熱軋板厚度對(duì)高牌號(hào)無取向硅鋼磁性能的影響

摘要：基于高牌號(hào)無取向硅鋼現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，將相同爐次的連鑄板坯熱軋至不同厚度（2.1，2.3，2.6 mm）的板卷，經(jīng)?；鶡峁に囌{(diào)控，獲得晶粒較為均勻的?；褰M織，再經(jīng)85.7%～88.5%壓下率冷軋，得到相同厚度（0.3 mm）的冷軋板，最終采用相同的退火工藝得到退火板；結(jié)合組織、織構(gòu)和磁性能的相關(guān)檢測(cè)分析，研究熱軋板增厚對(duì)高牌號(hào)無取向硅鋼產(chǎn)品磁性能的影響。結(jié)果表明：隨高牌號(hào)無取向硅鋼熱軋板厚度的增加（在2.1～2.6 mm范圍，即冷軋壓下率降低），退火板組織中{111}晶粒占比提高，γ纖維織構(gòu)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，織構(gòu)發(fā)生惡化；隨熱軋板厚度的增加，磁性能中鐵損P1.0/400線性增加，磁感強(qiáng)度B50線性降低。熱軋板厚度由2.1 mm增至2.3 mm時(shí)，P1.0/400平均惡化0.20 W/kg，P1.5/50平均惡化0.04 W/kg，B50平均惡化0.005 T；熱軋板厚度由2.3 mm增至2.6 mm時(shí)，P1.0/400平均惡化0.24 W/kg，P1.5/50平均惡化0.04 W/kg，B50平均惡化0.009 T。

關(guān)鍵詞：厚度；高牌號(hào)無取向硅鋼；織構(gòu)；磁性能；熱軋板；新能源汽車

中圖分類號(hào)：TG 142.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.12415/j.issn.1671?7872.24048

文章編號(hào)：1671-7872（2024）04-0450-07

Effect of Hot-rolled Plate Thickness on Magnetic Properties of High Grade Non-oriented Silicon Steel

ZHU Yuxiu1，2，ZHANG Jianfa2，LIU Shide2，ZHANG Baolei2，XIANG Li1，LI Zelin2，XU Houjun2

（1.School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China;2.Shougang Zhixin Qian'an Electromagnetic Materials Co.，Ltd，Qian′an 064400，China）

Abstract：Based on the on-site production test of high grade non-oriented silicon steel，continuous casting slabs of the same furnace were hot-rolled to coils of different thicknesses（2.1，2.3，2.6 mm），and then subjected to regular homogenization process control to obtain a normalized plate structure with relatively uniform grains.After cold rolling at a reduction rate of 85.7%to 88.5%，cold-rolled plates with the same thickness of 0.3 mm were obtained.Finally，annealed plates were obtained using the same annealing process.By combining relevant testing and analysis of organization，texture，and magnetic properties，the influence of hot-rolled plate thickening on the magnetic properties of high grade non-oriented silicon steel product was studied.The results show that as the thickness of hot-rolled plate of high grade non-oriented silicon steel increases（in the range of 2.1–2.6 mm，i.e.，the cold rolling reduction rate decreases），the proportion of{111}grain in the annealed plate structure increases，the strength of theγfiber texture gradually increases，and the texture deteriorates.As the thickness of the hot-rolled plate increases，the iron loss P1.0/400 in the magnetic properties linearly increases，while the magnetic induction intensity B50 linearly decreases.When the thickness of hot-rolled plate increases from 2.1 mm to 2.3 mm，the average deterioration ofP1.0/400 is 0.20 W/kg，P1.5/50 is 0.04 W/kg，and the average deterioration of B50 is 0.005 T.When the thickness of hot-rolled plate increases from 2.3 mm to 2.6 mm，the average deterioration of P1.0/400 is 0.24 W/kg，P1.5/50 is 0.04 W/kg，and the average deterioration of B50 is 0.009 T.

Keywords：thickness;high grade non-oriented silicon steel;texture;magnetic properties;hot-rolled plate;new energy vehicles

硅鋼是1種含硅量為0.5%～4.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的碳硅鐵合金材料，根據(jù)硅鋼中晶粒排列方式和晶體取向聚集程度，可分為無取向硅鋼和取向硅鋼。取向硅鋼的晶粒在軋制方向朝向一致，在此方向具有優(yōu)異的磁感應(yīng)強(qiáng)度，適用于靜止器領(lǐng)域，如各種類型的變壓器；無取向硅鋼內(nèi)部的晶粒朝向各不相同，盡管在軋制方向上的磁感強(qiáng)度弱于取向硅鋼，但在各個(gè)方向都具有良好的磁感強(qiáng)度，適用于轉(zhuǎn)動(dòng)器領(lǐng)域，如工業(yè)電機(jī)、新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)、各類家電的電機(jī)等。對(duì)于無取向硅鋼，按照材料的鐵損性能，一般將鐵損P1.5/50≤4.00 W/kg（對(duì)應(yīng)牌號(hào)400及以下）的無取向硅鋼稱為高牌號(hào)無取向硅鋼，其余為中低牌號(hào)無取向硅鋼。當(dāng)前，我國新能源產(chǎn)業(yè)正快速發(fā)展，無取向硅鋼因其良好的軟磁性能和加工性能而成為理想的鐵芯材料。隨著國家能效標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，高牌號(hào)無取向硅鋼因具有更低鐵損、更高強(qiáng)度的特性，市場(chǎng)對(duì)其需求直線上升。近年，我國以寶鋼、太鋼為代表的硅鋼制造企業(yè)陸續(xù)展開了退火線的改造，將低牌號(hào)無取向退火產(chǎn)線改造升級(jí)為高牌號(hào)無取向退火產(chǎn)線，但這也造成了?；ば虍a(chǎn)能的不足，增加熱軋板厚度是1種解決?；a(chǎn)能不足的方案。因此，研究熱軋板厚度對(duì)高牌號(hào)無取向硅鋼磁性能的影響及其機(jī)理，對(duì)于調(diào)整優(yōu)化升級(jí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提升新能源汽車用無取向硅鋼的生產(chǎn)效能和產(chǎn)品性能具有重大意義。

目前對(duì)于無取向硅鋼冷軋壓下率的研究大多圍繞相同熱軋板厚度與成品厚度不同開展的[?]。吳碩等采用相同的?；遘堉?.25～0.30 mm厚度的冷軋板，研究其變形與退火后的組織及性能，結(jié)果表明：隨壓下率增大，退火后{111}面織構(gòu)增多、{001}面織構(gòu)減少，磁感各向異性增加，鐵損下降；林緩等]將2.30 mm厚度的?；謇滠堉梁穸葹?.30～0.65 mm的成品板，研究冷軋壓下率（71.7%～87.0%）對(duì)高牌號(hào)無取向硅鋼組織、織構(gòu)、磁性能和力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：當(dāng)冷軋壓下率增加時(shí)，高牌號(hào)無取向硅鋼磁感及鐵損迅速下降，退火板立方織構(gòu)和高斯織構(gòu)強(qiáng)度減弱，γ纖維織構(gòu)增加，α纖維織構(gòu)偏轉(zhuǎn)形成較強(qiáng)的α*纖維織構(gòu)；彭宇凡等、儲(chǔ)雙杰等研究發(fā)現(xiàn)，隨冷軋壓下率增大，λ再結(jié)晶織構(gòu)逐漸增強(qiáng)，η纖維織構(gòu)強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱，γ纖維織構(gòu)強(qiáng)度先減弱后增強(qiáng)，α纖維織構(gòu)強(qiáng)度稍有弱化；李長(zhǎng)一等]研究發(fā)現(xiàn)，冷軋壓下率影響各位向儲(chǔ)能的大小，從而影響再結(jié)晶織構(gòu)的強(qiáng)度。在?；に嚪矫?，姚海東等研究發(fā)現(xiàn)，隨常化溫度提高，常化板平均晶粒與成品板平均晶粒尺寸均增大，鐵損得到優(yōu)化；蔣鵬等]研究發(fā)現(xiàn)，?；に嚳商岣呓M織均勻性、降低γ纖維織構(gòu)強(qiáng)度?，F(xiàn)有研究對(duì)于冷軋壓下率對(duì)高牌號(hào)無取向硅鋼組織、織構(gòu)的影響規(guī)律是清晰的。但是不同成品厚度的硅鋼其本身對(duì)鐵損、磁感存在顯著影響[?]，壓下率對(duì)磁性能的影響規(guī)律中難以剝離退火板厚度的影響，因而現(xiàn)有的研究結(jié)論難以準(zhǔn)確評(píng)估壓下率對(duì)成品磁性能的影響，不適用于不同熱軋板厚度、相同成品厚度引起的冷軋壓下率變化對(duì)成品磁性能影響的情況。鑒于此，針對(duì)某硅鋼制造企業(yè)生產(chǎn)的同爐次高牌號(hào)無取向硅鋼，通過調(diào)控?zé)彳埌搴穸取⒊；ば蚓鶡釙r(shí)間，研究熱軋板厚度（相應(yīng)的冷軋壓下率）對(duì)成品磁性能的影響，以期為能效升級(jí)背景下通過熱軋板厚度調(diào)整提高?；a(chǎn)能的選擇方案提供理論指導(dǎo)，同時(shí)彌補(bǔ)以往研究中難以準(zhǔn)確評(píng)估壓下率對(duì)成品磁性能影響的不足。

1實(shí)驗(yàn)材料及方法

選取某硅鋼制造企業(yè)同爐次高牌號(hào)無取向硅鋼板坯，其合金元素成分見。同爐次高牌號(hào)無取向硅鋼板坯經(jīng)熱軋軋制為3種厚度（2.1，2.3，2.6 mm）的熱軋板各3卷，在960℃下分別進(jìn)行80，88，100 s的?；笏嵯矗唤?jīng)85.7%，87.0%，88.5%軋制壓下率冷軋，得到0.3 mm厚度的冷軋板；在連續(xù)退火生產(chǎn)線經(jīng)950～1 050℃下均熱20～40 s的工藝退火，最終得到成品板，其生產(chǎn)工藝流程如。

采用光學(xué)顯微鏡（CARL ZEISS Axio Observer D1m型）觀察、測(cè)量統(tǒng)計(jì)?；寰Я３叽纾ú捎媒鼐€法），采用掃描電鏡（ZEISS場(chǎng)發(fā)射SUPRA55型）、電子背散射衍射技術(shù)（electron back-scattered diffraction，EBSD）分析退火板晶粒尺寸、織構(gòu)（退火板1/4層位置）及主要位向（設(shè)置最大偏離角為15°）晶粒所占的比例。將3種不同熱軋板的退火板切割為尺寸30 mm×300 mm縱橫向各12片的樣品，根據(jù)GB/T 3655—2022，采用交流磁性測(cè)量?jī)x（Brockhaus MPG 100D AC型）測(cè)量成品板的磁感應(yīng)強(qiáng)度B50（磁場(chǎng)強(qiáng)度為5 000 A/m時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度）、鐵損P1.0/400（400 Hz下，磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.0 T時(shí)的損耗）和P1.5/50（50 Hz下，磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.5 T時(shí)的損耗），并計(jì)算每種厚度熱軋板對(duì)應(yīng)成品板磁性能指標(biāo)的平均值。

2結(jié)果與討論

2.1?；M織特征

對(duì)同一爐次無取向硅鋼的板坯進(jìn)行熱軋，得到2.1，2.3，2.6 mm厚度的熱軋板，再分別經(jīng)過960℃（80，88，100 s）?；鶡岷蟮玫降某；褰M織如，不同?；に囅鲁；宓钠骄Я３叽缫姳?。

綜合看出：不同厚度熱軋板?；蟮木Я谋韺拥叫牟?，晶粒尺寸較為均勻，平均尺寸分別為146，145，148μm。由常化后晶粒的平均尺寸和均勻程度相似可知，文中選用的不同厚度熱軋板?；^程的均熱時(shí)間合適，該常化處理可為后續(xù)冷軋和退火提供組織相似的不同厚度?；鍢悠?。對(duì)于高牌號(hào)無取向硅鋼，鑄坯經(jīng)熱軋后，鋼板組織沿厚度方向會(huì)存在明顯的不均勻，表層為細(xì)小的再結(jié)晶組織、中心為形變組織。?；^程中通過熱處理提供的驅(qū)動(dòng)力可使熱軋板發(fā)生再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大，從而實(shí)現(xiàn)組織均勻化。因此，文中實(shí)驗(yàn)過程中，通過對(duì)不同厚度的熱軋板進(jìn)行常化均熱時(shí)間調(diào)控，可得到平均晶粒尺寸相似的常化板。

2.2退火板組織及織構(gòu)特征

不同厚度常化板樣品經(jīng)不同壓下率冷軋和相同工藝退火處理后得到相同厚度的退火板，其組織和織構(gòu)（EBSD檢測(cè)分析）如，晶粒平均尺寸和不同位向晶粒占比（設(shè)置最大偏角為15°）見表3。

綜合圖3和表3可見：熱軋板厚度不同的條件下，得到的退火板組織差異不明顯，織構(gòu)有一定的差異；厚度為2.1，2.3，2.6 mm的熱軋板，對(duì)應(yīng)退火板組織均為均勻的等軸晶粒，平均晶粒尺寸分別為94，95，92μm，大小基本相同。由此可見，熱軋板厚度增加（2.1～2.6 mm）與冷軋壓下率下降（從88.5%降至85.7%）對(duì)退火板晶粒尺寸未產(chǎn)生顯著影響。

圖4為不同厚度熱軋板對(duì)應(yīng)退火板1/4層取向分布函數(shù)φ2=45°的截面圖。φ1，φ2，Φ為Roe符號(hào)系統(tǒng)中表示樣品坐標(biāo)系的歐拉角，其中φ1，φ2為繞軋制面法向（normal direction，ND）轉(zhuǎn)的角度；Φ為繞軋制方向（rolling direction，RD）轉(zhuǎn)的角度。

由圖4可看出：退火板中的主要織構(gòu)類型有α*纖維織構(gòu)、γ纖維織構(gòu)以及{001}lt;120gt;織構(gòu)，厚度為2.1 mm時(shí)，α*纖維織構(gòu)強(qiáng)度高點(diǎn)為{114}lt;481gt;，強(qiáng)度為7.0；隨厚度的提高，α*纖維織構(gòu)強(qiáng)度高點(diǎn)沿α*取向線逐漸向γ線偏移，且γ取向線上的織構(gòu)強(qiáng)度逐步增強(qiáng)；λ取向線上的主要織構(gòu)類型為{001}lt;120gt;，{001}lt;120gt;織構(gòu)在熱軋板厚度為2.1 mm時(shí)強(qiáng)度最高（4.7），在熱軋板厚度為2.3 mm時(shí)強(qiáng)度最低（3.6）。

綜合圖3～4可知：隨熱軋板厚度增加（2.1～2.6 mm），退火板中的{111}晶粒（晶粒）數(shù)量明顯增多，占比從23.3%增至32.9%，提高了9.6%；退火板中占比最高的{112}晶粒略有提高，從45.5%增至49.2%，提高了3.7%；占比最低的{110}晶粒略有降低，從4.5%降至3.0%，降低了1.5%。熱軋板厚度為2.3 mm時(shí)，退火板中的{100}晶粒占比最高，為19.9%；熱軋板厚度為2.1，2.6 mm時(shí)，{100}晶粒占比基本相當(dāng)。

退火后鋼中再結(jié)晶織構(gòu)的形成與發(fā)展與相應(yīng)形變織構(gòu)組分含量有關(guān)，但更多地取決于形變織構(gòu)組分的應(yīng)變儲(chǔ)能[?]。再結(jié)晶形核時(shí)晶核的取向特征以及能夠長(zhǎng)大的晶核取向決定再結(jié)晶織構(gòu)的類型。無取向硅鋼生產(chǎn)絕大部分采用一次冷軋工藝（大壓下率）生產(chǎn)，冷軋壓下率一般為75%～95%，冷軋后易獲得α（lt;110gt;//RD）纖維織構(gòu)和完整的γ（lt;111gt;//RD）纖維織構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)中?；謇滠垑合侣试?5.7%～88.5%范圍，冷軋形變織構(gòu)主要由α纖維和γ纖維織構(gòu)組成。鋼板在軋制過程中，隨著冷軋壓下率的增加，α纖維織構(gòu)及γ纖維織構(gòu)的強(qiáng)度增強(qiáng)；冷軋板在退火過程中，退火組織具有遺傳性，由于γ取向晶粒具有最高的儲(chǔ)存能以及γ再結(jié)晶晶粒定向形核，在冷軋板最終退火過程中γ變形晶粒率先發(fā)生再結(jié)晶，并且具有尺寸和數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)]。因此，熱軋板厚度由2.1 mm提高到2.3，2.6 mm，退火板{112}和{111}面織構(gòu)占比提高。

2.3產(chǎn)品磁性能

3種厚度熱軋板（2.1，2.3，2.6 mm）對(duì)應(yīng)成品板的磁性能見，熱軋板厚度與成品板的磁性能（B50，P1.0/400和P1.5/50）關(guān)系如圖5。

由表4和圖5可知：熱軋板厚度在2.1，2.3，2.6 mm時(shí)，3個(gè)厚度熱軋板對(duì)應(yīng)成品板的磁性能均較為穩(wěn)定，波動(dòng)較小，B50波動(dòng)≤0.003 T，P1.5/50波動(dòng)≤0.03 W/kg，P1.0/400波動(dòng)≤0.16 W/kg；熱軋板厚度在2.1～2.6 mm范圍，隨熱軋板厚度的增加，成品板的B50逐漸降低（均值從1.678 T降至1.664 T，總的降幅為0.014 T），P1.0/400和P1.5/50逐漸增加（均值分別從14.02 W/kg增至14.46 W/kg，2.09 W/kg增至2.17 W/kg，總的增幅分別為0.04，0.08 W/kg）。不論是在磁感方面，還是在鐵損方面，熱軋板厚度的增加均惡化了成品板的磁性能。

在高牌號(hào)無取向硅鋼生產(chǎn)的過程中，織構(gòu)是影響成品板磁感和鐵損的主要因素之一[?]。{100}晶面存在2個(gè)易磁化lt;001gt;軸，{110}晶面存在1個(gè)易磁化軸，而{111}晶面無易磁化軸[?]，增加對(duì)磁性能有利的{100}和{110}面織構(gòu)可在提升磁感應(yīng)強(qiáng)度的同時(shí)降低磁滯損耗。因此，對(duì)成品板織構(gòu)的控制目標(biāo)是，在最終退火后鋼中應(yīng)盡量減少對(duì)磁性能不利的{111}織構(gòu)晶粒，同時(shí)增加對(duì)磁性能有利的{100}和{110}織構(gòu)晶粒。

織構(gòu)受生產(chǎn)工藝的影響較大，冷軋時(shí)主要通過壓下率的變化使形變組織和織構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而影響成品板退火時(shí)再結(jié)晶織構(gòu)的形成與發(fā)展（退火時(shí)冷軋組織需經(jīng)歷回復(fù)、再結(jié)晶形核和晶粒長(zhǎng)大）[?]。由成品板磁性能結(jié)果可知，熱軋板厚度增加帶來的冷軋壓下率增加，會(huì)惡化成品板的磁性能。這是由于在退火后晶粒尺寸基本相同的情況下，退火板中的織構(gòu)不同會(huì)引起成品板磁性能的變化。隨熱軋板厚度的增加（由2.1 mm增至2.3 mm），在退火板中的不利織構(gòu)（γ纖維織構(gòu)）強(qiáng)度增強(qiáng)和有利織構(gòu)（{001}lt;120gt;織構(gòu)）強(qiáng)度減小的雙重作用下，成品板磁性能發(fā)生了惡化。熱軋板厚度由2.1 mm增至2.3 mm，γ纖維織構(gòu)強(qiáng)度提高不大，但是對(duì)磁性能有利的{001}lt;120gt;織構(gòu)強(qiáng)度明顯降低，鐵損P1.5/50惡化比例為1.8%，P1.0/400惡化比例為1.4%，磁感強(qiáng)度B50惡化比例為0.3%；熱軋板厚度由2.3 mm增加至2.6 mm，γ纖維織構(gòu)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，鐵損P1.5/50惡化比例為1.9%，P1.0/400惡化比例為1.7%，磁感強(qiáng)度B50惡化比例為0.6%。

3結(jié)論

1）將同爐次高牌號(hào)無取向硅鋼軋制為不同厚度（2.1，2.3，2.6 mm）的熱軋板，經(jīng)常化工序均熱時(shí)間調(diào)控，可得到平均晶粒尺寸相似的?；?；再經(jīng)85.7%～88.5%壓下率軋制至相同厚度（0.3 mm）的冷軋板，采用相同的退火工藝得到成品退火板，熱軋板厚度增加對(duì)退火板晶粒尺寸未產(chǎn)生顯著影響。

2）熱軋板厚度在2.1～2.6 mm范圍，隨熱軋板厚度增加，在最大偏離角為15°的情況下，退火板中{112}和{111}面織構(gòu)晶粒占比提高，{111}晶粒占比從23.3%增至32.9%；{112}晶粒占比略有提高，從45.5%增至49.2%。熱軋板厚度為2.3 mm時(shí)，退火板中的{100}晶粒占比最高，為19.9%。隨冷軋壓下率的增加，退火板組織中{111}晶粒占比提高，γ纖維織構(gòu)逐漸增強(qiáng)，織構(gòu)發(fā)生惡化。

3）熱軋板厚度在2.1～2.6 mm范圍，隨熱軋板厚度增加，成品板的鐵損P1.0/400線性增加、磁感強(qiáng)度B50線性降低。熱軋板厚度由2.1 mm增至2.3 mm，P1.0/400平均惡化0.20 W/kg，P1.5/50平均惡化0.04 W/kg，B50平均惡化0.005 T；熱軋板厚度由2.3 mm增至2.6 mm，P1.0/400平均惡化0.24 W/kg，P1.5/50平均惡化0.04 W/kg，B50平均惡化0.009 T。

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