不同加工工藝對(duì)取向硅鋼織構(gòu)的影響

耿旭(遼寧科技大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

不同加工工藝對(duì)取向硅鋼織構(gòu)的影響

耿旭(遼寧科技大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

取向硅鋼是一種極特殊的電工鋼，它能夠在高溫退火條件下發(fā)生二次再結(jié)晶，此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高斯織構(gòu)使取向硅鋼具有優(yōu)良磁性。取向硅鋼的織構(gòu)、微觀組織決定了它的宏觀性能，而織構(gòu)、組織又與加工工藝緊密聯(lián)系[1-2]。本文主要分析了取向硅鋼在多種工藝條件下其織構(gòu)的變化，希望對(duì)改善取向硅鋼性能有所幫助。

取向硅鋼;織構(gòu);二次再結(jié)晶;高斯晶粒;高溫退火;磁場(chǎng);冷軋;熱軋

取向硅鋼是一種硅含量在3%左右的硅鐵合金，是一種軟磁材料，廣泛應(yīng)用于電力、電子工業(yè)中，具有單一的高斯織構(gòu){110}〈001〉，沿軋向可以表現(xiàn)出高磁感、低鐵損等特性，被稱為鋼鐵行業(yè)“皇冠上的明珠”。由于高斯織構(gòu){110}〈001〉位向與鐵的單晶體易磁化方向〈100〉相近，使得取向硅鋼具有良好的鐵磁性。按照磁感大小、加工工藝，取向硅鋼被分為Hi-B(高磁感取向硅鋼)和CGO(普通取向硅鋼)。工業(yè)上一般通過(guò)三種有效途徑來(lái)提高取向硅鋼的綜合性能：提高高斯取向、細(xì)化磁疇、減薄硅鋼片厚度[3]。其中，提高高斯取向?qū)τ谔岣呷∠蚬桎摰母叽鸥行杂葹橹匾?。本文通過(guò)以不同加工工藝對(duì)織構(gòu)產(chǎn)生的影響加以綜述，對(duì)通過(guò)織構(gòu)這一途徑來(lái)改善取向硅鋼性能提供幫助。

1 取向硅鋼生產(chǎn)新工藝

不同于傳統(tǒng)的高溫工藝，低溫工藝發(fā)生初次再結(jié)晶在高溫退火的升溫階段，緩慢升溫有助于減慢晶粒長(zhǎng)大速度，同時(shí)增加二次再結(jié)晶初始溫度，有利于高斯晶核二次再結(jié)晶時(shí)充分長(zhǎng)大，形成位向準(zhǔn)確、組分強(qiáng)度高、分布密集的織構(gòu)，且它的晶粒尺寸比高溫工藝大得多，使之獲得更加優(yōu)良的磁性[4]。2011年，周順兵[5]等人發(fā)現(xiàn)熱軋板在壓下率小于80%時(shí)，幾乎所有的樣品在不同厚度處，均為{100}〈011〉旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)；在壓下率大于80%時(shí)，其織構(gòu)的類型為高斯織構(gòu)或旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)，當(dāng)為旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)時(shí)織構(gòu)強(qiáng)度差異很大，為高斯織構(gòu)時(shí)強(qiáng)度的差異較小，且織構(gòu)的強(qiáng)度不高。在壓下率高達(dá)88%時(shí)最有利于高斯織構(gòu)的形成[6]。付勇軍[7]等人發(fā)現(xiàn)增加保溫時(shí)間很有利于高斯晶粒發(fā)生異常長(zhǎng)大。在加熱到820℃脫碳退火，保溫時(shí)間從2分鐘增到6分鐘時(shí)，CGO鋼初次再結(jié)晶中的高斯晶粒相對(duì)于{111}＜110＞和{111}＜112＞晶粒尺寸逐漸增加，{111}＜110＞晶粒的含量升高，且1/8層中高斯晶粒相比于其它取向晶粒尺寸穩(wěn)定，使二次再結(jié)晶的晶粒尺寸逐步增大、磁性能逐步提高。

2009年，寧媛媛[8]發(fā)現(xiàn)異步軋制與同步軋制加工的取向硅鋼薄板的冷軋織構(gòu)組分均主要由{001}〈110〉為強(qiáng)點(diǎn)的γ織構(gòu)和α織構(gòu)組成。不過(guò)異步軋制能降低中間層和快輥側(cè)厚度層的織構(gòu)強(qiáng)度，提高γ織構(gòu)和α織構(gòu)中{111}〈112〉強(qiáng)度，降低{111}〈110〉強(qiáng)度，對(duì)于慢輥側(cè)厚度層影響較小。隨異步軋制的速比增大，α織構(gòu)中除{111}〈112〉外其他組分減弱的現(xiàn)象愈加明顯，總體上異步軋制降低了冷軋織構(gòu)強(qiáng)度。異步軋制產(chǎn)生的這些影響是因?yàn)榧羟袘?yīng)變和剪切應(yīng)變沿層厚分布特征造成的。

劉立華[9]分別給CGO與Hi-B施加脈沖磁場(chǎng)，在等溫退火工藝下，觀察初次結(jié)晶晶粒，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)退火抑制{111}〈110〉、{001}〈110〉織構(gòu)晶粒尺寸，促進(jìn){001}〈120〉織構(gòu)晶粒尺寸，高斯織構(gòu)含量較少。CGO在等時(shí)變溫磁場(chǎng)退火實(shí)驗(yàn)中，施加1T軋向脈沖磁場(chǎng)后，γ織構(gòu)中除{111}〈110〉取向外均得到加強(qiáng)。磁場(chǎng)在較低溫度下退火(710℃或720℃)會(huì)增強(qiáng){111}〈112〉，抑制{111}〈110〉，而較高溫度下(720℃或730℃)不會(huì)表現(xiàn)出對(duì){111}〈110〉的抑制。在退火過(guò)程中，給CGO鋼施加軋向磁場(chǎng)可以促進(jìn){001}〈120〉、{111}〈112〉，其中對(duì)高斯取向促進(jìn)作用最強(qiáng)，相對(duì)抑制{001}〈110〉、{111}〈110〉；施加橫向磁場(chǎng)可以促進(jìn){001}〈120〉、{111}〈110〉的形核生長(zhǎng)，抑制{001}〈110〉、{110}〈001〉和{111}〈112〉形核生長(zhǎng)；施加法向磁場(chǎng)會(huì)抑制γ織構(gòu)，促進(jìn){001}〈120〉、{001}〈110〉和{001}〈100〉。更高強(qiáng)度的磁場(chǎng)效果會(huì)更明顯。

2 結(jié)語(yǔ)

低溫工藝和增大壓下率可以使晶粒粗大，增加脫碳退火保溫時(shí)間有利于高斯晶粒異常長(zhǎng)大，這幾種工藝都可以增加取向硅鋼的磁性。異步軋制會(huì)降低冷軋織構(gòu)強(qiáng)度。磁場(chǎng)退火對(duì)取向硅鋼的織構(gòu)、晶粒尺寸均有影響，在不同條件下會(huì)同時(shí)促進(jìn)和抑制不同晶粒大小、形核生長(zhǎng)。目前，各種新工藝生產(chǎn)取向硅鋼的研究雖然很多，但國(guó)內(nèi)這方面技術(shù)并不發(fā)達(dá)，提高取向硅鋼磁感性能的方法仍然值得進(jìn)一步探索。如，通過(guò)在退火過(guò)程中外加脈沖磁場(chǎng)就是一個(gè)很好的思路，通過(guò)控制退火時(shí)間、溫度、磁場(chǎng)方向以及所施加磁場(chǎng)的大小來(lái)促進(jìn)和抑制不同取向的晶粒達(dá)到我們想要的效果。

[1]楊續(xù)躍,朱亞坤,張雷.熱變形鎂合金退火顯微組織的定量研究[J].材料研究學(xué)報(bào)，2010(02).

[2]孔祥宇,李敬,于翠翠,苑輝,劉文昌.橫軋3105鋁合金織構(gòu)演變的定量分析[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2009(11).

[3]夏強(qiáng)強(qiáng),李莉娟,劉立華,翟啟杰.取向硅鋼生產(chǎn)工藝研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2010(05):85-88.

[4]孫穎.低溫板坯加熱工藝制備取向硅鋼的研究[D].東北大學(xué),2009.

[5]周順兵,李平和,王志奮.壓下率對(duì)取向硅鋼熱軋板織構(gòu)的影響[J].電工材料,2011(04):27-31.

[6]朱煒杰,趙剛,王暢,黃杰,杜亮.冷軋壓下率對(duì)Hi-B高磁感取向硅鋼初次再結(jié)晶織構(gòu)的影響[J].特殊鋼,2015(06):53-55.

[7]付勇軍,蔣奇武,楊平,王曉達(dá),金文旭.脫碳退火保溫時(shí)間對(duì)取向硅鋼組織、織構(gòu)及磁性能的影響[J].材料熱處理學(xué)報(bào),2015,(07):157-161.

[8]寧媛媛.異步軋制取向硅鋼晶粒長(zhǎng)大過(guò)程中的再結(jié)晶織構(gòu)演變[D].東北大學(xué),2008.

[9]劉立華.脈沖磁場(chǎng)對(duì)取向硅鋼初次再結(jié)晶組織織構(gòu)的影響[D].上海大學(xué),2013.