( 新余) 冷軋新材料技術(shù)有限公司現(xiàn)主要生產(chǎn)冷軋無(wú)取向電工鋼，中牌號(hào)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(shí)，冷軋組織中剪切帶增多，并且再結(jié)晶退火時(shí)，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(duì)比常化熱處理與未常化對(duì)50W470 牌號(hào)鋼卷以及常化后的50W470 牌號(hào)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(hào)冷軋無(wú)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(hào)不同，化學(xué)成分也不同，試驗(yàn)用熱軋卷 牌 號(hào) 為XG470WＲ，0．5 mm 成 品 牌 號(hào) 為50W470，0．35 mm 成品牌號(hào)為 35W440，經(jīng)常化的牌號(hào)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(wú)取向電工鋼成品磁性能，同時(shí)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(wú)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(wú)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(hào)無(wú)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(zhǎng)大，降低成品退火時(shí)的形核率，使成品晶粒尺寸增大，同時(shí)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(hào)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(guò)程中，材料在外加應(yīng)力場(chǎng)的作用下發(fā)生塑性變形，晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使得大多數(shù)的晶粒都聚集到某些晶粒取向來(lái)，形成冷軋織構(gòu)。在冷軋過(guò)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(wú) 取 向 硅 鋼50W800 時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用可逆式冷軋軋制鋼卷時(shí)，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(shí)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(hào)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(duì)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(zhǎng)的形變組織得到了回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，纖維組織完全消失，晶粒明顯長(zhǎng)大且比較均勻，晶界也變得清晰，見圖 1(b)。
熱軋板常化時(shí)，溫度升高，原子獲得了足夠的活動(dòng)能力，使熱軋時(shí)產(chǎn)生的形變儲(chǔ)能得到釋放，形變金屬?gòu)膩喎€(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(zhǎng)大提供了驅(qū)動(dòng)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(guò)脫碳退火后的顯微組織。無(wú)取向硅鋼在退火過(guò)程中主要發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)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(guò)再結(jié)晶退火后，鋼卷均得到了回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(hào)鋼卷退火后，晶粒相對(duì)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(cè)得其平均晶粒尺寸為68μm，而未經(jīng)常化的 50W470 牌號(hào)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(wú)取向電工鋼再結(jié)晶過(guò)程主要是通過(guò)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(zhǎng)大來(lái)實(shí)現(xiàn)的，再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)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(dòng)、相互吞食繼續(xù)長(zhǎng)大。
2．2 電磁性能
采用愛波斯坦方圈測(cè)量退火涂層后的鋼卷電磁性能，退火、涂層后各牌號(hào)鋼卷的電磁性能見表 2 與圖 3。由表 2 與圖 3 可知，50W470 牌號(hào)無(wú)取向電工鋼經(jīng)過(guò)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(shí)經(jīng)過(guò)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(guò)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(hào)的鋼卷鐵損明顯降低，而磁感稍低。總的來(lái)說(shuō)，常化對(duì)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(hào)成品鋼卷的電磁性能
對(duì)于無(wú)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(wú)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(guò)程中，疇壁在晶界處移動(dòng)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(duì)磁疇壁移動(dòng)的阻力相對(duì)減少，磁滯損耗也相應(yīng)的降低，從而鐵損也相對(duì)更低。項(xiàng)利等研究含硅1.6% 的無(wú)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(shí)出現(xiàn)一定強(qiáng)度的高斯織構(gòu){110}＜ 001 ＞ 。由圖 2 可知，經(jīng)過(guò)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?chǔ)能相應(yīng)降低，再結(jié)晶退火時(shí)形核點(diǎn)也隨之減少，使成品晶粒尺寸增加，同時(shí)，常化促進(jìn)Mn S 和 Al N 等析出物聚集粗化，對(duì)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(chǔ)存能較高，再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大不完全，晶粒較均勻。鋼板厚度越薄，成品中對(duì)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(shí)，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(duì)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(hào)鋼卷的平均力學(xué)性能見表 3。由表 3 可知，三種牌號(hào)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(guò)常化的 G50W470 牌號(hào)鋼卷，經(jīng)過(guò)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(hào)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(yǔ)
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(zhǎng)大，晶粒長(zhǎng)大明顯，晶界也變得清晰。
2) 經(jīng)過(guò)再結(jié)晶退火后鋼卷均得到了回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，經(jīng)過(guò)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(duì)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(hào)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(lái)源：《江西冶金》 趙有朋等
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