二次退火對電工鋼性能的影響

劉美淋，焦炳甫，朱龍德

（尼得科電機（青島）有限公司，山東青島 266300）

引言

電工鋼一般分為全工藝及半工藝產品。全工藝電工鋼一般在涂層前已經進行了退火，用戶在使用時不再退火。但是，在對材料進行沖壓、卷繞操作時會引起沖片效應，降低性能。一些學者發現即使只有0.5%的應力也會使無取向硅鋼的磁性能明顯惡化[1]。為提高電機效率，可以對沖片材料進行熱處理以消除沖切應力，同時對沖切口發藍處理以減少渦流損耗。本研究對不同牌號電工鋼在不同溫度下進行熱處理，探討了二次退火過程中對磁性能改善的影響因素，通過對比熱處理后材料硬度、組織和磁性能的變化，分析這些變化的影響因素。

1 試驗

樣品取自不同廠家的不同牌號產品，分別用樣品A、B、C、D表示。厚度均為0.5 mm，切制成30 mm×300 mm的愛潑斯坦方圈樣品。用愛潑斯坦方圈測試儀測試在1.5 T、50 Hz條件下的鐵損P1.5/50及磁導率，測試方法參照ASTM A343。測試后將樣品放入熱處理爐進行退火處理，包括中溫退火（500℃～600℃，2 h）和高溫退火（700℃～780℃，2 h）。退火后再次測量樣品磁性能，并采用金相顯微鏡、微觀硬度計、碳硫儀等設備分析退火前后的樣品組織、硬度、碳含量，用以對比研究磁性能的影響因素。

2 結果分析

2.1 磁性能

圖1，2分別為低溫、高溫熱處理的溫度曲線。各樣品在不同條件下熱處理前后磁性能測試結果見表1。從表1可知，不論是中溫還是高溫退火，都起到了降低鐵損、提高磁導率的作用。相對來說，高溫退火對鐵損的改善比較明顯，但提高退火溫度會損失部分磁導率。A、C產品為同一廠家不同牌號的產品，在二次退火中，這兩種牌號產品表現出相似的改善趨勢。B產品為另一個廠家的產品，在二次退火中高溫處理與低溫處理的改善情況相似，因此在實際使用中為節約成本沒有必要進行高溫退火處理。D產品為高牌號的硅鋼，在二次高溫處理中也顯示磁性能的明顯改善，尤其是在磁導率方面。總體來說，不同廠家的產品二次退火都對磁性能有改善，但改善情況有差異，這應該與產品的涂層種類及出廠處理溫度相似有關。

表1 熱處理前后樣品磁性能測試結果

圖1 低溫退火溫度曲線

圖2 高溫退火溫度曲線

鐵損由磁滯損耗和渦流損耗兩部分組成，二次退火對鐵損的降低作用主要是降低了磁滯損耗部分[1]。電工鋼在成品退火冷卻及后續沖剪、彎曲等加工過程中，會產生熱應力和加工應力，導致磁性能惡化。對電工鋼進行二次退火，可以消除熱應力及加工應力，使材料的原有磁性能得到恢復。隨著退火溫度升高，應力的消除更加徹底。因而，鐵損隨二次退火溫度的升高而降低。

材料的磁導率通常是受晶粒尺寸和晶粒取向兩方面的因素控制。在去應力退火過程中，隨退火溫度升高，磁導率呈現先升后降的趨勢。有報道表明在大約700℃退火時磁導率達到最大，這主要是由于熱處理過程中晶粒取向（織構）的變化所致[2]。在本試驗中，高溫退火溫度高于700℃，因而與低溫退火相比磁導率略有下降。

2.2 硬度

樣品在熱處理前后的硬度測試結果見表2。從表2可知熱處理前后樣品硬度變化不明顯。

表2 熱處理前后樣品硬度測試結果

2.3 碳含量和硫含量

樣品在熱處理前后碳含量對比結果列于表3。結果顯示，高溫二次退火后A、B、C三種樣品的碳含量都有少量增加，表明這三種樣品的涂層在熱處理時發生了滲碳現象，而D樣品則略有下降。這主要與樣品的涂層成分有關[3]，即當涂層中含有有機組分時，在高溫退火熱處理中，有機組分燃燒生成C、CO和CO2等產物，有可能成為滲碳的碳源。中溫退火除B樣品外，其余的碳含量都有少量降低。報道[3]指出，在相同的處理條件下，涂層種類對二次退火的磁性能改善程度有顯著影響。

表3 熱處理前后樣品碳含量分析結果

2.4 金相

圖3～6為各樣品在熱處理前后的金相組織對比。從圖3～6可知，在較低溫度下退火時，樣品的晶粒大小沒有明顯變化，但A、C、D樣品在高溫退火后出現了部分晶粒長大的現象。然而B樣品二次高、低溫退火后的金相與熱處理前的金相沒有明顯區別，反映在磁性能上發現其二次高溫退火與低溫退火對磁性能的影響不大。這應該與電工鋼產品在成品前退火處理的溫度有關，如果在出廠前退火溫度已經足夠高，二次退火溫度低于出廠退火溫度，則晶粒在出廠退火中已經足夠長大，在二次退火中晶粒不會繼續長大（A、C樣品為同一廠家的產品）。

圖3 樣品A熱處理前后金相組織對比

圖4 樣品B熱處理前后金相組織對比

圖5 樣品C熱處理前后金相組織對比

圖6 樣品D熱處理前后金相組織對比

3 結論

（1）對電工鋼進行二次退火可以顯著改善磁性能。提高退火溫度可以進一步降低鐵損，但會損失一部分磁導率。

（2）二次退火對硬度基本沒有影響。在同樣的退火處理工藝下，不同廠家的產品在晶粒大小、碳含量方面表現出不同的變化趨勢。這應該與不同廠家的產品涂層不同及出廠處理條件不同有關。