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无取向硅钢作为在旋转磁场中工作的电动机和发电机转子铁芯材料,要求具有良好的磁性能和机械性能。降低硅钢的铁损和提高其磁感应强度一直是硅钢的重点研究方向。影响硅钢铁损和磁感的因素主要有杂质元素含量、夹杂物数量、钢板厚度和表面状态等。其中杂质元素含量对硅钢的磁性能具有重大影响,随着钢中硫含量的增加,硅钢铁损急剧恶化。硫对硅钢质量的影响归于纳米级硫化物对硅钢磁性能的影响。因此深入研究纳米级硫化物对无取向硅钢磁性能和组织的影响,探明纳米级硫化物的析出机理并提出硫化物控制方案及进行可行性验证,具有重要的理论意义及应用价值。本文以低牌号无取向硅钢中的纳米级硫化物为研究对象,采用扫描电镜及内置能谱仪对无取向硅钢热轧板(HR)、冷轧板(CA)及终退火板中(SA)的纳米级硫化物的析出特征及演变规律进行检测分析。揭示了样品中0.2～1μm的析出物是为不规则球形的硫化物,硫化物成分以硫化锰(MnS)为主,还有复合硫化锰铜((Mn,Cu)S)及硫化亚铜(Cu2S),其中Cu2S尺寸小且数量少,对晶粒尺寸的影响可以忽略,而MnS对晶粒长大具有重要影响。在HR及CA样品中,MnS数量少且分部在晶粒内部,在SA样品中,尺寸区间为0.3～0.7μm的MnS析出量大并且主要分布在晶界。对MnS的析出动力学进行了研究,探明了硫元素在终退火处理温度下,以非平衡偏聚的方式发生晶界偏聚,经14min可达到最大偏聚,晶界最大偏聚量为晶内含量的5.7倍。并揭示了 MnS在晶界的临界形核尺寸为0.3～0.8nm。揭示了 MnS的晶界形核率远远大于均匀形核率,确定了晶界形核是MnS主要的形核方式。利用晶粒长大的钉扎力和驱动力定量计算及借助扫描电镜的配件电子背散射衍射对晶粒尺寸进行表征,明确了 MnS对硅钢铁损具有恶化作用的尺寸范围为0.3～0.7μm,并结合实验结果和理论计算对纳米级MnS无害化时钢中硫含量等参数进行了临界预测,指出Zener模型、RBM及FBM模型下钢中临界硫含量分别为11ppm、1Oppm及2ppm。通过实验分析了组织与磁性能的关系,无取向硅钢成品板的铁损与晶粒尺寸呈反比,在一定程度上,磁感应强度随着晶粒尺寸的增加而增加。提出控制凝固过程中更多的硫化物在氧化物上复合析出,从而减少纳米级MnS析出的实验方案。通过对连铸坯中夹杂物形貌、成分的检测分析及MnS与氧化物的错配度理论计算,研究了铸坯中的氧化物类型及分布,揭示了复合AI2O3-SiO2氧化物与MnS错配度较小,A1203·Si02夹杂与MnS错配度最小,是最适于MnS作为异质形核点的氧化物类型。通过对铸坯中复合氧硫化物进行检测分析,揭示了 MnS以全包裹型在亚微米级的A1203-SiO2氧化物上析出。MnS以内嵌型在微米级含MnO夹杂上析出,主要是通过基体中Mn和S往MnS胚芽扩散而形成。MnS以沾附型在微米级不含MnO的氧化物外层析出,主要是因为没有MnS胚芽,氧化物仅作为一个形核质点。通过对复合氧硫化物进行统计学分析可知,随着A1203-SiO2复合氧化物逐渐富硅,MnS在氧化物上的析出比增加,并且MnS更易于在小尺寸的复合氧化物上析出。MnS在不均匀的微米级A1203-SiO2氧化物上的贫铝区及富硅的A1203-SiO2上析出,与之前计算结果富硅氧化物与MnS的错配度最小相一致。研究了高铝硅钢中通过改变脱氧制度控制形成富硅氧化物,充分有力的证明了复合A1203-SiO2夹杂物的成分受到脱氧方式(Si/Al或Al/Si)的影响,在两种脱氧方式下,都可以生成小尺寸的球化的A1203-SiO2-(MnO)复合夹杂,在先加Si后加A1的脱氧方式下(Si/Al),球形Al203-SiO2-(Mn0)复合夹杂更多,并且其成分点更接近低熔点区,以及接近富硅氧化物成分区。上述研究的开展,确定了无取向硅钢有害MnS的尺寸范围,并结合实验结果对钢中的临界硫含量进行了预测,为钢厂降低硫化物的危害提供了指导。并提出了利用氧化物控制硫化物更多的在凝固过程中产生这一创新方案,对钢厂切实降低生产成本、缩短生产周期具有重要的理论与现实意义。