織構(gòu)分布和組分強度對冷軋無取向硅鋼磁性能的影響

織構(gòu)分布和組分強度對冷軋無取向硅鋼磁性能的影響

無定向硅鋼的電磁作用主要取決于鋼的純凈度、混合物的聚集度、其次是晶組織和各種織物成分的強度。對前三個因素的研究相對較為成熟,并已應用于工業(yè)技術(shù)中。然而,利用現(xiàn)代織構(gòu)分析手段和理論,研究生產(chǎn)過程中冷軋無取向硅鋼織構(gòu)形成和演變規(guī)律的工作尚不充分?？棙?gòu)分布及各組分強度對冷軋無取向硅鋼的磁性能具有顯著影響,如何控制產(chǎn)品{100}、{110}、{111}及{112}織構(gòu)的強度,使{100}面織構(gòu)在各組分中占優(yōu),從而提高磁感,是目前工業(yè)生產(chǎn)和新產(chǎn)品開發(fā)的首要追求目標。因此,對織構(gòu)形成及演變規(guī)律的研究成為熱點問題。1晶粒交叉滑移電工鋼在加工過程中(熱軋、冷軋)可滑移面為{110}、{112}和{123}滑移方向都為原子最密排的〈111〉方向。以任何一個〈111〉為晶軸的晶面都可能是滑移面,都會產(chǎn)生交叉滑移,特別是硅鋼更容易產(chǎn)生交叉滑移。由于金屬整體變形的連續(xù)性,相鄰晶粒間產(chǎn)生了相互牽制又彼此促進的協(xié)同動作,因而會出現(xiàn)力偶,造成晶粒間的相對轉(zhuǎn)動,并促使原來位向不適合變形的晶粒開始變形,或促使原來已變形的晶粒繼續(xù)變形。當所承受的變形程度很大時,大多數(shù)晶粒的某個滑移系最終都將轉(zhuǎn)至同一方向或接近一致的方向,其結(jié)果是使原來位向極其紊亂的晶粒出現(xiàn)有序化,并有嚴格的位向關(guān)系。在電工鋼的成品生產(chǎn)工序中,為了得到完善的退火織構(gòu),工業(yè)上常常采用大壓下量冷軋和高溫長時間退火的辦法。前者是為了得到很完善的冷變形織構(gòu),后者是使某種有利位向的晶粒充分長大,從而形成穩(wěn)定、完善的退火織構(gòu)。形成織構(gòu)的特點是(100)或(110)面平行軋面,方向平行于軋向。1.1有利織構(gòu)的形成織構(gòu)是影響電工鋼磁感應強度B25和B50的主要因素之一,理想的晶體織構(gòu)為(100)[uvw]面織構(gòu),因為它是各向同性而且難磁化方向不在軋面上。為改善電工鋼的磁性能,在生產(chǎn)過程中,從熱軋工序開始,控制有利織構(gòu)的形成是主要的技術(shù)手段之一。在實際生產(chǎn)控制過程中不可能得到這種單一的面織構(gòu),一般存在有(100)、(111)、(110)和(112)等織構(gòu)組分,其中(100)組分織構(gòu)度只占約20%,基本屬于無取向混亂織構(gòu),也就是磁各向同性。由理論公式推導的結(jié)論為:按和單晶體的B25值計算出的理想(100)[uvw]面織構(gòu)具有最高的B25值,比各向同性狀態(tài)約高0.16T(10%),而(111)[uvw]和(110)[uvw]織構(gòu)的B25值比各向同性狀態(tài)分別低0.11T(7%)和0.04T(2%)。1.2主要化學成分:無取向電工鋼100面織構(gòu),ph值p影響Ph(鐵損)的因素也就是阻礙疇壁移動的主要因素,分別為晶體織構(gòu)、雜質(zhì)、夾雜物、內(nèi)應力、晶粒尺寸、鋼板厚度、鋼板表面狀態(tài)和主要化學成分。無取向電工鋼(100)面織構(gòu)高,Ph和P15降低,因為在(100)晶面上有兩個易磁化的〈001〉軸;其次是(110)面織構(gòu),在此晶面上有一個〈001〉軸。具有(111)面織構(gòu)的P15較高,因為在此晶面上沒有〈001〉軸,具有(112)面織構(gòu)的P15最高,因為在此晶面上有難磁化的〈111〉軸。2制造條件對無定向電鋼的編織結(jié)構(gòu)的影響2.1加熱設(shè)備對電工鋼織構(gòu)的形成,并對電工鋼的最終鐵磁性能起重要作用的基本組織參數(shù)是在軋件的熱軋過程中形成的。2.1.1晶粒度的影響終軋溫度越接近Ar1,晶粒越大,且{100}〈110〉組分密度顯著提高。另外,終軋溫度較低的鋼(Ar1-100)的晶粒度最小,這是因為材料中產(chǎn)生了較大比例的形核于晶界上的細小等軸晶粒。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),對熱軋終軋溫度的控制非常困難,往往帶鋼頭部的溫度沒有達到目標值,因此,無取向電工鋼的終軋溫度應進一步提高,盡可能接近Ar1,這對磁性的改善是非常重要的。2.1.2不同層流冷卻對磁感的影響無取向電工鋼要求熱軋后冷卻速度慢,以使晶粒有充分長大的時間,因此,工藝應采取后段冷卻方式。層流冷卻對磁感的影響見圖1。從圖1知,B50A600后段冷卻比前段冷卻的磁感要高0.012T。研究發(fā)現(xiàn)這是由于電工鋼采用560℃低溫卷取,低溫卷取后穩(wěn)定性不好,為了使卷取溫度波動小,熱軋往往將層流后段冷卻方式改為前段冷卻方式,這對電工鋼磁性是有害的。2.2高．100：或增設(shè)生物織構(gòu)的強度無取向電工鋼的磁性主要取決于它的織構(gòu)。為改善磁性,必須提高{100}或{110}織構(gòu)的強度和降低{111}織構(gòu)強度。{100}或{110}由帶鋼平面上易磁化〈100〉位向構(gòu)成,而{111}由其平面附近的難磁化〈111〉位向構(gòu)成。2.2.1冷軋板微觀結(jié)構(gòu)分析為降低工序成本,提高產(chǎn)量,大多數(shù)生產(chǎn)廠均采用一次冷軋法生產(chǎn)中、低牌號冷軋電工鋼。一次冷軋法要求大壓下率(≥75%)來保證{100}〈011〉組分進一步增高,使磁性能提高。根據(jù)取向分布函數(shù)(ODF)定量計算,電工鋼冷軋織構(gòu)基本分為兩類纖維織構(gòu),即〈111〉軸近似平行于法向(A類或稱γ纖維織構(gòu))和〈110〉軸平行于軋向并在(100)位向附近漫散(B類或稱α纖維織構(gòu))。主要低指數(shù)組為:{111}〈112〉、{111}〈110〉、{112}〈110〉和{001}〈110〉。也就是說,一類組分為〈110〉平行于軋向,(001)～(112)平行于軋面;另一類為{111}平行于軋面,而〈110〉～〈112〉平行于軋向。在冷軋板微觀結(jié)構(gòu)分析中,壓下率>60%時,冷軋時微觀帶與軋向的偏離角逐漸減少,直到與軋向近似平行,其{211}〈011〉組分逐漸加強。壓下率90%時,冷軋時微觀帶的{211}〈011〉位向是冷軋織構(gòu)中最強組分,微觀帶邊界已不是{110}面,即已形成明顯的切變帶。經(jīng)壓下率為50%～90%冷軋時都存在A和B兩類纖維織構(gòu)組分。壓下率≤60%時,冷軋時發(fā)生鉛筆式的滑動,依靠等量的{110}〈111〉和{211}〈110〉滑移系統(tǒng)而發(fā)展成A類織構(gòu)組分,但有些偏離。壓下率>60%時,冷軋時{211}〈111〉滑移系統(tǒng)起重要作用,使{111}〈121〉附近位向分解,并加強了{211}〈111〉滑移系統(tǒng),因此{211}〈011〉和{100}〈011〉組分進一步提高,而{111}〈112〉強度保持不變。隨形變量增加,{100}〈011〉組分加強,并繞〈011〉軋向漫散而形成B類纖維織構(gòu),漫散角度可達60°,這包括了{111}〈011〉位向;A類纖維織構(gòu)隨形變量增高而單調(diào)地增高,但分布不均勻。2.2.2rsf分析結(jié)論為確定冷軋過程中變形的不均勻性,在板材軋制時,采用軋制形狀參數(shù)RSF:RSF=2[R(h1-h0)]0.5/(h1+h0)式中R為工作輥半徑;h0和h1分別為每道次前、后的帶鋼厚度。RSF大則表示由軋制過程引起的應變分布較均勻;RSF小則表示變形較不均勻。只考慮軋制形狀參數(shù)與織構(gòu)形成之間的分析關(guān)系,以不同RSF取得的試樣,用Bunge方法測定冷軋后、再結(jié)晶退火后以及消除應力退火后試樣的ODF分析結(jié)論為:RSF大時,表面和中間面織構(gòu)發(fā)展成γ纖維,即它的組分{111}〈112〉,并隨著消除應力退火晶粒長大,該組分增強。{111}〈112〉取向在鋼板平面上具有〈112〉軸,而且它接近〈111〉難磁化取向,于是在消除應力退火之后,ND//〈111〉織構(gòu)的增強導致磁感下降。RSF小時,無論是退火再結(jié)晶織構(gòu),還是消除應力退火晶粒長大織構(gòu),ND//〈111〉織構(gòu)在表面附近的積聚都受到抑制,織構(gòu)的主要組分{610}〈001〉和{410}〈001〉,分別為一個軋向易磁化〈001〉軸的組分和一個同帶鋼平面略傾斜的〈010〉軸組分,這樣RSF小的試樣表面織構(gòu)在其鋼板平面上具有兩個易磁化〈001〉取向。因此,雖然中間面上ND//〈111〉織構(gòu)增強,但在消除應力退火晶粒長大后,試樣B50值不變。3工藝上的挑戰(zhàn)電工鋼的織構(gòu)形態(tài)是影響磁性能的主要因素,有利織構(gòu)的形成與各工序的