熱軋卷取時間對新型冷軋無取向電工鋼組織和性能的影響

摘 要：研究了熱軋卷取時間對無取向電工鋼晶粒組織、織構演變、鐵損和磁感的影響。結果表明，成品晶粒尺寸在120～140 μm之間，隨卷取時間的增加，成品晶粒尺寸增大。成品織構主要由γ纖維、а纖維和高斯織構等構成。隨著保溫時間的增加，{111}<110>和{112}<110>織構強度降低。隨卷取時間的增加，成品P1.5降低。熱軋板最佳的卷取工藝為550 ℃保溫2～3 h，電工鋼的綜合磁性能優良。

關鍵詞：無取向電工鋼 卷取時間 組織結構 磁性能

中圖分類號：TG142.1文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-03

冷軋無取向低碳低硅電工鋼要求具有低鐵損、高磁感。主要用于生產<1 kW的家用電機和微電機、小電機、鎮流器和小型變壓器等，是用量最大的節能軟磁合金，在電力、電子、機械工業中發揮不可替代的作用。近年來，由于能源短缺，各個國家對節能降耗都非常重視，電工鋼生產商不斷致力于生產低鐵損和高磁感的材料來提高電機效率，節約電力[1，3]。熱軋卷取工藝是影響無取向電工鋼最終成品電磁性能的重要工藝參數之一，目前為止，研究熱軋卷取時間對無取向電工鋼電磁性能的影響工作還較少，因此，研究熱軋卷取時間對組織結構和磁性能的影響對于開發高性能的冷軋電工鋼具有重要的意義。

該文是在原有電工鋼成分基礎上，通過調整碳、銅、錳、硅、鋁等元素的含量，開發出一種新型高效電機用高磁感、低鐵損低碳低硅冷軋無取向硅鋼。研究不同熱軋卷取時間對產品晶粒組織、織構、和磁性能的影響，探討更加合理的卷取工藝控制制度，探索無取向電工鋼提高磁感和降低鐵損的新途徑。

1 試驗材料及方法

試驗用鋼在50 kg真空感應爐中冶煉，其化學成分如表1所示。

將鋼錠鍛造成25 mm厚的板坯，該板坯在1150 ℃保溫1 h后開始軋制，3道次軋制，熱軋至4.0 mm厚，為了模擬卷取過程，熱軋結束后，將熱軋板冷至卷取溫度后裝入爐溫已經升至設定卷取溫度的箱式爐中保溫不同時間，取出空冷。卷取溫度為550 ℃，保溫時間為1 h、2 h、3 h。酸洗后使用4輥軋機將熱軋板冷軋到0.5 mm，然后在小型連續退火爐中進行再結晶退火，退火溫度950 ℃。由于原始碳含量較低，退火氣氛使用干的分解氨。成品試樣使用光學顯微鏡觀察金相組織，并用圖像分析儀測量平均晶粒大小，觀察面為與軋制方向平行的縱截面。使用西門子D25000型X射線衍射儀對退火后試樣的織構進行測量，測量時使用Mo靶，首先檢測試{110}、{200}和{211}3個不完全極圖，然后采用級數展開法計算試樣的取向分布函數（ODF）。冷軋成品采用愛潑斯坦方圈測試電磁性能。

2 試驗結果及分析

2.1 熱軋板及成品金相組織

經不同時間卷取后的電工鋼熱軋板的晶粒度如圖1所示，從圖中可以看出該電工鋼熱軋板的組織是完全再結晶的等軸晶，晶粒大小均勻，晶粒尺寸較小，隨保溫時間的增加，晶粒尺寸變化不大。

經不同時間卷取后的該電工鋼成品的晶粒度如圖2所示，從圖中可以看出該電工鋼成品組織為較大等軸晶，晶粒大小基本均勻。

表2所示的為用截線法測量不同時間卷取后該電工鋼熱軋板及成品的晶粒尺寸，從表中的數據可以看出，在550 ℃卷取時，熱軋板的晶粒尺寸在20～25 μm之間，隨卷取保溫時間的增加，熱軋板的晶粒尺寸變化不明顯。成品晶粒尺寸變化幅度不大，平均晶粒尺寸在120～140 μm之間，隨著卷取保溫時間的延長，成品晶粒尺寸呈增大趨勢。

2.2 成品織構分布

取向分布函數Ф2=45 °截面圖是表達無取向電工鋼鋼板織構最具有代表性的截面圖。在這個截面圖上可以觀察到一系列重要的取向位置[2]。圖2顯示成品取向分布函數φ2=45 °截面圖。

由圖3看出，成品織構主要由γ纖維、а纖維和高斯織構組成，γ纖維包括{111}<110>和{111}<112>織構分量，其中{111}<112>分量的強度最高。а纖維包含分量為{112}<110>、{100}<110>和{111}<110>織構，а纖維織構得強度較弱。隨著保溫時間的增加，{111}<110>和{112}<110>織構強度降低。

2.3 磁性能

從圖3看出，熱軋板卷取經550 ℃短時間保溫1小時，成品磁性能不好。最佳的熱軋板卷取工藝是在550 ℃保溫2～3 h。在550 ℃卷取時，鐵損隨著保溫時間的延長逐漸降低，B50在保溫2 h時達到1.74 T。

3 討論

AlN等第二相析出物生產過程中會經歷三種過程：固溶、析出和Ostwald熟化。在加熱時固溶，在熱軋卷取后的緩慢冷卻過程中隨固溶度下降析出。大量研究表明，細小彌散的第二相粒子對晶粒長大時的釘扎力與第二相粒子的數量呈正比，與平均尺寸成反比。因此，當第二相粒子析出和分布均勻時，細小、分布密集的粒子會對晶界產生強烈的釘扎效應，抑制晶粒的長大，使晶粒尺寸趨于更小；相反，熟化、粗大或分布不夠密集的粒子對晶界的釘扎作用減弱，使晶粒的生長能力增強，晶粒尺寸趨于更大。熱軋板在低溫550 ℃時卷取，彌散析出的細小夾雜物少，阻礙晶粒長大作用不明顯，卷取時間對熱軋板晶粒尺寸影響不大。在冷軋后再結晶退火過程中，第二相析出物發生ostwald熟化，對晶粒長大的阻礙作用小。

無取向電工鋼（100）面織構高，B50增高和P1.5降低，因為在（100）晶面上有兩個易磁化的<001>軸；其次是（110）面織構，在此晶面上有一個<001>軸。具有（111）面織構的P1.5較高，因為在此晶面上沒有<001>軸，具有（112）面織構的P1.5最高，因為在此晶面上有難磁化的<111>軸[3]。因此，增加{100}和{110}織構的強度和降低{111}和{112}織構的強度有利于降低磁滯損耗和增加磁感。

晶界能抑制磁疇在磁化時的位移和轉動，晶粒粗大使總的晶粒邊界減少，晶粒粗大還減少了因晶粒混亂、位錯、空位等缺陷的聚集而造成磁阻較大的現象[4]。因此晶粒尺寸相對較大時，鐵損較低。影響電工鋼鐵損的成分主要是化學成分、晶粒尺寸、晶體織構、雜質等。晶粒尺寸變化通常導致晶體織構也發生變化，磁感不一定一直隨著晶粒尺寸的增加而提高。影響無取向電工鋼磁感應強度的主要因素是化學成分與晶體織構。

550 ℃卷取時，隨保溫時間的延長，成品晶粒度增加，而對磁性能不利的{111}<110>和{112}<110>織構強度減弱，導致鐵損降低，當保溫時間達到3 h，P1.5取得最小值3.22 W/kg；而當保溫2 h，高斯織構{110}<001>強度達到最強，{111}<112>織構強度取得最小，磁感B50主要有晶體織構來決定，因此其磁感B50達到最大值1.74 T。

4 結語

（1）熱軋板550 ℃卷取時，晶粒尺寸在20～25 μm之間，隨著保溫時間的延長，熱軋板晶粒尺寸變化不明顯。成品晶粒尺寸在120～140 μm之間，隨卷取時間的增加，晶粒尺寸增大。

（2）成品織構主要由γ纖維、а纖維和高斯織構等構成。隨著保溫時間的增加，{111}<110>和{112}<110>織構強度

降低。

（3）熱軋板最佳的卷取工藝是在550 ℃保溫2～3 h，能獲得較高的磁感和低的鐵損。隨卷取時間的增加，成品P1.5降低。

參考文獻

[1] 何忠治.電工鋼[M].北京：冶金工業出版社，1997.

[2] 毛衛民，張新明.晶體材料織構定量分析[M].北京：冶金工業出版社，1995.

[3] Jong-Tae，Jerzy A.Szpunar.Evolution of recrystallization texture in non-oriented electrical steels[J].Acta Materialia，2003，51：3037-3051.

[4] 趙楠，穆海玲，斯松華.冷軋無取向電工鋼的組織及性能分析[J].電工材料，2007，4：14-18.