利用柱狀晶及其取向特征嘗試發(fā)展高磁感無取向電工鋼

1、利用柱狀晶及其取向特征嘗試發(fā)展高磁感無取向電工鋼楊平，程靈，毛衛(wèi)民（北京科技大學(xué)材料學(xué)系，北京 100083）摘要：采用不同工藝對(duì)30mm厚柱狀晶初始組織進(jìn)行熱軋、?；⒗滠埣巴嘶?，得到高磁感無取向硅鋼。其本質(zhì)是將原始的100織構(gòu)進(jìn)行有效遺傳控制，提高晶粒尺寸和削弱111織構(gòu)。所用工藝接近實(shí)際生產(chǎn)，其成本也與實(shí)際生產(chǎn)相當(dāng)。關(guān)鍵詞：柱狀晶 電工鋼 織構(gòu) 磁性能Using of Columnar Grain and Orientation Characterized Attempts to Develop High Magnetic Induction Non-oriented Electrica

2、l SteelYang ping，Cheng lin，Mao wei-min（Beijing Science and Technology University of Department of Materials. College Road, Beijing 100083）Abstract: Making use of the different process to hot rolled, normalizing, cold rolling and annealing on the 30mm thick initial organization columnar grain to obta

3、in high magnetic induction non-oriented electrical steel. The aim is to the original 100 texture effectively genetic control and increased grain size and weaken the 111 texture. All the process we used that closely the actual production as well as the actual production cost considerably.Key words: c

4、olumnar grain electrical steel texture magnetic1 引言100織構(gòu)是無取向電工鋼最為理想的織構(gòu)，因而是新型無取向電工鋼新產(chǎn)品開發(fā)的重要研究領(lǐng)域。雖然已進(jìn)行了大量的研究，所采用的工藝路線往往存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)工藝或設(shè)備過于復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)難于控制、生產(chǎn)成本太高、經(jīng)濟(jì)效益差等缺點(diǎn)，難以完全轉(zhuǎn)化成工業(yè)化生產(chǎn)。由此可見，理想的高100織構(gòu)電工鋼產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)基于現(xiàn)有生產(chǎn)流程，以便于新技術(shù)的工業(yè)轉(zhuǎn)化。柱狀晶是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)連鑄坯組織的普遍特征，它具有晶粒形狀各向異性、晶體學(xué)各向異性以及尺寸粗大等特點(diǎn)，這些特征將對(duì)后續(xù)熱軋、冷軋及退火工藝下的組織、織構(gòu)及性能產(chǎn)生顯

5、著影響，從而影響成品的性能。在Goss織構(gòu)取向電工鋼中，柱狀晶的影響會(huì)經(jīng)過熱軋、冷軋、再結(jié)晶而遺傳到最終產(chǎn)品板中，造成組織不均勻，降低Goss織構(gòu)強(qiáng)度并在鋼板表面產(chǎn)生“瓦壟”缺陷，從而影響最終產(chǎn)品的磁性能。因此，長(zhǎng)期以來對(duì)電工鋼中柱狀晶的研究都集中在如何削弱其有害影響，如通過電磁攪拌減少鑄錠中的柱狀晶比例、提高總變形量充分碎化柱狀晶或增加退火的次數(shù)等措施。但柱狀晶具備的100織構(gòu)也是人們?cè)跓o取向電工鋼中非常希望得到的理想織構(gòu)，目前已有各種針對(duì)電工鋼柱狀晶的研究1-4。本文考察了含柱狀晶無取向電工鋼在接近現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件下的磁性能特點(diǎn)及組織取向變化，可以此探索開發(fā)高磁感無取向電工鋼。2 實(shí)驗(yàn)材料

6、及工藝使用30mm厚100%柱狀晶無取向硅鋼鑄坯為初始材料，見圖1；實(shí)驗(yàn)工藝及特點(diǎn)如表1實(shí)驗(yàn)mins。作為對(duì)比，還檢測(cè)了工業(yè)35W300高牌號(hào)無取向硅鋼產(chǎn)品的織構(gòu)與磁性能。采用SEM下的EBSD技術(shù)檢測(cè)各工藝階段的組織取向變化，采用NIM-2000E磁性儀檢測(cè)30x300mm單片磁性能。圖1 初始柱狀晶組織表1 實(shí)驗(yàn)鋼的加工工藝參數(shù)工藝熱軋保溫?zé)彳埞に?厚度冷軋工藝最終退火特點(diǎn)1#125030min5道次至2mm，不常化冷軋至0.5mm98012min一次冷軋2#同上同上冷軋至0.6mm102010min退火二次冷軋至0.35mm同上二次冷軋3#同上熱軋至3mm，慢速加熱至1000常化冷軋至0

7、.5mm85010min退火二次冷軋至0.35mm100010min增加?；? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析3.1 磁性能圖2給出經(jīng)工藝1、工藝2和工藝3處理后的試樣以及工業(yè)35W300高牌號(hào)無取向硅鋼產(chǎn)品的磁性能數(shù)據(jù)。其中工業(yè)35W300高牌號(hào)無取向硅鋼的鐵損為P1.5=2.469 W/Kg，為磁感B50=1.703 T。經(jīng)熱軋、不經(jīng)?；に?、一次冷軋并退火后的1#試樣鐵損與35W300相當(dāng)，為2.501 W/Kg，磁感為1.727 T，略高于35W300。經(jīng)熱軋、二次冷軋、二次退火的2#試樣鐵損和磁感均優(yōu)于工業(yè)35W300高牌號(hào)無取向硅鋼；2#試樣的中間退火一定程度上有?；淖饔煤统杀?。3#試樣在2#試

8、樣基礎(chǔ)上增加常化工藝的樣，其磁性能顯著優(yōu)于35W300，鐵損降低了0.4 W/Kg，降至2.032 W/Kg，磁感上升了近0.08 T，達(dá)到1.778 T。通常來說，工業(yè)35W300高牌號(hào)無取向硅鋼的生產(chǎn)工藝為熱軋、?；?、一次冷軋并退火。因此，本文中采用的三條不同工藝在簡(jiǎn)化工序或提高磁性能方面應(yīng)該體現(xiàn)出了利用柱狀晶制備低鐵損、高磁感無取向硅鋼的一定潛力。圖2 各工藝下樣品及工業(yè)成品板的磁性能對(duì)比3.2 過程組織與織構(gòu)柱狀晶控制的關(guān)鍵問題是初始100取向晶粒軋制后分解為45旋轉(zhuǎn)立方取向及相關(guān)的a線取向以及偏轉(zhuǎn)在35以內(nèi)的立方取向。前者粗大、很難再結(jié)晶，后者晶粒較小、容易再結(jié)晶。圖3是試樣經(jīng)125

9、0C熱軋、不同速度加熱至1000C常化后側(cè)面的EBSD取向成像。據(jù)圖3(a)和(c)可知，快速加熱?；逯斜韺訛樵俳Y(jié)晶組織，中心層為回復(fù)產(chǎn)生的形變長(zhǎng)條晶粒，以旋轉(zhuǎn)立方和112為主要織構(gòu)組分，推測(cè)該處所對(duì)應(yīng)的初始取向即為旋轉(zhuǎn)立方。據(jù)圖3(b)和(d)可知，慢速加熱常化時(shí)，組織相對(duì)均勻，平均晶粒尺寸大于200um，中心層熱軋變形留下的100及113不穩(wěn)定，有被立方取向晶粒吞并的趨勢(shì)，如圖3(b)中的A區(qū)域所示。推測(cè)該處所對(duì)應(yīng)的初始取向應(yīng)為繞ND偏轉(zhuǎn)30以內(nèi)的立方取向。ab cd 圖3 試樣經(jīng)1200C熱軋、快速(a, c)與慢速(b, d)加熱至1000C?；髠?cè)面的EBSD取向成像圖及ODF2=

10、45截面圖(標(biāo)尺=500m，密度水平: 1, 2, 4, 6, 8, 10, 16)圖4給出工藝2中中間退火板的EBSD取向成像，可見，熱軋空冷試樣經(jīng)一次冷軋及中間退火后組織不均勻，主要取向?yàn)?11、001、011和011。1020中間退火，沒有出現(xiàn)對(duì)磁性能不利的111線織構(gòu)。a. b.圖4 工藝2中中間退火板側(cè)面的EBSD取向成像圖(a, 標(biāo)尺=500m)和ODFj2=45截面圖(b, 密度水平: 1, 2, 4, 6, 8)圖5為工藝3中常化板和中間退火板的EBSD取向成像。由圖5(a、b)可知，快冷熱軋板經(jīng)?；に囂幚砗笊舷卤韺影l(fā)生再結(jié)晶，由于初始鑄坯具備超低碳含量，因此晶粒長(zhǎng)大明顯；中

11、心層為回復(fù)組織，以001織構(gòu)為主(深灰色區(qū)域)。整體觀察，?；蠼M織比較均勻、001織構(gòu)保留明顯。一次冷軋并中間退火后，組織很均勻化，平均晶粒尺寸為68mm，主要取向?yàn)?01、111和Goss，見圖5(c, d)。a. b.c. d.圖5 工藝3中?；?a, b)和中間退火板(c,d)側(cè)面的EBSD取向成像圖(a, c, 標(biāo)尺=500m)和ODFj2=45截面圖(b,d, 密度水平: 1, 2, 4, 6, 8)圖6為分別經(jīng)工藝1、2、3處理完成后1#、2#、3#試樣及工業(yè)35W300高牌號(hào)無取向硅鋼成品板側(cè)面的EBSD取向成像。由圖6(a,e)可知，工藝最為簡(jiǎn)單的1#樣經(jīng)最終退火后主要為對(duì)

12、磁性能有利的001織構(gòu)，對(duì)應(yīng)圖5(a)中的深灰色晶粒；磁性能檢測(cè)結(jié)果顯示B50為1.73T，可見織構(gòu)和磁感之間有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但1#樣的組織仍不夠均勻，晶粒尺寸大小不一，且內(nèi)部存在一定數(shù)量的亞晶界。工藝2采用二次冷軋法得到的試樣2，內(nèi)部主要為近001織構(gòu)，晶粒尺寸更均勻(見圖6(b,f)；與1#樣相比，鐵損(P1.5= 2.17 W/Kg)降低、磁感(B50=1.76 T)升高。由圖6(c,g)可知，采用二次冷軋法并增加?；に嚨?#試樣中，織構(gòu)以001為主，同時(shí)存在112、111和011組分；較強(qiáng)的立方和Goss織構(gòu)的存在是3#樣最終擁有高磁感(B50=1.78 T)的主要原因，同時(shí)鐵損維

13、持在較低水平(P1.5=2.03 W/Kg)。作為對(duì)比的35W300成品板組織均勻，平均晶粒尺寸為124mm，主要存在g線，特別是111織構(gòu)；此外還有一定強(qiáng)度的001織構(gòu)，如圖6(d,h)所示。綜上可知，各試樣在顯微組織和織構(gòu)上的特點(diǎn)為圖2中鐵損和磁感值的分布水平提供了依據(jù)。e f g h圖6 1#(a,e)、2#(b.f)、3#(c,g)試樣以及工業(yè)35W300無取向硅鋼(d,h)側(cè)面的EBSD取向成像(a-d, 標(biāo)尺=300m)及其ODFj2=45截面圖(e-h, 密度水平: 1, 2, 4, 6, 8)4 結(jié)論根據(jù)柱狀晶100取向顯著的遺傳傾向，以100%柱狀晶鑄坯為初始材料, 經(jīng)125

14、0C熱軋、?；?、兩次冷軋及退火后可制備出P1.5=2.01W/Kg, B50=1.78T的低鐵損、高磁感無取向硅鋼。?；瘯r(shí)慢的加熱速度更利于保留100織構(gòu)。各工藝最終退火采用850C/6mins+1000C/10mins的退火制度時(shí)磁感最高，此時(shí)有較佳的晶粒尺寸，鐵損相對(duì)最低。樣品中高斯和100織構(gòu)的強(qiáng)度高于商用35W300無取向硅鋼，而線織構(gòu)強(qiáng)度水平更低。實(shí)驗(yàn)確實(shí)顯示出了柱狀晶鑄坯中100織構(gòu)的顯著遺傳傾向。中間退火溫度越高，最終產(chǎn)品中有利于磁性能的100織構(gòu)越強(qiáng)，這種趨勢(shì)在柱狀晶樣品中更為明顯。適當(dāng)高的二次冷軋壓下率有利于磁性能的提高。參考文獻(xiàn)：1 H T Liu, Z Y Liu, Y

15、Sun,et al. Formation of 001 recrystallization texture and magnetic property in strip casting non-oriented electrical steel. Marerials Letters, 2012, 81: 65-68.2 H-T Liu, Z-Y Liu, Y Sun, et al. Development of -fiber recrystallization texture and magnetic property in Fe6.5 wt%Si thin sheet produced by strip casting and warm rolling method. Materials Letters 2013, 91. 150-153.3 L Cheng, P Yang , Y Fang, W Mao. Preparation of non-oriented silicon steel with high magnetic ind