1、 化学体系对硅钢夹杂物影响_化学与化工论文化学与化工论文无取向硅钢的磁性能主要取决于铁素体的晶粒尺寸、晶体织构和钢中的夹杂物1。工业化生产过程中,一般形成不了明显的织构。因此, 铁素体的晶粒尺寸、钢中的夹杂物,成为影响无取向硅钢磁性能的主要因素。尤其是钢中的夹杂物,它们的存在不仅抑制晶粒长大,促使晶格畸变,还会阻碍磁畴运动, 进而劣化无取向硅钢的磁性能2 。因此,生产过程中,希望尽可能的将其去除或使其无害化。降低、S、 、N 有害元素含量3-5, 或者采用稀土6、钙处理7方法, 可以去除钢中的夹杂物;锰元素含量升高, 夹杂物尺寸比例分布得到改善, 小颗粒 nS 夹杂物粗化2,8;向钢中添加 S
2、n、Sb 元素,可以促进夹杂物聚合、上浮、去除9-10 。笔者结合工业化生产的无取向硅钢,探讨了不同 Si、Al 含量化学成分体系对夹杂物控制的影响, 以期对工业生产有所裨益。1 研究方法试验用钢的主要生产工艺流程为:铁水预处理300t 转炉冶炼RH 精炼连续铸钢板坯加热、轧制酸洗、冷轧退火、精整包装、出厂等。研究对象为试验用钢对应的成品试样, 其主要化学成分见表 1(质量分数) 。采用非水溶液电解+扫描电镜观察方法,研究不同硅、铝含量化学成分体系对应的成品试样夹杂物。夹杂物提取时,采用 TEA 非水电解液,在 SPEED电解装置中,对经过预处理的成品试样, 分两次进行电解、清洗;然后, 采用
3、电磁铁对电解后的溶液进行充分磁选,磁选后的溶液在 PTFE 滤膜上进行过滤,滤膜孔径为 50n;将过滤后的夹杂物进行收集、制样,借助 HITAHIS4200 扫描电镜, 观察试样的夹杂物形貌、尺寸,借助设备自带的能谱仪确定夹杂物的种类、组成。每个试样在扫描电镜下连续观察 20 个视场,观测倍率分别为 1000、5000 倍。借助图像分析软件,统计夹杂物的尺寸、种类、数量、分布。2 不同硅、铝含量化学成分体系的夹杂物2.1 夹杂物的显微组织借助 HITAHIS4200 扫描电镜,观察不同硅、铝含量化学成分体系对应的成品试样夹杂物形貌、尺寸,借助设备自带的能谱仪确定夹杂物的种类、组成。图 1 所示
4、为 1000、5000 倍率下,不同硅、铝含量化学成分体系对应的成品试样夹杂物形貌。从图 1可以看出,对于不同硅、铝含量化学成分体系,1000 倍下观察 ,较大颗粒的夹杂物数量均不多,视场相对比较“干净” 。硅、铝含量化学成分体系不同,夹杂物的组成、类型差异很大。尺寸相对较大的夹杂物,均大于 1.0、小于 5.0;5000 倍率下观察,中硅低铝系列钢、高硅低铝系列钢夹杂物的数量最多,低硅无铝系列次之, 高硅高铝系列最少。5000 倍下观察夹杂物数量明显偏多的原因是:含铝钢中氧含量较低,更有利于 nS 夹杂物生成2,铝含量升高,还会和氮元素结合,生成大量 AlN 夹杂物11。此外,提高 Si、A
5、l 元素含量,在钢质纯净度得到改善的同时,夹杂物尺寸开始出现两极分化现象, 即大颗粒夹杂物的尺寸越来越大,小颗粒夹杂物的尺寸越来越小。2.2 夹杂物的构成、尺寸分布 1000、5000 倍下观察, 不同硅、铝含量的化学成分体系对应的成品试样夹杂物构成、尺寸分布见表 2。从表 2 可以看出 ,对于不同硅、铝含量化学成分体系,1000 倍下观察,均有少量氧化物夹杂存在。硅、铝元素含量升高,开始出现一些尺寸相对较大的 nS、AlN 夹杂物,并且 AlN 夹杂物的尺寸、比例逐渐增大,uxS 夹杂物仅出现在中硅、低铝系列钢中;5000 倍率下观察,低硅、无铝系列钢的微细夹杂物主要是 nS、uxS 复合夹
6、杂,没有发现 AlN 夹杂存在。含铝钢中,nS、uxS 夹杂物比例逐渐减少,单个 nS 夹杂物逐渐由与uxS 复合析出,转化为与 AlN 复合析出;uxS 夹杂物均与 nS 夹杂物复合析出,而在高硅高铝系列钢中完全消失。高硅高铝系列钢中开始出现单个 AlN 夹杂物,平均尺寸有所增大。2.3 夹杂物的种类、尺寸分布利用 S4200 型扫描电镜连续观测 20 个视场, 观测倍率分别为1000 和 5000 倍。利用图像分析软件,统计不同硅、铝含量化学成分体系对应的成品试样夹杂物种类及尺寸分布,分别见表 3表 6。2.4 夹杂物的数量、尺寸分布利用图像分析软件,统计不同硅、铝含量化学成分体系对应成品
7、试样的夹杂物数量及尺寸分布,如图 2 所示。从图 2 可以看出,高硅高铝系列成品试样的夹杂物数量最少,高硅低铝系列试样的夹杂物数量最多。中硅低铝系列成品试样的夹杂物数量,要多于低硅无铝系列。此外,高硅低铝系列, 高硅高铝系列,0.5 以下的夹杂物尺寸似乎更小,分别约为 200、150n, 这些微细夹杂物的存在,会强烈阻碍成品晶粒尺寸长大,对磁性能最为有害。因此,高级别无取向硅钢夹杂物的控制重点是, 如何有效减少、消除这类微细夹杂物。2.5 夹杂物的数量、构成分布不同硅、铝含量化学成分体系对应的成品试样夹杂物类型分布列于表 7。从表 7 可以看出, 低硅无铝系列成品试样的氧化物夹杂数量相对较多。
8、主要原因是, 该系列成品试样不含铝, 液态钢中的脱氧产物 Si2 无法有效去除。其他系列的成品试样 ,氧化物夹杂主要来自钢包、顶渣、RH 精炼、连铸耐材。与硫化物、氮化物夹杂数量相比 ,氧化物夹杂数量相对较少,不会对钢质洁净度产生较大影响。此外,从表 7 还可以看出,低硅无铝系列钢不含铝,成品试样中没有发现氮化物夹杂;中硅低铝系列钢含有少量铝,氮化物夹杂数量急剧升高,并与硫化物夹杂复合析出, 尺寸绝大多数小于 0.5,这是造成这类低铝系列夹杂物总量显着升高的重要原因;高硅低铝系列钢在连铸浇铸过程中,硫化物夹杂数量减少,板坯温降速度较快,不利于氮化物夹杂析出。板坯再加热过程中,高硅系列钢均热温度
9、较低,也不利于氮化物夹杂析出。高铝系列钢铝含量较高,氮化物开始析出温度升高,同样不利于氮化物夹杂析出,而且少量析出的氮化物夹杂尺寸相对较大。这种变化还影响硫化物夹杂。低硅无铝系列钢、中硅低铝系列钢和高硅低铝系列钢中,大多数硫化物复合析出,主要是 nS 和uxS。由于板坯再加热过程中均热温度偏低,高硅高铝系列钢硫化物夹杂物数量明显减少,少量的 nS 夹杂,与部分 AlN 夹杂复合析出,没有发现 uxS 夹杂存在。提高硅、铝元素含量,不同化学成分体系对应的成品试样夹杂物平均尺寸有所增加,如图 3 所示。3 结论1)硅、铝元素含量升高,氧化物夹杂数量明显减少,氮化物夹杂数量先是急剧增加,而后逐渐减少, 并且夹杂物平均尺寸逐渐变大。2)低铝状态下,硫化物夹杂数量很多。高铝状态下,硫化物夹杂数量明显减少,uxS 夹杂消失。3)高硅低铝系列钢、中硅低铝系列钢、低硅无铝系列钢和高硅高铝系列钢,成品试样的夹杂物数量依次减少。下载此论文：化学体系对硅钢夹杂物影响.dx（rd 文档）
