無取向電工鋼50W600在生產過程中的組織和織構演變

楊 帆，馮小明，趙和明，熊晨光，樊立峰，仇圣桃

(1.鋼鐵研究總院連鑄技術國家工程研究中心， 北京 100081； 2.新余鋼鐵集團有限公司,新余 336510；

3.內蒙古工業大學材料科學與工程學院， 呼和浩特 010051)

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無取向電工鋼50W600在生產過程中的組織和織構演變

楊 帆1,2，馮小明2，趙和明2，熊晨光2，樊立峰3，仇圣桃1

(1.鋼鐵研究總院連鑄技術國家工程研究中心， 北京 100081； 2.新余鋼鐵集團有限公司,新余 336510；

3.內蒙古工業大學材料科學與工程學院， 呼和浩特 010051)

摘要：在實驗室對現場生產的熱軋無取向電工鋼50W600進行冷軋和退火處理，研究了熱軋、冷軋、退火鋼板的顯微組織和織構演變。結果表明：熱軋板表層至1/4層為等軸晶的再結晶組織，中心層的大部分晶粒發生了再結晶，表層織構主要為黃銅與銅型織構，1/4層為高斯織構與α纖維織構，中心層主要為較強的α纖維織構；冷軋板為纖維狀組織，主要為α纖維織構和γ纖維織構；退火板為再結晶組織，平均晶粒尺寸為53 μm，主要為γ纖維織構。

關鍵詞：無取向電工鋼；顯微組織；織構

0引言

電工鋼已有近百年的發展歷史，主要用于制造各種電機、變壓器、鎮流器鐵芯以及其它電器元件，是電力、電子和軍工行業不可缺少的重要軟磁合金，亦是重要的節能、功能材料[1-3]。

電工鋼具有晶界處點陣崎變、晶粒缺陷多、內應力大等特點，故而在其磁化過程中疇壁在晶界處移動需要更多的能量，而且晶界越多，磁滯損耗和矯頑力就越大。隨著晶粒長大，晶界數量減少，疇壁移動的阻力減小，磁滯損耗降低，鐵損降低，因此無取向電工鋼的性能與其晶粒尺寸密切相關。另外，無取向電工鋼的電磁性能與其組織、織構密切相關，織構分布及各組分的強度對它的磁性能具有顯著影響。如何控制{100}、{110}、{111}及{112}織構的強度，使{100}面織構占優，從而提高電工鋼的磁性能，是目前工業生產和新產品開發的首要追求目標[4]，因此對織構形成及演變規律的研究成為了熱點問題[5-7]。仇圣桃等對無取向電工鋼的組織、織構演變開展了大量研究[8-10]，總結出了織構的演變特點及規律。為了進一步明確織構演變特性，作者在實驗室對工業化生產的無取向電工鋼50W600進行冷軋及退火處理，分析了其顯微組織和織構的演變特點，為冷軋無取向電工鋼的開發和生產提供參考。

1試樣制備與試驗方法

試驗材料取自某鋼廠生產的電工鋼50W600熱軋板。該熱軋板的生產路線為:鐵液脫硫→頂底復吹轉爐煉鋼→真空精煉→連鑄→熱連軋。鑄坯經1 150 ℃均熱后進入熱連軋，熱軋板厚度為2.5 mm，卷取溫度為650 ℃。試驗鋼的化學成分見表1。

表1　試驗鋼的化學成分(質量分數)

后續的冷軋及退火處理在實驗室完成，熱軋板經一次冷軋軋至厚度為0.5 mm，然后進行900 ℃×5 min的退火處理。采用磁性能測量儀進行檢測，測得鐵損為4.1 W·kg-1，磁感應強度為1.74 T。

沿熱軋板的厚度方向進行連續觀察，以得到整個厚度方向的組織形貌，最后利用SISC IAS V8.0金相圖像分析軟件計算平均晶粒尺寸。

采用線切割將不同工序段的試樣制成表面尺寸為10 mm(橫向)×15 mm(軋向)的試樣，冷鑲并依次經150#、320#、600#、1000#砂紙水磨后拋光至鏡面；然后采用體積分數為10%的硝酸酒精溶液腐蝕10 s，最后用水沖洗并吹干;采用ZEISS-200MAT型光學顯微鏡觀察顯微組織。

對不同工序的試樣進行織構檢測，試樣的表面尺寸均為10 mm×15 mm(TD×RD)，依次經150#、320#、600#、800#、1000#、1500#、2000#砂紙水磨，之后機械拋光至表面無劃痕、污點，呈光亮鏡面；然后采用體積分數10%的硝酸酒精溶液去除加工硬化層，沖洗并吹干。采用帶有EDAX OIM型電子背散射衍射(EBSD)系統的ZEISS SUPRA 55VP型掃描電子顯微鏡進行織構觀察，每個試樣選擇3個區域，并使用CHANNEL5軟件對數據進行分析，根據Bunge(φ1,Ф,φ2)符號系統計算出ODF截面圖，將φ2=45°的截面圖和織構強度放大繪出。

2試驗結果與討論

2.1　顯微組織演變

由圖1可見，50W600鋼熱軋板的顯微組織大部分為等軸狀鐵素體，從邊部至中心，晶粒的尺寸和分布狀態具有一定差異；邊部晶粒主要為鐵素體等軸晶，平均尺寸約為39.66 μm，呈不規則的多邊形；約1/4厚度截面處的晶粒有所長大，尺寸約為43.50 μm，仍以不規則多邊形為主；中心處的大部分晶粒發生了再結晶，有少量拉長的纖維狀組織，平均晶粒尺寸進一步增大，可達到55 μm以上。

圖1　熱軋板的顯微組織Fig.1　Microstructure of hot rolled strip:(a) parallel to therolling direction and (b) perpendicular to the rolling direction

圖2　冷軋板的顯微組織Fig.2　Microstructure of cold rolled strip

由圖2可見，熱軋板經冷軋后,原來的再結晶與形變組織轉變為完全沒有再結晶的沿軋向伸長的纖維狀組織。

由圖3可見，冷軋板退火后，纖維狀組織轉變為再結晶組織，平均晶粒尺寸為53 μm。

圖3　退火板的顯微組織Fig.3　Microstructure of annealed strip

2.2　織構演變

圖4　熱軋板不同厚度處φ2=45°織構的ODF圖Fig.4　ODFs of φ2=45° section of hot rolled strip: (a)surface layer; (b) 1/4 layer and (c) center layer

圖5　冷軋板φ2=45°織構的ODF圖Fig.5　ODF of φ2=45° section of cold rolled strip

圖6　退火板φ2=45°織構的ODF圖Fig.6　ODF of φ2=45° section of annealed strip

由圖6可見，冷軋板退火后，織構組分主要為γ纖維織構、少量立方織構和高斯織構，織構的最強峰出現在{111}〈110〉～{111}〈112〉之間，強度可達4.670。

2.3　討　論

在生產過程中，由于連鑄坯在加熱、熱軋過程中表面脫碳，表層碳含量降低，導致熱軋板表層為完全鐵素體區；同時在熱軋過程中，鋼板的剪切變形沿厚度方向不均勻分布，熱軋板表層和1/4層在熱軋過程中發生了動態再結晶，而中心層還存在少量的塑性變形。因此，表層和1/4層的織構強度較弱，而中心層的較強。由于在熱軋過程中，熱軋板表層發生了動態再結晶，形成高斯取向的晶粒受到軋制力的作用，沿ND和RD方向旋轉，形成黃銅和銅型織構。因此，最終熱軋板表層黃銅織構的強度較銅型織構的高。熱軋板1/4層出現了再結晶晶粒和軋制形變晶粒的混合組織，剪切力從表層到1/4層逐漸減弱，動態再結晶形成的高斯取向的晶粒沒有旋轉成為銅型和黃銅取向，最終導致熱軋板1/4層出現高斯織構和α纖維織構共存。熱軋板中心層在熱軋過程中幾乎只受到壓應力的作用，而且沒有發生完全動態再結晶，還存在熱軋形變組織，故而最終形成很強的α纖維織構。

冷軋過程中的溫度低，難以發生回復與再結晶，從而導致冷軋板組織為沿軋向伸長的纖維狀組織；在冷軋過程中，晶粒趨于向穩定取向轉動，形成兩類纖維織構：〈110〉∥RD的α纖維織構和〈111〉∥ND的γ纖維織構。

退火后的組織發生了完全再結晶，不同取向的晶粒儲能不同，因此晶粒的長大趨勢不同。由于{100}〈110〉晶粒最易滑移，位錯密度最低，儲能低，最難發生再結晶，而{111}晶粒比{100}晶粒的儲能高，所以{111}晶粒優先形核和長大，故而退火板中{111}γ纖維織構最強。

3結論

(1) 熱軋板表層至1/4層為等軸晶的再結晶組織，中心層大部分晶粒發生了再結晶；表層主要為黃銅織構與銅型織構，1/4層為高斯織構與α纖維織構，中心層主要為α纖維織構。

(2) 冷軋板為未再結晶的纖維狀組織，主要織構為α纖維織構與γ纖維織構，冷軋板織構最強峰出現在{223}〈110〉附近，強度可達4.340。

(3) 退火板為再結晶組織，平均晶粒尺寸53 μm，主要織構為{111}γ纖維織構，織構最強峰出現在{111}〈110〉～{111}〈112〉，強度可達4.670。

參考文獻:

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[3]TAKASHIMA M, KOMATSUBARA M, MORITO N.{001}〈210〉 texture development by two-stage method innon-oriented electrical steel cold rolling [J].ISIJ International,1997,37(12):1263-1268.

[4]金自立，任慧平，王玉峰，等.無取向電工鋼冷軋及退火織構的演變[J].鋼鐵，2007,42(1)：63-66.

[5]TOMIDA T. A new process to develop (100) texture in silicon steel sheets[J].Journal of Materials Engineering and Performance,1996,5(6):316-322.

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[9]羅翔，項利，仇圣桃，等.稀土鈰含量對1.2%Si無取向電工鋼組織、織構及磁性能的影響[J].機械工程材料，2014，38(1)：6-11.

Microstructure and Texture Evolution of Non-oriented Electrical Steel

50W600 during Processing

YANG Fan1,2，FENG Xiao-ming2，ZHAO He-ming2，XIONG Chen-guang2，FAN Li-feng3，QIU Sheng-tao1

(1.National Engineering Research Center of Continuous Casting Technology, Central Iron and Steel Research Institute,

Beijing 100081, China；2.Xinyu Iron & Steel Co. Ltd., Xinyu 336501, China；

3.School of Materials Science and Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China)

Abstract:The cold-rolling and annealing treatments of non-oriented electrical steel 50W600 were carried out in laboratory, and the microstructure and texture evolution of hot rolled strip,cold rolled strip and annealed strip were studied. The results show that the surface layer and 1/4 (transition) layer of hot rolled strip owned a equiaxed recrystallized microstructure，and the core layer was dynamic recrystallization grains. Brass texture and copper texture were the main textures in the surface layer of the hot rolled strip, while the Goss texture and α-fibre texture were the main textures in the transaction layer，and the α-fibre was the main texture in the core layer. The microstructure of cold rolled strip was fibrous， and α-fibre texture and γ-fibre texture were the main textures. The annealed strip had the recrystallization microstructure with the average grain size of 53 μm，and the γ-fibre texture was the main texture.

Key words:non-oriented electrical steel; microstructure; texture

中圖分類號：TG142.7

文獻標志碼：A

文章編號：1000-3738(2015)10-0025-04

通訊作者:樊立峰講師

作者簡介：楊帆(1983-),女,江西新余人,博士研究生。

基金項目：國家自然科學基金資助項目(50934009);內蒙古自治區自然科學基金資助項目(2015BS0508)

收稿日期:2014-08-14；

修訂日期:2015-04-18

DOI:10.11973/jxgccl201510006

導師:仇圣桃教授