕宽度为5.0mm；
600≤S＜1000mm2时，刻痕宽度为4.5mm；
1000≤S＜1400mm2时，刻痕宽度为4.0mm；
S≥1400mm2时，刻痕宽度为3.5mm。
进一步地，步骤(1)中，所述取向硅钢中含有如下质量分数的组分：C：0.03-0.05％；Si：2.9-3.1％；Mn：0.05-0.15％；P：≤0.015％；S：0.003-0.005％；Al：0.025-0.035％；N：0.008-0.010％；其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，步骤(1)中，所述取向硅钢样品的取样方法为：在距离取向硅钢卷首和卷尾边部20-40mm处各取两块钢板，分别标记为A、B、C、D作为取向硅钢样品。
进一步地，步骤(1)中，所述取向硅钢样品的长度和宽度均为250-500mm。
进一步地，步骤(1)中，所述腐蚀的具体过程为：将取向硅钢样品浸渍于盛有酸溶液的容器中，容器置于60-80℃水浴加热110-130min。
进一步地，所述酸溶液为盐酸或硫酸。
进一步地，所述盐酸的质量分数为28-32％；所述硫酸的质量分数为10-15％。
进一步地，步骤(1)中，所述去除表面杂质是戴上手套将酸腐蚀后的取向硅钢样品置于水槽中，沿同一方向擦拭，除去表面杂质，擦去表面杂质可使用毛巾及水冲洗方式，完全去除表面肉眼可见杂质；所述拍摄是用相机拍摄完整硅钢样品表面，相机为具有1000万像素以上的相机。
进一步地，步骤(2)中，所述计算平均晶粒大小S的公式如下：
Figure BDA0003320498630000021
式中：SA、SB、SC、SD分别为取向硅钢样品A、B、C、D的面积；A1、B1、C1、D1分别为不与取向硅钢样品A、B、C、D的边缘接触的晶粒个数；A2、B2、C2、D2为只与硅钢样品A、B、C、D的1边接触的晶粒个数；A3、B3、C3、D3分别为与取向硅钢样品A、B、C、D的2边接触的晶粒个数。
进一步地，所述晶粒个数的获得方法为：将晶粒分布图片导入Photoshop中，利用其中的计数功能，对图片中的不同晶粒分别计数。
本发明取样中综合考虑实际经济效益及不同部位偏差的影响，确定了合适的取样位置，通过试验可知，取样较小，且位置不具有代表性的话，可能会影响到最终刻痕的选择，从而影响刻痕后取向硅钢的铁损，比如边部的晶粒较为细小，如果取的样太靠边，那么计算值较实际值可能就偏小。
本发明所述取向硅钢为普通取向硅钢或高磁感取向硅钢。所述取向硅钢是经过高炉炼铁、转炉、RH精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、脱碳、二次冷轧、CA、CB、CT处理制得，其中：RH为真空循环脱气精炼法；CA为涂氧化镁；CB为高温退火；CT为连续热拉伸平整。
目前硅钢生产中大多是对HiB(高磁感取向硅钢)进行刻痕，很少有对成分、工艺均与HiB有差别的CGO(普通取向硅钢)进行表面刻痕降低铁损，本发明通过对CGO进行刻痕处理，并研究了取向硅钢晶粒大小与刻痕间距的关系，从而通过对刻痕间距的调整实现降低铁损的目的。
本发明有益的技术效果在于：
(1)本发明根据硅钢腐蚀残留物极易附着于硅钢表面和硅钢极易氧化的特点，限定了腐蚀后的硅钢表面清理方法，避免在硅钢表面留下手印、擦拭纹路等脏污，在规定的时间内拍摄图片，防止表面氧化，影响后续晶粒统计。
(2)本发明提出了一种有效的硅钢晶粒大小统计方法。常规的金属材料晶粒度统计方法，是将金属材料磨抛腐蚀后，放在金相显微镜下拍照，再通过软件统计视场内的晶粒大小，但是因为硅钢的晶粒较一般的金属材料要大得多，在金相显微镜下，受视场大小限制，不能观察到完整的晶粒。本发明通过腐蚀，直接拍照，并通过Photoshop软件计数功能进行计数，确保计数准确，再根据相应公式计算出晶粒大小。本方法简单易操作，不需要使用金相显微镜等仪器，适用于现场的大批量来料晶粒度统计。
(3)本发明针对实际生产中不同钢厂之间，钢厂不同时间段生产出来的硅钢晶粒情况均有可能不同的情况，根据来料的不同，通过简单预处理、拍照和晶粒统计，依据本发明限定的对应关系，灵活选择合适的刻痕间距，更好地细化了磁畴，降低了硅钢铁损。
附图说明
图1为本发明实施例1用酸腐蚀并去除表面杂质后拍摄的硅钢晶粒图。
图2为本发明实施例1酸腐蚀后表面存在氧化及脏污的硅钢晶粒图。
图3为本发明取样位置示意图。
图中：1、取向硅钢钢卷；A、B、C、D为四块取向硅钢样品。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
取向硅钢原料中各成分百分含量如表1所示：
表1
Figure BDA0003320498630000041
将取向硅钢原料经高炉炼铁、转炉、RH精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、脱碳、二次冷轧、CA、CB、CT处理得到普通取向硅钢。该取向硅钢卷卷首和卷尾分别取距边部30mm的500×500mm硅钢板各2块，共4块硅钢板，即取向硅钢样品，如图3所示。四块钢板分别记为A、B、C、D，经30％盐酸在80℃下水浴加热腐蚀120min，腐蚀后硅钢表面的晶粒图如图2所示。戴上手套，捏住硅钢板两角，放置于水槽中，用布沿一个方向擦拭，擦去腐蚀残留物得到预处理后的硅钢样品。在清理工作完成1.2min后用像素为1000万的相机对硅钢表面晶粒进行拍摄。拍摄时需要把样品整体拍摄入内，拍摄的晶粒图如图1所示，用Photoshop统计的平均晶粒大小结果如表2所示：
表2
Figure BDA0003320498630000042
由表2可知，实施例1中普通取向硅钢的晶粒平均面积为1007.4mm2，根据晶粒大小选择刻痕间距如下：晶粒大小为1000≤S＜1400mm2时刻痕间距为4.0mm，将激光强度调整到1.2kw，并选择刻痕间距为4.0mm开始刻痕，得到经过刻痕处理的普通取向硅钢，对刻痕后的硅钢铁损及磁感进行检测。
实施例2
取向硅钢原料中各成分百分含量如表3所示：
表3
Figure BDA0003320498630000051
将取向硅钢原料经高炉炼铁、转炉、RH精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、脱碳、二次冷轧、CA、CB、CT处理得到普通取向硅钢。该取向硅钢卷卷首和卷尾分别取距边部30mm的500×500mm硅钢板各2块，共4块硅钢板。四块钢板分别记为A、B、C、D，经30％盐酸在80℃下水浴加热腐蚀120min。戴上手套，捏住硅钢板两角，斜向上放置于水槽中，用布沿一个方向擦拭，擦去腐蚀残留物。在清理工作完成1.0min后，用像素为1000万的相机对硅钢表面晶粒进行拍摄。拍摄时需要把样品整体拍摄入内，用Photoshop统计的平均晶粒大小结果如表4所示：
表4
Figure BDA0003320498630000052
由表4可知，实施例2普通取向硅钢的晶粒平均面积为1538.4mm2，根据晶粒大小选择刻痕间距如下：晶粒大小为S≥1400mm2时刻痕间距为3.5mm，将激光强度调整到1.4kw，并选择刻痕间距为3.5mm开始刻痕，得到经过刻痕处理的普通取向硅钢，对刻痕后的硅钢铁损及磁感进行检测。
实施例3
取向硅钢原料中各成分百分含量如表5所示：
表5
元素 C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Al(％) N(％) Fe(％)
成分 0.041 3.02 0.10 0.0057 0.0039 0.029 0.0093 96.73
将取向硅钢原料经高炉炼铁、转炉、RH精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、脱碳、二次冷轧、CA、CB、CT处理得到普通取向硅钢。该取向硅钢卷卷首和卷尾分别取距边部30mm的500×500mm硅钢板各2块，共4块硅钢板。四块钢板分别记为A、B、C、D，经30％盐酸在80℃下水浴加热腐蚀120min。戴上手套，捏住硅钢板两角，斜向上放置于水槽中，用布沿一个方向擦拭，擦去腐蚀残留物。在清理工作完成1.5min后，用像素为2000万的相机对硅钢表面晶粒进行拍摄。拍摄时需要把样品整体拍摄入内，用Photoshop统计的平均晶粒大小结果如表6所示：
表6
Figure BDA0003320498630000061
由表6可知，实施例3普通取向硅钢的晶粒平均面积为422.4mm2，所述的根据晶粒大小选择刻痕间距如下：晶粒大小为S＜600mm2时刻痕间距为5.0mm，将激光强度调整到1.6kw，并选择刻痕间距为5.0mm开始刻痕，得到经过刻痕处理的普通取向硅钢，对刻痕后的硅钢铁损及磁感进行检测。
实施例4
取向硅钢原料中各成分百分含量如表7所示：
表7
Figure BDA0003320498630000062
将取向硅钢原料经高炉炼铁、转炉、RH精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、脱碳、二次冷轧、CA、CB、CT处理得到普通取向硅钢。该取向硅钢卷卷首和卷尾分别取距边部20mm的250×250mm硅钢板各2块，共4块硅钢板。四块钢板分别记为A、B、C、D，经10％硫酸在60℃下水浴加热腐蚀110min。戴上手套，捏住硅钢板两角，斜向上放置于水槽中，用布沿一个方向擦拭，擦去腐蚀残留物。在清理工作完成1.0min后，用像素为2000万的相机对硅钢表面晶粒进行拍摄。拍摄时需要把样品整体拍摄入内，用Photoshop统计的平均晶粒大小结果如表8所示：
表8
Figure BDA0003320498630000071
由表8可知，实施例4普通取向硅钢的晶粒平均面积为663.1mm2，根据晶粒大小选择刻痕间距如下：晶粒大小为600≤S＜1000mm2时刻痕间距为4.5mm，将激光强度调整到1.8kw，并选择刻痕间距为4.5mm开始刻痕，得到经过刻痕处理的普通取向硅钢，对刻痕后的硅钢铁损及磁感进行检测。
实施例5
取向硅钢原料中各成分百分含量如表9所示：
表9
Figure BDA0003320498630000072
将取向硅钢原料经高炉炼铁、转炉、RH精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、脱碳、二次冷轧、CA、CB、CT处理得到普通取向硅钢。该取向硅钢卷卷首和卷尾分别取距边部40mm的300×300mm硅钢板各2块，共4块硅钢板。四块钢板分别记为A、B、C、D，经32％盐酸在70℃下水浴加热腐蚀130min。戴上手套，捏住硅钢板两角，斜向上放置于水槽中，用布沿一个方向擦拭，擦去腐蚀残留物。在清理工作完成5.0min后，用像素为2000万的相机对硅钢表面晶粒进行拍摄。拍摄时需要把样品整体拍摄入内，用Photoshop统计的平均晶粒大小结果如表10所示：
表10
Figure BDA0003320498630000073
Figure BDA0003320498630000081
由表10可知，实施例5普通取向硅钢的晶粒平均面积为1312.2mm2，根据晶粒大小选择刻痕间距如下：晶粒大小为1000≤S＜1400mm2时刻痕间距为4.0mm，将激光强度调整到2.0kw，并选择刻痕间距为4.0mm开始刻痕，得到经过刻痕处理的普通取向硅钢，对刻痕后的硅钢铁损及磁感进行检测。
对比例1
取向硅钢原料中各成分百分含量如表11所示：
表11
元素 C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Al(％) N(％) Fe(％)
成分 0.040 3.04 0.11 0.0054 0.0040 0.032 0.0086 96.75
将取向硅钢原料经高炉炼铁、转炉、RH精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、脱碳、二次冷轧、CA、CB、CT处理得到普通取向硅钢。该取向硅钢卷卷首和卷尾分别取距边部30mm的500×500mm硅钢板各2块，共4块硅钢板。四块钢板分别记为A、B、C、D，经30％盐酸在80℃下水浴加热腐蚀120min。戴上手套，捏住硅钢板两角，斜向上放置于水槽中，用布沿一个方向擦拭，擦去腐蚀残留物。在清理工作完成1.2min后，用像素为2000万的相机对硅钢表面晶粒进行拍摄。拍摄时需要把样品整体拍摄入内，用Photoshop统计的平均晶粒大小结果如表12所示：
表12
Figure BDA0003320498630000082
将激光强度调整到1.2kw，并选择刻痕间距为4.5mm开始刻痕，得到经过刻痕处理的普通取向硅钢，对刻痕后的硅钢铁损及磁感进行检测。
对比例2
取向硅钢原料中各成分百分含量如表13所示：
表13
元素 C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Al(％) N(％) Fe(％)
成分 0.041 3.01 0.09 0.0046 0.0042 0.031 0.0080 96.65
将取向硅钢原料经高炉炼铁、转炉、RH精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、脱碳、二次冷轧、CA、CB、CT处理得到普通取向硅钢。该取向硅钢卷卷首和卷尾分别取距边部30mm的500×500mm硅钢板各2块，共4块硅钢板。四块钢板分别记为A、B、C、D，经30％盐酸在80℃下水浴加热腐蚀120min。戴上手套，捏住硅钢板两角，斜向上放置于水槽中，用布沿一个方向擦拭，擦去腐蚀残留物。在清理工作完成1.1min后，用像素为2000万的相机对硅钢表面晶粒进行拍摄。拍摄时需要把样品整体拍摄入内，用Photoshop统计的平均晶粒大小结果如表14所示：
表14
Figure BDA0003320498630000091
将激光强度调整到1.4kw，并选择刻痕间距为4.0mm开始刻痕，得到经过刻痕处理的普通取向硅钢，对刻痕后的硅钢铁损及磁感进行检测。
对比例3
取向硅钢原料中各成分百分含量如表15所示：
表15
元素 C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Al(％) N(％) Fe(％)
成分 0.039 3.03 0.010 0.0056 0.0041 0.029 0.0081 96.70
将取向硅钢原料经高炉炼铁、转炉、RH精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、脱碳、二次冷轧、CA、CB、CT处理得到普通取向硅钢。该取向硅钢卷卷首和卷尾分别取距边部30mm的500×500mm硅钢板各2块，共4块硅钢板。四块钢板分别记为A、B、C、D，经30％盐酸在80℃下水浴加热腐蚀120min。戴上手套，捏住硅钢板两角，斜向上放置于水槽中，用布沿一个方向擦拭，擦去腐蚀残留物。在清理工作完成1.0min后，用像素为2000万的相机对硅钢表面晶粒进行拍摄。拍摄时需要把样品整体拍摄入内，用Photoshop统计的平均晶粒大小结果如表16所示：
表16
Figure BDA0003320498630000101
将激光强度调整到1.6kw，并选择刻痕间距为3.5mm开始刻痕，得到经过刻痕处理的普通取向硅钢，对刻痕后的硅钢铁损及磁感进行检测。
对比例4
取向硅钢原料中各成分百分含量如表17所示：
表17
元素 C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％) Al(％) N(％) Fe(％)
成分 0.038 3.02 0.011 0.0047 0.0040 0.030 0.0078 96.72
将取向硅钢原料经高炉炼铁、转炉、RH精炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、脱碳、二次冷轧、CA、CB、CT处理得到普通取向硅钢。该取向硅钢卷卷首和卷尾分别取距边部200×200mm硅钢板各2块，共4块硅钢板。四块钢板分别记为A、B、C、D，经30％盐酸在80℃下水浴加热腐蚀120min。戴上手套，捏住硅钢板两角，斜向上放置于水槽中，用布沿一个方向擦拭，擦去腐蚀残留物。在清理工作完成1.0min后，用像素为2000万的相机对硅钢表面晶粒进行拍摄。拍摄时需要把样品整体拍摄入内，用Photoshop统计的平均晶粒大小结果如表18所示：
表18
Figure BDA0003320498630000111
将激光强度调整到1.8kw，并选择刻痕间距为5.0mm开始刻痕，得到经过刻痕处理的普通取向硅钢，对刻痕后的硅钢铁损及磁感进行检测。
测试例：
对实施例1-3及对比例1-4的成品采用GB/T 3655-2008《用爱泼斯坦方圈测量电工钢片(带)磁性能的方法》进行性能检测，检测结果如表19所示：
表19
Figure BDA0003320498630000112
从表19可以看出，根据来料情况选择合理刻痕参数的实施例1-5在保证磁感既高且稳的情况下将铁损降低了6％左右，而晶粒大小相似，刻痕参数不同的对比例1-3，整体铁损较高，且波动较大。取样较小，且偏边部的对比例4铁损较高。所以通过来料情况不同，调整刻痕工艺参数，硅钢的铁损情况得到改善，有效地提升了取向硅钢的性能和质量。
上述实施例只是示例性的并非限制性的。本发明的保护范围应以权利要求书为准而非上述说明，由权利要求书的含义、范围及等效概念导出的所有变更或变更的形式，均落在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种降低取向硅钢铁损的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）将取向硅钢样品腐蚀，去除表面杂质后，拍摄得到晶粒分布图；
（2）计算平均晶粒大小S，确定刻痕间距；
刻痕间距与晶粒大小S的关系为：
S＜600mm2时，刻痕宽度为5.0mm；
600≤S＜1000mm2时，刻痕宽度为4.5mm；
1000≤S＜1400mm2时，刻痕宽度为4.0mm；
S≥1400mm2时，刻痕宽度为3.5mm；
步骤（1）中，所述取向硅钢样品的取样方法为：在距离取向硅钢卷首和卷尾边部20-40mm处各取两块钢板，分别标记为A、B、C、D作为取向硅钢样品；
步骤（1）中，所述去除表面杂质是将酸腐蚀后的取向硅钢样品置于水槽中，沿同一方向擦拭，除去表面杂质；所述拍摄是用相机拍摄完整硅钢样品表面，相机为具有1000万像素以上的相机；
步骤（1）中，所述取向硅钢中含有如下质量分数的组分：C：0.03-0.05%；Si：2.9-3.1%；Mn：0.05-0.15%；P：≤0.015%；S：0.003-0.005%；Al：0.025-0.035%；N：0.008-0.010%；其余为Fe及不可避免的杂质；
步骤（2）中，所述计算平均晶粒大小S的公式如下：
Figure QLYQS_1
式中：SA、SB、SC、SD分别为取向硅钢样品A、B、C、D的面积；A1、B1、C1、D1分别为不与取向硅钢样品A、B、C、D的边缘接触的晶粒个数；A2、B2、C2、D2为只与硅钢样品A、B、C、D的1边接触的晶粒个数；A3、B3、C3、D3分别为与取向硅钢样品A、B、C、D的2边接触的晶粒个数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述取向硅钢样品的长度和宽度均为250-500mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述腐蚀的具体过程为：将取向硅钢样品浸渍于盛有酸溶液的容器中，容器置于60-80℃水浴加热110-130min。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述酸溶液为盐酸或硫酸。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述盐酸的质量分数为28-32%；所述硫酸的质量分数为10-15%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶粒个数的获得方法为：将晶粒分布图片导入Photoshop中，利用其中的计数功能，对图片中的不同晶粒分别计数。
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