薄板坯连铸连轧流程Fe-3％Si钢热轧板和常化板织构

李长生 杨华 王艳芳 于永梅

(1.东北大学，轧制技术及连轧自动化国家重点实验室；2.河北省首钢迁安钢铁有限责任公司)

薄板坯连铸连轧流程Fe-3％Si钢热轧板和常化板织构

李长生1杨华2王艳芳1于永梅1

(1.东北大学，轧制技术及连轧自动化国家重点实验室；2.河北省首钢迁安钢铁有限责任公司)

在实验室按照薄板坯连铸连轧工艺流程试制了Fe-3％Si硅钢热轧板，采用 EBSD和 X射线衍射方法观察了A钢和B钢热轧板和常化板的织构组织，分析α、ε和γ取向线上织构取向密度变化规律。A和B钢热轧板具有相似的{110}〈112〉和、{001}〈110〉和 {001}〈010〉和高斯织构组织，A试样表层的晶粒均匀性较差，B试样具有较强的γ织构取向。采用 EBSD观察比较了A钢和B钢热轧板和常化板的垂直 TD面的 EBSD微观织构组织，A钢和B钢常化退火后基本保留了热轧时形成的中心部位的组织，而次表层和表层晶粒发生了再结晶长大，晶粒组织和织构梯度减小，织构主要集中在{001}〉和{001}〉和之间以及高斯织构上。常化后织构的总体强度下降，高斯强度减弱。试验研究结果为开发薄板坯连铸连轧短流程生产电工钢技术提供理论依据和参考数据。

硅钢 织构 常化 薄板坯 连铸连轧

0 引言

硅钢在磁性材料中用量最大，是一种节能的重要金属功能材料，主要用作各种电机和变压器的铁芯，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金[1]。和常规流程相比，薄板坯连铸连轧技术具有大幅度节能、提高成材率、加热温度均匀、缩短生产周期等优势，目前意大利以及德国已经有薄板坯连铸连轧生产电工钢的技术报导，我国马钢、邯钢、涟钢和本钢等也已经在短流程生产线上试验生产无取向硅钢[2]。虽然当前未见薄板坯短流程生产取向硅钢的报导，但是在实验室已经开展了大量的试验研究，并取得了一定进展，实现薄板坯连铸连轧生产取向硅钢是未来的发展趋势[3-7]。

笔者在轧制技术及连轧自动化国家重点实验室建立了薄板坯连铸连轧电工钢模拟试验线，试验研究了 Fe-3％Si取向硅钢板的连铸连轧技术，观察分析了铸坯组织、偏析、轧后组织、抑制剂形貌以及织构组织等[8]。介绍了薄板坯连铸连轧条件下热轧板和冷轧板的织构组织特性方面的试验研究工作。

1 试验材料与试验方法

1.1 试验材料

采用50 kg真空感应冶炼炉冶炼→箱式电阻加热炉铸坯直接加热→Φ450mm热轧机轧制→水冷→箱式炉常化处理等物理模拟工艺过程。设计制造了氧化铝耐火材料坯模，具有良好的铸坯保温和铸坯出模操作容易等特点。铸坯尺寸为70mm×110mm×220mm。

工艺流程：真空冶炼→浇注钢水成铸坯→快速破真空→铸坯连同坯模同时取出→快速打碎坯模→将高温铸坯放入加热炉加热和保温→热轧→冷却→常化退火。

实验室制备的试验材料有两种，编号分别为 A和B，其化学成分如表1所示。A试样和B试样分别考虑了M nSn、A lN和M nS为钢中第二相的抑制剂设计思想。

表1 试验钢的化学成分 w/％

1.2 热轧工艺制度

连铸薄板坯在加热炉内保温温度是1200℃，保温时间是20min，热轧开轧温度为1056℃，轧制 7道次，总变形量97.1％，压下分配是：70mm→42mm→22mm→12mm→7mm→4mm→2.5 mm→2.0mm。终轧温度为 839℃，水冷至508℃卷取。

1.3 常化工艺制度

采用二段式常化工艺，工艺曲线如图1所示。

1.4 织构测试方法

采用装有 EBSD附件美国 FEI的QUANTA600型扫描电镜 (SEM)进行微观织构测试，采用D8D iscover型 X射线衍射仪进行宏观织构分析。

图1 常化工艺温度曲线

2 结果与讨论

2.1 热轧板 EBSD微观织构组织

热轧板试样的垂直 TD面的次表层附近的取向识别显微镜图(O IM)，如图2所示。

由图2可以看出，A、B试样的织构分布情况近似，表层附近主要是绿色代表的织构(〈110〉∥ND)，中心区域以蓝色(〈111〉∥ND)和红色(〈001〉∥ND)代表的织构为主。A试样表层的晶粒均匀性较差。

图3为A、B热轧板试样的垂直 TD面次表层附近的φ2=45°的ODF图。

图3 A、B热轧板试样垂直 TD面的次表层附近的ODF图

由图3可以看出，两种试样都得到了相似的织构组织，即织构在高斯织构与{110}〈112〉之间、{001}〈110〉和{001}〈010〉附近。

图4为A、B试样垂直 TD面的次表层附近α取向线、ε取向线和γ取向线变化图。

图4 A、B试样垂直 TD面次表层附近晶体取向变化图

γ取向线上：A试样{111}〈011〉处的 f(g)=0.900353；强点{111}〉处的 f(g)=1.60094。B试样{111}〈1〉的 f(g)=1.42918，强点{111}2〉处的 f(g)=6.30014。B试样具有较强的γ织构取向。

热轧板的垂直 TD面的 EBSD微观织构组织观察表明，A试样表层的晶粒均匀性较差。两种试样都得到了相似的织构组织，即织构在高斯织构与{110}〈112〉之间、{001}〈110〉和{001}〈010〉附近。α取向线上织构取向密度差别较大。两种试样高斯织构的取向密度相近。B试样具有较强的γ织构取向。

2.2 热轧板 X射线宏观织构组织

图5是X射线测量的A、B试样垂直ND面表层宏观织构的φ2=45°的ODF图。从图5中可以看出，两种试样得到的试样表层织构相似，织构都集中在 (90°，20～30°，45°)和 (60～90°，90°，45°)区域。从等值线的密度以及数值来看，A试样的织构取向密度和B试样的织构取向密度接近。A试样的高斯取向织构的位向准确性更好。

图5 A、B试样垂直ND面表层的ODF图

图6是A、B试样表层α取向线、ε取向线和γ取向线变化图。

图6 A、B试样垂直ND面表层晶体取向变化图

α取向线上：A试样强点 (0°，10°，45°)处的f(g)=0.99；{114}〈0〉的 f(g)=0.74；(0°，40 °，45°)的 f(g)=0.42。B试样强点 (0°，5°，45 °)处的 f(g)=0.59；(0°，50°，45°)处的 f(g)=0.34。表层α取向线上的强点分布规律接近一致。

图7是A、B试样表层主要织构体积百分比。A试样{110}〈001〉体积百分比为4.12％，{110}〈2〉体积百分比为5.4％，{132}〈3〉体积百分比为8.02％，{123}〈4〉体积百分比为6.51％，{525}〈151〉体积百分比为2.28％。B试样{110}〈001〉体积百分比为5.23％，{110}〈2〉体积百分比为8.72％，{132}〈〉体积百分比为9.81％，{123}〈4〉体积百分比为 7.95％，{525}〈151〉体积百分比为2.29％。从图7中可以看出，B试样织构百分比都比A试样要大。

图7 A、B试样表层主要织构体积百分比

热轧板的 X射线垂直ND面的宏观织构组织观察表明，A试样的织构取向密度和 B试样的织构取向密度接近。α取向线上的强点分布规律接近一致。虽然B试样织构体积百分比都比 A试样要大。但是A试样的高斯取向织构的位向准确性更好，可能是由于A试样含有 Sn和N等抑制剂形成元素，形成的M nSn和A lN等抑制剂能钉轧晶界阻碍晶粒长大，热轧过程形成的织构梯度由于抑制剂的钉轧作用能够更好的保留下来。取向线上织构的取向密度分布基本一致，强点均为{110}〈001〉，A和B试样表层附近存在大量的高斯织构。γ纤维织构取向密度较小。

2.3 常化板 EBSD微观织构组织

图8是 A钢常化后的常化板试样和 B钢常化后的常化板试样的垂直 TD面O IM图。

图8 A常化板试样和B常化板试样晶体取向成像图

由图2和图8比较可以看出，常化退火后基本保留了热轧时形成的中心部位的组织，而次表层和表层晶粒发生了再结晶长大，表层及过渡层以绿色代表的织构(〈110〉∥ND)为主，中心晶粒仍然以红色(〈001〉∥ND)、蓝色(〈111〉∥ND)代表的织构为主。常化板的组织和织构梯度减小。

图9是 A常化板试样和B常化板试样的φ2=45°的ODF图。与图3热轧织构比较可以看出，常化板织构主要集中在{001}〈 〉和{001}〈 〉之间以及{110}〈001〉上。常化后织构的总体强度下降，高斯强度减弱，尤其是 A试样的{110}〈112〉取向消失，B试样的{110}〈112〉取向密度减弱。

图9 A常化板试样和B常化板试样的的ODF图

为了分析比较热轧板和常化板的取向线变化规律，图10给出了A试样热轧板和常化板垂直 TD面的晶体取向α取向线、ε取向线和γ取向线。

图10 A热轧板和常化板晶体取向比较图

α取向线上：A热轧板试样强点是，f(g)=5.59882；{111}〈〉的 f(g)=0.900231。A常化板试样强点为 (0°，5°，45°)，f(g)=4.02413；(0°，30°，45°)的 f(g)=3.44495；(0°，60°，45°)f(g)的 f(g)=1.40543；{110}〈0〉的 f(g)=3.92004。常化后，{001}〈0〉取向密度减小，{110}〈0〉取向密度增大。

同理，B试样热轧板和常化板垂直 TD面的晶体取向α取向线、ε取向线和γ取向线比较如图11所示。

图11 B热轧板和常化板试样晶体取向比较图

α取向线上：B试样热轧板强点为 (0°，15°，45 °)，f(g)=19.9018；(0°，70°，45°)的 f(g)=6.91282。B试样常化板 {001}〈0〉的 f(g)=2.12605；强点 (0°40，°，45°)处的 f(g)=2.29665； (0°，70°，45°)强点处的 f(g)=1.6464。常化后取向密度值下降。

常化板和热轧板的垂直 TD面的 EBSD微观织构组织比较观察表明，常化退火后基本保留了热轧时形成的中心部位的组织，而次表层和表层晶粒发生了再结晶长大。常化板的组织和织构梯度减小。常化板织构主要集中在{001}〈0〉和{001}〈0〉之间以及{110}〈001〉上。常化后织构的总体强度下降，高斯强度减弱。

常化后A试样{110}〈112〉织构取向消失，B试样的{110}〈112〉取向密度减弱。这是由于常化过程发生连续再结晶，即位错和亚晶界之间，或者相邻晶界之间短距离的相互作用，使热轧织构的锋锐程度和织构组分发生改变。

3 结论

1)采用 EBSD观察了 A钢和 B钢热轧板的垂直 TD面微观织构组织，A和 B试样都得到了相似的{110}〈112〉、{001}〈110〉、{001}〈010〉和高斯织构，高斯织构的取向密度接近。A和 B钢的α取向线上织构取向密度差别较大，A试样表层的晶粒均匀性较差，B试样具有较强的γ织构取向。

2)采用 X射线观察了A钢和B钢热轧板垂直ND面的宏观织构组织，A和 B试样的织构取向密度接近。α取向线上的强点分布规律接近一致，ε取向线上织构的取向密度分布基本一致，强点均为{110}〈001〉，A和B试样表层附近存在大量的高斯织构，γ纤维织构取向密度较小。虽然B试样织构体积百分比都比 A试样要大。但是 A试样的高斯取向织构的位向准确性更好。

3)采用 EBSD观察比较了

book=19,ebook=74垛底部有“冒烟”现象，随即采取打水降温、优先取用等措施。经查这部分煤是11月上旬进厂堆放的，处理后发现“冒烟部位”有轻微灰化现象。为调查指标劣化程度，在煤场又进行了 7次取样化验，具体数据见表6：{112}＜110＞织构减少得越多，同理相比之下{111}＜110＞织构也增加。

3 结论

1)不同的冷轧工艺参数对微碳钢的组织性能有比较明显的影响。通过本实验得到的微碳钢冷轧压下率与退火制度对深冲性能的影响关系可用于指导生产。

2)随着退火温度的提高，r值 也明显提高，因此对微碳钢的深冲性能有利。在冷轧压下率相同的情况下 750℃退火要比 700℃退火的 r值 平均能提高25％左右。

3)冷轧压下率对{111}织构有影响，冷轧压下率越大，α和γ线上的{111}织构均有所增强。

4)在冷轧压下率不变的情况下，退火温度升高，α线上的{001}＜110＞和{112}＜110＞不利织构明显减少，γ线上的{111}＜112＞织构增强明显，相比之下{111}＜110＞织构增加，使深冲性能提高。随着退火温度提高{112}＜110＞织构减少，而{111}＜110＞织构相对增加。

[1]田德新，凤佩华，刘慧.微碳冷轧深冲汽车板的研制[J].钢铁研究，1997(6)：24-27.

[2]王作成，王先进，韦珂.退货条件对高强度 IF钢性能的影响[J].山东工业大学学报，1999，29(3)：246-250.

[3]崔忠圻.金属学与热处理.北京：机械工业出版社，2000：208-209.

表6 进口气煤使用末期煤场取样化验指标

由表6可知，7次取样各主要指标均出现较大幅度波动，尤其 G值，与进厂时比较出现较大幅度衰减。

4 分析与讨论

4.1 煤质分析

从化验指标和煤岩分析，按照国家标准，该煤属于低灰、高挥发分气煤，并且容惰能力较强。但由于其变质程度轻，较易发生指标衰减乃至自燃，从卸港商检到进厂质检3个月时间，其粘结指数下降5，煤场堆放3个月后粘结指数又下降4.7，均超过了规定值为4的再现性误差范围[3]。据港口工作人员反应和安钢自己的使用情况，该煤一次性堆放自燃周期为3个月左右。存储使用时应多加注意，可以采用定期倒运、吃旧存新等措施预防自燃。

4.2 对焦炭指标的影响

安钢焦化厂以适当比例将该煤应用到生产中后，检查站方向仅有抗碎强度下降了1百分点，其它指标均保持稳定，这与高挥发分气煤易导致焦炭裂纹增加是相符的。第三、四炼焦车间使用前后4个月内焦炭冷、热强度几乎没有变化，分析认为其原因与第三、四炼焦车间均配置有干熄焦有关。干熄焦工艺对焦炭有焖炉、整粒的作用，一定程度上钝化、弥补了高挥发气煤对抗碎强度的影响。

另外，由于该煤灰分及进厂价格均较低，在实际生产随着该煤稳定使用后，焦炭灰分下降了0.21％～0.25％。并且配合煤成本每吨降低30元左右。

5 结论

1)该进口东南亚煤为低灰、低硫、粘结能力强、高挥发分气煤，按一定比例配煤炼焦可起到明显的降灰作用，同时不会对焦炭强度造成明显的负面影响。但配比超过一定限度会对焦炭抗碎强度造成不利影响。

2)该进口气煤更适用于干熄焦工艺。

3)该进口气煤容易发生缓慢氧化、指标劣化乃至自燃现象，自燃周期约为3个月。在使用过程中应注意避免长期堆放，采取防止自燃的措施。

6 参考文献

[1]姚昭章主编.炼焦学.北京：冶金工业出版社，1995：59-60.

[2]李献宏，张智勇，冯江华.安钢炼焦煤资源状况及焦炭质量浅析.河南冶金，2009，17(2)：19-21.

[3]中华人民共和国国家标准.GB/T5447-1997烟煤粘结指数测定方法.北京：中国标准出版社，1997：2-6.

TEXTUREO F Fe-3％Si STEEL STR IP O F HO T ROLL ING AND NORM AL IZ ING PRODUCED BY CONT INUOUS CAST ING TH IN SLAB

L i Changsheng1Yang Hua2W ang Yanfang1Yu Yongm ei1(1 State Key Lab of Ro lling and Autom ation，Northeastern University；2 ShougangQ ianan Iron and Steel Corporation)

Fe-3％Si steel strip was experim entalp roduced by thin slab casting and ro lling(TSCR)p rocess in the labo rato ry，themicrostructure and texture of ho t ro lled strip and no rm alized strip fo r A steel and B steel were observed through EBSD technique and X-ray diffractionm ethod，the changeab le rule of texture density on theα，εandγfiberswas analyzed.The intensity of{110}〈112〉、{001}〈110〉、{001}〈010〉texture and Goss texture forA steelwere sim ilar to B steel，grain size of A samp le was not unifo rm on surface layer，the texture orientation density ofγfiber for B samp le was higher.Themicrostructure and texture of hot ro lled strip and norm alized strip for A steel and B steel at p lane vertical TD were observed th rough EBSD technique，the centerm icrostructure of ho t ro lled strip fo rA steel and B steelwere rem ained，the grow th of recrystallization grains on the subsurface layer and surface layerwas found，the gradient of grainmicrostructure and texture was reduced，the texture wasm ainly composed of{001}〉and{001}〉and Goss texture.The total intensity of texture were decreased after normalizing，the intensity of Goss texture wasweaken.The research workswere useful theo retical basis and reference data to develop electrical steel by thin slab continuous casting and direct rolling technology. KEY W ORDS Silicon steel texture norm alizing thin slab continuous casting and direct ro lling

＊﹡基金项目：国家自然科学基金重点项目(50534020)资助项目.

联系人：李长生，教授，博士生导师，辽宁.沈阳(110004)，东北大学，轧制技术及连轧自动化国家重点实验室；

2009—10—13