热轧卷取温度对无取向硅钢织构和磁性能影响

浦绍敏

（马鞍山钢铁股份有限公司，安徽马鞍山 243000）

引言

无取向硅钢通常要求低铁损和高磁感，而铁损和磁感这两项指标除与化学成分有关外，晶粒大小、第二相粒子数量和分布以及组织织构等因素也对其有显著的影响作用。低牌号无取向硅钢生产工艺流程主要包括冶炼、热轧、冷轧和退火几个过程。再结晶退火后能否得到具有有利织构取向的粗大晶粒是无取向硅钢生产的关键[1-4]。行业内对此研究比较多，但热轧卷取温度作为影响无取向硅钢最终电磁性能的另一重要参数，却研究得相对较少。

以某钢厂工业化生产的无取向硅钢50 W800为研究对象，研究不同的热轧卷取温度下无取向硅钢的组织、织构，并对有关机理进行了分析，为工业生产中进一步提升产品电磁性能指标奠定技术基础。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验钢的主要化学成分如表1所示。试验钢的主要磁性能指标如表2 所示。热轧采用690 ℃卷取的试样，铁损低而磁感高，磁性能明显优于580 ℃卷取的试样。

表1 试验钢的化学成分（单位：质量分数%）

表2 试验钢磁性能

1.2 试验方法

试验钢的热轧板、退火板加工成10 mm（TD）×20 mm（RD）尺寸。使用光学显微镜观察金相组织，并用图像分析仪测量平均晶粒大小；采用扫描电镜及其EBSD 附件测量显微织构，运用级数展开法计算试样的取向分布函数（ODF），并在欧拉角φ2＝45°的截面图上进行分析。

2 试验结果

2.1 金相组织

2.1.1 热轧组织

图1 为试验钢的热轧组织，热轧板组织沿厚度方向分布不均匀，从表层到芯部变化较大,分层明显。表层为细小的再结晶晶粒,次表层为再结晶晶粒和变形晶粒的混合，芯部是拉长的纤维组织。采用580 ℃卷取的热轧板，表层细小的再结晶晶粒明显小于690 ℃卷取的热轧板，且混晶的面积也高于690 ℃卷取的热轧板。

图1 试验钢热轧板组织

2.1.2 退火组织

图2 为试验钢退火组织，经过冷轧退火后的成品组织发生了完全再结晶，且更均匀。热轧采用690 ℃卷取的退火板平均晶粒尺寸，略大于采用580 ℃卷取的退火板，如图2 所示。不同卷取温度退火板组织和平均晶粒尺寸见表3。

图2 试验钢退火板组织

表3 不同卷取温度退火板组织和平均晶粒尺寸

2.2 织构

对于无取向硅钢而言，{l00}和{110}织构是对磁性能有利的织构，{111}和{112}是不利的织构。{111}织构的形成与演变是冷轧无取向电工钢生产加工过程中最主要的织构行为，对成品磁性能有重要影响，织构在生产加工过程中的演变具有一定的遗传性，因此，热轧板织构组成也是影响成品性能的主要因素之一。因此，对试验钢的热轧板和退火板进行织构分析，以观察其演变规律[5,6]。

2.2.1 典型织构

图4、图5 为试验钢热轧板和退火板分别采用580 ℃和690 ℃卷取时的典型织构及含量。由图可知，热轧板状态下，两种卷取温度的织构类型及含量相差不大，主要为{001}＜110＞和{112}＜110＞取向织构。退火板状态下，织构比较集中，主要为{112}＜110＞、{111}＜110＞和{111}＜112＞为主的γ织构，且580 ℃卷取时的占比明显高于690 ℃卷取。同时还具有较弱的旋转立方织构{112}＜110＞和立方织构{001}＜110＞，而旋转立方织构和立方织构中，690 ℃卷取占比高于580 ℃卷取。

图5 试验钢典型织构含量

图3 取向空间中的α线和γ线位置与取向位置

2.2.2 取向分布

图6为试验钢热轧板的取向分布函数。通常情况下，无取向硅钢选择取向分布函数ψ=45°作为分析的截面图，因为ψ=45°是表达无取向硅钢织构最具代表性的截面图。图7 为热轧板α线和γ线上的取向密度，取向密度可以简单明了地观测到钢板内主要织构类型和相对强弱。由图7 可知，热轧状态下，α取向线上，690 ℃卷取的热轧板织构峰值出现在{001}＜110＞处，强度约9.0，580 ℃卷取的样板织构峰值出现在{112}＜110＞处，强度约9.0；γ取向线上，690 ℃卷取的热轧板织构在{111}＜110＞和{111}＜112＞两处出现峰值，强度在1.4 左右，而580 ℃卷取的热轧板强度都相对较低。

图6 试验钢热轧板取向分布函数

图7 热轧板α线和γ线上的取向密度

图8 为实验钢退火板的取向分布函数。图9 为退火板α线和γ线上的取向密度。由图可知，退火后成品板状态下，α织构在{001}和{112}处出现最高峰，580 ℃卷取时织构强度达到7.0，而690 ℃卷取时织构强度只有3.0 左右；γ取向线上，两种卷取温度的γ织构峰值都出现在{111}＜112＞，强度达到6.0以上，且采用580 ℃卷取的退火成品板相对于采用690 ℃卷取的有较强的{111}＜110＞。总体上，各试样取向线上的织构强度明显高于热轧板。

图8 试验钢退火板取向分布函数

图9 退火板α线和γ线上的取向密度

3 分析与讨论

采用580 ℃卷取的热轧板产生的组织表层细小的再结晶晶粒明显小于690 ℃卷取的热轧板，且混晶的面积也高于690 ℃卷取的热轧板。这是由于高温卷取可以起到常化的作用，可以提高热轧板组织的均匀性，晶粒尺寸明显增大。同时较高的卷取温度对析出物特别是MnS 和AlN 的粗化起到一定作用，粗化的MnS 和AlN 析出物，可以减少在退火过程中对晶界的钉扎作用，有利于退火晶粒的长大，从而可以降低铁损，提高产品磁性能。因此，在一定范围内，采用高温卷取能够有效改善成品组织状态，对不经历常化工序的中低牌号硅钢改善磁性能具有重要作用。

中低牌号硅钢以γ织构为主，{111}是对无取向硅钢磁性能不利织构，图4 和图8 明显看到，热轧采用580 ℃卷取的试样，含有大量的{111}织构组分，且强度较大，因此铁损较高，磁感较低。当卷取温度提高到690 ℃时，铁损降低了0.25 W/kg，磁感增加了0.02 T，此时{111}＜110＞织构组分强度明显降低，{111}＜112＞强度也相应减弱。因为在此晶面上没有易磁化的＜001＞轴，却有难磁化的＜111＞轴。因此，提高卷取温度，可以大大降低不利织构的产生，有利于P1.5降低，B50增加。

4 结论

（1）只改变热轧卷取温度，其他生产工艺相同条件下，690 ℃卷取比580 ℃卷取生产的产品，铁损低0.25 W/kg，磁感高0.02 T。

（2）从晶粒尺寸分析，采用580 ℃卷取的热轧板产生的组织表层细小的再结晶晶粒明显小于690 ℃卷取的热轧板，且混晶的面积也高于690 ℃卷取的热轧板；退火板平均晶粒尺寸，690 ℃卷取在33 μm，略大于580 ℃卷取的28 μm。

（3）从织构类型分析，热轧板状态下，两种卷取温度的织构类型及含量相差不大，主要为{001}＜110＞和{112}＜110＞织构。退火板状态下，织构比较集中，主要为{112}＜110＞、{111}＜110＞和{111}＜112＞为主的γ织构，且580 ℃卷取时的占比明显高于690 ℃卷取。

（4）从取向密度分析，热轧状态下，α取向线上，690 ℃卷取的热轧板织构峰值出现在{001}＜110＞处，强度约9.0，580 ℃卷取的样板织构峰值出现在{112}＜110＞处，强度约9.0；γ取向线上，690 ℃卷取的热轧板织构在{111}＜110＞和{111}＜112＞两处出现峰值，强度在1.4 左右，而580 ℃卷取的热轧板强度都相对较低。退火后成品板状态下，α织构在{001}和{112}处出现最高峰，580 ℃卷取时织构强度达到7.0，而690 ℃卷取时织构强度只有3.0左右；γ取向线上，两种卷取温度的γ 织构峰值都出现在{111}＜112＞，强度达到6.0 以上，且采用580 ℃卷取的退火成品板相对于采用690 ℃卷取的有较强的{111}＜110＞。