朱志勇 郭海榮 李化龍

(江蘇省(沙鋼)鋼鐵研究院，江蘇 張家港 215625)

冷軋無取向硅鋼廣泛應(yīng)用于電機(jī)和發(fā)電機(jī)行業(yè)[1- 2]，其化學(xué)成分、熱軋工藝、冷軋退火工藝對產(chǎn)品磁性能均有重要的影響[1,3]。高牌號冷軋無取向硅鋼鐵損低、磁導(dǎo)率高、磁致伸縮性小，常用于大中型電機(jī)及發(fā)電機(jī)。因其成分硅、鋁含量高，鋼水流動性差，產(chǎn)品表面缺陷多，性能不穩(wěn)定，且鑄造過程中易形成粗大的柱狀晶，產(chǎn)生瓦楞狀缺陷。因此，高牌號冷軋無取向硅鋼生產(chǎn)需?；幚?，以改善熱軋板組織均勻性，避免表面瓦楞狀缺陷，同時粗化晶粒和析出物，增強(qiáng){100}和{110}有利織構(gòu)組分強(qiáng)度及減弱{111}不利織構(gòu)組分強(qiáng)度，提高產(chǎn)品磁性能[4- 6]，因此探索?；に噷滠垷o取向硅鋼磁性能的影響具有重要意義。本文在實驗室條件下，研究了?；瘻囟葘?0W470無取向硅鋼組織及磁性能的影響。

1 試驗材料及方法

試驗材料選取工業(yè)生產(chǎn)的2.5 mm厚50W470無取向硅鋼熱軋板，其化學(xué)成分見表1。

試驗選取600 mm×130 mm×2.5 mm尺寸的熱軋板，分別在850、900、950和1 000 ℃進(jìn)行常化處理200 s。?；幚砗笏嵯慈コ砻嫜趸F皮，采用4輥單機(jī)架往復(fù)式軋機(jī)冷軋到0.5 mm厚。取450 mm×120 mm×0.5 mm尺寸的退火試板，在實驗室連續(xù)退火爐中進(jìn)行退火，退火過程采用抽真空氮氣保護(hù)，退火工藝為 920 ℃保溫36 s。

表1 試驗材料的化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Chemical compositions of the tested steel (mass fraction) %

采用TD- 8510磁性能測量儀測量不同溫度常化的退火樣品的單片磁性能，樣品尺寸為100 mm×100 mm×0.5 mm；在5 000 A/m磁場強(qiáng)度下測量產(chǎn)品的磁感應(yīng)強(qiáng)度B50，在1.5 T磁感應(yīng)強(qiáng)度和50 Hz頻率下測量產(chǎn)品的鐵損P15/50。將熱軋板、?；寮案魍嘶饦悠费剀埾蚱书_，經(jīng)機(jī)械磨拋后，用蔡司金相顯微鏡觀察試樣的顯微組織，并采用截線法測量晶粒的尺寸；在JSM- 7001F場發(fā)射掃描電子顯微鏡上進(jìn)行電子背散射衍射(EBSD) 微觀取向分析 (織構(gòu)體積分?jǐn)?shù)以偏差角15°進(jìn)行統(tǒng)計)。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 ?；瘻囟葘︼@微組織的影響

圖1顯示熱軋板和經(jīng)不同溫度?；幚砗鬅彳埌宓娘@微組織。如表1所示，試驗鋼中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.005%，Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于1.7%，在生產(chǎn)過程中無相變發(fā)生，均為鐵素體組織。由于板坯在軋制過程中其表面及心部的溫度分布、形變方式和形變量均不同，在熱軋過程中會造成表面和心部熱軋組織存在較大的差別[7]。如圖1(a)所示，未常化的原始態(tài)熱軋板表面為細(xì)小等軸的再結(jié)晶組織。心部為拉長的纖維狀組織。主要是由于熱軋板表面溫度雖然較低，但其發(fā)生了切應(yīng)變，形變儲能較大，優(yōu)先發(fā)生再結(jié)晶。而熱軋板心部溫度雖然較高，但發(fā)生了壓應(yīng)變，其形變儲能小，再結(jié)晶驅(qū)動力小，因此熱軋板表面為細(xì)小的再結(jié)晶組織，心部為拉長的變形組織。

由圖1(b～e)可知：熱軋板在850～1 000 ℃?；幚砗笞冃谓M織發(fā)生了明顯的再結(jié)晶，且隨著?；瘻囟鹊纳撸俳Y(jié)晶逐漸完全、晶粒不斷長大。850 ℃保溫200 s?；幚砗?，熱軋纖維組織明顯再結(jié)晶，但由于?；瘻囟容^低，熱軋板中部仍存在極少量的變形組織；在900～1 000 ℃常化處理，變形組織均發(fā)生完全再結(jié)晶，隨著?；瘻囟鹊奶岣?，再結(jié)晶晶粒尺寸增大，組織均勻性改善。

圖1 (a)熱軋態(tài)及經(jīng)(b)850、(c)900、(d)950和(e)1 000 ℃?；鬅彳埌宓娘@微組織Fig.1 Microstructures of the plates after (a) hot- rolling and hot- rolling followed by normalizing at(b) 850, (c) 900, (d) 950 and (e) 1 000 ℃

圖2為不同溫度?；幚砝滠埻嘶饦悠返娘@微組織。由圖2可知：不同溫度?；幚淼睦滠埻嘶饦悠肪l(fā)生了完全再結(jié)晶，且隨著?；瘻囟扔?50 ℃提高到1 000 ℃，退火成品試樣的平均晶粒尺寸不斷增大，依次為28、46.7、56.5、64.7 μm，組織均勻性顯著提高。如圖1所示，熱軋板經(jīng)常化處理后，變形組織消除，且隨著?；瘻囟鹊纳?，熱軋晶粒尺寸不斷增大，熱軋組織晶粒尺寸越大，冷軋后形變儲能越低，退火再結(jié)晶形核驅(qū)動力降低，再結(jié)晶形核率降低；同時由于再結(jié)晶晶核易在熱軋原始晶界處形核，熱軋板晶粒尺寸越大，冷軋后原始晶界越少，從而顯著減少了退火再結(jié)晶過程中的形核位置，造成形核率降低[8- 9]；相同退火工藝條件下，再結(jié)晶形核率越低，成品晶粒尺寸越大，因此不同溫度?；幚硗嘶饦悠返木Я３叽珉S常化溫度的升高而逐漸增大。

圖2 (a)850、(b)900、(c)950和(d)1 000 ℃常化處理退火樣品的顯微組織Fig.2 Microstructures of the annealed samples after normalizing at (a) 850, (b) 900, (c) 950 and (d) 1 000 ℃

2.2 ?；瘻囟葘ν嘶鸪善房棙?gòu)的影響

圖3為不同溫度常化處理后退火成品的取向分布函數(shù)φ2=45°截面圖。由圖3可知：不同溫度?；幚砗罄滠埻嘶饦悠返目棙?gòu)均以α和γ取向線再結(jié)晶織構(gòu)為主。由于織構(gòu)的遺傳性，熱軋板原始組織和織構(gòu)對退火再結(jié)晶織構(gòu)有重要的影響，γ取向線織構(gòu)易在熱軋原始晶界附近優(yōu)先形核生長，γ纖維織構(gòu)的優(yōu)先形核生長會不斷吞并相鄰的λ和α纖維織構(gòu)，減弱λ和α纖維織構(gòu)，加強(qiáng)γ纖維織構(gòu)[9]。?；幚砗螅瑹彳埌灏l(fā)生再結(jié)晶和晶粒長大，原始晶界減少，冷軋變形晶粒晶界附近取向差較小、變形儲能低，不利于γ纖維再結(jié)晶晶粒的發(fā)展，如圖3(a～c)所示。當(dāng)?；瘻囟葟?50 ℃升高到950 ℃時，熱軋板晶粒尺寸不斷增大，退火成品{111}織構(gòu)組分強(qiáng)度逐漸減弱。

退火再結(jié)晶包含再結(jié)晶和晶粒長大兩個過程。{111}織構(gòu)由于形變儲能大，退火再結(jié)晶過程中優(yōu)先形核生長，在晶粒長大過程中，優(yōu)先形核的{111}晶粒經(jīng)過較長時間的生長，尺寸較大，界面能較低，晶粒長大過程中會吞噬周圍較小的晶粒而繼續(xù)生長，如圖3(d)所示。即當(dāng)?；瘻囟壬仙? 000 ℃時，熱軋板變形組織完全再結(jié)晶，熱軋板晶粒尺寸較大，冷軋形變儲能小，大大降低了退火再結(jié)晶{111}織構(gòu)的形核率。但由于{111}織構(gòu)在再結(jié)晶過程中優(yōu)先形核生長，在晶粒長大過程中，長大阻力小，會不斷吞噬周圍較小的晶粒而繼續(xù)生長，{111}織構(gòu)組分強(qiáng)度提高。因此，在850～950 ℃?；幚碓俳Y(jié)晶退火后的成品織構(gòu)由形核織構(gòu)決定，{111}織構(gòu)組分強(qiáng)度隨?；瘻囟鹊纳叨饾u減弱；當(dāng)?；瘻囟忍岣叩? 000 ℃后，退火成品織構(gòu)由于晶粒長大，表現(xiàn)為晶粒長大織構(gòu)，{111}織構(gòu)組分強(qiáng)度增強(qiáng)。

2.3 ?；瘻囟葘Υ判阅艿挠绊?/h3>

表2顯示了不同溫度?；耐嘶饦悠返拇判阅?。由表2可知：隨?；瘻囟葟?50 ℃提高到1 000 ℃，試樣的鐵損P15/50從4.669 W/kg降低到3.696 W/kg，磁感應(yīng)強(qiáng)度B50先從1.687 T提高到1.730 T，再降低到1.716 T；950 ℃?；幚硗嘶鸪善返拇判阅茏顑?yōu)，鐵損低、磁感應(yīng)強(qiáng)度高，鐵損P15/50為3.872 W/kg，磁感應(yīng)強(qiáng)度B50為1.730 T。

圖3 (a)850、(b)900、(c)950和(d)1 000 ℃?；幚硗嘶饦悠返娜∠蚍植己瘮?shù)φ2=45°截面圖Fig.3 ODFs of φ2=45° sections of the annealed samples after normalizing at (a) 850, (b) 900, (c) 950 and (d) 1 000 ℃

表2 不同溫度?；耐嘶饦悠返拇判阅躎able 2 Magnetic properties of the annealed samples normalized at different temperatures

在無取向硅鋼中，{100}晶面和{110}晶面分別包含兩個和一個易磁化<001>軸，屬于有利織構(gòu)，{111}晶面無易磁化<001>軸，劣化磁性能；加強(qiáng){100}和{110}有利織構(gòu)組分強(qiáng)度，減弱{111}不利織構(gòu)組分的強(qiáng)度有利于改善無取向硅鋼磁性能[10- 12]。表3顯示了不同溫度?；幚砗笸嘶饦悠穥001}、{110}、{111}3種面織構(gòu)的面積分?jǐn)?shù)比。圖4為?；瘻囟扰c退火樣品平均晶粒尺寸和織構(gòu)分布之間的關(guān)系，圖5顯示了?；瘻囟扰c磁性能的關(guān)系。

表3 不同溫度?；幚淼耐嘶饦悠穥001}、{110}、{111}3種面織構(gòu)的面積分?jǐn)?shù)Table 3 Area fraction ratios of {001}, {110} and {111} texture components of the annealed samples normalized at different temperatures

圖4 (a)退火樣品平均晶粒尺寸和(b)織構(gòu)分布與常化溫度之間的關(guān)系Fig.4 Relationship between (a) the average grain size and (b) texture distribution and the normalizing temperature for the annealed samples

由圖4可知：隨著?；瘻囟鹊纳?，退火樣品的平均晶粒尺寸顯著增大，有利織構(gòu)({001}+{110})與不利織構(gòu){111}面積比先升高后降低，在850～950 ℃常化，有利織構(gòu)組分相對強(qiáng)度隨常化溫度的升高而不斷增強(qiáng)，而不利織構(gòu){111}組分相對強(qiáng)度則不斷減弱，有利于磁感應(yīng)強(qiáng)度提高。

圖5 ?；瘻囟扰c磁性能的關(guān)系Fig.5 Dependence of magnetic properties on normalizing temperatures

當(dāng)常化溫度提高到1 000 ℃后，({001}+{110})/{111}面積比降低，不利織構(gòu){111}組分相對強(qiáng)度提高，磁感應(yīng)強(qiáng)度降低。如圖5所示，當(dāng)常化溫度從850 ℃升高到950 ℃時，磁感應(yīng)強(qiáng)度從1.687 T提高到1.730 T；當(dāng)常化溫度繼續(xù)上升到1 000 ℃后，磁感應(yīng)強(qiáng)度反而降低到1.716 T。電工鋼鐵損包含磁滯損耗、渦流損耗和反常損耗3部分，無取向硅鋼以磁滯損耗為主，其產(chǎn)品晶粒尺寸越大，晶粒邊界面積越小，磁滯損耗越小，渦流損耗越大，但渦流損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于磁滯損耗，因此表現(xiàn)為無取向硅鋼產(chǎn)品鐵損隨晶粒尺寸的增大而減小[1,13]。當(dāng)?；瘻囟葟?50 ℃上升到1 000 ℃后，退火晶粒尺寸不斷增大，晶粒邊界面積大大減小，磁滯損耗降低，鐵損降低；在850～950 ℃，{111}不利織構(gòu)組分強(qiáng)度隨溫度升高逐漸減弱，磁滯損耗減??；當(dāng)?；瘻囟壬叩? 000 ℃后，不利織構(gòu){111}組分強(qiáng)度的增強(qiáng)也會導(dǎo)致材料磁滯損耗的升高，但由于晶粒尺寸增大帶來的磁滯損耗的降低遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于{111}不利織構(gòu)組分強(qiáng)度增強(qiáng)所帶來的磁滯損耗的升高，因此表現(xiàn)為退火成品的鐵損隨?；瘻囟鹊纳叨饾u降低。熱軋板選擇合適的?；瘻囟?，優(yōu)化成品晶粒尺寸和織構(gòu)分布，能獲得最優(yōu)的磁性能。本試驗中，以950 ℃?；?00 s的退火成品的磁性能最優(yōu)，鐵損P15/50為3.872 W/kg，磁感應(yīng)強(qiáng)度B50為1.730 T。

3 結(jié)論

(1)?；幚砟茱@著改善熱軋板的晶粒尺寸及組織均勻性，消除熱軋變形組織，對成品組織及磁性能產(chǎn)生重要影響。

(2)在850～1 000 ℃?；幚?，熱軋板晶粒尺寸隨?；瘻囟鹊纳卟粩嘣龃螅嘶饦悠肪Я３叽绮粩嘣龃?，有利織構(gòu)({001}+{110})與不利織構(gòu){111}的面積比先增大后減小，退火成品鐵損逐漸降低，磁感應(yīng)強(qiáng)度先升高后降低。

(3)950 ℃?；幚?00 s，能得到最優(yōu)的晶粒尺寸和({001}+{110})/{111}面積比，退火樣品的磁性能最優(yōu)，鐵損P15/50值達(dá)到 3.872 W/kg，磁感應(yīng)強(qiáng)度B50值達(dá)到1.730 T。