无取向电工钢50W600在生产过程中的组织和织构演变

杨 帆，冯小明，赵和明，熊晨光，樊立峰，仇圣桃

(1.钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心， 北京 100081； 2.新余钢铁集团有限公司,新余 336510；

3.内蒙古工业大学材料科学与工程学院， 呼和浩特 010051)



无取向电工钢50W600在生产过程中的组织和织构演变

杨 帆1,2，冯小明2，赵和明2，熊晨光2，樊立峰3，仇圣桃1

(1.钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心， 北京 100081； 2.新余钢铁集团有限公司,新余 336510；

3.内蒙古工业大学材料科学与工程学院， 呼和浩特 010051)

摘要：在实验室对现场生产的热轧无取向电工钢50W600进行冷轧和退火处理，研究了热轧、冷轧、退火钢板的显微组织和织构演变。结果表明：热轧板表层至1/4层为等轴晶的再结晶组织，中心层的大部分晶粒发生了再结晶，表层织构主要为黄铜与铜型织构，1/4层为高斯织构与α纤维织构，中心层主要为较强的α纤维织构；冷轧板为纤维状组织，主要为α纤维织构和γ纤维织构；退火板为再结晶组织，平均晶粒尺寸为53 μm，主要为γ纤维织构。

关键词：无取向电工钢；显微组织；织构

0引言

电工钢已有近百年的发展历史，主要用于制造各种电机、变压器、镇流器铁芯以及其它电器元件，是电力、电子和军工行业不可缺少的重要软磁合金，亦是重要的节能、功能材料[1-3]。

电工钢具有晶界处点阵崎变、晶粒缺陷多、内应力大等特点，故而在其磁化过程中畴壁在晶界处移动需要更多的能量，而且晶界越多，磁滞损耗和矫顽力就越大。随着晶粒长大，晶界数量减少，畴壁移动的阻力减小，磁滞损耗降低，铁损降低，因此无取向电工钢的性能与其晶粒尺寸密切相关。另外，无取向电工钢的电磁性能与其组织、织构密切相关，织构分布及各组分的强度对它的磁性能具有显著影响。如何控制{100}、{110}、{111}及{112}织构的强度，使{100}面织构占优，从而提高电工钢的磁性能，是目前工业生产和新产品开发的首要追求目标[4]，因此对织构形成及演变规律的研究成为了热点问题[5-7]。仇圣桃等对无取向电工钢的组织、织构演变开展了大量研究[8-10]，总结出了织构的演变特点及规律。为了进一步明确织构演变特性，作者在实验室对工业化生产的无取向电工钢50W600进行冷轧及退火处理，分析了其显微组织和织构的演变特点，为冷轧无取向电工钢的开发和生产提供参考。

1试样制备与试验方法

试验材料取自某钢厂生产的电工钢50W600热轧板。该热轧板的生产路线为:铁液脱硫→顶底复吹转炉炼钢→真空精炼→连铸→热连轧。铸坯经1 150 ℃均热后进入热连轧，热轧板厚度为2.5 mm，卷取温度为650 ℃。试验钢的化学成分见表1。

表1　试验钢的化学成分(质量分数)

后续的冷轧及退火处理在实验室完成，热轧板经一次冷轧轧至厚度为0.5 mm，然后进行900 ℃×5 min的退火处理。采用磁性能测量仪进行检测，测得铁损为4.1 W·kg-1，磁感应强度为1.74 T。

沿热轧板的厚度方向进行连续观察，以得到整个厚度方向的组织形貌，最后利用SISC IAS V8.0金相图像分析软件计算平均晶粒尺寸。

采用线切割将不同工序段的试样制成表面尺寸为10 mm(横向)×15 mm(轧向)的试样，冷镶并依次经150#、320#、600#、1000#砂纸水磨后抛光至镜面；然后采用体积分数为10%的硝酸酒精溶液腐蚀10 s，最后用水冲洗并吹干;采用ZEISS-200MAT型光学显微镜观察显微组织。

对不同工序的试样进行织构检测，试样的表面尺寸均为10 mm×15 mm(TD×RD)，依次经150#、320#、600#、800#、1000#、1500#、2000#砂纸水磨，之后机械抛光至表面无划痕、污点，呈光亮镜面；然后采用体积分数10%的硝酸酒精溶液去除加工硬化层，冲洗并吹干。采用带有EDAX OIM型电子背散射衍射(EBSD)系统的ZEISS SUPRA 55VP型扫描电子显微镜进行织构观察，每个试样选择3个区域，并使用CHANNEL5软件对数据进行分析，根据Bunge(φ1,Ф,φ2)符号系统计算出ODF截面图，将φ2=45°的截面图和织构强度放大绘出。

2试验结果与讨论

2.1　显微组织演变

由图1可见，50W600钢热轧板的显微组织大部分为等轴状铁素体，从边部至中心，晶粒的尺寸和分布状态具有一定差异；边部晶粒主要为铁素体等轴晶，平均尺寸约为39.66 μm，呈不规则的多边形；约1/4厚度截面处的晶粒有所长大，尺寸约为43.50 μm，仍以不规则多边形为主；中心处的大部分晶粒发生了再结晶，有少量拉长的纤维状组织，平均晶粒尺寸进一步增大，可达到55 μm以上。

图1　热轧板的显微组织Fig.1　Microstructure of hot rolled strip:(a) parallel to therolling direction and (b) perpendicular to the rolling direction

图2　冷轧板的显微组织Fig.2　Microstructure of cold rolled strip

由图2可见，热轧板经冷轧后,原来的再结晶与形变组织转变为完全没有再结晶的沿轧向伸长的纤维状组织。

由图3可见，冷轧板退火后，纤维状组织转变为再结晶组织，平均晶粒尺寸为53 μm。

图3　退火板的显微组织Fig.3　Microstructure of annealed strip

2.2　织构演变

图4　热轧板不同厚度处φ2=45°织构的ODF图Fig.4　ODFs of φ2=45° section of hot rolled strip: (a)surface layer; (b) 1/4 layer and (c) center layer

图5　冷轧板φ2=45°织构的ODF图Fig.5　ODF of φ2=45° section of cold rolled strip

图6　退火板φ2=45°织构的ODF图Fig.6　ODF of φ2=45° section of annealed strip

由图6可见，冷轧板退火后，织构组分主要为γ纤维织构、少量立方织构和高斯织构，织构的最强峰出现在{111}〈110〉～{111}〈112〉之间，强度可达4.670。

2.3　讨　论

在生产过程中，由于连铸坯在加热、热轧过程中表面脱碳，表层碳含量降低，导致热轧板表层为完全铁素体区；同时在热轧过程中，钢板的剪切变形沿厚度方向不均匀分布，热轧板表层和1/4层在热轧过程中发生了动态再结晶，而中心层还存在少量的塑性变形。因此，表层和1/4层的织构强度较弱，而中心层的较强。由于在热轧过程中，热轧板表层发生了动态再结晶，形成高斯取向的晶粒受到轧制力的作用，沿ND和RD方向旋转，形成黄铜和铜型织构。因此，最终热轧板表层黄铜织构的强度较铜型织构的高。热轧板1/4层出现了再结晶晶粒和轧制形变晶粒的混合组织，剪切力从表层到1/4层逐渐减弱，动态再结晶形成的高斯取向的晶粒没有旋转成为铜型和黄铜取向，最终导致热轧板1/4层出现高斯织构和α纤维织构共存。热轧板中心层在热轧过程中几乎只受到压应力的作用，而且没有发生完全动态再结晶，还存在热轧形变组织，故而最终形成很强的α纤维织构。

冷轧过程中的温度低，难以发生回复与再结晶，从而导致冷轧板组织为沿轧向伸长的纤维状组织；在冷轧过程中，晶粒趋于向稳定取向转动，形成两类纤维织构：〈110〉∥RD的α纤维织构和〈111〉∥ND的γ纤维织构。

退火后的组织发生了完全再结晶，不同取向的晶粒储能不同，因此晶粒的长大趋势不同。由于{100}〈110〉晶粒最易滑移，位错密度最低，储能低，最难发生再结晶，而{111}晶粒比{100}晶粒的储能高，所以{111}晶粒优先形核和长大，故而退火板中{111}γ纤维织构最强。

3结论

(1) 热轧板表层至1/4层为等轴晶的再结晶组织，中心层大部分晶粒发生了再结晶；表层主要为黄铜织构与铜型织构，1/4层为高斯织构与α纤维织构，中心层主要为α纤维织构。

(2) 冷轧板为未再结晶的纤维状组织，主要织构为α纤维织构与γ纤维织构，冷轧板织构最强峰出现在{223}〈110〉附近，强度可达4.340。

(3) 退火板为再结晶组织，平均晶粒尺寸53 μm，主要织构为{111}γ纤维织构，织构最强峰出现在{111}〈110〉～{111}〈112〉，强度可达4.670。

参考文献:

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[3]TAKASHIMA M, KOMATSUBARA M, MORITO N.{001}〈210〉 texture development by two-stage method innon-oriented electrical steel cold rolling [J].ISIJ International,1997,37(12):1263-1268.

[4]金自立，任慧平，王玉峰，等.无取向电工钢冷轧及退火织构的演变[J].钢铁，2007,42(1)：63-66.

[5]TOMIDA T. A new process to develop (100) texture in silicon steel sheets[J].Journal of Materials Engineering and Performance,1996,5(6):316-322.

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[7]PARK J T, SZPUNAR J A. Texture development during grain growth in non-oriented electrical steels [J]. ISIJ International,2005,45(5):743-749.

[8]潘振东，项利，张晨，等，高强度无取向电工钢的研究进展[J].机械工程材料，2014,38(4)：7-15.

[9]罗翔，项利，仇圣桃，等.稀土铈含量对1.2%Si无取向电工钢组织、织构及磁性能的影响[J].机械工程材料，2014，38(1)：6-11.

Microstructure and Texture Evolution of Non-oriented Electrical Steel

50W600 during Processing

YANG Fan1,2，FENG Xiao-ming2，ZHAO He-ming2，XIONG Chen-guang2，FAN Li-feng3，QIU Sheng-tao1

(1.National Engineering Research Center of Continuous Casting Technology, Central Iron and Steel Research Institute,

Beijing 100081, China；2.Xinyu Iron & Steel Co. Ltd., Xinyu 336501, China；

3.School of Materials Science and Engineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China)

Abstract:The cold-rolling and annealing treatments of non-oriented electrical steel 50W600 were carried out in laboratory, and the microstructure and texture evolution of hot rolled strip,cold rolled strip and annealed strip were studied. The results show that the surface layer and 1/4 (transition) layer of hot rolled strip owned a equiaxed recrystallized microstructure，and the core layer was dynamic recrystallization grains. Brass texture and copper texture were the main textures in the surface layer of the hot rolled strip, while the Goss texture and α-fibre texture were the main textures in the transaction layer，and the α-fibre was the main texture in the core layer. The microstructure of cold rolled strip was fibrous， and α-fibre texture and γ-fibre texture were the main textures. The annealed strip had the recrystallization microstructure with the average grain size of 53 μm，and the γ-fibre texture was the main texture.

Key words:non-oriented electrical steel; microstructure; texture

中图分类号：TG142.7

文献标志码：A

文章编号：1000-3738(2015)10-0025-04

通讯作者:樊立峰讲师

作者简介：杨帆(1983-),女,江西新余人,博士研究生。

基金项目：国家自然科学基金资助项目(50934009);内蒙古自治区自然科学基金资助项目(2015BS0508)

收稿日期:2014-08-14；

修订日期:2015-04-18

DOI:10.11973/jxgccl201510006

导师:仇圣桃教授