熱軋卷取溫度對(duì)無(wú)取向硅鋼織構(gòu)和磁性能影響

浦紹敏

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山 243000）

引言

無(wú)取向硅鋼通常要求低鐵損和高磁感，而鐵損和磁感這兩項(xiàng)指標(biāo)除與化學(xué)成分有關(guān)外，晶粒大小、第二相粒子數(shù)量和分布以及組織織構(gòu)等因素也對(duì)其有顯著的影響作用。低牌號(hào)無(wú)取向硅鋼生產(chǎn)工藝流程主要包括冶煉、熱軋、冷軋和退火幾個(gè)過(guò)程。再結(jié)晶退火后能否得到具有有利織構(gòu)取向的粗大晶粒是無(wú)取向硅鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵[1-4]。行業(yè)內(nèi)對(duì)此研究比較多，但熱軋卷取溫度作為影響無(wú)取向硅鋼最終電磁性能的另一重要參數(shù)，卻研究得相對(duì)較少。

以某鋼廠工業(yè)化生產(chǎn)的無(wú)取向硅鋼50 W800為研究對(duì)象，研究不同的熱軋卷取溫度下無(wú)取向硅鋼的組織、織構(gòu)，并對(duì)有關(guān)機(jī)理進(jìn)行了分析，為工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)一步提升產(chǎn)品電磁性能指標(biāo)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)鋼的主要化學(xué)成分如表1所示。試驗(yàn)鋼的主要磁性能指標(biāo)如表2 所示。熱軋采用690 ℃卷取的試樣，鐵損低而磁感高，磁性能明顯優(yōu)于580 ℃卷取的試樣。

表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分（單位：質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

表2 試驗(yàn)鋼磁性能

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)鋼的熱軋板、退火板加工成10 mm（TD）×20 mm（RD）尺寸。使用光學(xué)顯微鏡觀察金相組織，并用圖像分析儀測(cè)量平均晶粒大小；采用掃描電鏡及其EBSD 附件測(cè)量顯微織構(gòu)，運(yùn)用級(jí)數(shù)展開(kāi)法計(jì)算試樣的取向分布函數(shù)（ODF），并在歐拉角φ2＝45°的截面圖上進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 金相組織

2.1.1 熱軋組織

圖1 為試驗(yàn)鋼的熱軋組織，熱軋板組織沿厚度方向分布不均勻，從表層到芯部變化較大,分層明顯。表層為細(xì)小的再結(jié)晶晶粒,次表層為再結(jié)晶晶粒和變形晶粒的混合，芯部是拉長(zhǎng)的纖維組織。采用580 ℃卷取的熱軋板，表層細(xì)小的再結(jié)晶晶粒明顯小于690 ℃卷取的熱軋板，且混晶的面積也高于690 ℃卷取的熱軋板。

圖1 試驗(yàn)鋼熱軋板組織

2.1.2 退火組織

圖2 為試驗(yàn)鋼退火組織，經(jīng)過(guò)冷軋退火后的成品組織發(fā)生了完全再結(jié)晶，且更均勻。熱軋采用690 ℃卷取的退火板平均晶粒尺寸，略大于采用580 ℃卷取的退火板，如圖2 所示。不同卷取溫度退火板組織和平均晶粒尺寸見(jiàn)表3。

圖2 試驗(yàn)鋼退火板組織

表3 不同卷取溫度退火板組織和平均晶粒尺寸

2.2 織構(gòu)

對(duì)于無(wú)取向硅鋼而言，{l00}和{110}織構(gòu)是對(duì)磁性能有利的織構(gòu)，{111}和{112}是不利的織構(gòu)。{111}織構(gòu)的形成與演變是冷軋無(wú)取向電工鋼生產(chǎn)加工過(guò)程中最主要的織構(gòu)行為，對(duì)成品磁性能有重要影響，織構(gòu)在生產(chǎn)加工過(guò)程中的演變具有一定的遺傳性，因此，熱軋板織構(gòu)組成也是影響成品性能的主要因素之一。因此，對(duì)試驗(yàn)鋼的熱軋板和退火板進(jìn)行織構(gòu)分析，以觀察其演變規(guī)律[5,6]。

2.2.1 典型織構(gòu)

圖4、圖5 為試驗(yàn)鋼熱軋板和退火板分別采用580 ℃和690 ℃卷取時(shí)的典型織構(gòu)及含量。由圖可知，熱軋板狀態(tài)下，兩種卷取溫度的織構(gòu)類(lèi)型及含量相差不大，主要為{001}＜110＞和{112}＜110＞取向織構(gòu)。退火板狀態(tài)下，織構(gòu)比較集中，主要為{112}＜110＞、{111}＜110＞和{111}＜112＞為主的γ織構(gòu)，且580 ℃卷取時(shí)的占比明顯高于690 ℃卷取。同時(shí)還具有較弱的旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){112}＜110＞和立方織構(gòu){001}＜110＞，而旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)和立方織構(gòu)中，690 ℃卷取占比高于580 ℃卷取。

圖5 試驗(yàn)鋼典型織構(gòu)含量

圖3 取向空間中的α線和γ線位置與取向位置

2.2.2 取向分布

圖6為試驗(yàn)鋼熱軋板的取向分布函數(shù)。通常情況下，無(wú)取向硅鋼選擇取向分布函數(shù)ψ=45°作為分析的截面圖，因?yàn)棣?45°是表達(dá)無(wú)取向硅鋼織構(gòu)最具代表性的截面圖。圖7 為熱軋板α線和γ線上的取向密度，取向密度可以簡(jiǎn)單明了地觀測(cè)到鋼板內(nèi)主要織構(gòu)類(lèi)型和相對(duì)強(qiáng)弱。由圖7 可知，熱軋狀態(tài)下，α取向線上，690 ℃卷取的熱軋板織構(gòu)峰值出現(xiàn)在{001}＜110＞處，強(qiáng)度約9.0，580 ℃卷取的樣板織構(gòu)峰值出現(xiàn)在{112}＜110＞處，強(qiáng)度約9.0；γ取向線上，690 ℃卷取的熱軋板織構(gòu)在{111}＜110＞和{111}＜112＞兩處出現(xiàn)峰值，強(qiáng)度在1.4 左右，而580 ℃卷取的熱軋板強(qiáng)度都相對(duì)較低。

圖6 試驗(yàn)鋼熱軋板取向分布函數(shù)

圖7 熱軋板α線和γ線上的取向密度

圖8 為實(shí)驗(yàn)鋼退火板的取向分布函數(shù)。圖9 為退火板α線和γ線上的取向密度。由圖可知，退火后成品板狀態(tài)下，α織構(gòu)在{001}和{112}處出現(xiàn)最高峰，580 ℃卷取時(shí)織構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到7.0，而690 ℃卷取時(shí)織構(gòu)強(qiáng)度只有3.0 左右；γ取向線上，兩種卷取溫度的γ織構(gòu)峰值都出現(xiàn)在{111}＜112＞，強(qiáng)度達(dá)到6.0以上，且采用580 ℃卷取的退火成品板相對(duì)于采用690 ℃卷取的有較強(qiáng)的{111}＜110＞。總體上，各試樣取向線上的織構(gòu)強(qiáng)度明顯高于熱軋板。

圖8 試驗(yàn)鋼退火板取向分布函數(shù)

圖9 退火板α線和γ線上的取向密度

3 分析與討論

采用580 ℃卷取的熱軋板產(chǎn)生的組織表層細(xì)小的再結(jié)晶晶粒明顯小于690 ℃卷取的熱軋板，且混晶的面積也高于690 ℃卷取的熱軋板。這是由于高溫卷取可以起到常化的作用，可以提高熱軋板組織的均勻性，晶粒尺寸明顯增大。同時(shí)較高的卷取溫度對(duì)析出物特別是MnS 和AlN 的粗化起到一定作用，粗化的MnS 和AlN 析出物，可以減少在退火過(guò)程中對(duì)晶界的釘扎作用，有利于退火晶粒的長(zhǎng)大，從而可以降低鐵損，提高產(chǎn)品磁性能。因此，在一定范圍內(nèi)，采用高溫卷取能夠有效改善成品組織狀態(tài)，對(duì)不經(jīng)歷常化工序的中低牌號(hào)硅鋼改善磁性能具有重要作用。

中低牌號(hào)硅鋼以γ織構(gòu)為主，{111}是對(duì)無(wú)取向硅鋼磁性能不利織構(gòu)，圖4 和圖8 明顯看到，熱軋采用580 ℃卷取的試樣，含有大量的{111}織構(gòu)組分，且強(qiáng)度較大，因此鐵損較高，磁感較低。當(dāng)卷取溫度提高到690 ℃時(shí)，鐵損降低了0.25 W/kg，磁感增加了0.02 T，此時(shí){111}＜110＞織構(gòu)組分強(qiáng)度明顯降低，{111}＜112＞強(qiáng)度也相應(yīng)減弱。因?yàn)樵诖司嫔蠜](méi)有易磁化的＜001＞軸，卻有難磁化的＜111＞軸。因此，提高卷取溫度，可以大大降低不利織構(gòu)的產(chǎn)生，有利于P1.5降低，B50增加。

4 結(jié)論

（1）只改變熱軋卷取溫度，其他生產(chǎn)工藝相同條件下，690 ℃卷取比580 ℃卷取生產(chǎn)的產(chǎn)品，鐵損低0.25 W/kg，磁感高0.02 T。

（2）從晶粒尺寸分析，采用580 ℃卷取的熱軋板產(chǎn)生的組織表層細(xì)小的再結(jié)晶晶粒明顯小于690 ℃卷取的熱軋板，且混晶的面積也高于690 ℃卷取的熱軋板；退火板平均晶粒尺寸，690 ℃卷取在33 μm，略大于580 ℃卷取的28 μm。

（3）從織構(gòu)類(lèi)型分析，熱軋板狀態(tài)下，兩種卷取溫度的織構(gòu)類(lèi)型及含量相差不大，主要為{001}＜110＞和{112}＜110＞織構(gòu)。退火板狀態(tài)下，織構(gòu)比較集中，主要為{112}＜110＞、{111}＜110＞和{111}＜112＞為主的γ織構(gòu)，且580 ℃卷取時(shí)的占比明顯高于690 ℃卷取。

（4）從取向密度分析，熱軋狀態(tài)下，α取向線上，690 ℃卷取的熱軋板織構(gòu)峰值出現(xiàn)在{001}＜110＞處，強(qiáng)度約9.0，580 ℃卷取的樣板織構(gòu)峰值出現(xiàn)在{112}＜110＞處，強(qiáng)度約9.0；γ取向線上，690 ℃卷取的熱軋板織構(gòu)在{111}＜110＞和{111}＜112＞兩處出現(xiàn)峰值，強(qiáng)度在1.4 左右，而580 ℃卷取的熱軋板強(qiáng)度都相對(duì)較低。退火后成品板狀態(tài)下，α織構(gòu)在{001}和{112}處出現(xiàn)最高峰，580 ℃卷取時(shí)織構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到7.0，而690 ℃卷取時(shí)織構(gòu)強(qiáng)度只有3.0左右；γ取向線上，兩種卷取溫度的γ 織構(gòu)峰值都出現(xiàn)在{111}＜112＞，強(qiáng)度達(dá)到6.0 以上，且采用580 ℃卷取的退火成品板相對(duì)于采用690 ℃卷取的有較強(qiáng)的{111}＜110＞。