熱軋板常化后的晶粒尺寸對無取向硅鋼織構(gòu)和磁性能的影響_張文康

1、第42卷第2期2 0 0 7年2月鋼 鐵Iron and SteelVol. 42 , No. 2February 2007熱軋板?；蟮木Я３叽鐚o取向硅鋼織構(gòu)和磁性能的影響張文康1,2 ,毛衛(wèi)民2 ,王一德1 ,李慧峰J 白志浩3(1.太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司技術(shù)中心，山西太原030003 ; 2.北京科技大學(xué)材料科學(xué)系，北京100083 ;3.上海廣播電視大學(xué)南匯分校，上海201300)摘要：研究了熱軋板晶粒尺寸對無取向硅鋼織構(gòu)、成品晶粒尺寸、鐵損和磁感的影響。結(jié)果表明，隨著熱軋板晶粒尺寸的增加，成品晶粒尺寸增加、高斯織構(gòu)組分110 100增強(qiáng)、Y纖維織構(gòu)組分減弱，導(dǎo)致鐵損顯著降低、磁感

2、 顯著提高。關(guān)鍵詞：無取向硅鋼；磁性能；熱軋板晶粒尺寸；晶體織構(gòu)中圖分類號：TG132. 2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0449 2749X (2007 ) 0220064204In flue nee of Grain Size in Normalized Hot Band on Texture andMagnetie Properties of Non2Oriented Silieon Steel SheetZHAN G Wen2kang1，2 , MAO Wei2min2 , WAN G Yi2de1 , L I Hui2feng1 , BA I Zhi2hao3(1. Technical

3、Center , Taiyuan Iron and Steel ( Group)Co. Ltd , Taiyuan030003 ,Shanxi , China;2. Departmentof Materials , University of Science andTechnology Beijing, Beijing100083 , China;3. NanhuiBranch , Shanghai Broadcast and Television University , Shanghai 201300 , China )Abstract : The effectsof grain size

4、 in hot rolled band on texture, grain size of finalproduct, iron loss andmagneticproperties of non2oriented silicon steel were investigated. With the increase of grain size in hot rolled band , the grain size of final product increases , the intensity of texture 110 < 110 > increases , and the

5、 丫2fibre texture decreases. Due to the above mentioned effects , the iron loss decreases , and the magnetic induction increases significantly.Key words : non2)riented silicon steel ; magnetic property ; hot band grain size; grain texture£ 1992010 China Academic Jcunial Hectronic PublishingAl li

6、ghts reserved. httpXAvww-cnlcLti戡第42卷第2期2 0 0 7年2月無取向硅鋼的主要磁性能要求是低鐵損 、高磁 感。鐵損和磁感屬于組織敏感磁性，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)。合金元素含 量、夾雜物數(shù)量和分布、晶粒尺寸、織構(gòu)分布等因素 都對無取向硅鋼的磁性能有顯著的影響1。無取向硅鋼中有關(guān)夾雜物和晶粒尺寸的控制已經(jīng)進(jìn)行了廣 泛的研究，但有關(guān)織構(gòu)控制的研究相對較少 2。改 善織構(gòu)分布可以同時降低鐵損和提高磁感。熱軋板晶粒尺寸對成品的織構(gòu)分布和磁性能有顯著的影 響,本文對此進(jìn)行了研究。1試驗材料和方法試驗材料取自大生產(chǎn)熱軋板,化學(xué)成分為： w(Si)

7、= 1160%、w (Al ) =0132%、w ( Mn )= 01 30%、w(P) = 01 015 %、w(C) = 01 003 %、w(N)= 01 003%和w(S) = 01 004 %。為了獲得不同的熱軋 板晶粒尺寸，熱軋板分別在850、950和1 050 C的箱 式爐中退火3 min ,退火后熱軋板的晶粒尺寸分別 是76、89和147卩m，未退火的熱軋板中存在纖維組織。熱軋板酸洗后冷軋到015 mm ,然后在小型連續(xù)退火爐中進(jìn)行連續(xù)退火，退火溫度920 C,退火氣 氛使用干的分解氨。使用西門子 D25000型X射線 衍射儀對冷軋和連續(xù)退火后試樣1/4厚度處的織構(gòu)進(jìn)行測量，測

8、量時使用Mo靶，首先檢測試樣的 110 >200和2113個不完全極圖，然后采用級 數(shù)展開法計算取向分布函數(shù)(ODF )。磁性能采用單片試驗測量方法測試，試樣尺寸50 mm X50 mm ,在115 T和50 Hz條件下測量鐵損P.5 ,在磁場強(qiáng)度為5000 A/ m條件下測量磁感應(yīng)強(qiáng)度B50 ,縱、橫向分別測量，最后取平均值。2試驗結(jié)果2. 1冷軋板織構(gòu)分布取向分布函數(shù)険=45。截面圖是表達(dá)無取向硅 鋼板織構(gòu)最具有代表性的截面圖。在這個截面圖上 可以觀察到一系列重要的取向位置3。圖1顯示冷軋板取向分布函數(shù) 辰=45°截面圖。從圖1可以看 出，冷軋織構(gòu)是典型的鐵素體軋制織構(gòu)1,

9、3。冷軋£ 1992010 China Academic Jcunial Hectronic PublishingAl lights reserved. httpXAvww-cnlcLti戡第42卷第2期2 0 0 7年2月£ 1992010 China Academic Jcunial Hectronic PublishingAl lights reserved. httpXAvww-cnlcLti戡第42卷第2期2 0 0 7年2月作者簡介：張文康(19652),男，博士，高級工程師；E2mail : zwk313539 tom. com;修訂日期：2006205211

10、£ 1992010 China Academic Jcunial Hectronic PublishingAl lights reserved. httpXAvww-cnlcLti戡#鋼鐵第42卷織構(gòu)主要由丫纖維和a纖維織構(gòu)組成，丫纖維織構(gòu) 包括111 112和111 110織構(gòu)分量 a纖維織 構(gòu)包括111 110、112 110和100 110織構(gòu) 分量。此外，冷軋織構(gòu)中包含高斯織構(gòu)110 100 > , 但強(qiáng)度較弱。圖1也顯示冷軋織構(gòu)中各織構(gòu)組分的 強(qiáng)度隨熱軋板的晶粒尺寸變化。當(dāng)熱軋板未退火時,冷軋織構(gòu)中112 110織構(gòu)組分的強(qiáng)度最高。與熱軋板未退火時的冷軋織構(gòu)比較，熱軋

11、板晶粒尺寸為76 um(850 C退火)時冷軋織構(gòu)中112 110> 和100 110>組分的強(qiáng)度變?nèi)?，其它織?gòu)組分強(qiáng)度 的變化不明顯。隨著熱軋板退火溫度的增加，熱軋板的晶粒尺寸增加，冷軋織構(gòu)中112 110、111 112和100 110>組分的強(qiáng)度增加。熱軋板晶粒 尺寸為147 u m (1050 C退火)時，冷軋織構(gòu)中 112 < 110>和111 < 112組分的強(qiáng)度達(dá)到最大值 。 2. 2成品織構(gòu)分布圖2顯示冷軋板退火后成品取向分布函數(shù)辰= 45。截面圖。從圖2可以看出，與冷軋織構(gòu)相比， 成品中a纖維織構(gòu)特別是100 < 110>和11

12、2 < 110>織構(gòu)組分的強(qiáng)度顯著減小。圖2也顯示熱軋板的晶粒尺寸對成品織構(gòu)有顯著的影響。當(dāng)熱軋板未退火時，成品中丫纖維織構(gòu)的強(qiáng)度最高。熱軋板退火后， 熱軋板中的纖維組織轉(zhuǎn)變?yōu)樵俳Y(jié)晶組織，成品中丫纖維織構(gòu)的強(qiáng)度減弱，高斯織構(gòu)的強(qiáng)度增強(qiáng)。隨熱 軋板晶粒尺寸的增加，成品中丫纖維織構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn) 一步減弱，高斯織構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)。熱軋板晶粒尺寸為147 um時，成品中丫纖維織構(gòu)的強(qiáng)度達(dá) 到最小值，高斯織構(gòu)的強(qiáng)度達(dá)到最大值，高斯織構(gòu)的強(qiáng)度是隨機(jī)織構(gòu)分布的8倍以上。2. 3成品金相組織圖3顯示成品金相組織。圖3中各圖分別與以 下熱軋板狀態(tài)對應(yīng)：(a)熱軋板未退火；(b)熱軋板 850 C退火；

13、(c)熱軋板950 C退火；(d)熱軋板1050C退火。圖3 (a)(d)中成品的晶粒尺寸分別為 41、57、64和68 um。從圖3可以看出，當(dāng)熱軋板未 退火而存在纖維組織時，成品的晶粒尺寸較小，熱軋 板退火后成品的晶粒尺寸增加。比較圖3(b)、(c)和(d)可以看出，隨著熱軋板退火溫度的增加，熱軋© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt#鋼鐵第42卷© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctr

14、onic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt#鋼鐵第42卷© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt#鋼鐵第42卷© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt67鋼鐵第42卷(a)熱軋板未退火，存在纖維組織；(b)熱軋板850 C

15、退火，平均晶粒尺寸76 um; (c)熱軋板950 C退火,平均晶粒尺寸89 um; (d)熱軋板1 050 C退火，平均晶粒尺寸147 um圖1冷軋板取向分布函數(shù) 糧=45°截面圖(Bunge符號,密度水平：2, 4, 6, 8)Fig. 1 ODFs of 辰=45° section of cold才oiled sheets( Bunge notation , levels : 2, 4,6,8)(a)熱軋板未退火，存在纖維組織；(b)熱軋板850 C退火，平均晶粒尺寸76 um; (c)熱軋板950 C退火，平均晶粒尺寸89 um ; (d)熱軋板1 050 C退火,

16、平均晶粒尺寸147 um圖2 成品取向分布函數(shù) 施=45。截面圖(Bunge符號,密度水平：2 , 4 , 6 , 8)Fig. 2 ODFs of ©2 二 45° section of f inal product( Bunge notation , levels : 2 , 4 , 6 , 8)© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt#鋼鐵第42卷(a) 41 um; (b) 57 u m ;(c) 64 um ;

17、(d) 68 u m圖3成品金相組織Fig. 3 Microstructures of f inal products© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt#鋼鐵第42卷© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt#鋼鐵第42卷板的晶粒尺寸增加，成品的晶粒尺寸也增加，但成品 的晶粒尺寸隨熱

18、軋板晶粒尺寸的增加不是特別顯 著。2. 4磁性能鐵損P1.5和磁感B50隨熱軋板晶粒尺寸的變化見表1。從表1可以看出，隨著熱軋板晶粒尺寸的© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt第2期張文康等：熱軋板?；蟮木Я３叽鐚o取向硅鋼織構(gòu)和磁性能的影響69表1磁性能隨熱軋板晶粒尺寸的變化Table 1 Variations of magnetic properties with hot bandgrain size熱軋板退火溫度/c未退火8509

19、501050熱軋板晶粒尺寸/卩m纖維組織7689147P1.5/ (W ? kg -1)3. 743. 563. 473. 24B50/ T1. 6911. 7201. 7351. 759增加，P1.5降低，B50增加。3討論再結(jié)晶進(jìn)行時織構(gòu)也發(fā)生了較大的變化。再結(jié)晶織構(gòu)常以某些特定的位向關(guān)系與冷軋織構(gòu)相關(guān) 聯(lián)，熱軋板晶粒尺寸通過影響冷軋變形方式對成品 的再結(jié)晶織構(gòu)有顯著的影響。當(dāng)熱軋板未完全再結(jié) 晶或晶粒較小時，冷軋形變組織和儲能分布比較均 勻,這種情況下,111 112再結(jié)晶晶粒優(yōu)先在 112 110和111 110取向的變形晶粒中形核和 長大,111 110再結(jié)晶晶粒優(yōu)先在111 112

20、取 向的變形晶粒中形核和長大4。因此，成品再結(jié)晶織構(gòu)中丫纖維織構(gòu)的強(qiáng)度較高。當(dāng)熱軋板晶粒較大 時,冷軋形變組織中形成較多的剪切帶，熱軋板晶粒越大,剪切帶的分布密度越高。剪切帶的分布密度也與變形晶粒的取向有關(guān)4。111 112取向的變 形晶粒中剪切帶的分布密度最高,112 110和111 110取向的變形晶粒中也存在剪切帶 。由于 剪切帶有較高的儲能，再結(jié)晶晶粒優(yōu)先在剪切帶內(nèi) 形核。再結(jié)晶退火時剪切帶中更容易形成高斯取向 的晶核2，包含剪切帶的111112和112 110 取向的變形晶粒再結(jié)晶退火后容易轉(zhuǎn)變成高斯取向 的晶粒。因此，熱軋板晶粒越大，冷軋變形組織中剪 切帶的分布密度越高，成品織構(gòu)中

21、高斯織構(gòu)的強(qiáng)度 越高。此外，丫纖維織構(gòu)的再結(jié)晶晶核更容易在熱 軋板的原始晶界處形核。因此，熱軋板晶粒越大，原 始晶界越少，成品中丫纖維織構(gòu)的強(qiáng)度越低。成品的晶粒尺寸與許多因素有關(guān)。熱軋板的晶粒尺寸、化學(xué)成分、夾雜物數(shù)量和尺寸、冷軋壓下率、 再結(jié)晶退火溫度和時間等都對成品的晶粒尺寸有影 響。本次試驗中，影響成品晶粒尺寸的主要因素是 熱軋板晶粒尺寸。熱軋板晶粒越小，冷軋后儲能越 高,再結(jié)晶退火時形核點越多。由于再結(jié)晶晶核更 容易在熱軋板的原始晶界處形核，因此熱軋板晶粒越小，原始晶界越多，形核點也越多。由于上述原 因,成品的晶粒尺寸隨著熱軋板晶粒尺寸的增加而 增加。影響磁性能的因素很多?；瘜W(xué)成分、夾

22、雜物數(shù)量和尺寸、晶粒尺寸、織構(gòu)分布、內(nèi)應(yīng)力、鋼板厚度、 鋼板表面狀態(tài)等因素都對磁性能有顯著的影響1 。本次試驗中成品試樣的主要差別是織構(gòu)分布和晶粒 尺寸不同。熱軋板晶粒尺寸通過影響成品的再結(jié)晶 織構(gòu)和晶粒尺寸來影響磁性能。鐵損P1.5包括磁滯損耗、渦流損耗和反常損耗。由于所有試樣的化學(xué) 成分和厚度相同，所以電阻率和渦流損耗也相同。此外，所有成品試樣的晶粒尺寸都不大，各試樣反常 損耗的差別也不明顯。因此，熱軋板晶粒尺寸主要影響磁滯損耗和磁感。由于硅鐵單晶體的磁各向異 性，電工鋼板的磁性能強(qiáng)烈地依賴于晶體織構(gòu)。對于無取向電工鋼,100和110織構(gòu)是對磁性能有 利的織構(gòu),111和112織構(gòu)是不利織構(gòu)

23、。因此，增 加100和110織構(gòu)的強(qiáng)度和降低111和112織 構(gòu)的強(qiáng)度有利于降低磁滯損耗和增加磁感。由于晶界對磁化的阻礙作用，晶界越多，磁滯損耗越大。因_. y«._H此，增加成品的晶粒尺寸有利于降低磁滯損耗。如前所述，熱軋板退火導(dǎo)致成品中對磁性能不利的丫纖維織構(gòu)強(qiáng)度減弱，對磁性能有利的高斯織構(gòu)強(qiáng)度 增強(qiáng)，并且隨著熱軋板晶粒尺寸的增加，成品中丫纖維織構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)一步減弱，高斯織構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)。同時，成品的晶粒尺寸也隨著熱軋板晶粒尺 寸的增加而增加。由于上述原因，隨著熱軋板晶粒 尺寸的增加，P.5顯著降低，B50顯著增加。4結(jié)論熱軋板晶粒尺寸對無取向硅鋼的織構(gòu)和磁性能 有顯著的影響。增加熱軋