Fe-3.3%Si钢热辊低温轧制过程微观组织研究

王睿

摘 要 硅钢主要用于制造变压器、发电机及电器仪表，是电力、通讯和军事重要磁性材料。硅钢脆性高的问题长期制约冷轧硅钢的发展，采用温轧法可以补充热轧和冷轧工艺，提高硅钢在轧制过程中的塑性。本课题对比研究硅钢在热辊温轧和热辊冷轧后的微观组织、物相和择优取向、力学性能，从而得到在低温轧制时的合适工艺。结果表明热辊温轧、大单道次压下量能获得更细小的晶粒，同时加工硬化作用减弱，可以提高轧制过程中的塑性。

关键词 电工钢;硅钢;温轧;热辊冷轧

1研究内容及意义

本课题的实验原料为热轧退火后的Fe-3.3%Si钢，厚度2.52mm，进行热辊冷轧和热辊温轧，实验前温轧组硅钢加热到250℃，加热轧辊到250℃。每组都采用三种不同的压下量轧制硅钢板。通过分析轧后板材的金相、XRD、硬度，研究不同压下量时，温轧、冷轧对硅钢微观组织的影响。从而找出温轧、冷轧工艺在多大的压下量时得到的Fe-3.3%Si钢具有最优异的性能[1]。

（1）观察和分析温轧、冷轧的金相图片，分析压下量不同时微观组织的变化规律，对比温轧、冷轧的微观组织。

（2）通过XRD实验，分析温轧、冷轧硅钢的物相和择优取向的变化。

（3）对温轧、冷轧硅钢进行硬度实验，研究硅钢力学性能在温轧过程中的演变。

2研究方案及实验流程

本实验原材料为厚度为2.52mm的Fe-3.3%Si硅钢热轧板材，主要元素及含量（%）：Fe（96.3）Si（3.28）Mn（0.099）Al（0.042）Ni（0.024）N（0.024）W（0.007）Cu（0.021）C（0.015）P（0.015）Cr（0.012）

2.1 轧制实验

以二辊轧机为轧制设备，轧辊直径210mm，轧辊温度250℃，用1.3m/min的轧制速度进行轧制。

热辊冷轧实验

控制其他变量不变，改变不同道次的压下量，做三组实验，反映压下量与道次对Fe-3.3%Si钢温轧过程组织及性能的影响。得到三个不同压下量的板材：

试样1-1：总变形量：37.30%，道次1：26.98%，道次2：3.2%，道次3：11.24%;

试样1-2：总变形量：33.33%，道次1：33.33%;

试样1-3：总变形量：38.98%，道次1：31.75%，道次2：6.98%，道次3：3.75%。

热辊温轧实验

将板材加热到250℃，然后轧制，控制压下量，进行一道次轧制。得到三个不同压下量的板材：试样2-1：变形量：41.27%;试样2-2：变形量：30.95%;试样2-3：变形量：18.25%。

2.2 分析实验

将轧制后的样品进行金相实验、X射线衍射分析（XRD ）实验、维氏硬度实验。其中XDR实验设置扫描步长0.04°/S，衍射角范围5°～90°。

3试验结果及试验分析

3.1 组织形貌分析

觀察6组试样显微组织。进行轧制实验前的板材为热轧板材，晶界闭合，晶粒约为60μm，大小不一致说明发生了一定程度的再结晶。金相组织中没有孪晶的形成，判断为可进行滑移的位错系比较多。

（1）冷轧最大的压下量道次决定了晶粒的最大厚度，最大单道次压下量越大，晶粒厚度越小，33.33%的压下量得到15μm晶粒。单道次压下量不足7%时，晶粒不会产生明显变化。单道次压下量超过11%时，约有三分之一的晶粒发生了变形，厚度更小（8μm），且这些更细小的晶粒不是均匀地分布在厚度方向，而是集中分布的，这与应力集中有关。

（2）热辊冷轧轧制的板材的表面晶粒（25μm）要比一般冷轧轧制出的板材的表面的晶粒（50μm）更细小。轧制时，板材表面受热，塑性提高，晶粒小于一般冷轧板表面晶粒。

（3）热辊温轧，压下量越大，板材的晶粒厚度就越细小。试样2-1，晶粒厚度7μm;试样2-2，晶粒厚度7-15μm;试样2-3，晶粒厚度25μm。

（4）相同压下量的温轧和冷轧试样的比较可以看出两个试样中粗大的晶粒的尺寸是差不多的（15μm）。然而温轧试样中存在着更薄的晶粒（5μm -8μm），这些晶粒占一半的体积，会使板材的硬度提高，塑性、韧性增加。

3.2 X射线衍射分析（XRD）

通过比对6组试样的XRD图谱，其大致相同，说明在250℃及以下Fe-3.3Si钢的物相没有发生改变。

试样中的主要物相是α铁素体，可以分析出Fe9Si固溶体。通过JADE软件分析，Fe的晶粒在（110）晶面上有择优取向。

3.3 维氏硬度分析

冷轧的硅钢的最大道次压下量越大硬度越高，与道次数量负相关，试样1-1，317HV;试样1-2，324HV;试样1-3，307HV。相对于冷轧板的表面，温轧板表面的硬度变化值十分小，试样2-1，290HV;试样2-2，293HV;试样2-3，286HV，可见这时压下量的增大所起的加工硬化作用已经变小了，究其原因，在250℃时的回复作用使得位错密度相对于冷轧时较低，位错难以被钉扎[2]。

4结束语

本课题以Fe-3.3Si钢板材为研究对象，进行热辊温轧、热辊冷轧实验，得到了钢板的金相显微组织、物相、择优取向及宏观力学性能的规律，所得主要结论如下：

（1）热辊轧制比普通轧制获得更细的表面晶粒。相同压下量的温轧板材中出现了很多比冷轧板材更细小的晶粒，有利于板材综合性能提高。

（2）单道次温轧过程，压下量越大，板材的晶粒厚度越细小;多道次冷轧时，大压下量的道次影响晶粒大小，小压下量道次（小于7%）时对晶粒尺寸的影响较小。

（3）无论是温轧还是冷轧Fe-3.3Si钢没有明显的相变，试样中的主要物相是α铁素体，并存在少量的Fe9Si固溶体，Fe的晶粒在（110）晶面上有一定的择优取向。

（4）热辊冷轧硅钢的最大道次压下量越大硬度越高，相对于冷轧板的表面，温轧板表面的硬度变化较小，因压下量增大引起的加工硬化作用减弱。

参考文献

[1] 黄璞，毛炯辉，陈卓，等.冷轧无取向电工钢生产研发趋势[N].世界金属导报，2009-11-10（22）.

[2] 何忠治.电工钢现状与展望（续）[J].中国冶金，2001（5）：15.