隨著我國(guó)電力電機(jī)行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)資源和能源的高效利用提出了更高的

挑戰(zhàn)。無(wú)取向硅鋼是廣泛的用于電機(jī)和發(fā)電機(jī)鐵心的軟磁材料。鐵心材料的優(yōu)異

能夠直接影響電機(jī)和發(fā)電機(jī)的效率和能耗。影響無(wú)取向電工鋼磁性能的主要因素

有雜質(zhì)元素的含量、夾雜物的種類尺寸含量、織構(gòu)類型、晶粒尺寸、表面狀態(tài)等

因素。由于受限于目前所掌握的煉鋼方法的不足，尚不能完全將鋼中的 C、O、S、

N 等元素去除。這些夾雜物和析出物在脫氧過(guò)程、鋼液凝固過(guò)程以及軋制熱處理

過(guò)程形成和轉(zhuǎn)變。這些殘留在鋼中的元素最終大部分以碳化物、氧化物、硫化物、

氮化物以及他們之間的復(fù)合夾雜物形式存在。一方面，這些夾雜物和析出物會(huì)在

無(wú)取向硅鋼磁化過(guò)程中阻礙磁疇壁的移動(dòng)，影響磁性能；另一方面，在再結(jié)晶退

火過(guò)程中，這些夾雜物和析出物還會(huì)促進(jìn)不利取向織構(gòu)形核和阻礙晶粒長(zhǎng)大，從

而惡化無(wú)取向硅鋼磁的組織，惡化磁性能。因此如何控制這些夾雜物的種類、分

布、尺寸等因素對(duì)于減小這些夾雜物和析出物對(duì)無(wú)取向電工鋼的磁性能的影響就

顯得尤為重要。

（1）不同化學(xué)成分體系無(wú)取向硅鋼的關(guān)鍵夾雜物和析出物預(yù)測(cè)。無(wú)取向硅鋼作

為一種功能材料，其最關(guān)鍵的性能指標(biāo)是磁性能，包括鐵損和磁感應(yīng)強(qiáng)度。化學(xué)

成分體系是影響其磁性能的最關(guān)鍵因素。由于不同牌號(hào)，不同生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出的

無(wú)取向硅鋼，其中的夾雜物和析出物的種類、形態(tài)、尺寸和數(shù)量相差很大。而不

同種類的夾雜物和析出物的控制方法又不相同。本項(xiàng)目中通過(guò)大量分析不同性能

和不同成分體系的無(wú)取向硅鋼樣品、采用透射電鏡、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、ASPEX 自

動(dòng)掃描電鏡對(duì)無(wú)取向硅鋼成品中的微米、亞微米和納米級(jí)夾雜物和析出物進(jìn)行定

量分析。并通過(guò)商業(yè)熱力學(xué)計(jì)算軟件 FactSage 對(duì)不同成分體系下夾雜物和析出

物種類進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。從而能夠預(yù)測(cè)不同成分體系的無(wú)取向硅鋼中應(yīng)該控制的關(guān)

鍵夾雜物和析出物種類。

（2）無(wú)取向硅鋼中鈣處理控制硫化物技術(shù)。鈣處理是鋼鐵工業(yè)中最常用的改性

夾雜物的手段之一。但是通常來(lái)說(shuō)，向鋼中加鈣是為了將固態(tài)的 Al 2 O 3 改性為液

態(tài)的鈣鋁酸鹽，以避免水口結(jié)瘤現(xiàn)象的發(fā)生。但是同時(shí)鈣和硫具有很強(qiáng)的結(jié)合能

力，可以與硫元素反應(yīng)生成 CaS，這樣可以避免在無(wú)取向硅鋼中生成細(xì)小的

(Mn,Cu)S，影響磁性能。由于鈣加入鋼中首先會(huì)和鋼中的 Al 2 O 3 反應(yīng)，過(guò)量的鈣

才會(huì)和硫反應(yīng)。鋼中的氧含量的多少影響著向改性硫化物所需要的鈣含量。我們

通過(guò)熱力學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在降溫過(guò)程，鈣鋁酸鹽還會(huì)和鋼中的溶解鋁和溶解

硫反應(yīng)，生成 Al 2 O 3 +CaS。通過(guò)理論分析，確定了能夠完全將硫控制的最少加鈣

量。圖 2 所示為不同的 Ca/S 對(duì)鐵損的影響，通過(guò)合適的加鈣量，可以有效減少

細(xì)小(Mn,Cu)S 的數(shù)量，從而改善磁性能。但是值得指出的是也要盡可能在鋼液

下去除生成的鈣鋁酸鹽，因?yàn)榇蟪叽绲膴A雜物會(huì)在再結(jié)晶過(guò)程誘導(dǎo){111}織構(gòu)生

成，從而對(duì)磁性能不利。

（3）無(wú)取向硅鋼中鈰處理控制硫化物技術(shù)。稀土元素和氧、硫也具有的很強(qiáng)的

結(jié)合能力。因此也可以用來(lái)改性鋼中的非金屬夾雜物。但是，稀土也面臨著與鈣

改性?shī)A雜物同樣的問(wèn)題，既可以和鋼中的硫反應(yīng)，還可以和氧元素反應(yīng)。而目前

對(duì)于稀土改性?shī)A雜物的研究都停留在定性的解釋上。本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，詳

細(xì)的研究了不同鈰含量和氧含量對(duì)鈰改性?shī)A雜物和控制無(wú)取向硅鋼中細(xì)小硫化

物的影響。最終建立了稀土改性?shī)A雜物成分預(yù)測(cè)模型，此模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)

結(jié)果一致。根據(jù)此模型結(jié)果，可以得出圖 3所示不同 T.Ce/T.S.對(duì)固硫率的影響。

當(dāng) T.Ce/T.S.>2.9 時(shí)，可以有效控制細(xì)小的硫化物。