無取向電工鋼50W600在生產(chǎn)過程中的組織和織構(gòu)演變

楊 帆，馮小明，趙和明，熊晨光，樊立峰，仇圣桃

(1.鋼鐵研究總院連鑄技術(shù)國家工程研究中心， 北京 100081； 2.新余鋼鐵集團(tuán)有限公司,新余 336510；

3.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 呼和浩特 010051)

?

無取向電工鋼50W600在生產(chǎn)過程中的組織和織構(gòu)演變

楊 帆1,2，馮小明2，趙和明2，熊晨光2，樊立峰3，仇圣桃1

(1.鋼鐵研究總院連鑄技術(shù)國家工程研究中心， 北京 100081； 2.新余鋼鐵集團(tuán)有限公司,新余 336510；

3.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 呼和浩特 010051)

摘要：在實驗室對現(xiàn)場生產(chǎn)的熱軋無取向電工鋼50W600進(jìn)行冷軋和退火處理，研究了熱軋、冷軋、退火鋼板的顯微組織和織構(gòu)演變。結(jié)果表明：熱軋板表層至1/4層為等軸晶的再結(jié)晶組織，中心層的大部分晶粒發(fā)生了再結(jié)晶，表層織構(gòu)主要為黃銅與銅型織構(gòu)，1/4層為高斯織構(gòu)與α纖維織構(gòu)，中心層主要為較強(qiáng)的α纖維織構(gòu)；冷軋板為纖維狀組織，主要為α纖維織構(gòu)和γ纖維織構(gòu)；退火板為再結(jié)晶組織，平均晶粒尺寸為53 μm，主要為γ纖維織構(gòu)。

關(guān)鍵詞：無取向電工鋼；顯微組織；織構(gòu)

0引言

電工鋼已有近百年的發(fā)展歷史，主要用于制造各種電機(jī)、變壓器、鎮(zhèn)流器鐵芯以及其它電器元件，是電力、電子和軍工行業(yè)不可缺少的重要軟磁合金，亦是重要的節(jié)能、功能材料[1-3]。

電工鋼具有晶界處點陣崎變、晶粒缺陷多、內(nèi)應(yīng)力大等特點，故而在其磁化過程中疇壁在晶界處移動需要更多的能量，而且晶界越多，磁滯損耗和矯頑力就越大。隨著晶粒長大，晶界數(shù)量減少，疇壁移動的阻力減小，磁滯損耗降低，鐵損降低，因此無取向電工鋼的性能與其晶粒尺寸密切相關(guān)。另外，無取向電工鋼的電磁性能與其組織、織構(gòu)密切相關(guān)，織構(gòu)分布及各組分的強(qiáng)度對它的磁性能具有顯著影響。如何控制{100}、{110}、{111}及{112}織構(gòu)的強(qiáng)度，使{100}面織構(gòu)占優(yōu)，從而提高電工鋼的磁性能，是目前工業(yè)生產(chǎn)和新產(chǎn)品開發(fā)的首要追求目標(biāo)[4]，因此對織構(gòu)形成及演變規(guī)律的研究成為了熱點問題[5-7]。仇圣桃等對無取向電工鋼的組織、織構(gòu)演變開展了大量研究[8-10]，總結(jié)出了織構(gòu)的演變特點及規(guī)律。為了進(jìn)一步明確織構(gòu)演變特性，作者在實驗室對工業(yè)化生產(chǎn)的無取向電工鋼50W600進(jìn)行冷軋及退火處理，分析了其顯微組織和織構(gòu)的演變特點，為冷軋無取向電工鋼的開發(fā)和生產(chǎn)提供參考。

1試樣制備與試驗方法

試驗材料取自某鋼廠生產(chǎn)的電工鋼50W600熱軋板。該熱軋板的生產(chǎn)路線為:鐵液脫硫→頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼→真空精煉→連鑄→熱連軋。鑄坯經(jīng)1 150 ℃均熱后進(jìn)入熱連軋，熱軋板厚度為2.5 mm，卷取溫度為650 ℃。試驗鋼的化學(xué)成分見表1。

表1　試驗鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

后續(xù)的冷軋及退火處理在實驗室完成，熱軋板經(jīng)一次冷軋軋至厚度為0.5 mm，然后進(jìn)行900 ℃×5 min的退火處理。采用磁性能測量儀進(jìn)行檢測，測得鐵損為4.1 W·kg-1，磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.74 T。

沿?zé)彳埌宓暮穸确较蜻M(jìn)行連續(xù)觀察，以得到整個厚度方向的組織形貌，最后利用SISC IAS V8.0金相圖像分析軟件計算平均晶粒尺寸。

采用線切割將不同工序段的試樣制成表面尺寸為10 mm(橫向)×15 mm(軋向)的試樣，冷鑲并依次經(jīng)150#、320#、600#、1000#砂紙水磨后拋光至鏡面；然后采用體積分?jǐn)?shù)為10%的硝酸酒精溶液腐蝕10 s，最后用水沖洗并吹干;采用ZEISS-200MAT型光學(xué)顯微鏡觀察顯微組織。

對不同工序的試樣進(jìn)行織構(gòu)檢測，試樣的表面尺寸均為10 mm×15 mm(TD×RD)，依次經(jīng)150#、320#、600#、800#、1000#、1500#、2000#砂紙水磨，之后機(jī)械拋光至表面無劃痕、污點，呈光亮鏡面；然后采用體積分?jǐn)?shù)10%的硝酸酒精溶液去除加工硬化層，沖洗并吹干。采用帶有EDAX OIM型電子背散射衍射(EBSD)系統(tǒng)的ZEISS SUPRA 55VP型掃描電子顯微鏡進(jìn)行織構(gòu)觀察，每個試樣選擇3個區(qū)域，并使用CHANNEL5軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)Bunge(φ1,Ф,φ2)符號系統(tǒng)計算出ODF截面圖，將φ2=45°的截面圖和織構(gòu)強(qiáng)度放大繪出。

2試驗結(jié)果與討論

2.1　顯微組織演變

由圖1可見，50W600鋼熱軋板的顯微組織大部分為等軸狀鐵素體，從邊部至中心，晶粒的尺寸和分布狀態(tài)具有一定差異；邊部晶粒主要為鐵素體等軸晶，平均尺寸約為39.66 μm，呈不規(guī)則的多邊形；約1/4厚度截面處的晶粒有所長大，尺寸約為43.50 μm，仍以不規(guī)則多邊形為主；中心處的大部分晶粒發(fā)生了再結(jié)晶，有少量拉長的纖維狀組織，平均晶粒尺寸進(jìn)一步增大，可達(dá)到55 μm以上。

圖1　熱軋板的顯微組織Fig.1　Microstructure of hot rolled strip:(a) parallel to therolling direction and (b) perpendicular to the rolling direction

圖2　冷軋板的顯微組織Fig.2　Microstructure of cold rolled strip

由圖2可見，熱軋板經(jīng)冷軋后,原來的再結(jié)晶與形變組織轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆珱]有再結(jié)晶的沿軋向伸長的纖維狀組織。

由圖3可見，冷軋板退火后，纖維狀組織轉(zhuǎn)變?yōu)樵俳Y(jié)晶組織，平均晶粒尺寸為53 μm。

圖3　退火板的顯微組織Fig.3　Microstructure of annealed strip

2.2　織構(gòu)演變

圖4　熱軋板不同厚度處φ2=45°織構(gòu)的ODF圖Fig.4　ODFs of φ2=45° section of hot rolled strip: (a)surface layer; (b) 1/4 layer and (c) center layer

圖5　冷軋板φ2=45°織構(gòu)的ODF圖Fig.5　ODF of φ2=45° section of cold rolled strip

圖6　退火板φ2=45°織構(gòu)的ODF圖Fig.6　ODF of φ2=45° section of annealed strip

由圖6可見，冷軋板退火后，織構(gòu)組分主要為γ纖維織構(gòu)、少量立方織構(gòu)和高斯織構(gòu)，織構(gòu)的最強(qiáng)峰出現(xiàn)在{111}〈110〉～{111}〈112〉之間，強(qiáng)度可達(dá)4.670。

2.3　討　論

在生產(chǎn)過程中，由于連鑄坯在加熱、熱軋過程中表面脫碳，表層碳含量降低，導(dǎo)致熱軋板表層為完全鐵素體區(qū)；同時在熱軋過程中，鋼板的剪切變形沿厚度方向不均勻分布，熱軋板表層和1/4層在熱軋過程中發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，而中心層還存在少量的塑性變形。因此，表層和1/4層的織構(gòu)強(qiáng)度較弱，而中心層的較強(qiáng)。由于在熱軋過程中，熱軋板表層發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，形成高斯取向的晶粒受到軋制力的作用，沿ND和RD方向旋轉(zhuǎn)，形成黃銅和銅型織構(gòu)。因此，最終熱軋板表層黃銅織構(gòu)的強(qiáng)度較銅型織構(gòu)的高。熱軋板1/4層出現(xiàn)了再結(jié)晶晶粒和軋制形變晶粒的混合組織，剪切力從表層到1/4層逐漸減弱，動態(tài)再結(jié)晶形成的高斯取向的晶粒沒有旋轉(zhuǎn)成為銅型和黃銅取向，最終導(dǎo)致熱軋板1/4層出現(xiàn)高斯織構(gòu)和α纖維織構(gòu)共存。熱軋板中心層在熱軋過程中幾乎只受到壓應(yīng)力的作用，而且沒有發(fā)生完全動態(tài)再結(jié)晶，還存在熱軋形變組織，故而最終形成很強(qiáng)的α纖維織構(gòu)。

冷軋過程中的溫度低，難以發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，從而導(dǎo)致冷軋板組織為沿軋向伸長的纖維狀組織；在冷軋過程中，晶粒趨于向穩(wěn)定取向轉(zhuǎn)動，形成兩類纖維織構(gòu)：〈110〉∥RD的α纖維織構(gòu)和〈111〉∥ND的γ纖維織構(gòu)。

退火后的組織發(fā)生了完全再結(jié)晶，不同取向的晶粒儲能不同，因此晶粒的長大趨勢不同。由于{100}〈110〉晶粒最易滑移，位錯密度最低，儲能低，最難發(fā)生再結(jié)晶，而{111}晶粒比{100}晶粒的儲能高，所以{111}晶粒優(yōu)先形核和長大，故而退火板中{111}γ纖維織構(gòu)最強(qiáng)。

3結(jié)論

(1) 熱軋板表層至1/4層為等軸晶的再結(jié)晶組織，中心層大部分晶粒發(fā)生了再結(jié)晶；表層主要為黃銅織構(gòu)與銅型織構(gòu)，1/4層為高斯織構(gòu)與α纖維織構(gòu)，中心層主要為α纖維織構(gòu)。

(2) 冷軋板為未再結(jié)晶的纖維狀組織，主要織構(gòu)為α纖維織構(gòu)與γ纖維織構(gòu)，冷軋板織構(gòu)最強(qiáng)峰出現(xiàn)在{223}〈110〉附近，強(qiáng)度可達(dá)4.340。

(3) 退火板為再結(jié)晶組織，平均晶粒尺寸53 μm，主要織構(gòu)為{111}γ纖維織構(gòu)，織構(gòu)最強(qiáng)峰出現(xiàn)在{111}〈110〉～{111}〈112〉，強(qiáng)度可達(dá)4.670。

參考文獻(xiàn):

[1]何忠治. 電工鋼的現(xiàn)狀與展望[J] . 中國冶金, 2001, 53 (4):14-16.

[3]TAKASHIMA M, KOMATSUBARA M, MORITO N.{001}〈210〉 texture development by two-stage method innon-oriented electrical steel cold rolling [J].ISIJ International,1997,37(12):1263-1268.

[4]金自立，任慧平，王玉峰，等.無取向電工鋼冷軋及退火織構(gòu)的演變[J].鋼鐵，2007,42(1)：63-66.

[5]TOMIDA T. A new process to develop (100) texture in silicon steel sheets[J].Journal of Materials Engineering and Performance,1996,5(6):316-322.

[6]PARK J T,SZPUNAR J A. Effect of heating rate on the development of annealing texture in non-oriented electrical steels[J]. ISIJ International,2003,43(10):1611-1614.

[7]PARK J T, SZPUNAR J A. Texture development during grain growth in non-oriented electrical steels [J]. ISIJ International,2005,45(5):743-749.

[8]潘振東，項利，張晨，等，高強(qiáng)度無取向電工鋼的研究進(jìn)展[J].機(jī)械工程材料，2014,38(4)：7-15.

[9]羅翔，項利，仇圣桃，等.稀土鈰含量對1.2%Si無取向電工鋼組織、織構(gòu)及磁性能的影響[J].機(jī)械工程材料，2014，38(1)：6-11.

Microstructure and Texture Evolution of Non-oriented Electrical Steel

50W600 during Processing

YANG Fan1,2，F(xiàn)ENG Xiao-ming2，ZHAO He-ming2，XIONG Chen-guang2，F(xiàn)AN Li-feng3，QIU Sheng-tao1

(1.National Engineering Research Center of Continuous Casting Technology, Central Iron and Steel Research Institute,

Beijing 100081, China；2.Xinyu Iron & Steel Co. Ltd., Xinyu 336501, China；

3.School of Materials Science and Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China)

Abstract:The cold-rolling and annealing treatments of non-oriented electrical steel 50W600 were carried out in laboratory, and the microstructure and texture evolution of hot rolled strip,cold rolled strip and annealed strip were studied. The results show that the surface layer and 1/4 (transition) layer of hot rolled strip owned a equiaxed recrystallized microstructure，and the core layer was dynamic recrystallization grains. Brass texture and copper texture were the main textures in the surface layer of the hot rolled strip, while the Goss texture and α-fibre texture were the main textures in the transaction layer，and the α-fibre was the main texture in the core layer. The microstructure of cold rolled strip was fibrous， and α-fibre texture and γ-fibre texture were the main textures. The annealed strip had the recrystallization microstructure with the average grain size of 53 μm，and the γ-fibre texture was the main texture.

Key words:non-oriented electrical steel; microstructure; texture

中圖分類號：TG142.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-3738(2015)10-0025-04

通訊作者:樊立峰講師

作者簡介：楊帆(1983-),女,江西新余人,博士研究生。

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(50934009);內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金資助項目(2015BS0508)

收稿日期:2014-08-14；

修訂日期:2015-04-18

DOI:10.11973/jxgccl201510006

導(dǎo)師:仇圣桃教授