工業(yè)無取向硅鋼熱軋板織構(gòu)分析

工業(yè)無取向硅鋼熱軋板織構(gòu)分析

硅鋼片是能源行業(yè)、電子和軍事行業(yè)不可或缺的重要軟磁合金。它也是最大產(chǎn)量的金屬材料。主要用于各種電機、電機和壓力設(shè)計的芯軸。它的生產(chǎn)工藝復(fù)雜,制造技術(shù)嚴格,國外的生產(chǎn)技術(shù)都以專利形式加以保護,視為企業(yè)的生命。電工硅鋼板的制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量是衡量一個國家特殊鋼生產(chǎn)和科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。為了降低電能在鐵芯中的損耗以及減小設(shè)備的體積和重量,希望硅鋼片的磁導(dǎo)率高,鐵損低。減小厚度和改善織構(gòu)是降低鐵損的有效途徑。硅鋼是晶體材料,其中各個晶體學(xué)方向上的磁性能是不同的。因此,如果能制備出有明顯各向異性的織構(gòu)材料,將性能優(yōu)異的晶體學(xué)方向轉(zhuǎn)置到最需要的方向上,既可以保持金屬材料原有的全部優(yōu)點,又可以使所有需要的性能得到顯著的提高。硅鋼的方向是易磁化方向,通過優(yōu)化工藝過程的辦法獲得方向的擇優(yōu)取向是獲得高質(zhì)量硅鋼片的有效途徑。對于用于旋轉(zhuǎn)電磁場的軟磁硅鋼,使相應(yīng)的無取向電工鋼板具有強的{hk0}面平行軋面的纖維織構(gòu),而〈001〉方向在軋面中呈360°均勻分布,從而使電磁場在旋轉(zhuǎn)過程中始終可以利用鋼板較好的軟磁性能。目前冷形變織構(gòu)和再結(jié)晶織構(gòu)研究得比較多,而對熱軋硅鋼織構(gòu)的研究卻很少,熱軋硅鋼織構(gòu)對后續(xù)工藝過程織構(gòu)的形成有重要影響,是硅鋼制造的關(guān)鍵技術(shù)。如何控制硅鋼織構(gòu)的形成及織構(gòu)的演變、相應(yīng)機理的研究是今后的熱點。筆者以工業(yè)無取向硅鋼熱軋板為研究對象,研究了熱軋硅鋼板織構(gòu)沿厚度的變化及織構(gòu)的演變過程以及硅含量和溫度對熱軋硅鋼織構(gòu)的影響規(guī)律。1分離層值、odf的測定試驗采用厚2.2mm的工業(yè)無取向硅鋼熱軋板,主要生產(chǎn)工藝流程為電磁攪拌連鑄、熱軋(1150～1280℃加熱,終軋溫度800～880℃,卷取溫度550～650℃)。硅含量(質(zhì)量分數(shù),%)分別是3.0%和0.8%。用線切割切成20mm×18mm的矩形樣品,分層測織構(gòu),測量點距表面的距離用S表示,S=0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.1mm。在PHILIPS的X‘Pert的X射線衍射儀上,采用Schulz背射法測量樣品各層的{110}、{200}和{112}3張不完整極圖(α=0～70°)。以二步法求算ODF,用角度間隔為5°的恒?截面圖來表示。根據(jù)ODF理論進行織構(gòu)的反極圖定量分析,即給出某一{hkl}⊥ND或〈uvw〉//RD的織構(gòu)組分在Euler空間10°范圍內(nèi)的晶粒體積分數(shù)。2試驗結(jié)果與討論2.1沿板厚方向的織物結(jié)構(gòu)分布2.1.1變形織構(gòu)的影響Si的質(zhì)量分數(shù)為3.0%的熱軋板沿板厚方向上各層織構(gòu)的ODF如圖1所示。表層織構(gòu)主要為(ˉ110),并有少量(ˉ331)[5ˉ53]織構(gòu),隨距表面距離的增加,(ˉ110)織構(gòu)不斷減弱,而(001)[1ˉ10]織構(gòu)不斷增強。金屬在塑性變形過程中,因受到外界熱和力學(xué)條件的限制,各晶粒取向會相對外力發(fā)生轉(zhuǎn)動,從而形成形變織構(gòu)。表層和中心部位織構(gòu)組分的不同,主要受溫度和變形量的影響。由于硅鋼的導(dǎo)熱系數(shù)隨硅含量的增加而降低,硅鋼在平行于板面和垂直于板面的熱傳導(dǎo)系數(shù)也不同。表層和中心部位的溫度不一致,中心部位溫度較高。軋制時,變形區(qū)存在著不均勻的材料流動。在表層,軋輥先使之產(chǎn)生強烈的前滑,局部變形速度大。在接近變形區(qū)出口處,帶鋼中心部分才獲得大的流動速度。在帶鋼熱軋過程中,表層主要是通過剪切發(fā)生變形,而橫截面的其它部分則受到壓縮。這說明變形方式和變形量對織構(gòu)有重要的影響,從而造成表面下約0.5mm處織構(gòu)類型的改變,由剪切織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檐堉瓶棙?gòu)。表層以高斯織構(gòu){110}〈001〉組分為主,中心部位以{001}〈110〉為主要織構(gòu)組分。2.1.2反高斯織構(gòu)中主要組織構(gòu)組分Si的質(zhì)量分數(shù)為0.8%的熱軋板沿板厚方向上各層織構(gòu)的ODF如圖2所示。表層沒有明顯的織構(gòu)組分,隨著距表面距離的增加,出現(xiàn)了(ˉ110)[ˉ1ˉ13]織構(gòu)和(ˉ551)[6ˉ65]織構(gòu)組分,在距表面0.4mm處出現(xiàn)了明顯的(ˉ110)織構(gòu)組分,但在距表面0.6mm處(ˉ110)織構(gòu)組分基本消失,而主要為反高斯織構(gòu){001}〈110〉組分,并有少量(ˉ111)[0ˉ11]織構(gòu)組分出現(xiàn)。從表層到中心部位,織構(gòu)組分完全不同。高、低硅熱軋板的共同點是中心部位反高斯織構(gòu){001}〈110〉組分很強,但從表層到中心部位織構(gòu)組分的變化明顯不同。2.2熱軋板金融織構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖3為硅的質(zhì)量分數(shù)為3.0%的熱軋板頭部和尾部的高斯織構(gòu){110}〈001〉與反高斯織構(gòu){100}〈011〉的強度沿板厚方向的變化。從圖中可以看出,熱軋溫度對硅鋼織構(gòu)有很大的影響。如圖3(a)所示,在頭部,自表面到深0.4mm處,{110}〈001〉織構(gòu)強度高,而從深0.6mm到中心部位,{110}〈001〉織構(gòu)強度已經(jīng)趨于零,頭部{110}〈001〉織構(gòu)強度明顯高于尾部{110}〈001〉織構(gòu)強度。從圖3(b)中可以看出,尾部從表層開始已經(jīng)出現(xiàn)反高斯織構(gòu),中心部位強度最大。在頭部的表層附近未發(fā)現(xiàn)反高斯織構(gòu),而從深約0.5mm處,開始出現(xiàn)反高斯織構(gòu)組分,并且中心部位的強度最大。尾部從表層到深0.4mm處只有少量的高斯織構(gòu)出現(xiàn),強度很弱,而反高斯織構(gòu)較強,這與頭部的織構(gòu)組分具有明顯的區(qū)別。在同一軋制工藝下,頭部形成較強的高斯織構(gòu){110}〈001〉,而尾部對應(yīng)處卻變?yōu)榉锤咚箍棙?gòu){001}〈011〉。除溫度因素外,其它因素是相同的。因此,熱軋終軋溫度的高低對織構(gòu)的影響是較大的。對此有必要進一步確定。圖4為硅的質(zhì)量分數(shù)為0.8%的熱軋板頭部和尾部的高斯織構(gòu){110}〈001〉與反高斯織構(gòu){100}〈011〉的強度沿板厚方向的變化。頭部和尾部對應(yīng)部位的織構(gòu)類型基本一致,在表層附近區(qū)域,有(ˉ110)[ˉ1ˉ13]織構(gòu)、(ˉ110)[ˉ1ˉ11]織構(gòu)、(ˉ110)[ˉ1ˉ18]織構(gòu)、(ˉ551)[6ˉ65]織構(gòu)等,但沒有一種明顯的織構(gòu)組分。從圖4(a)可以看出,{110}〈001〉織構(gòu)組分較弱,強度很低。由圖4(b)可看出,在表層,頭部和尾部都未出現(xiàn)反高斯織構(gòu),從距離表面0.6mm處已經(jīng)出現(xiàn)較強的反高斯織構(gòu),中心部位的反高斯織構(gòu)最強。中心部位附近主要為反高斯織構(gòu){100}〈011〉組分,另外有少量的(ˉ111)[0ˉ11]織構(gòu)組分。尾部織構(gòu)的強度稍弱于頭部,這說明溫度對低碳低硅冷軋無取向硅鋼織構(gòu)的影響不是很明顯。低碳低硅冷軋無取向硅鋼卷取前的熱軋帶中沉淀析出的第二相粒子主要是(Al,Si)N,終軋溫度對其影響不大,它在卷取過程中逐漸粗化。溫度對熱軋織構(gòu)的影響與硅的含量有關(guān),不同硅含量其影響規(guī)律是不同的。2.3面織構(gòu)中各微量元素的含量變化圖5為不同硅含量鋼板的(100)、(110)的軋面反極圖的定量計算結(jié)果,表示{100}、{110}面織構(gòu)體積分數(shù)沿板厚方向的變化。在不同的硅含量下,表層的{110}面織構(gòu)組分的體積分數(shù)較高,硅含量較高者該組分的體積分數(shù)較大。在中心部位,{100}面織構(gòu)組分的體積分數(shù)較高。圖6為硅含量對高斯和反高斯織構(gòu)強度的影響,硅含量高時,表層高斯織構(gòu){110}〈001〉組分和中心區(qū)域反高斯織構(gòu){100}〈011〉組分均比低硅鋼板的強度高。硅有利于高斯織構(gòu)和反高斯織構(gòu)的形成。3高斯織構(gòu)的特點(1)在距表面不同的距離處,熱軋板的織構(gòu)組分是不同的,中心部位附近反高斯織構(gòu){