热轧板常化后的晶粒尺寸对无取向硅钢织构和磁性能的影响_张文康

1、第42卷第2期2 0 0 7年2月钢 铁Iron and SteelVol. 42 , No. 2February 2007热轧板常化后的晶粒尺寸对无取向硅钢织构和磁性能的影响张文康1,2 ,毛卫民2 ,王一德1 ,李慧峰J 白志浩3(1.太原钢铁(集团)有限公司技术中心，山西太原030003 ; 2.北京科技大学材料科学系，北京100083 ;3.上海广播电视大学南汇分校，上海201300)摘要：研究了热轧板晶粒尺寸对无取向硅钢织构、成品晶粒尺寸、铁损和磁感的影响。结果表明，随着热轧板晶粒尺寸的增加，成品晶粒尺寸增加、高斯织构组分110 100增强、Y纤维织构组分减弱，导致铁损显著降低、磁感

2、 显著提高。关键词：无取向硅钢；磁性能；热轧板晶粒尺寸；晶体织构中图分类号：TG132. 2 文献标识码：A 文章编号：0449 2749X (2007 ) 0220064204In flue nee of Grain Size in Normalized Hot Band on Texture andMagnetie Properties of Non2Oriented Silieon Steel SheetZHAN G Wen2kang1，2 , MAO Wei2min2 , WAN G Yi2de1 , L I Hui2feng1 , BA I Zhi2hao3(1. Technical

3、Center , Taiyuan Iron and Steel ( Group)Co. Ltd , Taiyuan030003 ,Shanxi , China;2. Departmentof Materials , University of Science andTechnology Beijing, Beijing100083 , China;3. NanhuiBranch , Shanghai Broadcast and Television University , Shanghai 201300 , China )Abstract : The effectsof grain size

4、 in hot rolled band on texture, grain size of finalproduct, iron loss andmagneticproperties of non2oriented silicon steel were investigated. With the increase of grain size in hot rolled band , the grain size of final product increases , the intensity of texture 110 < 110 > increases , and the

5、 丫2fibre texture decreases. Due to the above mentioned effects , the iron loss decreases , and the magnetic induction increases significantly.Key words : non2)riented silicon steel ; magnetic property ; hot band grain size; grain texture£ 1992010 China Academic Jcunial Hectronic PublishingAl li

6、ghts reserved. httpXAvww-cnlcLti戡第42卷第2期2 0 0 7年2月无取向硅钢的主要磁性能要求是低铁损 、高磁 感。铁损和磁感属于组织敏感磁性，它们除与化学成分有关外，还与内部组织结构有关。合金元素含 量、夹杂物数量和分布、晶粒尺寸、织构分布等因素 都对无取向硅钢的磁性能有显著的影响1。无取向硅钢中有关夹杂物和晶粒尺寸的控制已经进行了广 泛的研究，但有关织构控制的研究相对较少 2。改 善织构分布可以同时降低铁损和提高磁感。热轧板晶粒尺寸对成品的织构分布和磁性能有显著的影 响,本文对此进行了研究。1试验材料和方法试验材料取自大生产热轧板,化学成分为： w(Si)

7、= 1160%、w (Al ) =0132%、w ( Mn )= 01 30%、w(P) = 01 015 %、w(C) = 01 003 %、w(N)= 01 003%和w(S) = 01 004 %。为了获得不同的热轧 板晶粒尺寸，热轧板分别在850、950和1 050 C的箱 式炉中退火3 min ,退火后热轧板的晶粒尺寸分别 是76、89和147卩m，未退火的热轧板中存在纤维组织。热轧板酸洗后冷轧到015 mm ,然后在小型连续退火炉中进行连续退火，退火温度920 C,退火气 氛使用干的分解氨。使用西门子 D25000型X射线 衍射仪对冷轧和连续退火后试样1/4厚度处的织构进行测量，测

8、量时使用Mo靶，首先检测试样的 110 >200和2113个不完全极图，然后采用级 数展开法计算取向分布函数(ODF )。磁性能采用单片试验测量方法测试，试样尺寸50 mm X50 mm ,在115 T和50 Hz条件下测量铁损P.5 ,在磁场强度为5000 A/ m条件下测量磁感应强度B50 ,纵、横向分别测量，最后取平均值。2试验结果2. 1冷轧板织构分布取向分布函数険=45。截面图是表达无取向硅 钢板织构最具有代表性的截面图。在这个截面图上 可以观察到一系列重要的取向位置3。图1显示冷轧板取向分布函数 辰=45°截面图。从图1可以看 出，冷轧织构是典型的铁素体轧制织构1,

9、3。冷轧£ 1992010 China Academic Jcunial Hectronic PublishingAl lights reserved. httpXAvww-cnlcLti戡第42卷第2期2 0 0 7年2月£ 1992010 China Academic Jcunial Hectronic PublishingAl lights reserved. httpXAvww-cnlcLti戡第42卷第2期2 0 0 7年2月作者简介：张文康(19652),男，博士，高级工程师；E2mail : zwk313539 tom. com;修订日期：2006205211

10、£ 1992010 China Academic Jcunial Hectronic PublishingAl lights reserved. httpXAvww-cnlcLti戡#钢铁第42卷织构主要由丫纤维和a纤维织构组成，丫纤维织构 包括111 112和111 110织构分量 a纤维织 构包括111 110、112 110和100 110织构 分量。此外，冷轧织构中包含高斯织构110 100 > , 但强度较弱。图1也显示冷轧织构中各织构组分的 强度随热轧板的晶粒尺寸变化。当热轧板未退火时,冷轧织构中112 110织构组分的强度最高。与热轧板未退火时的冷轧织构比较，热轧

11、板晶粒尺寸为76 um(850 C退火)时冷轧织构中112 110> 和100 110>组分的强度变弱，其它织构组分强度 的变化不明显。随着热轧板退火温度的增加，热轧板的晶粒尺寸增加，冷轧织构中112 110、111 112和100 110>组分的强度增加。热轧板晶粒 尺寸为147 u m (1050 C退火)时，冷轧织构中 112 < 110>和111 < 112组分的强度达到最大值 。 2. 2成品织构分布图2显示冷轧板退火后成品取向分布函数辰= 45。截面图。从图2可以看出，与冷轧织构相比， 成品中a纤维织构特别是100 < 110>和11

12、2 < 110>织构组分的强度显著减小。图2也显示热轧板的晶粒尺寸对成品织构有显著的影响。当热轧板未退火时，成品中丫纤维织构的强度最高。热轧板退火后， 热轧板中的纤维组织转变为再结晶组织，成品中丫纤维织构的强度减弱，高斯织构的强度增强。随热 轧板晶粒尺寸的增加，成品中丫纤维织构的强度进 一步减弱，高斯织构的强度进一步增强。热轧板晶粒尺寸为147 um时，成品中丫纤维织构的强度达 到最小值，高斯织构的强度达到最大值，高斯织构的强度是随机织构分布的8倍以上。2. 3成品金相组织图3显示成品金相组织。图3中各图分别与以 下热轧板状态对应：(a)热轧板未退火；(b)热轧板 850 C退火；

13、(c)热轧板950 C退火；(d)热轧板1050C退火。图3 (a)(d)中成品的晶粒尺寸分别为 41、57、64和68 um。从图3可以看出，当热轧板未 退火而存在纤维组织时，成品的晶粒尺寸较小，热轧 板退火后成品的晶粒尺寸增加。比较图3(b)、(c)和(d)可以看出，随着热轧板退火温度的增加，热轧© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt#钢铁第42卷© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctr

14、onic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt#钢铁第42卷© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt#钢铁第42卷© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt67钢铁第42卷(a)热轧板未退火，存在纤维组织；(b)热轧板850 C

15、退火，平均晶粒尺寸76 um; (c)热轧板950 C退火,平均晶粒尺寸89 um; (d)热轧板1 050 C退火，平均晶粒尺寸147 um图1冷轧板取向分布函数 粮=45°截面图(Bunge符号,密度水平：2, 4, 6, 8)Fig. 1 ODFs of 辰=45° section of cold才oiled sheets( Bunge notation , levels : 2, 4,6,8)(a)热轧板未退火，存在纤维组织；(b)热轧板850 C退火，平均晶粒尺寸76 um; (c)热轧板950 C退火，平均晶粒尺寸89 um ; (d)热轧板1 050 C退火,

16、平均晶粒尺寸147 um图2 成品取向分布函数 施=45。截面图(Bunge符号,密度水平：2 , 4 , 6 , 8)Fig. 2 ODFs of ©2 二 45° section of f inal product( Bunge notation , levels : 2 , 4 , 6 , 8)© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt#钢铁第42卷(a) 41 um; (b) 57 u m ;(c) 64 um ;

17、(d) 68 u m图3成品金相组织Fig. 3 Microstructures of f inal products© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt#钢铁第42卷© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt#钢铁第42卷板的晶粒尺寸增加，成品的晶粒尺寸也增加，但成品 的晶粒尺寸随热

18、轧板晶粒尺寸的增加不是特别显 著。2. 4磁性能铁损P1.5和磁感B50随热轧板晶粒尺寸的变化见表1。从表1可以看出，随着热轧板晶粒尺寸的© 1992010 China Acadeinic Jcurtul Lkctronic PublihihgA lights reserved, http:!：wwy.cfiki.titt第2期张文康等：热轧板常化后的晶粒尺寸对无取向硅钢织构和磁性能的影响69表1磁性能随热轧板晶粒尺寸的变化Table 1 Variations of magnetic properties with hot bandgrain size热轧板退火温度/c未退火8509

19、501050热轧板晶粒尺寸/卩m纤维组织7689147P1.5/ (W ? kg -1)3. 743. 563. 473. 24B50/ T1. 6911. 7201. 7351. 759增加，P1.5降低，B50增加。3讨论再结晶进行时织构也发生了较大的变化。再结晶织构常以某些特定的位向关系与冷轧织构相关 联，热轧板晶粒尺寸通过影响冷轧变形方式对成品 的再结晶织构有显著的影响。当热轧板未完全再结 晶或晶粒较小时，冷轧形变组织和储能分布比较均 匀,这种情况下,111 112再结晶晶粒优先在 112 110和111 110取向的变形晶粒中形核和 长大,111 110再结晶晶粒优先在111 112

20、取 向的变形晶粒中形核和长大4。因此，成品再结晶织构中丫纤维织构的强度较高。当热轧板晶粒较大 时,冷轧形变组织中形成较多的剪切带，热轧板晶粒越大,剪切带的分布密度越高。剪切带的分布密度也与变形晶粒的取向有关4。111 112取向的变 形晶粒中剪切带的分布密度最高,112 110和111 110取向的变形晶粒中也存在剪切带 。由于 剪切带有较高的储能，再结晶晶粒优先在剪切带内 形核。再结晶退火时剪切带中更容易形成高斯取向 的晶核2，包含剪切带的111112和112 110 取向的变形晶粒再结晶退火后容易转变成高斯取向 的晶粒。因此，热轧板晶粒越大，冷轧变形组织中剪 切带的分布密度越高，成品织构中

21、高斯织构的强度 越高。此外，丫纤维织构的再结晶晶核更容易在热 轧板的原始晶界处形核。因此，热轧板晶粒越大，原 始晶界越少，成品中丫纤维织构的强度越低。成品的晶粒尺寸与许多因素有关。热轧板的晶粒尺寸、化学成分、夹杂物数量和尺寸、冷轧压下率、 再结晶退火温度和时间等都对成品的晶粒尺寸有影 响。本次试验中，影响成品晶粒尺寸的主要因素是 热轧板晶粒尺寸。热轧板晶粒越小，冷轧后储能越 高,再结晶退火时形核点越多。由于再结晶晶核更 容易在热轧板的原始晶界处形核，因此热轧板晶粒越小，原始晶界越多，形核点也越多。由于上述原 因,成品的晶粒尺寸随着热轧板晶粒尺寸的增加而 增加。影响磁性能的因素很多。化学成分、夹

22、杂物数量和尺寸、晶粒尺寸、织构分布、内应力、钢板厚度、 钢板表面状态等因素都对磁性能有显著的影响1 。本次试验中成品试样的主要差别是织构分布和晶粒 尺寸不同。热轧板晶粒尺寸通过影响成品的再结晶 织构和晶粒尺寸来影响磁性能。铁损P1.5包括磁滞损耗、涡流损耗和反常损耗。由于所有试样的化学 成分和厚度相同，所以电阻率和涡流损耗也相同。此外，所有成品试样的晶粒尺寸都不大，各试样反常 损耗的差别也不明显。因此，热轧板晶粒尺寸主要影响磁滞损耗和磁感。由于硅铁单晶体的磁各向异 性，电工钢板的磁性能强烈地依赖于晶体织构。对于无取向电工钢,100和110织构是对磁性能有 利的织构,111和112织构是不利织构

23、。因此，增 加100和110织构的强度和降低111和112织 构的强度有利于降低磁滞损耗和增加磁感。由于晶界对磁化的阻碍作用，晶界越多，磁滞损耗越大。因_. y«._H此，增加成品的晶粒尺寸有利于降低磁滞损耗。如前所述，热轧板退火导致成品中对磁性能不利的丫纤维织构强度减弱，对磁性能有利的高斯织构强度 增强，并且随着热轧板晶粒尺寸的增加，成品中丫纤维织构的强度进一步减弱，高斯织构的强度进一步增强。同时，成品的晶粒尺寸也随着热轧板晶粒尺 寸的增加而增加。由于上述原因，随着热轧板晶粒 尺寸的增加，P.5显著降低，B50显著增加。4结论热轧板晶粒尺寸对无取向硅钢的织构和磁性能 有显著的影响。增加热轧