熱軋組織對(duì)冷軋無(wú)取向硅鋼再結(jié)晶退火過(guò)程中組織及織構(gòu)的影響

熱軋組織對(duì)冷軋無(wú)取向硅鋼再結(jié)晶退火過(guò)程中組織及織構(gòu)的影響

無(wú)向硅鋼的主要磁能要求為低鐵損失和高磁感。鐵損和磁感屬于組織敏感性,它們除與化學(xué)成分有關(guān)外,還與內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。晶粒大小、雜質(zhì)和合金元素含量、夾雜物數(shù)量和分布、織構(gòu)分布和內(nèi)應(yīng)力等因素都對(duì)無(wú)取向硅鋼的磁性能有顯著的影響。無(wú)取向硅鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)工藝密切相關(guān),在煉鋼控制水平達(dá)到一定穩(wěn)定程度后,熱軋、冷軋及退火工藝的控制對(duì)改善成品磁性能起著決定性的作用。目前,從控制化學(xué)成分、生產(chǎn)工藝來(lái)控制鋼質(zhì)純凈度,夾雜物狀態(tài)及晶粒尺寸提高電磁性能方面已進(jìn)行了大量的研究工作,并已應(yīng)用于工業(yè)技術(shù)中。相反,熱軋組織形貌對(duì)冷軋無(wú)取向硅鋼的組織及織構(gòu)演變的研究很少有人注意,作者取國(guó)內(nèi)某冷軋無(wú)取向硅鋼企業(yè)生產(chǎn)冷軋50W600電工鋼的冷軋?jiān)?在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚硪缘玫骄哂胁煌M織狀態(tài)的冷軋?jiān)嚵?用處理后的板料進(jìn)行冷軋及退火,研究熱軋組織對(duì)冷軋無(wú)取向硅鋼退火組織及織構(gòu)演變規(guī)律的影響,揭示低牌號(hào)冷軋無(wú)取向電工鋼生產(chǎn)過(guò)程中熱軋組織對(duì)冷軋電工鋼退火過(guò)程中組織及織構(gòu)演變的影響。1熱軋鋼帶充壓機(jī)試樣研究實(shí)驗(yàn)材料來(lái)源于國(guó)內(nèi)某鋼鐵公司生產(chǎn)50W600硅鋼的熱軋帶鋼,其成分和熱軋工藝見(jiàn)表l所示。表中SRT為板坯再加熱溫度,FT為終軋溫度,CT為卷取溫度。取熱軋鋼帶預(yù)先切割成150mm×25mm×2.75mm試樣3組,保留一組不進(jìn)行任何處理(試樣1)。其它兩組熱軋鋼帶分別在爐子溫度升高到1050℃和1150℃時(shí)進(jìn)行熱軋組織調(diào)整處理,保溫30min后空冷至室溫,為后續(xù)冷軋工序提供不同的組織,達(dá)到模擬熱軋組織的目的。冷軋?jiān)趯?shí)驗(yàn)室ue78860mm/100mm×245mm四輥軋機(jī)進(jìn)行,熱帶試樣的斷面為25mm×2.75mm,冷軋采用6道次可逆軋制,冷軋總壓下率約81%。冷軋后的試樣放入870℃箱式爐中退火。觀察熱處理調(diào)整組織、冷軋及退火組織,檢測(cè)試樣的織構(gòu)。測(cè)定實(shí)驗(yàn)試樣表面層的{110},{200},{112}不完整極圖,并計(jì)算取向分布函數(shù)ODF?？棙?gòu)檢測(cè)設(shè)備參數(shù):BrukerAXS:D8GADDS;Co靶;電壓35kV;電流30mA;光闌尺寸0.8mm;采用反射法測(cè)量;測(cè)量范圍:α:0~80°;β:0~360°。2結(jié)果與分析2.1鐵素體組織及冷卻圖1(a)為試樣1熱軋組織,該組織沿軋制方向形成長(zhǎng)條狀變形晶粒,在長(zhǎng)條纖維晶粒間存在等軸再結(jié)晶晶粒。導(dǎo)致圖1(a)試樣1組織特征是由于實(shí)驗(yàn)鋼終軋?jiān)?50℃,該實(shí)驗(yàn)鋼在920℃以下即為鐵素體相區(qū),熱軋后幾道次變形處于奧氏體及鐵素體兩相區(qū)變形,其中變形中鐵素體被壓扁,發(fā)生再結(jié)晶較為困難,冷卻后在軋件側(cè)面顯示為長(zhǎng)條纖維形態(tài),變形中奧氏體通過(guò)發(fā)生形變誘導(dǎo)相變,易轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S鐵素體晶粒。當(dāng)終軋溫度較低及冷卻速度快時(shí),最終形成了圖1(a)所示的組織。圖1(b)及圖1(c)分別為試樣2、試樣3即如試樣1所示的原始熱軋帶,在1050℃、1150℃加熱保溫30min調(diào)整處理后微觀組織照片,采用Imagetool3.0圖象分析軟件分析試樣2及試樣3組織約500個(gè)晶粒,試樣2及試樣3的平均晶粒尺寸分別約為50μm及65μm。2.2將晶粒和結(jié)晶晶體結(jié)構(gòu)變化圖2~圖4為試樣1、試樣2及試樣3分別冷軋81%后,在870℃退火保溫不同時(shí)間的組織。由圖2~圖4可知3種組織狀態(tài)的冷軋基料,冷軋81%后在隨后的870℃的再結(jié)晶退火過(guò)程中共同特征是均隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng),再結(jié)晶等軸晶粒明顯形成開(kāi)始發(fā)生到完全形成等軸再結(jié)晶組織,約在2s完成。冷軋81%在隨后的870℃退火過(guò)程中組織演變的不同點(diǎn)是,未經(jīng)過(guò)調(diào)整處理直接冷軋的冷軋基料試樣1如圖2(a)和(b)纖維組織沒(méi)有發(fā)生明顯的變化,即870℃退火保溫24s不能明顯看到再結(jié)晶組織,保溫26s仍然有部分纖維長(zhǎng)條變形晶粒如圖2(c),保溫28s再結(jié)晶才完成,退火組織全部為等軸再結(jié)晶組織如圖2(d),試樣1冷軋后870℃退火完成再結(jié)晶在28s以上。而熱軋板經(jīng)過(guò)1050℃及1150℃退火調(diào)整處理后的試樣2及試樣3,870℃退火保溫24s在部分變形晶?；w上形成了再結(jié)晶晶粒如圖3(b)、圖4(b),已能夠觀察到細(xì)小的再結(jié)晶晶核,保溫26s試樣2及試樣3均完成再結(jié)晶,如圖3(c)及圖4(c)。說(shuō)明未經(jīng)過(guò)調(diào)整處理直接冷軋的冷軋基料試樣1冷軋后退火再結(jié)晶形核與再結(jié)晶完成較經(jīng)過(guò)退火調(diào)整處理后的冷軋基料試樣2及試樣3冷軋后再結(jié)晶速度慢。此外,試樣2經(jīng)過(guò)1050℃加熱調(diào)整處理后的冷軋基料,冷軋后870℃加熱退火180s的再結(jié)晶退火組織較未經(jīng)過(guò)調(diào)整處理的再結(jié)晶組織粗大均勻如圖3(d)。2.3組織狀態(tài)對(duì)組織織構(gòu)的影響圖5是試樣1、試樣2及試樣3經(jīng)過(guò)冷軋壓下81%后,在870℃退火再結(jié)晶初期織構(gòu)演變的α和γ取向線檢測(cè)結(jié)果。從圖5(a)可以看出試樣1、試樣2及試樣3在α線{112}<110>、{111}<110>及{110}<110>的取向密度差別較小,其中{111}<110>的取向密度差別最小。而{001}<110>的取向密度差別較大,試樣1的{001}<110>的取向密度最大約11.0,試樣2中的{001}<110>的取向密度次之,試樣3中{001}<110>的取向密度最小約3.0。圖5(b)中γ線試樣2及試樣3的{111}<110>的取向密度與試樣1比較均有所提高,而{111}<112>的取向密度變化沒(méi)有明顯的規(guī)律。表明低牌號(hào)冷軋電工鋼冷軋基料組織狀態(tài)改變對(duì)冷軋硬板再結(jié)晶隨退火初期織構(gòu)有一定影響,實(shí)驗(yàn)鋼冷軋前的組織狀態(tài)不同,冷軋后再結(jié)晶退火初期α和γ取向線的密度水平也存在一定的差別。導(dǎo)致上述結(jié)果的原因是{001}<110>及{112}<110>是體心立方金屬冷軋變形密度水平高且穩(wěn)定的取向,低牌號(hào)無(wú)取向硅鋼冷軋織構(gòu)主要為{001}<110>及{112}<011>組分,且{112}<011>密度水平較{001}<110>高;試樣1、試樣2及試樣3由于冷軋前原始組織不同,特別是試樣1與試樣2及試樣3在組織形態(tài)上有顯著差異,使得冷軋后變形織構(gòu)存在較大差別;織構(gòu)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)具有試樣1組織特征的熱軋帶經(jīng)過(guò)冷軋后其織構(gòu)密度水平,較具有試樣2及試樣3組織特征的熱軋帶經(jīng)過(guò)冷軋后的織構(gòu)密度水平高;由于冷軋{001}<110>織構(gòu)組分是穩(wěn)定的織構(gòu)組分,具有這種位向的冷軋α鐵素體晶粒具有較低的形變能;使得試樣1、試樣2及試樣3經(jīng)過(guò)冷變形,再結(jié)晶退火初期{001}<110>取向的變形晶粒發(fā)生再結(jié)晶困難,3種試樣均保留了較高{001}<110>取向,其它位向的冷軋晶粒再結(jié)晶初期部分轉(zhuǎn)變?yōu)橐詛112}<011>及{111}<110>為主的再結(jié)晶取向。2.4再結(jié)晶期相結(jié)合織構(gòu)密度及織構(gòu)類型圖6為試樣1、試樣2及試樣3冷軋81%后經(jīng)870℃退火保溫180s表面的ODF結(jié)果,在該退火工藝條件下3個(gè)試樣均再結(jié)晶完成并發(fā)生晶粒長(zhǎng)大。如圖6(a)所示,試樣1冷軋后870℃退火180s時(shí),在ψ2=45°截面圖(54.5°,90°,45°)位置{111}<112>織構(gòu)的密度水平達(dá)到了3.4,在(54.5°,60°,45°)附近{111}<110>織構(gòu)密度水平僅為0.43;存在少量的在ψ1方向偏差15°的旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){001}<110>,其密度水平僅為1.0°。從由圖6(b)中可以看出,試樣2冷軋后870℃退火180s時(shí),在ψ2=45°截面圖γ取向線的{111}<110>及{111}<112>的密度水平分別約為3.4和5.2,與試樣2再結(jié)晶初期圖5(b)比較{111}<110>密度水平有所降低,而{111}<112>的密度有較大的增加,這主要是由于再結(jié)晶初期有較多的未再結(jié)晶{111}<110>取向的變形晶粒由于有較高儲(chǔ)存能,且處于優(yōu)先形核的地位,使得{111}<110>的變形晶粒邊界形成{111}<112>取向的再結(jié)晶晶粒,最終使得{111}<112>組分占優(yōu);此外,試樣2在ψ2=45°截面圖織構(gòu)類型較豐富,有較強(qiáng)的在ψ1方向偏差10°~15°的旋轉(zhuǎn)高斯織構(gòu){110}<110>、高斯織構(gòu){110}<001>及少量旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){001}<110>,這些織構(gòu)易在{111}<112>及{111}<011>變形晶粒的剪切帶形核并長(zhǎng)大。圖6(c)試樣3在ψ2=45°截面圖織構(gòu)密度水平較強(qiáng),織構(gòu)類型單一,在ψ1=0°~90°,φ=54.5°γ線位置織構(gòu)密度較試樣2弱,但是在ψ1方向偏差10°~15°形成的旋轉(zhuǎn)高斯織構(gòu){110}<110>及高斯織構(gòu){110}<001>較試樣2強(qiáng),其中具有一定偏差的高斯織構(gòu){110}<001>密度水平高達(dá)6.5,沒(méi)有{100}<UVW>類型的織構(gòu)。表明冷軋前通過(guò)對(duì)熱軋鋼帶在1050℃及1150℃加熱獲得具有等軸鐵素體晶粒組織的試樣2及試樣3與未經(jīng)過(guò)加熱的熱軋鋼帶原始試樣1比較,經(jīng)過(guò)相同的冷軋及退火處理試樣1、試樣2及試樣3的再結(jié)晶初期織構(gòu)類型及強(qiáng)度有一定的差別,再結(jié)晶結(jié)束并發(fā)生晶粒長(zhǎng)大的試樣2及試樣3均具有較強(qiáng)織構(gòu),特別是具有一定偏差的{110}<UVW>類型的織構(gòu)較強(qiáng),有強(qiáng)的取向性,{100}<UVW>類型的織構(gòu)較弱,這種類型的織構(gòu)組分不利于冷軋無(wú)取向硅鋼磁性能的改善與提高。3晶粒尺寸的影響1)冷軋前硅鋼的組織形態(tài)及晶粒尺寸,影響冷軋板再結(jié)晶進(jìn)程,等