成印明，趙德琦

（1馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山243000；2北京科技大學(xué)設(shè)計研究院有限公司，北京 100083）

1 前言

無取向硅鋼是制作各類電機(jī)和發(fā)電機(jī)不可缺少的重要材料。高牌號無取向硅鋼由于對產(chǎn)品的表面質(zhì)量和電磁性能要求高，且生產(chǎn)流程長、生產(chǎn)難度大，其制造水平成為衡量鋼鐵制造水平的一個重要依據(jù)［1］。隨著冷軋無取向硅鋼的技術(shù)進(jìn)步，開發(fā)生產(chǎn)高牌號無取向硅鋼的企業(yè)也越來越多，但是Si含量在2.9%以上的高牌號，目前國內(nèi)僅有寶武鋼鐵、太鋼、首鋼、馬鋼等少數(shù)幾家企業(yè)具備批量生產(chǎn)的能力。

影響無取向硅鋼性能的因素中，夾雜物和晶粒尺寸的控制已經(jīng)進(jìn)行了廣泛研究，但有關(guān)織構(gòu)控制的研究相對較少。改善鋼板織構(gòu)分布可以同時降低鐵損并提高磁感，尤其對磁感的改進(jìn)會比較明顯，因此得到了持續(xù)的關(guān)注和不斷深入的開發(fā)研究［2-4］。

本文以某鋼廠工業(yè)化生產(chǎn)的50W250高牌號硅鋼為研究對象，研究了常化、冷軋及成品熱處理的生產(chǎn)過程中高牌號硅鋼的組織織構(gòu)演變行為，并對有關(guān)機(jī)理進(jìn)行了分析，為工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)一步提升產(chǎn)品電磁性能指標(biāo)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

2 試驗材料與方法

試驗鋼的主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 試驗鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

試驗鋼的熱軋板、?；?、冷軋板及退火板加工成10 mm（TD）×20 mm（RD）尺寸。金相組織使用光學(xué)顯微鏡觀察，并用圖像分析儀測量平均晶粒大小；采用掃描電鏡及其EBSD附件進(jìn)行顯微織構(gòu)測量；針對樣品的特點選用的不同織構(gòu)測量方法，其最終分析均運用級數(shù)展開法計算試樣的取向分布函數(shù)（ODF），并表示在歐拉角φ2＝45°的截面圖上進(jìn)行分析。

3 試驗結(jié)果

3.1 金相組織

3.1.1 熱軋和?；M織

圖1為試驗鋼的熱軋和?；M織。由圖1a可以看到，熱軋板組織沿厚度方向分布不均勻，從表層到芯部變化較大，分層明顯。表層為細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，次表層為再結(jié)晶晶粒和變形晶粒的混合，芯部是拉長的纖維組織。將熱軋板經(jīng)900℃?；a(chǎn)生的組織形貌如圖1b所示，熱軋板經(jīng)?；?，再結(jié)晶完全，并且晶粒發(fā)生一定程度的長大，雖然在厚度方向上看中心層晶粒尺寸稍大一些，但組織均勻性較熱軋板好，平均晶粒尺寸為119 μm。

圖1 試驗鋼熱軋和?；M織

3.1.2 冷軋和退火組織

圖2為試驗鋼的冷軋和退火組織。由圖2a可以看到，?；褰?jīng)冷軋后由原來的再結(jié)晶與形變組織轉(zhuǎn)變?yōu)檠刂堉品较蛏扉L的纖維組織。而經(jīng)過退火，冷軋板中的纖維組織發(fā)生了完全再結(jié)晶，如圖2b所示，平均晶粒尺寸為151 μm。

圖2 試驗鋼冷軋和退火組織

3.2 織構(gòu)

對于無取向硅鋼而言，{l00}和{110}織構(gòu)是對磁性能有利的織構(gòu)，{111}和{112}是不利的織構(gòu)［5］。{111}織構(gòu)的形成與演變是冷軋無取向電工鋼生產(chǎn)加工過程中最主要的織構(gòu)行為，對成品磁性能有重要影響。織構(gòu)在生產(chǎn)加工過程中的演變具有一定的遺傳性，因此，熱軋板織構(gòu)組成也是影響成品性能的主要因素之一。因此，對試驗鋼的熱軋板、常化板、退火板進(jìn)行織構(gòu)分析，觀察其演變規(guī)律［6］。

通過取向分布函數(shù)（ODF）來分析試驗鋼的織構(gòu)，取向分布函數(shù)是由取向歐拉角φ1、Φ、φ23個自變量構(gòu)成的函數(shù)f（g）=f（φ1，Φ，φ2），取向完全隨機(jī)分布時，取向密度為1，即f（g）=1，因此，取向分布函數(shù)值表示的是取向密度相對于取向隨機(jī)分布密度的倍數(shù)。為了便于分析取向分布函數(shù)，把取向分布函數(shù)值繪在平面圖上，在垂直于取向空間φ2角坐標(biāo)軸方向，從取向空間中以5°間隔截取一系列等間距的取向面，繪制取向分布函數(shù)值的等密度線。

在硅鋼板加工過程中，各個晶粒的取向會逐步向取向空間中的兩條特定的取向線匯集，即α取向線和γ取向線，簡稱α線與γ線。兩條取向線在空間中的位置如圖3所示，α線的取向范圍為φ1=0°、Φ=0°～90°、φ2=45°，其上重要的取向有{001}<110>、{112}<110>、{111}<110>及{110}<110>，α線的特點是所有取向均有一個<110>平行于軋向；γ線的取向范圍為φ1=0°～90°、Φ=54.7°、φ2=45°，其上重要的取向有{111}<110>和{111}<112>，γ線的特點是所有取向均有一個{111}平行于軋面。由于該取向空間具有3次旋轉(zhuǎn)對稱性，所以只需要分析α線和1/3長度的γ線（φ1=60°～90°）以上的取向密度，即可得到硅鋼的主要織構(gòu)類型和相對強(qiáng)弱。

圖4為試驗鋼熱軋、常化、連退各工序典型織構(gòu)含量。由圖4可知，熱軋板和?；绢愃?，{112}和{111}面織構(gòu)占比較大，而退火板則以{001}和{011}面織構(gòu)為主。

圖5給出了試驗鋼熱軋板、?；?、連退板α線和γ線上的取向密度分布情況。由圖5可知，α取向線上，熱軋板的峰值出現(xiàn)在{001}<110>，?；宓姆逯党霈F(xiàn)在{112}<110>，退火板的峰值出現(xiàn)在{111}<110>和{001}<110>，{112}<110>明顯減弱。γ取向線上，?；宓膡111}<112>，退火板的{111}<110>附近明顯增強(qiáng)。但總體上，各試樣取向線上的織構(gòu)強(qiáng)度都比較弱。

圖3 取向空間中的α線和γ線位置與取向位置

圖4 不同工序典型織構(gòu)含量

圖5 α線和γ線上的取向密度

4 討論與分析

在熱軋過程中，表層存在較強(qiáng)的剪切應(yīng)力，而中心層主要以平面壓縮為主，使得厚度方向上的變形極為復(fù)雜。一般來說，表層到中心層會存在顯著的溫度梯度，表層溫度較低，且變形劇烈，熱軋過程中能夠保留較多的應(yīng)變儲能，而中心層由于溫度較高，回復(fù)作用加強(qiáng)，使其應(yīng)變儲能降低。表層熱軋變形儲能較高，因而能夠發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，而中心層則不能。本文采用的樣品Si含量為3.1%，一般在硅鋼生產(chǎn)過程中，Si+2Al含量＞2%，生產(chǎn)過程就不存在相變，因此，試驗鋼在單相鐵素體區(qū)軋制，屬于高層錯能金屬，位錯容易在滑移面間轉(zhuǎn)移，而使異號位錯相互抵消，使位錯密度下降，畸變能降低，較難達(dá)到動態(tài)再結(jié)晶所需的能量，因而不易發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，使得中心層保留了大量的變形組織［6-7］。

不同織構(gòu)組分的儲能是不同的，{112}面織構(gòu)儲能較高，會發(fā)生優(yōu)先長大，因此，熱軋板的表層織構(gòu)主要為{112}面織構(gòu)。熱軋板及常化的各層織構(gòu)以發(fā)達(dá)的α纖維織構(gòu)和較弱的不均勻γ纖維織構(gòu)為特征。?；軌蛱岣邿彳埥M織的均勻性，平均晶粒尺寸明顯增大，?；灞韺樱?01）面織構(gòu)組分含量與熱軋板表層相當(dāng)，不利織構(gòu){112}<110>組分含量增高。

冷軋過程中，由于溫度低，?；褰M織難以發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，導(dǎo)致冷軋板組織為沿軋向伸長的纖維組織，如圖2a所示。冷軋變形過程中，金屬晶粒的形狀發(fā)生顯著變化，晶粒沿著變形方向伸展，同時冷軋變形引起晶粒取向轉(zhuǎn)動，從而在多晶體內(nèi)形成冷軋織構(gòu)。此外，晶體內(nèi)的織構(gòu)缺陷如位錯密度、空位密度均升高，壓晶界、層錯和孿晶大量出現(xiàn)［8-9］。冷軋過程中{100}<011>織構(gòu)是不因變形而改變的，是僅有的穩(wěn)定原始位向。對＞2.0%Si的無取向硅鋼，其再結(jié)晶織構(gòu)組分主要為{100}<001>、{111}<112>以及Goss織構(gòu)，通過退火使冷軋板再結(jié)晶形成等軸晶，消除冷軋應(yīng)變，并能降低碳含量，退火溫度較高時晶界遷移速度加快，晶粒尺寸會逐漸增大。如圖2b所示，退火板中組織為完全再結(jié)晶組織。退火板中{001}<100>織構(gòu)取向晶?？焖匍L大，導(dǎo)致{001}<100>織構(gòu)組分含量最高，{112}面織構(gòu)組分含量有所下降。γ纖維織構(gòu)依靠在晶界附近的擇優(yōu)形核與長大機(jī)制發(fā)展起來。熱軋板經(jīng)900℃常化處理時，熱軋原始晶界消失，冷軋組織中變形晶粒的晶界附近具有相對較小的取向差和較低的變形儲能，不利于γ纖維再結(jié)晶晶粒的發(fā)展，所以退火板中γ纖維織構(gòu)明顯減弱。

5 結(jié)論

5.1 熱軋板組織沿厚度方向分布不均勻，從表層到芯部變化較大，分層明顯，表層織構(gòu)主要為{111}和{112}。

5.2 ?；褰M織在厚度方向與熱軋板類似，但晶粒明顯長大，組織均勻性較好，平均晶粒尺寸為119 μm，織構(gòu)組分與熱軋板基本相當(dāng)。

5.3 冷軋板為沿著軋制方向伸長的纖維組織。

5.4 退火板為再結(jié)晶組織，平均晶粒尺寸為151 μm，{001}<100>織構(gòu)組分含量最高。