一种取向硅钢电磁性能的检测方法

摘要

一种取向硅钢电磁性能的检测方法，通过金相蚀坑法测得试样中每个晶粒的欧拉角，并计算出该晶粒的取向偏差角θi(度)，结合该晶粒的面积Si(mm2)及Si元素的修正系数X，X＝0.1～10T/度)，利用这些参数(θi、Si、X)在单晶材料磁性能B0(饱和磁感应强度，T)的基础上进行修正，修正的公式为： 通过上述推算，得到该取向硅钢的电磁性能B8。本发明解决了没有磁测设备的情况下，或者由于试样重量和尺寸过小或表面质量不良等原因而无法采用磁测设备的情况下，完成试样的磁性检测的难题。

权利要求

1.一种取向硅钢电磁性能的检测方法，该取向硅钢Si百分含量为2.8%~4.0%，通过金相蚀坑法测得试样中每个晶粒的欧拉角，并计算出该晶粒的取向偏差角θi，其单位为度，2

结合该晶粒的面积Si，其单位为mm，以及Si元素的修正系数X，X=0.1~10T/度，利用这些参数θi、Si、X在单位为T的单晶材料磁性能饱和磁感应强度B0的基础上进行修正，修正的公式为： 通过上述推算，得到该取向硅钢的电磁性能B8。

说明书

一种取向硅钢电磁性能的检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及检测方法，特别涉及一种取向硅钢电磁性能的检测方法。

背景技术

[0002] 爱泼斯坦方圈法是国标(GB/T 3655-2000)规定的电工钢磁性检测方法，对试样的重量和表面质量等要求较为严格；当试样重量过小或表面质量不良等情况，则不能采用爱泼斯坦方圈进行磁性能检测(国标GB/T3655-2000要求：试样的有效质量至少应为240g，推荐的试样长度为300mm，质量约为1kg；试样的剪切要求剪切整齐、平坦，直角性良好，边沿无明显毛刺)。

[0003] 蚀坑是由试样表面的晶面进行择优溶蚀形成，利用该特性可以使用金相蚀坑法直接计算出试样中每个晶粒的晶体学位向(“蚀坑的形成条件及其几何多样性”，罗阳，金属学报，1982，18(4)：472；“高磁感取向硅钢轧制和再结晶织构的研究”，吕其春、帅仁杰、周秀媛等，金属学报，1981，，7(1)：58；“The application of the etch-pit method to quantitative texture analysis”K.T.LEE，G.deWIT、A.MORAWIEC、J.A.SZPUNAR，JOURNALOF MATERIAL SCIENCE，1995，30，1327-1332)；然后计算该晶粒的取向偏差角θi(“蚀坑法求算取向硅钢再结晶织构的ODF”刘刚，王福等，《东北大学学报》，1997，18(6)：614；“The application of the etch-pit method to quantitative texture analysis”，K.T.LEE、G.deWIT、A.MORAWIEC、J.A.SZPUNAR，《JOURNAL OF MATERIAL SCIENCE》，1995，30，
1327-1332)。

[0004] 磁晶各向异性是由于电子轨道和磁矩与晶体点阵的耦合作用，使磁矩沿一定晶轴择优排列的现象，这导致各晶轴方向的磁化特性不同。<100>晶轴为易磁化方向，<111>晶轴为难磁化方向，<110>晶轴介于两者之间。对于取向硅钢而言，电磁性能与试样的晶粒取向<100>密切相关(电工钢，何忠治，北京：冶金工业出版社，1996；“Mechanism of Orientation Selectivityof Secondary Recrystallization in Fe-3％Si Alloy”，Yoshiyuki USHIGAMI，Takeshi KUBOTA and Nobuyuki TAKAHASHI，ISIJ International，1998，38(6)，553；“The Relationship between Primary and Secondary Recrystallization Texture of Grain Oriented Silicon Steel”Tomoji KUMANO、Tsutomu HARATANI and Yoshiyuki USHIGAMI，ISIJ International，2002，42(4)，440。因此可以利用金相蚀坑法加上计算公式替代磁测设备进行取向硅钢电磁性能检测的创新性做法，同时又具有以下优点，解决试样重量过小或表面质量不良等无法采用爱泼斯坦方圈进行磁性能检测情况。

[0005] 中国专利公开号CN 101216440A，该发明采用固定2θ角，进行ω扫描的非对称X射线衍射方法来测定取向硅钢易磁化方向[001]晶向取向的分布。但该专利不足之处在于只是测量取向硅钢成品[001]晶向偏离角，而并没有结合取向硅钢成品[001]晶向偏离角与磁性的相关性进行进一步的研究。

[0006] 中国专利公开号CN 101210947A，该发明利用EBSD系统中测得样品每点取向的三个欧拉角，及每一相同或近似取向所占比例X，结合推算出的厚度系数fH、成分fC及取向差θ对性能影响系数e，利用这些系数在纯铁性能B 的基础上进行修正，得到该样板的磁性能B。但该专利存在如下不足：首先，由于EBSD设备昂贵以及操作方面的繁琐，使得很多企业，特别是中小企业无法使用该技术；其次，对于成品磁性能计算模型而言，从实验数据(厚度
0.2～0.3mm的取向硅钢)发现厚度对于成品磁性能基本没有影响，而对化学成分方面的研究发现，主要影响因子为Si，其他化学成分影响较小或基本没有影响。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种取向硅钢电磁性能的检测方法，解决了没有磁测设备的情况下，或者由于试样重量和尺寸过小或表面质量不良等原因而无法采用磁测设备的情况下，完成试样的磁性检测的难题。

[0008] 为达到上述目的，本发明的技术方案是，

[0009] 本发明通过利用金相蚀坑法测得成品试样中每个晶粒的欧拉角(α，β，γ)(欧拉角(α，β，γ)是用来确定定点转动刚体位置的3个一组独立角参量，由章动角β、旋进角(即进动角)α和自转角γ组成；并换算出该晶粒的取向偏差角θi，并利用其它相关参数推算出该样板的电磁性能。

[0010] 具体地，本发明的一种取向硅钢电磁性能的检测方法，通过金相蚀坑法测得试样2
中每个晶粒的欧拉角，并计算出该晶粒的取向偏差角θi(度)，结合该晶粒的面积Si(mm)及Si元素的修正系数X，X＝0.1～10T/度)，利用这些参数(θi、Si、X)在单晶材料磁性能B0(饱和磁感应强度，T)的基础上进行修正，修正的公式(见式1)为：

[0011]

[0012] 通过上述推算，得到该取向硅钢的电磁性能B8。

[0013] 对于同一厚度取向硅钢成品样板，根据式1计算可得，平均偏差角θ(为每个宏观晶粒的取向度(正负只表示[001]晶向是从左或右边偏向于轧制方向)θi和面积Si的加权平均值(见式2))与成品磁性能B8有图2所示的关系。

[0014]

[0015] 本发明可以在没有磁测设备的情况下，或者由于试样重量和尺寸过小或表面质量不良等原因而无法采用磁测设备的情况下，完成试样的磁性检测；同时，该方法可以精确检测任一微小区域的磁性能，非常适用于取向硅钢等磁性材料的实验室研究，特别是对于同一成分的数据更具有代表性。

[0016] 本发明与现有技术相比：

[0017] 本发明采用更便利的金相法检测取向硅钢成品[001]晶向偏离角，并且进一步将取向硅钢成品[001]晶向偏离角与成品磁性能的相关性进行的研究，最终得到偏离角与成品磁性能的关系模型，并可以根据金相法检测的偏离角检测成品磁性能。

[0018] 本发明采用金相蚀坑法很好的弥补了EBSD技术的设备昂贵及操作繁琐的短板，即经济又使用方便，只要有个金相显微镜就可以检测样品的磁性能；其次，本发明通过实验建立更合适的偏离角与成品磁性能的关系模型，消除了没有作用的厚度系数，发现化学成分主要是Si对成品磁性能的影响。

附图说明

[0019] 图1为欧拉角的示意图；

[0020] 图2为平均偏差角θ与取向硅钢成品试样B8的关系(板厚h＝0.30mm)

[0021] 图3为典型蚀坑照片。

[0022] 图4为本发明实施例1的样板的具体情况和结果(样板晶粒上面表的数值为该晶粒的偏差角θi)；

[0023] 图5为本发明实施例2的样板的具体情况和结果(样板晶粒上面表的数值为该晶粒的偏差角θi)。

具体实施方式

[0024] 本发明的一种取向硅钢电磁性能的检测方法，利用金相蚀坑法测得成品试样中每个晶粒的欧拉角，利用欧拉角计算出各个晶粒{110}<100>位向与试样的轧制面及轧制方向的综合偏差角θi，同时统计各个晶粒对应的面积Si。

[0025] 利用爱泼斯坦方圈测量Si含量为2.8％成分的电磁性能，然后测量与Si含量为2.8％的平均偏差角θ相同，但Si含量为3.0％、3.2％、3.4％、3.6％、4.0％试样的电磁性能，规定Si含量为2.8％成分的电磁性能修正系数为1，其它Si含量的性能与指定成分的磁性相比，得到不同Si含量的化学成分修正系数X。最后进行拟合，推算出所有成分修正系数X。

[0026] 根据下式计算出试样的电磁性能B8(其中B0：为单晶材料的磁感应性能)；

[0027]

[0028] 实施例1

[0029] (1)选取取向硅钢(含2.8％Si)，其厚度h＝0.30mm和。进行电磁性能磁性B8(T)的SST(single sheet testing)检测。

[0030] (2)电磁性能B8检测之后，先去除试样表面的绝缘涂层和底层，然后再对样板采用特殊的蚀坑工艺进行腐蚀，使得每个晶粒都能获得清晰的蚀坑(典型蚀坑照片见图3)；根据各个晶粒腐蚀坑的参数(形状、轧向偏差角、蚀坑两边的比例等)推算出该晶粒的欧拉角(α，β，γ)；

[0031] (3)利用欧拉角(α，β，γ)推算出该晶粒的Miller指数{HKL}(计算公式见式3和式4)；

[0032] H∶K∶L＝-sinβcosγ∶sinβsinγ∶cosβ (3)

[0033] U∶V∶W＝(cosβcosαcosγ-sinαsinγ)∶(-cosβcosαsinγ-sinαcosγ)∶sinβcosα (4)

[0034] 根据Miller指数推算出与(110)[001]的偏差角θi(计算公式见5)

[0035]

[0036] (4)根据样板中各个晶粒的偏差角θi和对应面积Si(见表1)，算出样板的平均偏差角，然后再根据式1和图1推算出样板的磁性能B8，并与实测值进行比较(具体情况见表2)。

[0037] 表1 2#样板的偏差角θi和对应面积Si(mm2)

[0038]编号 角度 面积 编号 角度 面积 编号 角度 面积
1 11 50 13 12 200 25 -2 1750
2 5 1320 14 0 1210 26 2 1080
3 0 141 15 -3 216 27 3 90
4 9 30 16 9 500 28 -2 1400
5 16 25 17 9 140 29 -9 60
6 3 450 18 6 2750 30 8 324
7 -11 99 19 0 196 31 2 225
8 0 120 20 10 35 32 10 52
9 4 44 21 2 96 33 0 2000
10 4 1500 22 3 121 34 2 660
11 -2 30 23 0 30
12 3 1000 24 0 56

[0039]

[0040] 参见图4及表2，图示为实施例1样板的具体情况和结果(样板晶粒上面表的数值为该晶粒的偏差角θi)。

[0041] 表2

[0042]测量值B8(T) 1.95
计算值B8(T) 1.9405
偏差(％) 0.5

[0043] 由表2可见，利用本发明检测的磁性能数据与SST检测的磁性能数据偏差为0.5％，完全满足高精度的检测需求。

[0044] 实施例2

[0045] (1)选取取向硅钢(含2.8％Si)，厚度h＝0.27mm。进行电磁性能磁性B8(T)的SST(single sheet testing)检测。

[0046] (2)电磁性能B8检测之后，先去除试样表面的绝缘涂层和底层，然后再对样板采用特殊的蚀坑工艺进行腐蚀，使得每个晶粒都能获得清晰的蚀坑(典型蚀坑照片见图3)；根据各个晶粒腐蚀坑的参数(形状、轧向偏差角、蚀坑两边的比例等)推算出该晶粒的欧拉角(α，β，γ)；

[0047] (3)利用欧拉角(α，β，γ)推算出该晶粒的Miller指数{HKL}(计算公式见式2和式3)；

[0048] H∶K∶L＝-sinβcosγ∶sinβsinγ∶cosβ (2)

[0049] U∶V∶W＝(cosβcosαcosγ-sinαsinγ)∶(-cosβcosαsinγ-sinαcosγ)∶sinβcosα (3)

[0050] 根据Miller指数推算出与(110)[001]的偏差角θi(计算公式见4)

[0051]

[0052] (4)根据样板中各个晶粒的偏差角θi和对应面积Si(见表3)，算出样板的平均偏差角，然后再根据式1和图1推算出样板的磁性能B8，并与实测值进行比较(具体情况见表3)。

[0053] 表3样板的偏差角θi和对应面积Si(mm2)

[0054]编号 角度 面积 编号 角度 面积 编号 角度 面积
1 -3 10 33 0 50 65 -4 56
2 5 35 34 4 124 66 0 700
3 0 30 35 0 40 67 -2 1200
4 5 100 36 12 120 68 14 9
5 7 128 37 0 255 69 0 120
6 7 400 38 22 144 70 0 400
7 9 100 39 17 15 71 10 205
8 7 132 40 -4 300 72 8 150
9 -6 400 41 17 63 73 16 60
10 -4 70 42 5 230 74 -6 35
11 7 300 43 6 450 75 13 360
12 -3 90 44 -42 48 76 11 20
13 3 600 45 -8 28 77 0 140
14 0 440 46 42 15 78 4 1600
15 -5 50 47 27 50 79 8 200
16 11 80 48 0 300 80 16 80
17 9 9 49 38 274 81 14 16
18 7 30 50 10 51 82 -1 850
19 5 300 51 7 78 83 14 63
20 -6 144 52 20 226 84 -2 54
21 -23 16 53 0 150 85 7 580
22 -6 36 54 14 144 86 10 42
23 0 100 55 12 80 87 0 20
24 18 40 56 13 140 88 7 56
25 29 35 57 11 70 89 -3 56
26 -9 575 58 -1 180 90 3 225
27 17 1200 59 -2 90 91 11 25
28 7 91 60 6 280 92 0 30
29 3 125 61 12 440 93 -38 12
30 10 40 62 7 375 94 7 6
31 -10 20 63 20 62
32 2 18 64 -24 24

[0055]

[0056] 参见图5及表4，图示为实施例2样板的具体情况和结果(样板晶粒上面表的数值为该晶粒的偏差角θi)；由表4可见，利用本发明检测的磁性能数据与SST检测的磁性能数据偏差仅为0.4％，完全满足高精度的检测需求。

[0057] 表4

[0058]测量值B8(T) 1.878
计算值B8(T) 1.885
偏差(％) 0.4