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1、利用柱状晶及其取向特征尝试发展高磁感无取向电工钢杨平，程灵，毛卫民(北京科技大学材料学系，北京 100083 )摘要： 采用不同工艺对30mm 厚柱状晶初始组织进行热轧、常化、冷轧及退火，得到高磁感无取向硅钢。其本质是将原始的 100 织构进行有效遗传控制， 提高晶粒尺寸和削弱111 织构。 所用工艺接近实际生产， 其成本也与实际生产相当。关键词： 柱状晶 电工钢 织构 磁性能Using of Columnar Grain and Orientation Characterized Attempts to Develop High Magnetic Induction Non-oriented
2、 Electrical 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
3、 grain to obtain 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 considerabl
4、y.Key words: columnar grain electrical steel texture magnetic1 引言100 织构是无取向电工钢最为理想的织构， 因而是新型无取向电工钢新产品开发的重要研究领域。虽然已进行了大量的研究，所采用的工艺路线往往存在生产周期长、生产工艺或设备过于复杂、现场生产难于控制、生产成本太高、经济效益差等缺点，难以完全转化成工业化生产。由此可见，理想的高 100 织构电工钢产品的开发应基于现有生产流程，以便于新技术的工业转化。柱状晶是现代钢铁生产连铸坯组织的普遍特征，它具有晶粒形状各向异性、晶体学各向异性以及尺寸粗大等特点，这些特征将对后续热轧、冷轧
5、及退火工艺下的组织、织构及性能产生显著影响，从而影响成品的性能。在 Goss织构取向电工钢中，柱状晶的影响会经过热轧、冷轧、再结晶而遗传 到最终产品板中，造成组织不均匀，降低Goss构强度并在钢板表面产生瓦垄”缺陷，从而影响最终产品的磁性能。因此，长期以来对电工钢中柱状晶的研究都集中在如何削弱其有害影响，如通过电磁搅拌减少铸锭中的柱状晶比例、提高总变形量充分碎化柱状晶或增加退火的次数等措施。但柱状晶具备的 100 织构也是人们在无取向电工钢中非常希望得到的理想织构， 目前已有各种针对电工钢柱状晶的研究1-4 。本文考察了含柱状晶无取向电工钢在接近现有生产工艺条件下的磁性能特点及组织取向变化，可
6、以此探索开发高磁感无取向电工钢。2 实验材料及工艺使用 30mm 厚 100%柱状晶无取向硅钢铸坯为初始材料，见图 1 ；实验工艺及特点如表1。作为对比，还检测了工业 35W300高牌号无取向硅钢产品的织构与磁性能。采用SEM下的EBSD技术检测各工艺阶段的组织取向变化，采用NIM-2000E磁性仪检测30x300mm单片磁性能。图1初始柱状晶组织表1实验钢的加工工艺参数工艺热轧保温热轧工艺-厚度冷轧工艺最终退火特点1#1250 c X30min5道次至2mm, 不常化冷轧至0.5mm980 c X12min一次冷轧2#同上同上冷轧至0.6mm1020 c M0min 退火 二次冷轧至0.35
7、mm同上二次冷轧3#同上热轧至3mm,慢速 加热至1000 c常化冷轧至0.5mm850 c X10min 退火 二次冷轧至0.35mm1000 C X10min增加常化3实验结果及分析3.1 磁性能图2给出经工艺1、工艺2和工艺3处理后的试样以及工业 35W300高牌号无取向硅钢产品的 磁性能数据。其中工业 35W300高牌号无取向硅钢的铁损为Pi.5=2.469 W/Kg ,为磁感B50=1.703 T。经热轧、不经常化工艺、一次冷轧并退火后的1#式样铁损与35W300相当，为2.501 W/Kg,磁感为1.727 T,略高于35W300。经热轧、二次冷轧、二次退火的2#式样铁损和磁感均优
8、于工业35W300高牌号无取向硅钢；2#试样的中间退火一定程度上有常化的作用和成本。3#试样在2#试样基础上增加常化工艺的样，其磁性能显著优于35W300,铁损降低了 0.4 W/Kg ,降至2.032 W/Kg ,磁感上升了近0.08 T,达到1.778 To通常来说，工业 35W300高牌号无取向硅钢的生产工艺为热轧、常化、 一次冷轧并退火。因此，本文中采用的三条不同工艺在简化工序或提高磁性能方面应该体现出了利 用柱状晶制备低铁损、高磁感无取向硅钢的一定潜力。3.2 过程组织与织构柱状晶控制的关键问题是初始100取向晶粒轧制后分解为45旋转立方取向及相关的ct线取向以及偏转在35。以内的立
9、方取向。前者粗大、很难再结晶，后者晶粒较小、容易再结晶。图3是试样经1250C热轧、不同速度加热至1000C常化后侧面的EBSD取向成像。据图3(a)和(c)可知，快速加热常化板中表层为再结晶组织，中心层为回复产生的形变长条晶粒，以旋转立方和112为主要织构组分，推测该处所对应的初始取向即为旋转立方。据图 3(b)和(d)可知，慢速加热常化时，组织相对均匀，平均晶粒尺寸大于 200um,中心层热轧变形留下的100及113不稳定，有被立方取向晶粒吞并的趋势，如图 3(b)中的A区域所示。推测该处所对应的初始取向应为绕 ND偏车3 30以内的立方取向。图3试样经1200 C热轧、快速(a, c)与
10、慢速(b, d)加热至1000 C常化后侧面的EBSD取向成像图及 ODF。2=45微面图(标尺=500 师，密度水平：1, 2, 4, 6, 8, 10, 16)图4给出工艺2中中间退火板的 EBSD取向成像，可见，热轧空冷试样经一次冷轧及中间退火后组织不均匀， 主要取向为211、001、011 和011 。 1020 c 中间退火, 没有出现对磁性能不利的111线织构。图4工艺2中中间退火板侧面的 EBSD取向成像图（a,标尺=500 g）和ODF W=45截面图（b,密度水平：1, 2, 4, 6, 8）图5为工艺3中常化板和中间退火板的EBSD取向成像。由图5（a、b）可知，快冷热轧板
11、经常化工艺处理后上下表层发生再结晶，由于初始铸坯具备超低碳含量，因此晶粒长大明显；中心层为回复组织，以001织构为主（深灰色区域）。整体观察，常化后组织比较均匀、 001织构保留明显。一 次冷轧并中间退火后， 组织很均匀化，平均晶粒尺寸为 68Nm,主要取向为001、111 和 Goss,见图 5（c, d）。图5工艺3中常化板（a, b）和中间退火板（c,d）侧面的EBSD取向成像图（a, c,标尺=500 g）和ODF92=45。截面图（b,d,密度水平:1, 2, 4, 6, 8）图6为分别经工艺1、2、3处理完成后1#、2#、3#试样及工业35W300高牌号无取向硅钢成品 板侧面的EB
12、SD取向成像。由图6（a,e）可知，工艺最为简单的1#样经最终退火后主要为对磁性能有利的001织构，对应图5（a）中的深灰色晶粒；磁性能检测Z果显示 B50为1.73T,可见织构和磁感之间有较好的对应关系。但1#样的组织仍不够均匀，晶粒尺寸大小不一，且内部存在一定数量的亚晶界。工艺2采用二次冷轧法得到的试样2,内部主要为近001织构，晶粒尺寸更均匀（见图6（b,f）;与1所相比,铁损（P5= 2.17 W/Kg）降低、磁感（B50=1.76 T）升高。由图6（c,g）可知,采用二次冷轧法并增加常化工艺的3#试样中，织构以 001为主，同时存在 112、111和011组分；较强的立方和 Goss
13、织构的存在是3#样最终拥有高磁感(B50=1.78 T)的主要原因， 同时铁损维持在较低水平 (Pi.5=2.03 W/Kg)。作为对比的35W300成品板组织均匀，平均晶粒尺寸为 124Mm,主要存在.线，特别是111织构；此外还有一定强度的001织构，如图6(d,h)所示。综上可知，各试样在显微组织和织构上的特点为图2中铁损和磁感值的分布水平提供了依据。图6 1#(a,e)、2#(b.f)、3#(c,g)试样以及工业 35W300无取向硅钢(d,h)侧面的EBSD取向成像(a-d,标尺=300师)及其ODF%=45。截面图(e-h,密度水平：1, 2, 4, 6, 8)4结论根据柱状晶10
14、0取向显著的遗传倾向， 以100%柱状晶铸坯为初始材料，经1250C热轧、常化、 两次冷轧及退火后可制备出Pi.5=2.01W/Kg, B 50=1.78T的低铁损、高磁感无取向硅钢。常化时慢的加热速度更利于保留100织构。各工艺最终退火采用850/6mins+1000 C/10mins的退火制度时磁感最高，此时有较佳的晶粒尺寸，铁损相对最低。样品中高斯和100织构的强度高于商用 35W300无取向硅钢，而线织构强度水平更低。实验确实显示出了柱状晶铸坯中100织构的显著遗传倾向。中间退火温度越高，最终产品中有利于磁性能的100织构越强，这种趋势在柱状晶样品中更为明显。适当高的二次冷轧压下率有利
15、于磁性能的提高。参考文献：1 H T Liu, Z Y Liu, Y Sun,et al. Formation of 001 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 入-fiber recrystallization texture and magnetic property in Fe 6.5 wt%Si thin sheet produced by strip casting and warm rolling me
