二次退火对电工钢性能的影响

2022-10-21刘美淋焦炳甫朱龙德

电工材料 2022年5期

刘美淋，焦炳甫，朱龙德

（尼得科电机（青岛）有限公司，山东青岛 266300）

引言

电工钢一般分为全工艺及半工艺产品。全工艺电工钢一般在涂层前已经进行了退火，用户在使用时不再退火。但是，在对材料进行冲压、卷绕操作时会引起冲片效应，降低性能。一些学者发现即使只有0.5%的应力也会使无取向硅钢的磁性能明显恶化[1]。为提高电机效率，可以对冲片材料进行热处理以消除冲切应力，同时对冲切口发蓝处理以减少涡流损耗。本研究对不同牌号电工钢在不同温度下进行热处理，探讨了二次退火过程中对磁性能改善的影响因素，通过对比热处理后材料硬度、组织和磁性能的变化，分析这些变化的影响因素。

1 试验

样品取自不同厂家的不同牌号产品，分别用样品A、B、C、D表示。厚度均为0.5 mm，切制成30 mm×300 mm的爱泼斯坦方圈样品。用爱泼斯坦方圈测试仪测试在1.5 T、50 Hz条件下的铁损P1.5/50及磁导率，测试方法参照ASTM A343。测试后将样品放入热处理炉进行退火处理，包括中温退火（500℃～600℃，2 h）和高温退火（700℃～780℃，2 h）。退火后再次测量样品磁性能，并采用金相显微镜、微观硬度计、碳硫仪等设备分析退火前后的样品组织、硬度、碳含量，用以对比研究磁性能的影响因素。

2 结果分析

2.1 磁性能

图1，2分别为低温、高温热处理的温度曲线。各样品在不同条件下热处理前后磁性能测试结果见表1。从表1可知，不论是中温还是高温退火，都起到了降低铁损、提高磁导率的作用。相对来说，高温退火对铁损的改善比较明显，但提高退火温度会损失部分磁导率。A、C产品为同一厂家不同牌号的产品，在二次退火中，这两种牌号产品表现出相似的改善趋势。B产品为另一个厂家的产品，在二次退火中高温处理与低温处理的改善情况相似，因此在实际使用中为节约成本没有必要进行高温退火处理。D产品为高牌号的硅钢，在二次高温处理中也显示磁性能的明显改善，尤其是在磁导率方面。总体来说，不同厂家的产品二次退火都对磁性能有改善，但改善情况有差异，这应该与产品的涂层种类及出厂处理温度相似有关。

表1 热处理前后样品磁性能测试结果

图1 低温退火温度曲线

图2 高温退火温度曲线

铁损由磁滞损耗和涡流损耗两部分组成，二次退火对铁损的降低作用主要是降低了磁滞损耗部分[1]。电工钢在成品退火冷却及后续冲剪、弯曲等加工过程中，会产生热应力和加工应力，导致磁性能恶化。对电工钢进行二次退火，可以消除热应力及加工应力，使材料的原有磁性能得到恢复。随着退火温度升高，应力的消除更加彻底。因而，铁损随二次退火温度的升高而降低。

材料的磁导率通常是受晶粒尺寸和晶粒取向两方面的因素控制。在去应力退火过程中，随退火温度升高，磁导率呈现先升后降的趋势。有报道表明在大约700℃退火时磁导率达到最大，这主要是由于热处理过程中晶粒取向（织构）的变化所致[2]。在本试验中，高温退火温度高于700℃，因而与低温退火相比磁导率略有下降。

2.2 硬度

样品在热处理前后的硬度测试结果见表2。从表2可知热处理前后样品硬度变化不明显。

表2 热处理前后样品硬度测试结果

2.3 碳含量和硫含量

样品在热处理前后碳含量对比结果列于表3。结果显示，高温二次退火后A、B、C三种样品的碳含量都有少量增加，表明这三种样品的涂层在热处理时发生了渗碳现象，而D样品则略有下降。这主要与样品的涂层成分有关[3]，即当涂层中含有有机组分时，在高温退火热处理中，有机组分燃烧生成C、CO和CO2等产物，有可能成为渗碳的碳源。中温退火除B样品外，其余的碳含量都有少量降低。报道[3]指出，在相同的处理条件下，涂层种类对二次退火的磁性能改善程度有显著影响。

表3 热处理前后样品碳含量分析结果

2.4 金相

图3～6为各样品在热处理前后的金相组织对比。从图3～6可知，在较低温度下退火时，样品的晶粒大小没有明显变化，但A、C、D样品在高温退火后出现了部分晶粒长大的现象。然而B样品二次高、低温退火后的金相与热处理前的金相没有明显区别，反映在磁性能上发现其二次高温退火与低温退火对磁性能的影响不大。这应该与电工钢产品在成品前退火处理的温度有关，如果在出厂前退火温度已经足够高，二次退火温度低于出厂退火温度，则晶粒在出厂退火中已经足够长大，在二次退火中晶粒不会继续长大（A、C样品为同一厂家的产品）。