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文檔簡介
1、硅鋼主要用作各種電機(jī)和變壓器的鐵芯,是電力、電子和軍事工業(yè)中不可缺少的重要的軟磁合金,其中無取向硅鋼產(chǎn)量最大。硅鋼在熱軋過程中表面不可避免會形成氧化鐵皮,一方面在氧化鐵皮與基體界面處形成的Fe2SiO4,增加了氧化鐵皮粘附性,導(dǎo)致與普碳鋼相比,在熱軋過程中熱軋硅鋼的氧化鐵皮更容易殘留在熱軋板表面,造成紅色氧化鐵皮缺陷和氧化鐵皮壓入缺陷。存在紅色氧化鐵皮會大大降低酸洗效率,如果紅色氧化鐵皮分布不均,還會造成熱軋板表面局部出現(xiàn)過酸洗或欠酸洗
2、,降低酸洗板的表面質(zhì)量。氧化鐵皮壓入則會嚴(yán)重?fù)p害熱軋板的表面質(zhì)量并可能遺傳至冷軋板從而影響最終產(chǎn)品的磁性能。另一方面,生產(chǎn)過程中,熱軋硅鋼基體表層會形成的內(nèi)氧化層無法利用高壓水除鱗去除,會遺傳至冷軋板表層,作為氧化物夾雜損害產(chǎn)品的磁性能。因此解決熱軋無取向硅鋼氧化鐵皮缺陷的關(guān)鍵,就是要減少紅色氧化鐵皮、控制氧化鐵皮與基體界面的平直度以及內(nèi)氧化層的厚度。
針對上述問題,本論文以Si含量為0.75~2.2%的熱軋無取向硅鋼為研究對
3、象,分析其氧化熱力學(xué)、動力學(xué)、影響氧化行為的因素以及內(nèi)氧化與外氧化相互轉(zhuǎn)變的機(jī)理,提出紅減少色氧化鐵皮缺陷、氧化鐵皮壓入缺陷的措施和內(nèi)氧化層厚度控制方案,最后提出CSP生產(chǎn)熱軋無取向硅鋼的工藝改進(jìn)方案,并在實際生產(chǎn)中進(jìn)行驗證。論文的主要工作以及創(chuàng)新性成果如下:
(1)通過熱力學(xué)計算和氧化動力學(xué)分析,建立目標(biāo)鋼種的氧化動力學(xué)模型。
基于Fe-Si-O三元相圖和Ellingham/Richardson圖,鋼種氧化鐵皮中能
4、夠存在的氧化物按其形成的難易程度依次為:SiO2、Fe2SiO4、FeO、Fe3O4和Fe2O3;通過在干燥空氣條件下溫度為600~1150℃的氧化實驗,得到鋼種的氧化增重速率常數(shù),外氧化和內(nèi)氧化的氧化速率常數(shù),上述速率常數(shù)均隨氧化溫度升高而增大;得到鋼種的氧化激活能,并確定其與溫度的關(guān)系。
(2)測定氧化鐵皮中Fe2SiO4的熔點,分析了溫度、氣氛以及Si含量對氧化鐵皮形態(tài)的影響,氧化鐵皮形態(tài)包括結(jié)構(gòu)、厚度和氧化鐵皮與基體界
5、面平直度。
氧化鐵皮中的富Si相是Fe2SiO4與Fe3O4的固溶體,通過DSC測定該固溶體的熔點為1140℃。溫度對實驗鋼種氧化行為的影響規(guī)律為,溫度升高,外氧化層與內(nèi)氧化層厚度均增大,氧化鐵皮與基體界面平直度下降。當(dāng)溫度大于1140℃時,氧化鐵皮中存在FeO,當(dāng)溫度為800~1000℃時,氧化鐵皮表面易形成結(jié)瘤,造成界面的嚴(yán)重破壞。Si含量對實驗鋼種氧化行為的影響規(guī)律為,當(dāng)溫度低于1140℃時,Si含量增加能夠提高鋼種的抗
6、氧化性,當(dāng)溫度高于1140℃時情況則相反;內(nèi)氧化物顆粒尺寸與Si含量呈正比;相同溫度條件下,提高Si含量會降低氧化鐵皮與基體界面的平直度。氧化氣氛對實驗鋼種氧化行為的影響規(guī)律為,含氧量3%的空氣與正??諝鈼l件下鋼種的氧化行為無明顯差異;水蒸氣對氧化速率有促進(jìn)作用,能夠改變氧化鐵皮結(jié)構(gòu),并使氧化鐵皮中出現(xiàn)大量孔洞和微裂紋。
(3)得到內(nèi)氧化與外氧化相互轉(zhuǎn)變的機(jī)理與條件。
氧化鐵皮的生長過程是基體被腐蝕從而使內(nèi)氧化層向外
7、氧化層轉(zhuǎn)變的過程;提高Si含量能夠使實驗鋼種表面只形成外氧化層;另外通過降低氧化氣氛中的O含量也能夠促使實驗鋼種表面只形成外氧化層。帶氧化鐵皮的目標(biāo)鋼種在高純Ar中保溫時,會出現(xiàn)外氧化向內(nèi)氧化轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象,內(nèi)氧化層生長所需的O源于外氧化層的分解;另外發(fā)現(xiàn)O在內(nèi)氧化層中的擴(kuò)散系數(shù)均大于其在Fe中的擴(kuò)散系數(shù),表明內(nèi)氧化物的存在對O擴(kuò)散起促進(jìn)作用,并且隨Si含量增加,這種促進(jìn)作用會更加明顯。
(4)基于以上實驗分析,以保證產(chǎn)品磁性能為
8、前提,提出CSP產(chǎn)線熱軋無取向硅鋼的氧化鐵皮控制工藝。保證旋轉(zhuǎn)除鱗正常運行,避免加熱爐內(nèi)氣氛出現(xiàn)極低氧分壓的情況,抑制外氧化層向內(nèi)氧化層快速轉(zhuǎn)變;板坯出均熱爐經(jīng)高壓水除鱗后的溫度高于1000℃,并在軋制階段采用快速軋制的方法;在卷取階段,要保證卷取溫度低于700℃,抑制外氧化層向內(nèi)氧化層的轉(zhuǎn)變,同時保證熱軋卷內(nèi)部處于貧氧環(huán)境并降低冷卻速率。按照上述思路對現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)后,現(xiàn)場統(tǒng)計熱軋無取向硅鋼50WW600因表面氧化鐵皮質(zhì)量而造成
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