取向硅鋼調(diào)研報(bào)告

取向硅鋼調(diào)研報(bào)告簡介取向硅鋼主要用于制作變壓器鐵芯和大發(fā)電機(jī)的定子鐵芯，是電力工業(yè)發(fā)展最為重要的功能材料之一。取向硅鋼組織以高度趨于(110)[001」位向，即高斯方向的晶粒為主要特征，是唯一經(jīng)過二次再結(jié)晶得到的鋼鐵制品，其生產(chǎn)工藝復(fù)雜、制造技術(shù)嚴(yán)格，被譽(yù)為鋼鐵材料中的“藝術(shù)品”。取向硅鋼按{110}<001>取向度和磁性能不同分為普通取向硅鋼(ConventionalGrain-orientedSiliconSteel,CGO)和高磁感取向硅鋼(HighMagneticInductionGrain-orientedSiliconSteel,Hi-B)兩類。Hi-B鋼與CGO鋼相比，具有鐵損低、磁感應(yīng)強(qiáng)度高、磁致伸縮小等優(yōu)點(diǎn)，用它制作的變壓器產(chǎn)品具有空載損耗低、噪聲低、體積小等優(yōu)點(diǎn)。近年來，高磁感取向硅鋼的產(chǎn)量與使用量逐年增大。兩者在性能上的差異見下表1。表1CGO和HiB鋼的性能比較類別[001]平均偏離角/°[001]偏離角<10°晶粒比例/%二次晶粒直徑/mm晶粒取向度/%Bs/TCGO7左右753-585-901.82-1.85HiB3左右10010-20951.92-1.95取向硅鋼生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀目前，世界上主要的取向硅鋼生產(chǎn)工藝有4種，分別是高溫加熱兩次冷軋法、高溫加熱一次冷軋法、低溫加熱兩次冷軋法、低溫加熱一次冷軋法。每種工藝的生產(chǎn)流程、工藝特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。

對岀項(xiàng)目高溫抑熱蔭次冷軋法爲(wèi)溫捕熱一氏冷軋法低溫加熱兩次持軋法昭溫加熱-次抄軋11生產(chǎn)流程轉(zhuǎn)護(hù)+RH轉(zhuǎn)爐+SH轉(zhuǎn)爐卡RH轉(zhuǎn)爐+RH連鑄連錯(cuò)鑄坯髙覷加熱<138010鑄坯咼溫加熱CL400V）鑄坯低區(qū)加熱（I260CJ捋坯低瘟亦熱vH50V>熱軋攝軋熱亂X?；疿常化師軋次冷乳一空冷軋中間脫碳退火f剖冷脫礙）X中間脫碳退火（完全脫戰(zhàn)》X二枕拎軋X二次冷軋X成品脫碳退火成品脫碇退火低溫回境退火成品歸碳退火XXX矗啟臨0+烘于涂敕H&）*烘干涂敷H曲+烘干勒趺爐或壞形爐咼箍退火罩式爐或環(huán)形爐咼溫退火翠式護(hù)或壞刑護(hù)咼溫退火罩式爐或環(huán)形爐髙溫！退火平整拉伸退火平整拉忡退吹平搭拉伸退火平整拉仲退火涂貌絶塚涂層涂敷魏緣涂層涂數(shù)絶緣涂層葆數(shù)絕卡鐮余層激光劇痕工藝特點(diǎn)抑制劑血S抑制劑UnS+AlN押制劑CuS+AlN抑制剖髙溫血熱髙溫加描+?；蜏丶訜岬蜏丶訜?常化二次冷軋—次冷*1二次密軋一次冷軋成品厚疫脫礁成品厚度脫碇無需成品卑度膛破成品厚度脫碗十濛氮優(yōu)缺點(diǎn)冶煉容易冶煉難度大冶陳難度不大治煉難度大熱札難度大，柞業(yè)率和成対率低，熱軋扳製邊嚴(yán)磴?能耗？5*需要專用熱軋加鶴爐穗軋難麼大*作業(yè)率和成材率低，熱軋板裂邊嚴(yán)筮?能耗商，需娶專用熱軋加熱護(hù)熱乳容晶，作業(yè)率科成材辭離，能耗低*不需要專用斟軋加熱爐熱軋容易'作業(yè)率和舷材舉鬲，能耗低，不蒔耍專用熱軋加熱爐冷軋容剔斷帶冷軋容扁斷帶拎妊斷帶囁少掙軋斷帶罐少脫後退火效率咼「工藝簡單脫戰(zhàn)退火效率較奇”工莒垃簡草中間厚度脫碟退火，脫濮效車低?工藝較折單脫碳退火效率較蔦，脫礁工藝貞雜，增加滲観工序，瀋更工藝夏欒高湛退火工藝簡單髙蠱退火工藝簡單奇覘退火工藝復(fù)雜髙溫退火工莒復(fù)雜夷面顱理卷易控制我面質(zhì)童校睛挖制表面質(zhì)腎凰旳控制農(nóng)面質(zhì)量建押制產(chǎn)品雄性能：CGO產(chǎn)晶］性能最羞產(chǎn)品礪性能！Hi41產(chǎn)品.性能吁產(chǎn)品磴性膛江GO產(chǎn)品，性能較好產(chǎn)品建性能匸Hi-R產(chǎn)品.件堆好，也可且主產(chǎn)CH）產(chǎn)品生產(chǎn)成本高生產(chǎn)成平最光生產(chǎn)成本低生產(chǎn)成豐昴瓶技術(shù)難度：：a簡單技術(shù)施懂；難度丈技術(shù)難度；較難技術(shù)難度：難度疑大產(chǎn)品盤爭萬：最弱產(chǎn)品競爭力：強(qiáng)產(chǎn)品竟?fàn)幜Γ狠^強(qiáng)產(chǎn)口口競爭辦掘強(qiáng)目前全世界僅有約16家企業(yè)可以生產(chǎn)取向硅鋼。主要企業(yè)有：日本的新日鐵和JFE、韓國的浦項(xiàng)、美國的AK和AlleghenyLudlum、俄羅斯的新利佩茨克（簡稱NLMK）、德國及在法國的蒂森克虜伯、英國的CogentPowe、巴西的Acestita、波蘭的StalproduktS.A.、阿賽諾米塔爾收購的捷克ValcovnyPlechuA?S?、中國的武鋼、寶鋼等。目前取向硅鋼最先進(jìn)的生產(chǎn)廠為新日鐵，主要生產(chǎn)HiB取向硅鋼；

韓國浦項(xiàng)主要是仿照日本新日鐵低溫滲氮工藝，全部產(chǎn)品采用低溫加熱一次冷軋工藝生產(chǎn)，而且絕大部分產(chǎn)品為HiB;德國蒂森克虜伯開發(fā)了以Cu2S+AIN為主，并以MnS+Sn為輔作為抑制劑的低溫加熱一次冷軋法，生產(chǎn)HiB取向硅鋼。其工藝特點(diǎn)是高溫常化+—次大壓下率冷軋工藝，并采取冷軋時(shí)效處理。俄羅斯采用低溫加熱兩次冷軋法主要生產(chǎn)CGO，采用AIN+Cu2S為抑制劑，其特點(diǎn)是Cu含量（約0.50%）和Mn含量（約0.20）較高，雖然采用AIN為抑制劑，但不需要?；幚恚圆捎枚卫滠埛?，中間退火即將C脫到30ppm以下。國內(nèi)目前只有武鋼、寶鋼夠批量穩(wěn)定生產(chǎn)普通取向硅鋼和高溫加熱HiB取向硅鋼。取向硅鋼發(fā)展趨勢及新工藝目前取向硅鋼主要向高效、節(jié)能及低成本這幾個(gè)方面發(fā)展：1.超低鐵損取向硅鋼（1）細(xì)化磁疇硅鋼片的鐵損由磁滯損耗和渦流損耗組成，渦流損耗又分為經(jīng)典渦流損耗和反常渦流損耗。在工頻下，反常渦流損耗約占鐵損的50%。反常渦流損耗是以磁疇壁的移動為基礎(chǔ)的渦流損失，與磁疇壁的移動速率成正比，而疇壁的移動速率與移動距離成正比，因此磁疇寬度越大，渦流損失越大。磁疇細(xì)化技術(shù)就是通過減小取向硅鋼主疇寬度來降低其渦流損耗的物理方法。目前用來細(xì)化磁疇的方法主要為激光刻痕法。激光刻痕法是用照射能量為幾個(gè)毫焦的半寬脈沖式或連續(xù)式激光束以點(diǎn)狀或線狀沿與軋向垂直的方向以大約5mm的間距照射在帶有絕緣膜的成品鋼帶表面。激光束的熱量在鋼板的表面之下產(chǎn)生彈性-塑性形變區(qū)域。磁疇是通過在彈塑性形變區(qū)產(chǎn)生的壓應(yīng)力和刻痕間的張應(yīng)力來細(xì)化的。（2）提高Si含量Si含量升高會使電阻率升高，進(jìn)而鐵損會降低，然而Si含量增高會使冷加工性變壞，因此通過提高Si含量來降低鐵損程度有限。（3）減薄厚度板越薄，疊片系數(shù)越低，渦流損耗越?。话逶奖?，所制成薄板內(nèi)晶粒的[001]軸與軋向之間的偏離角越小，因而磁感越高。取向硅鋼厚度規(guī)格的發(fā)展歷史是由0.35mm—0.30mm—0.27mmP.23mm—0.20mm^0?15mm發(fā)展，目前，0.20mm厚取向硅鋼薄帶是應(yīng)用在400Hz磁場下的一種軟磁材料，它具有磁感應(yīng)強(qiáng)度高、鐵損低等特性，是用于軍工雷達(dá)變壓器的理想鐵芯材料。（4）沉積應(yīng)力涂層其機(jī)制是硅鋼片經(jīng)過高溫退火處理后，由于涂層與硅鋼片的熱膨脹系數(shù)差別較大，在冷卻時(shí)兩者收縮率不同，涂層收縮相對較小而使硅鋼片基體受到一定的拉力，從而可降低硅鋼片單位質(zhì)量鐵損。另外，在取向硅鋼表面利用溶膠凝膠技術(shù)制備氧化鋁薄膜，可以使鐵損降低。2.短流程生產(chǎn)工藝（1）薄板坯連鑄連軋工藝與傳統(tǒng)板坯流程相比，薄板坯連鑄連軋省略了初軋工藝，鑄坯厚度（VlOOmm）遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)連鑄坯厚度（200~300mm）薄板坯經(jīng)均熱爐加熱后無需粗軋’直接軋制成2.0~3.0mm厚度的熱軋帶卷。同時(shí)薄板坯流程生產(chǎn)的熱軋帶卷厚度可以減到小于1.2mm,有利于實(shí)現(xiàn)一次冷軋工藝生產(chǎn)取向硅鋼。薄板坯連鑄連軋流程的抑制劑類型為固有+后添加抑制劑，在初次再結(jié)晶和脫碳退火過程后，以相對較高溫度用NH3進(jìn)行滲氮處理,直接形成AlN沉淀。薄板坯連鑄連軋工藝板坯加熱溫度低、時(shí)間短,可避免傳統(tǒng)工藝的鑄坯高溫加熱所帶來的麻煩并省去保溫爐,在很大程度上減少工藝過程,大大降低生產(chǎn)成本。（2）連續(xù)退火取代罩式退火用連續(xù)退火爐取代罩式退火爐完成二次再結(jié)晶和凈化鋼中的抑制劑已經(jīng)成為生產(chǎn)高端取向電工鋼的重要方法。這種退火工藝僅需幾分鐘，而非幾天，大大縮短了退火時(shí)間。高溫連續(xù)退火不僅產(chǎn)量高，而且可以節(jié)能20％以上。3.含6.5%Si的取向硅鋼目前世界范圍內(nèi)，大批量生產(chǎn)的硅鋼片中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)大都控制在4％以內(nèi)。當(dāng)硅鋼片中硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到6.5％時(shí)，磁致伸縮系數(shù)趨于零，電阻率增大，渦流損失減小，從而在較高頻率下表現(xiàn)出優(yōu)良的磁性。所以，6.5%高Si硅鋼片是制作低噪音、低鐵損的理想鐵芯材料。然而，由于Si的含量過高，鋼成形性變差，易開裂，因此高硅鋼的制備工藝的研制工作受到了廣泛的研究和關(guān)注。異步軋制生產(chǎn)取向硅鋼減薄取向硅鋼片厚度可以大幅度降低鐵損，提高其綜合性能。常規(guī)生產(chǎn)工藝中,當(dāng)鋼板減薄時(shí)，由于表面能對二次晶粒長大的驅(qū)動力的作用增大，同時(shí)抑制劑在高溫退火時(shí)分解和擴(kuò)散加劇，二次再結(jié)晶發(fā)生時(shí)抑制劑的數(shù)量和分布狀態(tài)欠缺，導(dǎo)致其抑制能力下降，二次再結(jié)晶不易完善，磁性和穩(wěn)定性極差，因此必須采用加強(qiáng)抑制初次晶粒長大能力等有效措施才能發(fā)展完善的二次再結(jié)晶。異步軋制是2個(gè)工作輥圓周速度不等使軋制變形區(qū)產(chǎn)生一種搓軋變形的軋制技術(shù),具有軋薄能力強(qiáng)、軋制壓力低、軋制精度高等特點(diǎn)，可用于超薄取向硅鋼的生產(chǎn)（<0.1mm）。雙取向硅鋼與一般取向硅鋼沿軋向的單一易磁化方向不同，雙取向硅鋼存在2個(gè)相互垂直的易磁化方向，在縱、橫兩方向的磁感最高，因此可以顯著提高硅鋼片的磁性能。雙取向硅鋼由｛100｝〈001〉立方織構(gòu)構(gòu)成，在｛100｝晶面上有雙倍于取向硅鋼｛110｝面的最易磁化方向即〈001〉。此外，具有強(qiáng)旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)｛100｝<011〉的硅鋼板，同樣也能達(dá)到雙取向硅鋼的效果。與取向硅鋼一樣，雙取向硅鋼也需要通過二次再結(jié)晶獲得準(zhǔn)確集中的立方織構(gòu)。無抑制劑生產(chǎn)取向硅鋼無抑制劑生產(chǎn)取向硅鋼技術(shù)采用低溫板坯加熱，無需高溫加熱設(shè)備，加熱時(shí)產(chǎn)生的氧化鐵皮少，成材率高，能耗低，降低了成本，并可獲得理想的磁性能。目前，主要有以下2種無抑制劑生產(chǎn)取向硅鋼工藝：（1）利用表面能的方法。以表面能為驅(qū)動力，有意識地使｛110｝面優(yōu)先長大，必要條件是板厚很薄,如0?15mm以下,以至于可采用50%75%的第三次冷軋的技術(shù)，之后在一定咼溫區(qū)域、非氧化性保護(hù)氣氛或真空中進(jìn)行最終咼溫退火。（2）高潔凈度鋼生產(chǎn)取向硅鋼。高斯方位晶粒二次再結(jié)晶的本質(zhì)要素是：一次再結(jié)晶組織中的高能晶界的分布狀態(tài)；抑制劑的作用是使高能晶界與其他晶界產(chǎn)生移動速度差，使得二次再結(jié)晶成為可能。但是鋼中存在不純元素時(shí)，在晶界上特別是在高能晶界上容易產(chǎn)生偏析。當(dāng)不純元素含量多時(shí)，高能晶界與其他晶界幾乎沒有移動速度差，鋼的潔凈度越高，在結(jié)晶晶界上析出物和不純元素越少，高能晶界構(gòu)造中原有的移動速度差潛在性越強(qiáng)，從而使得高斯方位晶粒二次再結(jié)晶成為可能。取向硅鋼全流程工藝研究取向硅鋼加工流程的核心是形成強(qiáng)及準(zhǔn)的Goss織構(gòu)，最主要的技術(shù)手段是成分控制、組織控制、抑制劑控制及織構(gòu)控制。抑制劑控制1.簡介抑制劑在取向硅鋼生產(chǎn)中的作用極為關(guān)鍵。為使成品獲得單一高斯織構(gòu)并具有優(yōu)良的磁性能，通常采用細(xì)小彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)及單元素溶質(zhì)為抑制劑，通過釘扎作用與晶界偏聚作用，在脫碳退火和最終高溫退火升溫階段二次再結(jié)晶開始前，保持初次再結(jié)晶晶粒細(xì)小，并在高溫退火的初期（900-1100C）使具有{110}<001>位向的初次晶粒（二次晶核）能吞并周圍其它初次晶粒，發(fā)生二次再結(jié)晶而異常長大，再隨著溫度的升高，抑制劑粒子出現(xiàn)粗化或者溶解，然后在還原性氣氛下其中S、N依靠硅酸鎂玻璃膜而脫掉。抑制相本身對磁性有害，還可能抑制二次再結(jié)晶晶粒的長大，因此，抑制相需要滿足以下兩個(gè)條件：1）細(xì)小均勻彌散分布或富集在晶界；2）所選抑制劑應(yīng)為亞穩(wěn)態(tài)，在高溫退火階段，隨著溫度的升高，應(yīng)粗化分解，最終在1180-1200C純干H2氣氛下去除對磁性有害的S和N等元素。取向硅鋼中的主要抑制劑有化合物MnS、Cu2S、AIN、MnSe、MnTe等，單元素B、N、S、SeTe、Sb等。不同牌號鋼的取向硅鋼因成分不同抑制劑的類型也不同，如CGO鋼中抑制劑以MnS或MnSe為主,Hi-B鋼中以AIN+MnS為主要抑制劑，低溫硅鋼抑制劑以MnS,Cu2S,￡-Cu為主，各鋼種中均存在Si3N4和鐵的碳、氮化物等。主要化合物抑制劑的有關(guān)工藝及特征參數(shù)如下表：凈化氣

類別兀素含量/%固溶溫度/C析出抑制劑形貌及尺寸抑制劑粗化溫度/C氛及凈化溫度/C備注Mn/S=3比較好熱軋和隨后冷卻階CGO:0.05-0.10Mn段；球形；干H2;MnS0.02-0.03S13201200C開始析出，有效尺寸：20-70nm1150C左右>1200HiB：0.06-0.12Mn1100-1150C最快，0.02-0.03S950C基本停止三種形態(tài)：1.AIN質(zhì)點(diǎn)具有獨(dú)特的析出A類：細(xì)針狀；V10nm；熱方向性，能使最終的GossCGO:0.01-0.015AI常化冷卻階段析出；軋后卷取時(shí)析出；干H2;織構(gòu)具有更加準(zhǔn)確的位向；AIN0.004-0.006N1280900C左右為析出峰B類：細(xì)小盤狀；20-50nm；1070C左右1150-1202.AlN若作為固有抑制劑，其值，空冷到900C然?；鋮s階段析出；HiB:0.02-0.03AI0兀素含量需要嚴(yán)格控制，因0.006-0.010N后淬在100C水中（有效抑制劑）為含量的波動會很大程度影C類：粗大塊狀；響后續(xù)的熱處理工藝；100-200nm;熱軋時(shí)3.HiB鋼的主抑制劑咼溫析出物全流程析出，熱軋、1.對于含Cu為主抑制劑時(shí)，CU2S冷軋、脫碳過程都會球形；10-50nm可省去?；^程0.2Cu左右1250析出；干H2;2.Cu2S可作為CGO鋼的主抑Cui$S主要在熱軋階段析1180-120制劑或HiB鋼的輔助抑制劑、?-Cu出，1000C析出峰30-50nm03.Cu1.8S?-Cu等只能作為等值，沿原來的Y相界輔助抑制劑析出MnTe0.04-0.15Mn1150-熱軋及隨后急冷球形；80-100nm干H2;0.035-0.08Te12001150MnSe0.045-0.07Mn1360常化干H2;0.02-0.08Se1150輔助抑制劑元素如下表:類別作用B熱軋時(shí)可優(yōu)先形成抑制劑BN,若以BN為主要抑制劑，熱軋終軋溫度應(yīng)高于950C，然后快冷晶界偏聚元素，沿晶界偏聚可加強(qiáng)抑制力Cr提高電阻率，改變力學(xué)性能，添加0.05-0.15%的Cr可以改善底層質(zhì)量添加0.03-0.07%的Cr可使熱軋鋼板的顯微組織均勻化、并補(bǔ)償脫碳退火過程碳的減少從而使初次再結(jié)晶的顯微組織均勻化Cr含量過高會影響脫碳效果研究表明，對于Als0.018-0.031%的取向硅鋼，加入1?張穎等的研究表明，Nb（C，N）析出顆粒均勻細(xì)小、粗化速率小,抑制作用更強(qiáng)，可提高取向硅鋼的性能

Nb鋼中的Nb通過形成NbC和NbN等析出物易在晶界偏聚，使熱軋板再結(jié)晶組織細(xì)化，改善脫碳退火板的晶粒分布和集合組織，在最終高溫退火過程中起到抑制正常晶粒長大的作用。采用Nb（C,N）作抑制劑比采用MnS、AIN獲得的鋼具有更高體積分?jǐn)?shù)的熱軋高斯織構(gòu)和最低的鐵損；NbN分解溫度約為1030C，比AIN低Sn、Sb1.Sn可在卷取和?；笱鼐Ы缥龀觯钩；瘯r(shí)y相分布更均勻，?；箬F素體相更均勻和細(xì)小，冷軋時(shí)形成更多的形變帶，二次晶核增多。2.Sn還在第二相質(zhì)點(diǎn)MnS和AIN與基體界面處偏聚，阻礙它們的Ostwald長大3.Sn的偏聚使冷軋時(shí)效有效的固溶碳和氮量增多加Sn會使鋼的底層質(zhì)量變差，加Cu可以改善鋼的底層質(zhì)量問題有研究表明，在高磁感取向硅鋼中加入0.05-0.10%Sn可明顯改善磁性能6.Sb作用與Sn相似Mo提高M(jìn)nSe或MnS的抑制能力，使熱軋板表層的（110）[001]強(qiáng)度提咼加Mo能使二次再結(jié)晶溫度提高15-20C,另外加Mo不會影響脫碳Mo可以在MnS和AlN周圍偏聚防止其粗化鑄坯咼溫加熱時(shí)，Mo在表面富集可防止晶界氧化2.抑制劑的研究發(fā)展（1）傳統(tǒng)抑制劑傳統(tǒng)抑制劑如MnS、AIN等固溶溫度較高，為使其完全固溶，鑄坯需要很高的加熱溫度，鑄坯高溫加熱可以保證獲得穩(wěn)定的高磁性，但缺點(diǎn)是氧化渣多，燒損量可達(dá)5%,成材率低；要經(jīng)常清理爐底，產(chǎn)量降低；燃料費(fèi)用高；爐子壽命短；制造成本高；產(chǎn)品表面缺陷多等缺點(diǎn)。因此開始研究低溫加熱鑄坯生產(chǎn)取向硅鋼的方法。（2）固有抑制劑/獲得抑制劑法通過采用固有抑制劑（固溶溫度低）或獲得抑制劑法（后續(xù)滲氮工藝）生產(chǎn)取向硅鋼，將板坯再加熱溫度降到了1150-1200C相對于超過1300C的傳統(tǒng)高溫加熱技術(shù)，大大降低了取向硅鋼的生產(chǎn)成本，提高了其性能。目前，國內(nèi)外普遍使用的生產(chǎn)低溫高磁感取向硅鋼所采用的抑制劑體系分別是：固有AIN/Cu2S/MnS+獲得AIN+輔助晶界偏析元素Sn、Cr，使鑄坯的再加熱溫度降低到1250r或以下，結(jié)合合適的軋制及退火工藝，使鋼的磁性能得到了較大的提全流程織構(gòu)演變工藝流程表層附近中心層連鑄柱狀晶{100}織構(gòu)柱狀晶{100}織構(gòu)熱軋{011}<100>,{112}<111>,{001}<110>,{112}<110>（a織構(gòu)）軋{110}<112>3種典型剪切織構(gòu)制織構(gòu)常化?；粫淖兛棙?gòu)類型，整體織構(gòu)強(qiáng)度有所下降冷軋次冷軋第一次冷軋60-70%{001}<110>,{111}<112>{001}<110>,{112}<110>{111}<110>第一次冷軋后，主要為a和丫織構(gòu)，其中旋轉(zhuǎn)立方較強(qiáng)，GOSS幾乎消失中間退火中間退火后，減少的Goss晶粒會依靠回復(fù)和再結(jié)晶得到增強(qiáng)第二次冷軋50-60%以{111}<112>織構(gòu)為主以{001}<110>織構(gòu)為主恢復(fù)到與第一次冷軋織構(gòu)類型，主要為a和丫織構(gòu)，但強(qiáng)度不冋，以{111}<112>織構(gòu)為主：次冷軋大壓下率一次冷軋法>85%形成更多{111}<112>形變帶，形變帶之間咼儲能過渡帶中有許多{011}<100>晶核脫碳退火二次冷軋均勻的丫織構(gòu){111}<112>,{111}<110>，較強(qiáng){011}<100>-次冷軋強(qiáng){111}<112>,{011}<100>較弱，在二次再結(jié)晶發(fā)生之前尺寸數(shù)量都不占優(yōu)勢單一{110}v100>高CGO鋼：Goss首先吞并{111}<112>使Goss晶粒長大，隨后由于尺寸效彳曰溫應(yīng)Goss吞并{111}<110>繼續(xù)長大退Hi-B鋼：在后期退火過程中，{111}<112>會消耗{111}<110>,{112}<110>火取向使其組分增強(qiáng)，取終Goss吞并{111}<112>.工藝流程控制鑄造鑄錠的宏觀組織通常由三個(gè)晶區(qū)組成，即表層細(xì)晶區(qū)、中間的柱狀晶區(qū)和心部的等軸晶區(qū)。細(xì)晶區(qū)：晶粒十分細(xì)小、組織致密、機(jī)械性能好。純金屬鑄錠表層細(xì)晶區(qū)厚度比較薄，因此沒有多大的實(shí)際意義，而合金鑄錠一般則具有較厚的表層細(xì)晶區(qū)；柱狀晶區(qū)：組織致密，性能具有方向性，但存在弱面。對于塑性好的金屬或合金，即使全部為柱狀晶組織，也能順利通過熱軋而不致開裂，而對于塑性差的金屬或合金，如鋼鐵和鎳合金等則應(yīng)力求避免形成發(fā)達(dá)的柱狀晶區(qū)，否則往往導(dǎo)致熱軋開裂而形成廢品；中心等軸晶區(qū)：各晶粒取向各不相同，其性能也沒有方向性；但等軸晶的樹枝狀晶體比較發(fā)達(dá)，分枝較多，因而顯微縮孔也比較多，組織不夠致密，但顯微縮孔經(jīng)過后續(xù)熱壓力加工一般可焊合。鑄坯加熱傳統(tǒng)制備工藝鑄坯加熱溫度為1350-1400E高溫加熱，為使MnS、AIN等完全固溶；鑄坯厚度方向中心區(qū)溫度應(yīng)保證在1310-1340C,上下表面溫差應(yīng)最好小于40C當(dāng)溫度加熱到1250t后，加熱溫度應(yīng)以〉150C/h快速加熱，以防止柱狀晶的異常長大（柱狀晶尺寸應(yīng)小于30mm），使許多晶?？焖匍L大到彼此碰撞。熱軋熱軋過程在全流程中是十分重要的一步，它不僅決定熱軋織構(gòu)的種類，熱軋及熱軋板的熱處理過程對其次表層中的Goss晶粒位相準(zhǔn)確性、尺寸大小以及數(shù)量都有很大的影響，另外，對成品的織構(gòu)和組織也有很大的影響，因此需要嚴(yán)格影響，另外，對成品的織構(gòu)和組織也有很大的影響，因此需要嚴(yán)格控制熱軋制度。1.熱軋板厚度方向組織不均勻性/熱軋板織構(gòu)梯度沿板厚方向的顯微組織可分為3個(gè)區(qū)域：表層（再結(jié)晶組織，脫碳區(qū)）、次表層（部分再結(jié)晶）和中心層（形變層）。原因：在熱變形過程中，由于試樣各個(gè)部位承受的軋輥與軋件之間的摩擦力、剪切變形強(qiáng)度和變形溫度不同，導(dǎo)致變形儲存能不同，即回復(fù)和再結(jié)晶的驅(qū)動力大小不同。從表層到次表層再到中心層變形儲存能逐漸減小。因此，表層的再結(jié)晶最充分，在表層形成了細(xì)小的再結(jié)晶晶粒；次表層的變形儲存能減小，發(fā)生回復(fù)或部分再結(jié)晶，形成少量粗大的再結(jié)晶晶粒；中心層具有最低的儲存能，再結(jié)晶困難甚至不能發(fā)生，可明顯觀察到粗大伸長的變形晶粒。如圖1,剪切形變對形成{110}<001>位向和通過亞晶粒聚集成粗大（110）［001］晶粒十分重要。GrainsinGossorientationsurfaceContributingfactors:rollingtemperature,passreduction,rollingvelocity,andlubricationmidplane圖1熱軋板織構(gòu)梯度熱軋后的Goss織構(gòu)具有繼承性和記憶性。由于在表層和次表層發(fā)生了再結(jié)晶,使得在表層和次表層保持了Goss位向的晶粒，Goss織構(gòu)被保留下來，二次晶核都起源于熱軋板的次表層，形成了再結(jié)晶織構(gòu)，中心層為形變區(qū)，形成了形變織構(gòu)，這是取向硅鋼能最終發(fā)生二次再結(jié)晶的重要原因之一。2.熱軋織構(gòu)由于熱軋板沿厚度方向存在組織的不均勻性，導(dǎo)致了織構(gòu)沿厚度方向也存在梯度分布。研究表明，熱軋板表層及1/4層，均為較強(qiáng)的Goss織構(gòu)，其次為{112}v111>;中心層有較強(qiáng)的a纖維織構(gòu)，它是一種典型的形變織構(gòu)，其中以{001}<110>為主。Goss織構(gòu)的形成規(guī)律熱軋時(shí)的軋輥速度、軋制溫度、每道次壓下量及有無潤滑都會對于Goss織構(gòu)的形成有較大影響。研究表明，在相同壓下量下，低的軋速（6m/min）比高的軋速（50m/min）更有利于形成Goss織構(gòu)；總壓下量一定時(shí)，小的道次壓下量（20-30%）對應(yīng)更大的表面剪切作用；Goss織構(gòu)主要來源于變形晶粒，因此，再結(jié)晶分?jǐn)?shù)越低，變形組織越多，對于Goss織構(gòu)的形成越有利；熱軋時(shí)潤滑將不利于Goss織構(gòu)發(fā)展。熱軋工藝控制影響熱軋板織構(gòu)梯度的因素有：熱軋溫度、每道次壓下率、熱軋速度和潤滑條件。（1）軋制溫度：通過控制開軋及終軋溫度來控制抑制劑的析出。女口CGO鋼開軋溫度為1160—20C，終軋溫度950—10C（因?yàn)镸nS約從1200C開始析出，在1100-1150C的丫相數(shù)量最多的溫度下MnS析出速度最快，低于950e基本停止析出）；HiB鋼開軋溫度為1200業(yè)20C,終軋溫度：>950C,—般為1000-1060C（終軋溫度〉950C目的是為了防止AIN析出）（2）冷速控制：熱軋后應(yīng)快冷。對于CGO鋼是為了防止析出的MnS質(zhì)點(diǎn)粗化；對于HiB鋼是為了防止在900e時(shí)大量析出AlN，另外使碳化物如針狀Fe3C彌散分布在晶粒內(nèi)。（3）壓下率：精軋前三道每道經(jīng)大于40%大壓下率熱軋，后三道每道經(jīng)小于30%小壓下率熱軋，每道次壓下率遞減。前半部分大壓下率熱軋使表層優(yōu)先形成強(qiáng)的（110）[001]組分，后半部分小壓下率熱軋只形成伸長的（110）[001]晶粒一二次晶核的發(fā)源地，而不形成（110）[001]再結(jié)晶晶粒。另外，在抑制劑析出溫度區(qū)間應(yīng)采用大壓下率軋制并快冷。（4）高摩擦力對對熱軋板表面織構(gòu)起重要作用，在較低熱軋溫度下，增大熱軋時(shí)的摩擦力可以使表層{110}<001>位向加強(qiáng)。常化?；凑鹛幚怼彳埌褰?jīng)?；幚砗螅瑹彳埥M織更加細(xì)小均勻，可改善初次再結(jié)晶織構(gòu)。（因?yàn)樯郎睾捅貢r(shí)熱軋板中的Fe3C、珠光體、Si3N4和細(xì)小的AIN會重新固溶，淬在100C水中后會在晶粒內(nèi)析出許多的10-20nm細(xì)小的-碳化物、Fe3C和AIN，這些析出物會在后來的冷軋過程中釘扎位錯(cuò)，使再結(jié)晶形核位置增多，最終使再結(jié)晶晶粒細(xì)小均勻）常化處理后，織構(gòu)種類無明顯變化，有很強(qiáng)的繼承性，只是織構(gòu)強(qiáng)度發(fā)生了變化。有研究表明，?；幚頃笹oss織構(gòu)的強(qiáng)度有所增加，但總的織構(gòu)強(qiáng)度會顯著降低。常化制度：一般為高溫?；?050-1150C，最好為1100-1120C*4-5min，空冷到900C然后淬在100C水里。（以AlN為固有抑制劑方案中，常化處理過程必不可少，其他工藝應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定是否需要常化過程）冷軋1.冷軋方式冷軋一般分為一次大壓下率冷軋和二次冷軋。CGO鋼：一般采用加中間退火的二次冷軋，第一次冷軋壓下率為60-70%，第二次冷軋壓下率為50-60%。研究表明，采用中等壓下率冷軋時(shí)，會使Goss取向轉(zhuǎn)到{111}<112>，中間退火之后在表層會形成強(qiáng)Goss織構(gòu)，經(jīng)二次冷軋能得到較多的Goss晶粒，但偏差角較一次冷軋大（平均約為7°），在二次再結(jié)晶過程中得到的Goss晶粒較多，但尺寸較小，約為3-5mm。另外，采用二次冷軋時(shí)，不要求抑制劑有很強(qiáng)的抑制能力。HiB鋼：一般采用大壓下率的一次冷軋法，以AlN為主要抑制劑，平均每道次壓下率為25-33%，總壓下率達(dá)到85-90%。研究表明，采用大壓下率一次冷軋時(shí)，會形成更多的{111}<112〉形變帶，兩個(gè)形變帶之間為高儲能的過渡帶，它們由（110）［001］亞晶粒組成，雖然得到很少的Goss晶粒，但這部分晶粒位向準(zhǔn)確，會在后期形成尖銳單一的Goss織構(gòu)，最終得到的Goss晶粒尺寸較大，可達(dá)10-20mm，平均偏差角為3_。采用一次大壓下率冷軋時(shí)，要求使用抑制能力強(qiáng)的抑制劑，以充分抑制其它取向晶粒長大。冷軋過程的織構(gòu)轉(zhuǎn)變冷軋后，織構(gòu)主要類型為a和丫織構(gòu)，其中，a織構(gòu)中主要為{112}<110>,{111}<110〉為主，丫織構(gòu)中以{111}<112〉為主。脫碳退火1目的：1）完成初次再結(jié)晶，使基體內(nèi)有足夠數(shù)量的Goss初次晶粒及有利于它們長大的初次再結(jié)晶織構(gòu)和組織；2）使鋼中Cv0.003%,保證高溫退火時(shí)處于單一的a相，消除磁時(shí)效；3）使鋼帶表面形成致密均勻的Si02薄膜（2-3卩m）。2.脫碳機(jī)理靠氣氛中的水蒸氣，反應(yīng)式H2O+C—H2+C0，在流動的氣氛中CO不斷排出爐外。脫碳制度影響脫碳速度的主要因素為溫度、時(shí)間和氣氛露點(diǎn)或PH2O/PH2。溫度升高，碳的擴(kuò)散系數(shù)增大，脫碳速度加快。碳在丫相中的擴(kuò)散系數(shù)小于在a相中，在存在丫相溫度下（>850C），脫碳速度減慢；另外，溫度過高，氧化速度加快，當(dāng)氧化速度大于脫碳速度時(shí)，表面會形成致密的Si02氧化膜從而阻止脫碳；（有研究表明，在鐵素體單相區(qū)內(nèi)，當(dāng)表面氧化未形成致密氧化膜阻礙脫碳時(shí)，可提高脫碳溫度或者H2比例或露點(diǎn)，都能提高脫碳速度,對于比較厚的樣品，提高溫度效果最明顯）氣氛中如果不含H2,鋼帶容易先氧化，若H2含量過高，為保證PH2O/PH2比,水蒸氣的量要增加，容易使鋼帶先于脫碳而氧化。退火氣氛中H2量最好大于20%，如50-75%H2,冷卻時(shí)為干的100%N2或75%N2+H2，目的是防止內(nèi)氧化層的外層Fe2SiO4被還原成SiO2,即內(nèi)氧化層Fe2SiO4減少，使Fe2SiO4/SiO2比值降低；控制PH2O/PH2=0.3-0.5,使Fe2SiO4/SiO2=0.05-0.45時(shí)，形成的底層質(zhì)量好;冷軋帶厚度的平方與脫碳時(shí)間成正比，鋼帶越薄，脫碳速度越快，時(shí)間越短。通用的退火制度為:快升溫（提高再結(jié)晶所需儲能）到835-850CX3-4min，保護(hù)氣氛為濕的20%H2+80%N2，d.p.=+35-45C（水溫60-65C），PH2O/PH2=0.35-0.45;冷卻階段通干的20%H2+80%N2，d.p.v-20C，PH20/PH2=0.03,再噴氮?dú)饪炖?。滲氮采用獲得抑制劑法生產(chǎn)取向硅鋼時(shí)，其核心主要為：1）固有抑制劑方案的制定（決定后續(xù)的滲氮溫度選擇）；2）氣態(tài)滲氮工藝及相應(yīng)的高溫退火工藝的制定，包括滲氮溫度，滲氮方式及高溫退火氣氛。在采用板坯低溫方法生產(chǎn)取向硅鋼時(shí)，一般都需采用滲氮的方式來彌補(bǔ)固有抑制劑數(shù)量不足的缺點(diǎn)氣態(tài)滲氮方式及滲氮量目前，取向硅鋼生產(chǎn)中采用的氣態(tài)滲氮方法主要包括：（1）平衡滲氮：在高溫退火升溫階段通過提高退火氣氛中N2比例或延長升溫段退火時(shí)間，防止原有AIN等抑制劑過早分解并形成少量新型（Al,Si）N抑制劑，稱為“平衡滲氮”；（2）非平衡滲氮：在冷軋后與高溫退火前用NH3對鋼板進(jìn)行短時(shí)滲氮處理，在滲氮過程及后續(xù)高溫退火升溫階段形成AlN或（Al,Si）N等抑制劑，稱為“非平衡滲氮”。采用非平衡滲氮時(shí)，根據(jù)脫碳退火與氣態(tài)滲氮工序的先后順序，大致可分為脫碳后滲氮（居多）、同步脫碳與滲氮（滲氮時(shí)間會受受脫碳時(shí)間的影響而變得稍長）及滲氮后脫碳（雖不受氧化膜的影響，滲氮時(shí)鋼中存在少量丫相，會對表層晶粒氮滲入與氮化物析出相的分布均勻性有一定影響）3種不同的滲氮方式。滲氮量取決于滲氮時(shí)間及氨氣的比例，一般情況下，合適的滲100-200ppm。另外，有研究表明，噴氮與非噴氮方式對滲氮量影響較大，氨氣體積分?jǐn)?shù)為30%時(shí),前者滲氮量是后者的2.5倍。噴氮方式下，合適的氨氣量應(yīng)在10%20%之間;非噴氮方式下合適的氨氣量在20%40%之間。2.滲氮溫度滲氮溫度目前有提高的趨勢，約為850-900C,因?yàn)楦邷貪B氮可提高氮滲入和擴(kuò)散進(jìn)入鋼片的速率，從而使氮更好地?cái)U(kuò)散至鋼帶內(nèi)部。但是滲氮溫度的選擇與設(shè)計(jì)的固有抑制劑方案關(guān)系密切:若鋼中固有抑制劑量較充足，脫碳退火后初次晶粒的平均尺寸相對較小，且初次晶粒發(fā)生異常長大的可能性較小，則后續(xù)的滲氮處理可在相對較高的溫度下進(jìn)行,因?yàn)樵诿撎寂c滲氮過程中易控制較佳的初次晶粒尺寸及其均勻性；若鋼中固有抑制劑量相對不足，脫碳退火后初次晶粒的平均尺寸相對較大，后續(xù)的滲氮過程應(yīng)采用較低的處理溫度，由于初次晶粒發(fā)生異常長大的可能性較大。滲氮?dú)夥崭傻腍2、N2和NH3混合氣體，控制氧化率PH2O/Ph2W0.04非平衡滲氮后抑制劑的轉(zhuǎn)變過程：（1）“低溫非平衡滲氮”（700-800C）后，首先在鋼的表層形成不穩(wěn)定的非晶態(tài)Si3N4顆粒（主要分布在晶界處，少量在晶內(nèi)；晶界處為大塊多邊形，100-200nm,晶內(nèi)為規(guī)則小四方形，20-50nm）,在高溫退火的升溫過程中，不穩(wěn)定的氮化物固溶（固溶溫度750-900C），N原子向鋼內(nèi)部擴(kuò)散，在750C左右形成細(xì)小的（Al，Si）N顆粒，彌散分布在鋼中，沿板厚分布均勻。（2）“高溫非平衡滲氮”（850-900C）后，可在鋼中直接形成并析出AIN或（Al，Si,Mn）N，但分布規(guī)律不統(tǒng)一。脫碳退火及滲氮處理后最關(guān)鍵的目的是控制初次再結(jié)晶晶粒尺寸（應(yīng)小而均勻），因?yàn)槎卧俳Y(jié)晶晶粒長大的驅(qū)動力主要與初次晶粒尺寸有關(guān)，一般認(rèn)為，初次晶粒越細(xì)小，二次晶粒長大的驅(qū)動力越大，但初次晶粒的尺寸需處于合適的范圍內(nèi)。若初次晶粒尺寸過小，晶粒生長的驅(qū)動力會增大，使二次再結(jié)晶開始溫度Ts下降，與Goss位向相近的二次晶粒可能也會長大，造成磁性能下降；若初次晶粒尺寸過大，晶粒生長的驅(qū)動力會減小，使二次再結(jié)晶開始溫度升高，二次晶核長大速度減慢，二次再結(jié)晶甚至不會發(fā)生，會對磁性產(chǎn)生不良影響（有研究表明，Ts與初次晶粒直徑d有以下關(guān)系：Ts〈20d+700）高溫退火涂好MgO的鋼卷通常放在電加熱罩式爐的底板上并加內(nèi)罩進(jìn)行高溫退火。高溫退火主要的目的為：（1）完成二次再結(jié)晶過程，升溫到850-1050E通過二次再結(jié)晶形成單一的{110}<001>織構(gòu)；（2）形成Mg2SiO4底層,升溫到100O-110OC通過MgO與表面氧化膜中的SiO2起化學(xué)反應(yīng)，形成Mg2SiO4底層；（3）凈化退火過程，在1200二20T保溫，去除鋼中的S和N（由于抑制劑分解產(chǎn)生，對磁性和彎曲性有害），同時(shí)使二次晶粒吞并分散的殘余初次晶粒，二次再結(jié)晶組織更加完善。在高溫退火的三個(gè)目的中，毫無疑問，二次再結(jié)晶過程是重中之重，二次再結(jié)晶過程決定了以后形成鋒銳、單一的Goss織構(gòu)，因此，對于二次再結(jié)晶過程的研究一直十分熱門。二次再結(jié)晶過程1.Goss來源Goss晶粒來源于熱軋板次表層（距表面1/5-1/4厚度處最強(qiáng)），并且該晶粒的二次晶核發(fā)源于粗大形變晶粒內(nèi)部各形變帶之間的過渡帶處或剪切帶中，次表層的高斯晶粒在冷軋基體中最先發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，這些晶粒經(jīng)過后續(xù)的處理會繼承下來。在HiB工藝中冷軋基體中圍繞在少量的高斯晶粒周圍的主要是{111}<112>組分,這是由于高斯晶粒與{111}<112>有特定的位向關(guān)系，冷軋板經(jīng)過回復(fù)或者再結(jié)晶后存在高斯晶粒的剪切帶（或團(tuán)簇）與軋向成20°和37°取向（從側(cè)面觀察）。二次再結(jié)晶的過程就是高斯晶粒不斷長大和調(diào)整位向的過程。異常長大機(jī)理目前,對于高斯取向晶粒發(fā)生異常長大的機(jī)理還沒有一個(gè)完善的理論。各種理論雖然強(qiáng)調(diào)點(diǎn)不同，但共同點(diǎn)都是認(rèn)為某一類特殊的晶界應(yīng)該是導(dǎo)致高斯取向晶粒異常長大的原因。被廣泛認(rèn)可的取向硅鋼晶界類型主要有兩個(gè)模型，即由Harase等提出的重合位置點(diǎn)陣（CSL）模型和Hayakawa等提出的高能晶界（HE）理論模型。（1）CSL模型：認(rèn)為與其他普通大角晶界相比，CSL晶界擁有較低的能量?在二次再結(jié)晶的升溫階段，抑制劑粒子未粗化或者分解之前，所有的大角晶界的移動能力都很低由于CSL晶界的界面能較低,在界面上偏聚的溶質(zhì)原子較少,受到溶質(zhì)原子的釘扎力要弱于普通大角晶界，當(dāng)粒子粗化或者分解時(shí)，這部分晶界先于其余晶界脫離釘扎，從而導(dǎo)致了高斯晶粒的異常長大。這種模型提倡Goss晶粒主要被低能的CSL晶界，尤其是一晶界包圍。（簡單來說，為抑制劑粒子選擇性釘扎的模型）（2）HE模型：高能晶界（取向差角為20-45°的晶界）相比其他晶界擁有更多的點(diǎn)陣缺陷,這導(dǎo)致了其擁有較高的晶界遷移速率和較大的晶界擴(kuò)散率.在高能晶界上的粒子粗化速度較其余晶界快，因此在二次再結(jié)晶過程中高能晶界能較快地脫