耿旭(遼寧科技大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

不同加工工藝對取向硅鋼織構(gòu)的影響

耿旭(遼寧科技大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

取向硅鋼是一種極特殊的電工鋼，它能夠在高溫退火條件下發(fā)生二次再結(jié)晶，此過程中會產(chǎn)生高斯織構(gòu)使取向硅鋼具有優(yōu)良磁性。取向硅鋼的織構(gòu)、微觀組織決定了它的宏觀性能，而織構(gòu)、組織又與加工工藝緊密聯(lián)系[1-2]。本文主要分析了取向硅鋼在多種工藝條件下其織構(gòu)的變化，希望對改善取向硅鋼性能有所幫助。

取向硅鋼;織構(gòu);二次再結(jié)晶;高斯晶粒;高溫退火;磁場;冷軋;熱軋

取向硅鋼是一種硅含量在3%左右的硅鐵合金，是一種軟磁材料，廣泛應(yīng)用于電力、電子工業(yè)中，具有單一的高斯織構(gòu){110}〈001〉，沿軋向可以表現(xiàn)出高磁感、低鐵損等特性，被稱為鋼鐵行業(yè)“皇冠上的明珠”。由于高斯織構(gòu){110}〈001〉位向與鐵的單晶體易磁化方向〈100〉相近，使得取向硅鋼具有良好的鐵磁性。按照磁感大小、加工工藝，取向硅鋼被分為Hi-B(高磁感取向硅鋼)和CGO(普通取向硅鋼)。工業(yè)上一般通過三種有效途徑來提高取向硅鋼的綜合性能：提高高斯取向、細化磁疇、減薄硅鋼片厚度[3]。其中，提高高斯取向?qū)τ谔岣呷∠蚬桎摰母叽鸥行杂葹橹匾?。本文通過以不同加工工藝對織構(gòu)產(chǎn)生的影響加以綜述，對通過織構(gòu)這一途徑來改善取向硅鋼性能提供幫助。

1 取向硅鋼生產(chǎn)新工藝

不同于傳統(tǒng)的高溫工藝，低溫工藝發(fā)生初次再結(jié)晶在高溫退火的升溫階段，緩慢升溫有助于減慢晶粒長大速度，同時增加二次再結(jié)晶初始溫度，有利于高斯晶核二次再結(jié)晶時充分長大，形成位向準(zhǔn)確、組分強度高、分布密集的織構(gòu)，且它的晶粒尺寸比高溫工藝大得多，使之獲得更加優(yōu)良的磁性[4]。2011年，周順兵[5]等人發(fā)現(xiàn)熱軋板在壓下率小于80%時，幾乎所有的樣品在不同厚度處，均為{100}〈011〉旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)；在壓下率大于80%時，其織構(gòu)的類型為高斯織構(gòu)或旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)，當(dāng)為旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu)時織構(gòu)強度差異很大，為高斯織構(gòu)時強度的差異較小，且織構(gòu)的強度不高。在壓下率高達88%時最有利于高斯織構(gòu)的形成[6]。付勇軍[7]等人發(fā)現(xiàn)增加保溫時間很有利于高斯晶粒發(fā)生異常長大。在加熱到820℃脫碳退火，保溫時間從2分鐘增到6分鐘時，CGO鋼初次再結(jié)晶中的高斯晶粒相對于{111}＜110＞和{111}＜112＞晶粒尺寸逐漸增加，{111}＜110＞晶粒的含量升高，且1/8層中高斯晶粒相比于其它取向晶粒尺寸穩(wěn)定，使二次再結(jié)晶的晶粒尺寸逐步增大、磁性能逐步提高。

2009年，寧媛媛[8]發(fā)現(xiàn)異步軋制與同步軋制加工的取向硅鋼薄板的冷軋織構(gòu)組分均主要由{001}〈110〉為強點的γ織構(gòu)和α織構(gòu)組成。不過異步軋制能降低中間層和快輥側(cè)厚度層的織構(gòu)強度，提高γ織構(gòu)和α織構(gòu)中{111}〈112〉強度，降低{111}〈110〉強度，對于慢輥側(cè)厚度層影響較小。隨異步軋制的速比增大，α織構(gòu)中除{111}〈112〉外其他組分減弱的現(xiàn)象愈加明顯，總體上異步軋制降低了冷軋織構(gòu)強度。異步軋制產(chǎn)生的這些影響是因為剪切應(yīng)變和剪切應(yīng)變沿層厚分布特征造成的。

劉立華[9]分別給CGO與Hi-B施加脈沖磁場，在等溫退火工藝下，觀察初次結(jié)晶晶粒，發(fā)現(xiàn)磁場退火抑制{111}〈110〉、{001}〈110〉織構(gòu)晶粒尺寸，促進{001}〈120〉織構(gòu)晶粒尺寸，高斯織構(gòu)含量較少。CGO在等時變溫磁場退火實驗中，施加1T軋向脈沖磁場后，γ織構(gòu)中除{111}〈110〉取向外均得到加強。磁場在較低溫度下退火(710℃或720℃)會增強{111}〈112〉，抑制{111}〈110〉，而較高溫度下(720℃或730℃)不會表現(xiàn)出對{111}〈110〉的抑制。在退火過程中，給CGO鋼施加軋向磁場可以促進{001}〈120〉、{111}〈112〉，其中對高斯取向促進作用最強，相對抑制{001}〈110〉、{111}〈110〉；施加橫向磁場可以促進{001}〈120〉、{111}〈110〉的形核生長，抑制{001}〈110〉、{110}〈001〉和{111}〈112〉形核生長；施加法向磁場會抑制γ織構(gòu)，促進{001}〈120〉、{001}〈110〉和{001}〈100〉。更高強度的磁場效果會更明顯。

2 結(jié)語

低溫工藝和增大壓下率可以使晶粒粗大，增加脫碳退火保溫時間有利于高斯晶粒異常長大，這幾種工藝都可以增加取向硅鋼的磁性。異步軋制會降低冷軋織構(gòu)強度。磁場退火對取向硅鋼的織構(gòu)、晶粒尺寸均有影響，在不同條件下會同時促進和抑制不同晶粒大小、形核生長。目前，各種新工藝生產(chǎn)取向硅鋼的研究雖然很多，但國內(nèi)這方面技術(shù)并不發(fā)達，提高取向硅鋼磁感性能的方法仍然值得進一步探索。如，通過在退火過程中外加脈沖磁場就是一個很好的思路，通過控制退火時間、溫度、磁場方向以及所施加磁場的大小來促進和抑制不同取向的晶粒達到我們想要的效果。

[1]楊續(xù)躍,朱亞坤,張雷.熱變形鎂合金退火顯微組織的定量研究[J].材料研究學(xué)報，2010(02).

[2]孔祥宇,李敬,于翠翠,苑輝,劉文昌.橫軋3105鋁合金織構(gòu)演變的定量分析[J].中國有色金屬學(xué)報，2009(11).

[3]夏強強,李莉娟,劉立華,翟啟杰.取向硅鋼生產(chǎn)工藝研究進展[J].材料導(dǎo)報,2010(05):85-88.

[4]孫穎.低溫板坯加熱工藝制備取向硅鋼的研究[D].東北大學(xué),2009.

[5]周順兵,李平和,王志奮.壓下率對取向硅鋼熱軋板織構(gòu)的影響[J].電工材料,2011(04):27-31.

[6]朱煒杰,趙剛,王暢,黃杰,杜亮.冷軋壓下率對Hi-B高磁感取向硅鋼初次再結(jié)晶織構(gòu)的影響[J].特殊鋼,2015(06):53-55.

[7]付勇軍,蔣奇武,楊平,王曉達,金文旭.脫碳退火保溫時間對取向硅鋼組織、織構(gòu)及磁性能的影響[J].材料熱處理學(xué)報,2015,(07):157-161.

[8]寧媛媛.異步軋制取向硅鋼晶粒長大過程中的再結(jié)晶織構(gòu)演變[D].東北大學(xué),2008.

[9]劉立華.脈沖磁場對取向硅鋼初次再結(jié)晶組織織構(gòu)的影響[D].上海大學(xué),2013.