晶粒尺寸對(duì)無(wú)取向硅鋼織構(gòu)和鐵損的影響

晶粒尺寸對(duì)無(wú)取向硅鋼織構(gòu)和鐵損的影響

無(wú)向硅鋼的主要磁能要求為低鐵損失和高磁感。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(duì)無(wú)取向硅鋼的磁性能有顯著的影響。無(wú)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(duì)較少。改善織構(gòu)分布可以同時(shí)降低鐵損和提高磁感。熱軋板晶粒尺寸對(duì)成品的織構(gòu)分布和磁性能有顯著的影響,本文對(duì)此進(jìn)行了研究。1材料的織構(gòu)化試驗(yàn)材料取自大生產(chǎn)熱軋板,化學(xué)成分為:w(Si)=1.60%、w(Al)=0.32%、w(Mn)=0.30%、w(P)=0.015%、w(C)=0.003%、w(N)=0.003%和w(S)=0.004%。為了獲得不同的熱軋板晶粒尺寸,熱軋板分別在850、950和1050℃的箱式爐中退火3min,退火后熱軋板的晶粒尺寸分別是76、89和147μm,未退火的熱軋板中存在纖維組織。熱軋板酸洗后冷軋到0.5mm,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℃,退火氣氛使用干的分解氨。使用西門子D-5000型X射線衍射儀對(duì)冷軋和連續(xù)退火后試樣1/4厚度處的織構(gòu)進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量時(shí)使用Mo靶,首先檢測(cè)試樣的{110}、{200}和{211}3個(gè)不完全極圖,然后采用級(jí)數(shù)展開(kāi)法計(jì)算取向分布函數(shù)(ODF)。磁性能采用單片試驗(yàn)測(cè)量方法測(cè)試,試樣尺寸50mm×50mm,在1.5T和50Hz條件下測(cè)量鐵損P1.5,在磁場(chǎng)強(qiáng)度為5000A/m條件下測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B50,縱、橫向分別測(cè)量,最后取平均值。2試驗(yàn)結(jié)果2.1組織織構(gòu)及織構(gòu)組分強(qiáng)度取向分布函數(shù)φ2=45°截面圖是表達(dá)無(wú)取向硅鋼板織構(gòu)最具有代表性的截面圖。在這個(gè)截面圖上可以觀察到一系列重要的取向位置。圖1顯示冷軋板取向分布函數(shù)φ2=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)。冷軋織構(gòu)主要由γ纖維和α纖維織構(gòu)組成,γ纖維織構(gòu)包括{111}〈112〉和{111}〈110〉織構(gòu)分量,α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(shí),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(shí)的冷軋織構(gòu)比較,熱軋板晶粒尺寸為76μm(850℃退火)時(shí)冷軋織構(gòu)中{112}〈110〉和{100}〈110〉組分的強(qiáng)度變?nèi)?其它織構(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147μm(1050℃退火)時(shí),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熱軋板晶粒尺寸對(duì)織構(gòu)的影響圖2顯示冷軋板退火后成品取向分布函數(shù)φ2=45°截面圖。從圖2可以看出,與冷軋織構(gòu)相比,成品中α纖維織構(gòu)特別是{100}〈110〉和{112}〈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(duì)成品織構(gòu)有顯著的影響。當(dāng)熱軋板未退火時(shí),成品中γ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γ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γ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147μm時(shí),成品中γ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熱軋板退火對(duì)成品晶粒尺寸的影響圖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(duì)應(yīng):(a)熱軋板未退火;(b)熱軋板850℃退火;(c)熱軋板950℃退火;(d)熱軋板1050℃退火。圖3(a)~(d)中成品的晶粒尺寸分別為41、57、64和68μm。從圖3可以看出,當(dāng)熱軋板未退火而存在纖維組織時(shí),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軋板晶粒尺寸的增加不是特別顯著。2.4磁體能鐵損P1.5和磁感B50隨熱軋板晶粒尺寸的變化見(jiàn)表1。從表1可以看出,隨著熱軋板晶粒尺寸的增加,P1.5降低,B50增加。3變形晶粒尺寸對(duì)織構(gòu)的影響再結(jié)晶進(jìn)行時(shí)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(guò)影響冷軋變形方式對(duì)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(shí),冷軋形變組織和儲(chǔ)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(zhǎng)大,{111}〈110〉再結(jié)晶晶粒優(yōu)先在{111}〈112〉取向的變形晶粒中形核和長(zhǎng)大。因此,成品再結(jié)晶織構(gòu)中γ纖維織構(gòu)的強(qiáng)度較高。當(dāng)熱軋板晶粒較大時(shí),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)。{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(chǔ)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(shí)剪切帶中更容易形成高斯取向的晶核,包含剪切帶的{111}〈112〉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)中高斯織構(gòu)的強(qiáng)度越高。此外,γ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γ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(shí)間等都對(duì)成品的晶粒尺寸有影響。本次試驗(yàn)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(chǔ)能越高,再結(jié)晶退火時(shí)形核點(diǎn)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(diǎn)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(duì)磁性能有顯著的影響。本次試驗(yàn)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(guò)影響成品的再結(jié)晶織構(gòu)和晶粒尺寸來(lái)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(duì)于無(wú)取向電工鋼,{100}和{110}織構(gòu)是對(duì)磁性能有利的織構(gòu),{111}和{112}織構(gòu)是不利織構(gòu)。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(duì)磁化的阻礙作用,晶界越多,磁滯損耗越大。因此,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(duì)磁性能不利的γ纖維織構(gòu)強(qiáng)度減弱,對(duì)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γ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(shí),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