( 新余) 冷軋新材料技術(shù)有限公司現(xiàn)主要生產(chǎn)冷軋無取向電工鋼，中牌號高磁感產(chǎn)品主要生產(chǎn)工藝流程如下:鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐冶煉—ＲH真空處理—連鑄—熱連軋—常化、酸洗—冷軋—連續(xù)脫碳退火爐退火、涂層。常化可使熱軋板晶粒粗大且均勻，促進(jìn) MnS 和 AlN 等析出物聚集粗化，提高成品的{110}和{100} 織構(gòu)組分，降低{111} 織構(gòu)組分，達(dá)到提高電磁性能特別是磁感應(yīng)強(qiáng)度的目的。熱軋板晶粒粗化能改善成品織構(gòu)是由于冷軋前晶粒較大時，冷軋組織中剪切帶增多，并且再結(jié)晶退火時，剪切帶中更容易形成{110}和{100} 取向的晶核，所以成品中{110} 和{ 100} 織構(gòu)組分增加。
1 試驗(yàn)方案
試驗(yàn)的主要目的是對比常化熱處理與未常化對50W470 牌號鋼卷以及常化后的50W470 牌號鋼卷經(jīng)冷軋軋成 0．5 mm 與 0．35 mm 鋼卷再經(jīng)退火生產(chǎn)后的性能、力學(xué)等指標(biāo)情況，分析常化以及軋制工藝影響中牌號冷軋無取向電工鋼電磁性能的機(jī)理。
1．1 試樣成分
電工鋼的牌號不同，化學(xué)成分也不同，試驗(yàn)用熱軋卷 牌 號 為XG470WＲ，0．5 mm 成 品 牌 號 為50W470，0．35 mm 成品牌號為 35W440，經(jīng)常化的牌號前加 G 表示。熱軋卷的化學(xué)成分見表 1。
1．2 常化工藝
常化可以有效提高無取向電工鋼成品磁性能，同時還可以明顯改善成品鋼卷的表面質(zhì)量，有利于消除或減少冷軋無取向電工鋼由于高硅引起的瓦楞狀缺陷。因此，常化在冷軋無取向電工鋼的生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。中冶新材常化機(jī)組為生產(chǎn)中高牌號無取向硅鋼的連續(xù)臥式機(jī)組，常化主要是均勻組織并使晶粒長大，降低成品退火時的形核率，使成品晶粒尺寸增大，同時可以提高成品中的GOSS 組分，降低 γ 組分，從而提高磁性能。生產(chǎn)中，50W470牌號的常化工藝溫度為 900 ～ 930 ℃，工藝速度為 25m / min，常化后鋼卷再經(jīng)拋丸酸洗去除表面氧化鐵皮。
表 1 熱軋卷的化學(xué)成分
1．3 冷軋工藝
冷軋過程中，材料在外加應(yīng)力場的作用下發(fā)生塑性變形，晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，使得大多數(shù)的晶粒都聚集到某些晶粒取向來，形成冷軋織構(gòu)。在冷軋過程中，主要形成兩類纖維織構(gòu):α 纖維織構(gòu)和 γ 纖維織構(gòu)。黃義偉等人利用可逆式冷軋生 產(chǎn) 無 取 向 硅 鋼50W800 時發(fā)現(xiàn)，采用可逆式冷軋軋制鋼卷時，成品卷的晶粒度較好、織構(gòu)組分合理，具有較低的鐵損和較高的磁感。此次生產(chǎn)采用六輥可逆軋機(jī)軋制，冷軋成品卷厚度為0．5 mm 的采用 5 道次軋制，軋制工藝為: 28．8% →31．5% →31．1% →31．0% →14．0% ;而冷軋成品卷厚度為 0．35 mm 的采用6 道次軋制，軋制規(guī)程為: 28．7% →30．5% →29．8% →28．8% →28．1% →14．6% 。
1．4 連退工藝
退火工藝是將材料加熱至臨界點(diǎn) Ac1( 開始形成奧氏體溫度) 以上或以下溫度，保持一定時間后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)的熱處理工藝。連退爐為中低牌號連續(xù)脫碳退火涂層機(jī)組，具有穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)，可滿足50W470 以及 35W440 的退火工藝要求。50W470 退火工藝溫度為 920 ～940 ℃ ，工藝速度為 90 ～ 100 m / min;35W440 退火溫度為 900 ～ 920 ℃，工藝速度為 80 ～ 100 m/min。退火氣氛為氮?dú)浠旌蠞駳夥眨琀2和 H2O 分壓比大于4. 5，保證脫碳、退火后的電磁性能、表面質(zhì)量及成品C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于 27 × 10－ 6。脫碳退火以后對帶鋼表面涂敷絕緣層。
2 試驗(yàn)結(jié)果
2．1 組織
圖 1(a) ，( b) 為熱軋?jiān)暇砦闯；c常化后的試樣厚度方向中部位置的金相組織，由圖 1 (a) 可知，未常化的熱軋板中心層組織多以被完全拉伸的形變組織為主，以纖維狀分布且具有明顯的熱軋形變帶，試樣保留了熱軋?jiān)系谋煌耆斓男巫兘M織，晶界也不清晰;而熱軋板經(jīng)常化后的顯微組織卻發(fā)生了顯著變化，被拉長的形變組織得到了回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大，纖維組織完全消失，晶粒明顯長大且比較均勻，晶界也變得清晰，見圖 1(b)。
熱軋板常化時，溫度升高，原子獲得了足夠的活動能力，使熱軋時產(chǎn)生的形變儲能得到釋放，形變金屬從亞穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，溫度越高，越容易發(fā)生再結(jié)晶，晶粒尺寸越大。相當(dāng)于常化為熱軋板顯微組織發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大提供了驅(qū)動力。
圖 1 未常化與常化后鋼卷的金相組織
圖 2(a) ，(b) ，(c) 為 0．5 mm 的未常化與常化鋼卷以及 0．35 mm 的常化鋼卷經(jīng)過脫碳退火后的顯微組織。無取向硅鋼在退火過程中主要發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大，退火后的鋼卷組織主要為再結(jié)晶晶粒。
圖 2 退火成品卷的顯微組織
由圖 2 可知，經(jīng)過再結(jié)晶退火后，鋼卷均得到了回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大，退火成品卷組織均為等軸鐵素體晶粒。由圖 2(a) 與(b) 可知，經(jīng)過常化的鋼卷再經(jīng)退火后，晶粒比未常化鋼卷稍大且更均勻，晶粒得到了進(jìn)一步的粗化。另一方面，未常化的鋼卷經(jīng)過再結(jié)晶退火之后，晶粒等軸化。由圖2 (c) 可知，0.35 mm 的 G35W440 牌號鋼卷退火后，晶粒相對較小且比 0．5 mm 的鋼卷晶粒均勻，加大變形量可改善鋼卷組織的均勻性，采用截點(diǎn)法測得其平均晶粒尺寸為68μm，而未經(jīng)常化的 50W470 牌號鋼卷退火后的平均晶粒尺寸約為 69μm，常化的 50W470鋼卷退火后的平均晶粒尺寸約為 90μm，明顯高于未常化鋼卷。無取向電工鋼再結(jié)晶過程主要是通過畸變能較低的晶粒在畸變能較高的基體中進(jìn)行形核和長大來實(shí)現(xiàn)的，再結(jié)晶的驅(qū)動力是晶粒間的畸變能差，阻力是晶界能。再結(jié)晶結(jié)束之后，再結(jié)晶晶粒可以依靠晶界移動、相互吞食繼續(xù)長大。
2．2 電磁性能
采用愛波斯坦方圈測量退火涂層后的鋼卷電磁性能，退火、涂層后各牌號鋼卷的電磁性能見表 2 與圖 3。由表 2 與圖 3 可知，50W470 牌號無取向電工鋼經(jīng)過常化熱處理后磁性能有較大提高，鐵損有所降低，而磁感有大幅度提高，同時經(jīng)過常化熱處理后基本消除了鋼卷頭尾與中部電磁性能差異，達(dá)到常化卷的電磁性能效果，而未經(jīng)常化的成品卷性能不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)為鐵損頭尾相差較大;經(jīng)過常化的原料經(jīng)可逆軋機(jī)冷軋后，鋼卷厚度分別為 0． 5 mm 與0． 35 mm，再經(jīng)脫碳退火后，鋼卷的磁性能有一定區(qū)別，35W440 牌號的鋼卷鐵損明顯降低，而磁感稍低。總的來說，常化對鋼卷的電磁性能有利。
表 2 退火后的鋼卷電磁性能
圖 3 退火后各牌號成品鋼卷的電磁性能
對于無取向電工鋼，鋼卷鐵損主要與晶粒尺寸大小、晶體織構(gòu)、夾雜物與內(nèi)應(yīng)力以及鋼板厚度等有關(guān)，磁感應(yīng)強(qiáng)度主要與化學(xué)成分和晶體織構(gòu)相關(guān)。影響無取向電工鋼磁性能的主要因素之一是晶粒尺寸，晶界處點(diǎn)陣畸變、晶粒缺陷多、內(nèi)應(yīng)力大，這樣在磁化過程中，疇壁在晶界處移動需要更多的能量，使磁滯損耗和矯頑力增加，晶粒越小，晶界越多，磁滯損耗和矯頑力就越大。有研究表明，在一定范圍內(nèi)，晶粒尺寸越大，對磁疇壁移動的阻力相對減少，磁滯損耗也相應(yīng)的降低，從而鐵損也相對更低。項(xiàng)利等研究含硅1.6% 的無取向電工鋼發(fā)現(xiàn)，相比于未常化試樣，常化試樣退火板中的 γ 纖維織構(gòu)明顯減弱，立方織構(gòu){001} ＜ 010 ＞ 明顯增強(qiáng)，同時出現(xiàn)一定強(qiáng)度的高斯織構(gòu){110}＜ 001 ＞ 。由圖 2 可知，經(jīng)過常化的退火成品卷晶粒較未常化的稍大，這主要是因?yàn)槌；篃彳埌寰Я３叽缭龃螅滠埡髢δ芟鄳?yīng)降低，再結(jié)晶退火時形核點(diǎn)也隨之減少，使成品晶粒尺寸增加，同時，常化促進(jìn)Mn S 和 Al N 等析出物聚集粗化，對磁性能有利的立方織構(gòu)以及高斯織構(gòu)增強(qiáng)，這就使得成品卷的磁性能得到了很好的改善，鐵損明顯降低而磁感明顯提高。
鋼板厚度也是影響最終退火卷磁性能的重要因素之一，厚度越薄，變形量越大，儲存能較高，再結(jié)晶和晶粒長大不完全，晶粒較均勻。鋼板厚度越薄，成品中對磁性不利的織構(gòu)組分增加，有利織構(gòu)組分減少，磁感降低;同時，在化學(xué)成分一定和晶粒尺寸相差不大的情況下，鋼板厚度對鐵損的影響更大，板厚減薄，減小了渦流損耗，且晶粒的均勻性更好，進(jìn)而降低鋼卷的鐵損。
2．3 力學(xué)性能
經(jīng)不同常化熱處理工藝以及冷軋工藝得到的三種不同牌號鋼卷的平均力學(xué)性能見表 3。由表 3 可知，三種牌號鋼卷的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及維氏硬度變化不明顯，常化后鋼卷抗拉強(qiáng)度有所下降，但幅度不大，常化后試樣的延伸率降低，厚度越薄，延伸率越低。由圖2 可知，經(jīng)過常化的 G50W470 牌號鋼卷，經(jīng)過再結(jié)晶退火之后晶粒尺寸較未常化的大，晶粒越大，強(qiáng)度越低，因此其抗拉強(qiáng)度較低; G35W440與50W470 牌號鋼卷的晶粒尺寸相差不大，兩者的強(qiáng)度值也差別不大。
表 3 退火成品鋼卷的力學(xué)性能
3 結(jié)語
1) 未經(jīng)常化的鋼卷保留了熱軋?jiān)系谋煌耆斓男巫兘M織，晶界不清晰，而熱軋板經(jīng)常化后的顯微組織得到了回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大，晶粒長大明顯，晶界也變得清晰。
2) 經(jīng)過再結(jié)晶退火后鋼卷均得到了回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大，經(jīng)過常化的鋼卷再經(jīng)退火后，晶粒稍大且 更 均 勻，未 常 化 的 退 火 卷 組 織 晶粒 略 小，0. 35 mm的晶粒最小。
3) 常化對鋼卷的電磁性能有利，而產(chǎn)品厚度越薄，磁性能也有所改善，鐵損進(jìn)一步降低。
4) 三種牌號鋼卷的強(qiáng)度以及維氏硬度變化不明顯，常化后鋼卷抗拉強(qiáng)度有所下降，但幅度不大，且厚度越薄，延伸率越低。
來源：《江西冶金》 趙有朋等
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