1、利用柱狀晶及其取向特征嘗試發展高磁感無取向電工鋼楊平，程靈，毛衛民（北京科技大學材料學系，北京 100083）摘要：采用不同工藝對30mm厚柱狀晶初始組織進行熱軋、常化、冷軋及退火，得到高磁感無取向硅鋼。其本質是將原始的100織構進行有效遺傳控制，提高晶粒尺寸和削弱111織構。所用工藝接近實際生產，其成本也與實際生產相當。關鍵詞：柱狀晶 電工鋼 織構 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織構是無取向電工鋼最為理想的織構，因而是新型無取向電工鋼新產品開發的重要研究領域。雖然已進行了大量的研究，所采用的工藝路線往往存在生產周期長、生產工藝或設備過于復雜、現場生產難于控制、生產成本太高、經濟效益差等缺點，難以完全轉化成工業化生產。由此可見，理想的高100織構電工鋼產品的開發應基于現有生產流程，以便于新技術的工業轉化。柱狀晶是現代鋼鐵生產連鑄坯組織的普遍特征，它具有晶粒形狀各向異性、晶體學各向異性以及尺寸粗大等特點，這些特征將對后續熱軋、冷軋及退火工藝下的組織、織構及性能產生顯

5、著影響，從而影響成品的性能。在Goss織構取向電工鋼中，柱狀晶的影響會經過熱軋、冷軋、再結晶而遺傳到最終產品板中，造成組織不均勻，降低Goss織構強度并在鋼板表面產生“瓦壟”缺陷，從而影響最終產品的磁性能。因此，長期以來對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等措施。但柱狀晶具備的100織構也是人們在無取向電工鋼中非常希望得到的理想織構，目前已有各種針對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有生產工藝條件下的磁性能特點及組織取向變化，可以此探索開發高磁感無取向電工鋼。2 實驗材料

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；實驗工藝及特點如表1實驗mins。作為對比，還檢測了工業35W300高牌號無取向硅鋼產品的織構與磁性能。采用SEM下的EBSD技術檢測各工藝階段的組織取向變化，采用NIM-2000E磁性儀檢測30x300mm單片磁性能。圖1 初始柱狀晶組織表1 實驗鋼的加工工藝參數工藝熱軋保溫熱軋工藝-厚度冷軋工藝最終退火特點1#1250×30min5道次至2mm，不常化冷軋至0.5mm980×12min一次冷軋2#同上同上冷軋至0.6mm1020×10min退火二次冷軋至0.35mm同上二次冷軋3#同上熱軋至3

7、mm，慢速加熱至1000常化冷軋至0.5mm850×10min退火二次冷軋至0.35mm1000×10min增加常化3 實驗結果及分析3.1 磁性能圖2給出經工藝1、工藝2和工藝3處理后的試樣以及工業35W300高牌號無取向硅鋼產品的磁性能數據。其中工業35W300高牌號無取向硅鋼的鐵損為P1.5=2.469 W/Kg，為磁感B50=1.703 T。經熱軋、不經?；に嚒⒁淮卫滠埐⑼嘶鸷蟮?#試樣鐵損與35W300相當，為2.501 W/Kg，磁感為1.727 T，略高于35W300。經熱軋、二次冷軋、二次退火的2#試樣鐵損和磁感均優于工業35W300高牌號無取向硅鋼；2#

8、試樣的中間退火一定程度上有?；淖饔煤统杀?。3#試樣在2#試樣基礎上增加常化工藝的樣，其磁性能顯著優于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，達到1.778 T。通常來說，工業35W300高牌號無取向硅鋼的生產工藝為熱軋、?；⒁淮卫滠埐⑼嘶?。因此，本文中采用的三條不同工藝在簡化工序或提高磁性能方面應該體現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成品板的磁性能對比3.2 過程組織與織構柱狀晶控制的關鍵問題是初始100取向晶粒軋制后分解為45°旋轉立方取向及相關的a線取向以及偏轉在35°

9、;以內的立方取向。前者粗大、很難再結晶，后者晶粒較小、容易再結晶。圖3是試樣經1250°C熱軋、不同速度加熱至1000°C?；髠让娴腅BSD取向成像。據圖3(a)和(c)可知，快速加熱?；逯斜韺訛樵俳Y晶組織，中心層為回復產生的形變長條晶粒，以旋轉立方和112<110>為主要織構組分，推測該處所對應的初始取向即為旋轉立方。據圖3(b)和(d)可知，慢速加熱常化時，組織相對均勻，平均晶粒尺寸大于200um，中心層熱軋變形留下的100<021>及113<361>不穩定，有被立方取向晶粒吞并的趨勢，如圖3(b)中的A區域所示。推測該處所對應的

10、初始取向應為繞ND偏轉30°以內的立方取向。ab cd 圖3 試樣經1200°C熱軋、快速(a, c)與慢速(b, d)加熱至1000°C常化后側面的EBSD取向成像圖及ODF2=45截面圖(標尺=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，熱軋空冷試樣經一次冷軋及中間退火后組織不均勻，主要取向為211<124>、001<100>、011<100>和011<211>。1020中間退火，沒有出現對磁性能不利的111線織構。a. b.圖4 工藝2中

11、中間退火板側面的EBSD取向成像圖(a, 標尺=500m)和ODFj2=45°截面圖(b, 密度水平: 1, 2, 4, 6, 8)圖5為工藝3中?；搴椭虚g退火板的EBSD取向成像。由圖5(a、b)可知，快冷熱軋板經常化工藝處理后上下表層發生再結晶，由于初始鑄坯具備超低碳含量，因此晶粒長大明顯；中心層為回復組織，以001織構為主(深灰色區域)。整體觀察，常化后組織比較均勻、001織構保留明顯。一次冷軋并中間退火后，組織很均勻化，平均晶粒尺寸為68mm，主要取向為001<120>、111<112>和Goss，見圖5(c, d)。a. b.c. d.圖5 工藝3

12、中?；?a, b)和中間退火板(c,d)側面的EBSD取向成像圖(a, c, 標尺=500m)和ODFj2=45°截面圖(b,d, 密度水平: 1, 2, 4, 6, 8)圖6為分別經工藝1、2、3處理完成后1#、2#、3#試樣及工業35W300高牌號無取向硅鋼成品板側面的EBSD取向成像。由圖6(a,e)可知，工藝最為簡單的1#樣經最終退火后主要為對磁性能有利的001織構，對應圖5(a)中的深灰色晶粒；磁性能檢測結果顯示B50為1.73T，可見織構和磁感之間有較好的對應關系。但1#樣的組織仍不夠均勻，晶粒尺寸大小不一，且內部存在一定數量的亞晶界。工藝2采用二次冷軋法得到的試樣2，

13、內部主要為近001織構，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，織構以001<100>為主，同時存在112<110>、111<110>和011<100>組分；較強的立方和Goss織構的存在是3#樣最終擁有高磁感(B50=1.78 T)的主要原因，同時鐵損維持在較低水平(P1.5=2.03 W/Kg)。作為對比的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<1

14、12>織構；此外還有一定強度的001<120>織構，如圖6(d,h)所示。綜上可知，各試樣在顯微組織和織構上的特點為圖2中鐵損和磁感值的分布水平提供了依據。e f g h圖6 1#(a,e)、2#(b.f)、3#(c,g)試樣以及工業35W300無取向硅鋼(d,h)側面的EBSD取向成像(a-d, 標尺=300m)及其ODFj2=45°截面圖(e-h, 密度水平: 1, 2, 4, 6, 8)4 結論根據柱狀晶100取向顯著的遺傳傾向，以100%柱狀晶鑄坯為初始材料, 經1250°C熱軋、常化、兩次冷軋及退火后可制備出P1.5=2.01W/Kg, B50=

15、1.78T的低鐵損、高磁感無取向硅鋼。?；瘯r慢的加熱速度更利于保留100織構。各工藝最終退火采用850°C/6mins+1000°C/10mins的退火制度時磁感最高，此時有較佳的晶粒尺寸，鐵損相對最低。樣品中高斯和100織構的強度高于商用35W300無取向硅鋼，而線織構強度水平更低。實驗確實顯示出了柱狀晶鑄坯中100織構的顯著遺傳傾向。中間退火溫度越高，最終產品中有利于磁性能的100織構越強，這種趨勢在柱狀晶樣品中更為明顯。適當高的二次冷軋壓下率有利于磁性能的提高。參考文獻：1 H T Liu, Z Y Liu, Y Sun,et al. Formation of 001

16、<510> 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 hig