脈沖磁場(chǎng)退火對(duì)取向硅鋼磁性能的影響

脈沖磁場(chǎng)退火對(duì)取向硅鋼磁性能的影響李莉娟;劉立華;夏強(qiáng)強(qiáng);翟啟杰【摘要】通過(guò)對(duì)取向硅鋼進(jìn)行脈沖磁場(chǎng)退火實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在相同的退火時(shí)間(6.0min)內(nèi)低于1T的脈沖磁場(chǎng)可以在一定程度上提高取向硅鋼的磁感(B8),而高于1T的脈沖磁場(chǎng)則會(huì)使取向硅鋼的磁性能急劇惡化.同時(shí)發(fā)現(xiàn)，脈沖直流電加熱方式會(huì)使取向硅鋼的磁性能惡化.研究表明，脈沖磁場(chǎng)退火有望成為一種調(diào)控材料微觀結(jié)構(gòu)的有效手段.％Wehavecarriedoutexperimentsofanneafingbypulsemagneticfield.Theresultsshowthatapulsemagneticfieldwithintensitylowerthan1Tcanpromotemagneticinductiondensity(Bs)ofgrainorientedsiliconsteel,whilethenagnetiepropertiesdeterioratesharplywhenintensityishigherthan1T.Ithasalsobenfoundthatheatingbyusingpulsedirectcurrentcancausethemagneticpropertiestodetetiorate,incontrasttothetraditionalheatingusingresistancefurnace.Ourresearchshowsthatpulsemagneticfieldannealingmaybecomeaneffectivemethodtomodifymaterialstructures.【期刊名稱】《上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》【年(勤期】2011(017)001【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P35-38)【關(guān)鍵詞】取向硅鋼;脈沖磁場(chǎng);退火;磁性能【作者】李莉娟瀏立華;夏強(qiáng)強(qiáng);翟啟杰【作者單位】上海大學(xué)，上海市現(xiàn)代冶金與材料制備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海,200072;上海大學(xué)，上海市現(xiàn)代冶金與材料制備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海,200072;上海大學(xué)，上海市現(xiàn)代冶金與材料制備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海,200072;上海大學(xué),上海市現(xiàn)代冶金與材料制備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海,200072【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TG156.97取向硅鋼是電力、電子行業(yè)中極其重要的軟磁材料，主要用于制作變壓器的鐵芯.取向硅鋼以鐵芯損耗（鐵損）和磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁感）作為產(chǎn)品磁性保證值，因此，使取向硅鋼具有更高的磁感和更低的鐵損一直是材料研究者所追求的目標(biāo).取向硅鋼的磁性能與二次再結(jié)晶織構(gòu)（即｛110｝〈001〉織構(gòu)、Goss織構(gòu)）密切相關(guān)而初次再結(jié)晶織構(gòu)則對(duì)二次再結(jié)晶織構(gòu)具有直接且重要的影響.之前，國(guó)內(nèi)夕卜提高取向硅鋼磁性能的主要途徑是對(duì)冶煉和軋制過(guò)程進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，從而改善取向硅鋼的二次再結(jié)晶織構(gòu),提高其磁性能.近年來(lái)，通過(guò)優(yōu)化取向硅鋼的退火過(guò)程，進(jìn)而影響二次再結(jié)晶組織及織構(gòu)的研究正越來(lái)越受到重視,磁場(chǎng)退火便是其中一種剛剛起步，但很有發(fā)展前景的優(yōu)化手段［1-10］.已有研究表明，磁場(chǎng)退火對(duì)取向硅鋼的再結(jié)晶織構(gòu)具有明顯的影響［1-4］.Masahashi等［1］發(fā)現(xiàn),當(dāng)冷軋F(tuán)e-3.25%Si再結(jié)晶退火時(shí),沿軋向施加10T磁場(chǎng)可以增強(qiáng)｛hk0｝〈001〉織構(gòu)，并有利于低能晶界的發(fā)展.Bacaltchuk等［2］在無(wú)取向硅鋼退火過(guò)程中,沿垂直板面方向施加8T磁場(chǎng)，結(jié)果表明磁場(chǎng)退火增強(qiáng)Goss織構(gòu)，并減弱Y織構(gòu)，對(duì)再結(jié)晶晶粒尺寸沒(méi)有影響.然而,目前研究所應(yīng)用的磁場(chǎng)退火手段幾乎全集中在穩(wěn)恒磁場(chǎng).本研究利用脈沖磁場(chǎng)退火來(lái)實(shí)現(xiàn)取向硅鋼的回復(fù)退火，并考察脈沖磁場(chǎng)退火對(duì)取向硅鋼成品磁性能的影響規(guī)律.本研究的實(shí)驗(yàn)材料采用工業(yè)生產(chǎn)的普通磁感取向硅鋼（QRD鋼）.該材料為二階冷軋半成品，試樣尺寸為300.0mmx30.0mmx0.3mm,化學(xué)成分中C,Si,N,Als的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.006%,3.150%,0.009%,0.018%,余量為Fe.實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示.工業(yè)上的回復(fù)退火溫度一般為550OC,因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中脈沖磁場(chǎng)可操作空間的限制所以采用直流電加熱來(lái)達(dá)到所需的退火溫度.經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，采用92A的直流電加熱時(shí),樣品的溫度能穩(wěn)定在550C附近.本實(shí)驗(yàn)中的脈沖磁場(chǎng)強(qiáng)度分別選擇0.061,0.523,0.784和1.045T,各磁場(chǎng)強(qiáng)度下的保溫時(shí)間均選擇6.0min.為對(duì)比脈沖磁場(chǎng)效果，每一組參數(shù)均進(jìn)行不加磁場(chǎng)條件下的常規(guī)電阻爐退火對(duì)比實(shí)驗(yàn).所有實(shí)驗(yàn)均在純氮的保護(hù)氣氛下進(jìn)行.在完成回復(fù)的樣品表面涂覆MgO涂層后，進(jìn)行二次再結(jié)晶的高溫退火處理，最終得到取向硅鋼的成品樣.采用MATS-2010M硅鋼測(cè)量裝置測(cè)試其磁性能，并對(duì)其金相組織進(jìn)行觀察，用掃描儀進(jìn)行掃描記錄.圖2為脈沖磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)取向硅鋼磁感(B8)的影響曲線.圖中可見(jiàn)在相同的退火時(shí)間下,當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度低于0.784T時(shí)樣品的磁感隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而升高在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.784T時(shí)達(dá)到最大值，為1766.40mT;之后，當(dāng)繼續(xù)增加磁場(chǎng)強(qiáng)度至1.045T時(shí)樣品的磁感發(fā)生急劇下降，為1736.25mT.圖3為脈沖磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)取向硅鋼鐵損(P17/50)的影響曲線.圖中可見(jiàn),在相同的退火時(shí)間下，取向硅鋼的鐵損隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加呈上升趨勢(shì)，其劇變也發(fā)生在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.784T時(shí)最大鐵損值為1.74W/kg.由圖2和圖3可見(jiàn)在低于1T的磁場(chǎng)強(qiáng)度下，脈沖磁場(chǎng)在一定程度上可以提高取向硅鋼的磁感，但同時(shí)也使取向硅鋼的鐵損值增高;當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度高于1T時(shí)取向硅鋼的磁性能明顯惡化.圖4為各實(shí)驗(yàn)參數(shù)下成品樣的金相組織照片.圖中可見(jiàn)，各樣品中的晶粒尺寸大小分布不均勻，最大的晶粒直徑達(dá)到20mm左右，而最小的晶粒直徑小于1mm,即出現(xiàn)了混晶現(xiàn)象,這應(yīng)該就是導(dǎo)致成品性能不佳的直接原因.當(dāng)脈沖磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為1.045T時(shí)樣品中的平均晶粒尺寸最小,且小晶粒較多，這直接導(dǎo)致了材料磁性能的惡化.鑒于取向硅鋼的成品樣要求晶粒尺寸大且均勻，一般晶粒尺寸都要在20mm以上，因此，本研究中各樣品的金相組織并不理想.我們推測(cè)，這和本實(shí)驗(yàn)所采用的脈沖直流電加熱方式有關(guān)，原因如下:①脈沖直流電本身就是一種外場(chǎng)，在加熱的過(guò)程中很可能會(huì)影響取向硅鋼回復(fù)退火樣品的初次再結(jié)晶組織織構(gòu)，進(jìn)而影響二次再結(jié)晶后成品磁性能;②由于直流電加熱過(guò)程中樣品周圍環(huán)境溫度較低，散熱較快，樣品從表面到心部存在較大的溫度梯度，這會(huì)導(dǎo)致沿深度方向回復(fù)程度不同，影響回復(fù)織構(gòu)正常發(fā)展,導(dǎo)致成品性能惡化.為此，本研究在不同熱處理時(shí)間下，進(jìn)行了普通熱處理爐退火和脈沖直流電加熱退火對(duì)比實(shí)驗(yàn).普通熱處理爐退火時(shí)間選擇6.0min,而脈沖直流電的加熱時(shí)間分別選擇3.0,4.5,6.0,18.0和30.0min.圖5為經(jīng)過(guò)電阻爐加熱和脈沖直流電加熱退火處理后各樣品的磁性能.圖中可見(jiàn)，與電阻爐退火6.0min的樣品相比,經(jīng)過(guò)不同時(shí)間的脈沖直流電加熱處理后,樣品的磁感(B8)均明顯降低;樣品的鐵損(P17/50)變化較之磁感(B8)的變化相對(duì)較小，但也有不同程度的增加.由此可見(jiàn),脈沖直流電加熱確實(shí)會(huì)使取向硅鋼的磁性能變差.因此,在后續(xù)的研究工作中應(yīng)避免使用該種加熱方式，內(nèi)在影響機(jī)理也需進(jìn)一步深入研究.本實(shí)驗(yàn)對(duì)脈沖磁場(chǎng)退火對(duì)取向硅鋼磁性能的影響進(jìn)行了研究，得到如下結(jié)論：在相同的退火時(shí)間(6.0min)下，低于1T的脈沖磁場(chǎng)在一定程度上可以提高取向硅鋼的磁感(B8),而高于1T的脈沖磁場(chǎng)則會(huì)使取向硅鋼的磁性能急劇惡化脈沖直流電加熱會(huì)使取向硅鋼的磁性能惡化,因此,應(yīng)避免使用該種加熱方式.2011年1月7日上午，上海大學(xué)主編聯(lián)席會(huì)議在樂(lè)乎新樓中會(huì)議室召開(kāi),上海大學(xué)黨委副書(shū)記、副校長(zhǎng)李友梅教授，上海大學(xué)校長(zhǎng)助理、校學(xué)科辦主任翟啟杰教授，上海大學(xué)黨委宣傳部部長(zhǎng)陳志宏,上海大學(xué)人事處處長(zhǎng)楊國(guó)宏教授，《上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版》）周邦新主編，《上海大學(xué)學(xué)報(bào)（英文版）》戴世強(qiáng)主編，《自然雜志》董遠(yuǎn)達(dá)主編，《應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào)》王朔中副主編，《應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)（英文版）》郭興明副主編，《運(yùn)籌學(xué)學(xué)報(bào)》張連生副主編，《應(yīng)用數(shù)學(xué)與計(jì)算數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)》郭本瑜主編，《上海大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）》董乃斌主編，《秘書(shū)》吳歡章主編，《社會(huì)》仇立平執(zhí)行主編，期刊社社長(zhǎng)秦鈉,副社長(zhǎng)劉志強(qiáng)以及期刊社的部分編輯出席會(huì)議.秦鈉社長(zhǎng)主持會(huì)議并向與會(huì)領(lǐng)導(dǎo)和主編匯報(bào)了2010年工作情況和〃十二五”期間工作重點(diǎn).到會(huì)領(lǐng)導(dǎo)和主編一致肯定了近年來(lái)上海大學(xué)主辦期刊所取得的成績(jī)，并著重圍繞著上大主辦期刊的整合與定位的主題，以及怎樣處理好提高稿源質(zhì)量和為學(xué)科發(fā)展、教學(xué)科研服務(wù)相互之間的關(guān)系;面對(duì)“評(píng)價(jià)指標(biāo)體系”、“報(bào)刊退出機(jī)制”，如何進(jìn)一步提高我校主辦刊物的社會(huì)影響力和辦刊質(zhì)量;如何爭(zhēng)取學(xué)校及各職能部門(mén)對(duì)上大主辦期刊的進(jìn)一步支持等問(wèn)題進(jìn)行了深入研討.與會(huì)人員就如何根據(jù)學(xué)科發(fā)展對(duì)7種科技類期刊進(jìn)行合理整合與定位這一問(wèn)題進(jìn)行了重點(diǎn)探討，戴世強(qiáng)教授提出應(yīng)當(dāng)繼承優(yōu)良傳統(tǒng)辦好學(xué)報(bào)，提出了將《上海大學(xué)學(xué)報(bào)（英文版）》變更刊名為覆蓋材料（Material）、冶金（Metallurgy）.機(jī)械制造（Manufacture）（簡(jiǎn)稱3M）的專業(yè)定位更為明確的名稱等具體措施.翟啟杰教授贊同戴主編的改革建議,認(rèn)為學(xué)報(bào)改名后覆蓋了學(xué)校3個(gè)優(yōu)勢(shì)學(xué)科,有利于積極爭(zhēng)取到本校優(yōu)質(zhì)資源，也符合學(xué)校〃十二五”期間重點(diǎn)發(fā)展冶金學(xué)科的戰(zhàn)略規(guī)劃.董遠(yuǎn)達(dá)教授認(rèn)為學(xué)報(bào)的改革方案具有可操作性，上海大學(xué)作為一所綜合性大學(xué)，應(yīng)從更高的角度定位學(xué)報(bào)，面向?qū)W校最強(qiáng)學(xué)科，努力提升學(xué)報(bào)號(hào)召力和影響力.周邦新院士建議期刊社以此為基礎(chǔ)，組織相關(guān)人員進(jìn)行深入研討,拿出方案切實(shí)推進(jìn)學(xué)報(bào)改革，并呼吁學(xué)校在科研量考核時(shí)對(duì)在學(xué)報(bào)上發(fā)表的論文予以承認(rèn).最后，主管領(lǐng)導(dǎo)李友梅副校長(zhǎng)在講話中指出，當(dāng)今學(xué)術(shù)發(fā)展面臨著更為錯(cuò)綜復(fù)雜的環(huán)境學(xué)術(shù)期刊的發(fā)展在追求內(nèi)涵質(zhì)量的同時(shí)，也應(yīng)積極面對(duì)外界各種困難和挑戰(zhàn).我們要緊緊抓住學(xué)科交叉機(jī)遇，緊密追蹤由此帶來(lái)的新興稿源,及時(shí)把握預(yù)研究問(wèn)題.學(xué)校雜志資源豐富汁種雜志應(yīng)分層發(fā)展、合理布局，各自根據(jù)自身情況科學(xué)制定工作思路，積極動(dòng)員和利用開(kāi)發(fā)身邊資源，在原有優(yōu)勢(shì)上開(kāi)辟新窗口，積極打造上大主辦學(xué)術(shù)期刊品牌.會(huì)議圍繞著期刊社十種雜志整合與定位，就如何根據(jù)我校學(xué)科建設(shè)與發(fā)展特點(diǎn)，全面提升專業(yè)性期刊和綜合性期刊的內(nèi)涵建設(shè)，推進(jìn)英文版學(xué)報(bào)改革，進(jìn)一步提高辦刊質(zhì)量和社會(huì)影響力等問(wèn)題進(jìn)行了深入而熱烈的探討，對(duì)期刊社未來(lái)發(fā)展具有重大意義.在會(huì)后午宴上，李友梅副校長(zhǎng)還向各位主編及參會(huì)人員送上新年祝福，感謝與會(huì)人員長(zhǎng)期以來(lái)為上大主辦期刊所作的工作和奉獻(xiàn).【相關(guān)文獻(xiàn)】MASAHASHIN,MATSUOM,WATANABEK.DevelopmentofpreferredorientationinannealingofFe-3.25%Siinahighmagneticfield[J].JournalofMaterialsResearch,1998,13(2):457-461.BACALTCHUKCMB,CASTELLO-BRANCOGA,EBRAHIMIM,etal.Effectsofmagneticfieldappliedduringsecondaryannealingontextureandgrainsizeofsiliconsteel[J].ScriptaMaterialia,2003,48(9):1343-1347.BACALTCHUKCMB,CASTELLO-BRANCOGA,GARMESTANIH,etal.Effectofmagneticfieldduringsecondaryannealingontextureandmicrostructureofnonorientedsiliconsteel[J].MaterialsandManufacturingProcesses,2004,19(4):611-617.OTSUKAH,ITOK,WADAH,etal.Effectsofstrongmagneticfieldonrecrystallizationandcoarseningofgrainsduringannealingin3%siliconsteel[J].JournalofMagneticsSocietyofJapan,2000,24(4):651-654.ZHANGY,GEYN,HEC,etal.Hightemperaturetemperingbehaviorsinastructuralsteelunderhighmagneticfield[J].ActaMaterialia,2004,52(12):3467-3474.FUJIIT,ONOT,KATOM.EffectsofmagneticfieldonprecipitationandgrowthofferromagneticCoparticlesinCu-Cosinglecrystals[J].JJapanInstMetal,1997,61(4):267-273.SUZUKITS,UCHIKOSHIT,SAKKAY.Effectofsinteringconditionsonmicrostructureorientationina-SiCprepar