摘要：基于高牌號無取向硅鋼現(xiàn)場生產(chǎn)實驗，將相同爐次的連鑄板坯熱軋至不同厚度（2.1，2.3，2.6 mm）的板卷，經(jīng)?；鶡峁に囌{(diào)控，獲得晶粒較為均勻的?；褰M織，再經(jīng)85.7%～88.5%壓下率冷軋，得到相同厚度（0.3 mm）的冷軋板，最終采用相同的退火工藝得到退火板；結合組織、織構和磁性能的相關檢測分析，研究熱軋板增厚對高牌號無取向硅鋼產(chǎn)品磁性能的影響。結果表明：隨高牌號無取向硅鋼熱軋板厚度的增加（在2.1～2.6 mm范圍，即冷軋壓下率降低），退火板組織中{111}晶粒占比提高，γ纖維織構強度逐漸增強，織構發(fā)生惡化；隨熱軋板厚度的增加，磁性能中鐵損P1.0/400線性增加，磁感強度B50線性降低。熱軋板厚度由2.1 mm增至2.3 mm時，P1.0/400平均惡化0.20 W/kg，P1.5/50平均惡化0.04 W/kg，B50平均惡化0.005 T；熱軋板厚度由2.3 mm增至2.6 mm時，P1.0/400平均惡化0.24 W/kg，P1.5/50平均惡化0.04 W/kg，B50平均惡化0.009 T。

關鍵詞：厚度；高牌號無取向硅鋼；織構；磁性能；熱軋板；新能源汽車

中圖分類號：TG 142.1文獻標志碼：A doi：10.12415/j.issn.1671?7872.24048

文章編號：1671-7872（2024）04-0450-07

Effect of Hot-rolled Plate Thickness on Magnetic Properties of High Grade Non-oriented Silicon Steel

ZHU Yuxiu1，2，ZHANG Jianfa2，LIU Shide2，ZHANG Baolei2，XIANG Li1，LI Zelin2，XU Houjun2

（1.School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China;2.Shougang Zhixin Qian'an Electromagnetic Materials Co.，Ltd，Qian′an 064400，China）

Abstract：Based on the on-site production test of high grade non-oriented silicon steel，continuous casting slabs of the same furnace were hot-rolled to coils of different thicknesses（2.1，2.3，2.6 mm），and then subjected to regular homogenization process control to obtain a normalized plate structure with relatively uniform grains.After cold rolling at a reduction rate of 85.7%to 88.5%，cold-rolled plates with the same thickness of 0.3 mm were obtained.Finally，annealed plates were obtained using the same annealing process.By combining relevant testing and analysis of organization，texture，and magnetic properties，the influence of hot-rolled plate thickening on the magnetic properties of high grade non-oriented silicon steel product was studied.The results show that as the thickness of hot-rolled plate of high grade non-oriented silicon steel increases（in the range of 2.1–2.6 mm，i.e.，the cold rolling reduction rate decreases），the proportion of{111}grain in the annealed plate structure increases，the strength of theγfiber texture gradually increases，and the texture deteriorates.As the thickness of the hot-rolled plate increases，the iron loss P1.0/400 in the magnetic properties linearly increases，while the magnetic induction intensity B50 linearly decreases.When the thickness of hot-rolled plate increases from 2.1 mm to 2.3 mm，the average deterioration ofP1.0/400 is 0.20 W/kg，P1.5/50 is 0.04 W/kg，and the average deterioration of B50 is 0.005 T.When the thickness of hot-rolled plate increases from 2.3 mm to 2.6 mm，the average deterioration of P1.0/400 is 0.24 W/kg，P1.5/50 is 0.04 W/kg，and the average deterioration of B50 is 0.009 T.

Keywords：thickness;high grade non-oriented silicon steel;texture;magnetic properties;hot-rolled plate;new energy vehicles

硅鋼是1種含硅量為0.5%～4.5%（質(zhì)量分數(shù)）的碳硅鐵合金材料，根據(jù)硅鋼中晶粒排列方式和晶體取向聚集程度，可分為無取向硅鋼和取向硅鋼。取向硅鋼的晶粒在軋制方向朝向一致，在此方向具有優(yōu)異的磁感應強度，適用于靜止器領域，如各種類型的變壓器；無取向硅鋼內(nèi)部的晶粒朝向各不相同，盡管在軋制方向上的磁感強度弱于取向硅鋼，但在各個方向都具有良好的磁感強度，適用于轉(zhuǎn)動器領域，如工業(yè)電機、新能源汽車驅(qū)動電機、各類家電的電機等。對于無取向硅鋼，按照材料的鐵損性能，一般將鐵損P1.5/50≤4.00 W/kg（對應牌號400及以下）的無取向硅鋼稱為高牌號無取向硅鋼，其余為中低牌號無取向硅鋼。當前，我國新能源產(chǎn)業(yè)正快速發(fā)展，無取向硅鋼因其良好的軟磁性能和加工性能而成為理想的鐵芯材料。隨著國家能效標準的升級，高牌號無取向硅鋼因具有更低鐵損、更高強度的特性，市場對其需求直線上升。近年，我國以寶鋼、太鋼為代表的硅鋼制造企業(yè)陸續(xù)展開了退火線的改造，將低牌號無取向退火產(chǎn)線改造升級為高牌號無取向退火產(chǎn)線，但這也造成了?；ば虍a(chǎn)能的不足，增加熱軋板厚度是1種解決常化產(chǎn)能不足的方案。因此，研究熱軋板厚度對高牌號無取向硅鋼磁性能的影響及其機理，對于調(diào)整優(yōu)化升級產(chǎn)品結構、提升新能源汽車用無取向硅鋼的生產(chǎn)效能和產(chǎn)品性能具有重大意義。

目前對于無取向硅鋼冷軋壓下率的研究大多圍繞相同熱軋板厚度與成品厚度不同開展的[?]。吳碩等采用相同的?；遘堉?.25～0.30 mm厚度的冷軋板，研究其變形與退火后的組織及性能，結果表明：隨壓下率增大，退火后{111}面織構增多、{001}面織構減少，磁感各向異性增加，鐵損下降；林緩等]將2.30 mm厚度的?；謇滠堉梁穸葹?.30～0.65 mm的成品板，研究冷軋壓下率（71.7%～87.0%）對高牌號無取向硅鋼組織、織構、磁性能和力學性能的影響，結果表明：當冷軋壓下率增加時，高牌號無取向硅鋼磁感及鐵損迅速下降，退火板立方織構和高斯織構強度減弱，γ纖維織構增加，α纖維織構偏轉(zhuǎn)形成較強的α*纖維織構；彭宇凡等、儲雙杰等研究發(fā)現(xiàn)，隨冷軋壓下率增大，λ再結晶織構逐漸增強，η纖維織構強度先增強后減弱，γ纖維織構強度先減弱后增強，α纖維織構強度稍有弱化；李長一等]研究發(fā)現(xiàn)，冷軋壓下率影響各位向儲能的大小，從而影響再結晶織構的強度。在?；に嚪矫?，姚海東等研究發(fā)現(xiàn)，隨?；瘻囟忍岣?，常化板平均晶粒與成品板平均晶粒尺寸均增大，鐵損得到優(yōu)化；蔣鵬等]研究發(fā)現(xiàn)，?；に嚳商岣呓M織均勻性、降低γ纖維織構強度?，F(xiàn)有研究對于冷軋壓下率對高牌號無取向硅鋼組織、織構的影響規(guī)律是清晰的。但是不同成品厚度的硅鋼其本身對鐵損、磁感存在顯著影響[?]，壓下率對磁性能的影響規(guī)律中難以剝離退火板厚度的影響，因而現(xiàn)有的研究結論難以準確評估壓下率對成品磁性能的影響，不適用于不同熱軋板厚度、相同成品厚度引起的冷軋壓下率變化對成品磁性能影響的情況。鑒于此，針對某硅鋼制造企業(yè)生產(chǎn)的同爐次高牌號無取向硅鋼，通過調(diào)控熱軋板厚度、常化工序均熱時間，研究熱軋板厚度（相應的冷軋壓下率）對成品磁性能的影響，以期為能效升級背景下通過熱軋板厚度調(diào)整提高?；a(chǎn)能的選擇方案提供理論指導，同時彌補以往研究中難以準確評估壓下率對成品磁性能影響的不足。

1實驗材料及方法

選取某硅鋼制造企業(yè)同爐次高牌號無取向硅鋼板坯，其合金元素成分見。同爐次高牌號無取向硅鋼板坯經(jīng)熱軋軋制為3種厚度（2.1，2.3，2.6 mm）的熱軋板各3卷，在960℃下分別進行80，88，100 s的?；笏嵯矗唤?jīng)85.7%，87.0%，88.5%軋制壓下率冷軋，得到0.3 mm厚度的冷軋板；在連續(xù)退火生產(chǎn)線經(jīng)950～1 050℃下均熱20～40 s的工藝退火，最終得到成品板，其生產(chǎn)工藝流程如。

采用光學顯微鏡（CARL ZEISS Axio Observer D1m型）觀察、測量統(tǒng)計?；寰Я３叽纾ú捎媒鼐€法），采用掃描電鏡（ZEISS場發(fā)射SUPRA55型）、電子背散射衍射技術（electron back-scattered diffraction，EBSD）分析退火板晶粒尺寸、織構（退火板1/4層位置）及主要位向（設置最大偏離角為15°）晶粒所占的比例。將3種不同熱軋板的退火板切割為尺寸30 mm×300 mm縱橫向各12片的樣品，根據(jù)GB/T 3655—2022，采用交流磁性測量儀（Brockhaus MPG 100D AC型）測量成品板的磁感應強度B50（磁場強度為5 000 A/m時的磁感應強度）、鐵損P1.0/400（400 Hz下，磁感應強度為1.0 T時的損耗）和P1.5/50（50 Hz下，磁感應強度為1.5 T時的損耗），并計算每種厚度熱軋板對應成品板磁性能指標的平均值。

2結果與討論

2.1常化組織特征

對同一爐次無取向硅鋼的板坯進行熱軋，得到2.1，2.3，2.6 mm厚度的熱軋板，再分別經(jīng)過960℃（80，88，100 s）?；鶡岷蟮玫降某；褰M織如，不同?；に囅鲁；宓钠骄Я３叽缫姳?。

綜合看出：不同厚度熱軋板?；蟮木Я谋韺拥叫牟浚Я３叽巛^為均勻，平均尺寸分別為146，145，148μm。由?；缶Я５钠骄叽绾途鶆虺潭认嗨瓶芍?，文中選用的不同厚度熱軋板常化過程的均熱時間合適，該?；幚砜蔀楹罄m(xù)冷軋和退火提供組織相似的不同厚度?；鍢悠?。對于高牌號無取向硅鋼，鑄坯經(jīng)熱軋后，鋼板組織沿厚度方向會存在明顯的不均勻，表層為細小的再結晶組織、中心為形變組織。常化過程中通過熱處理提供的驅(qū)動力可使熱軋板發(fā)生再結晶、晶粒長大，從而實現(xiàn)組織均勻化。因此，文中實驗過程中，通過對不同厚度的熱軋板進行?；鶡釙r間調(diào)控，可得到平均晶粒尺寸相似的?；?。

2.2退火板組織及織構特征

不同厚度?；鍢悠方?jīng)不同壓下率冷軋和相同工藝退火處理后得到相同厚度的退火板，其組織和織構（EBSD檢測分析）如，晶粒平均尺寸和不同位向晶粒占比（設置最大偏角為15°）見表3。

綜合圖3和表3可見：熱軋板厚度不同的條件下，得到的退火板組織差異不明顯，織構有一定的差異；厚度為2.1，2.3，2.6 mm的熱軋板，對應退火板組織均為均勻的等軸晶粒，平均晶粒尺寸分別為94，95，92μm，大小基本相同。由此可見，熱軋板厚度增加（2.1～2.6 mm）與冷軋壓下率下降（從88.5%降至85.7%）對退火板晶粒尺寸未產(chǎn)生顯著影響。

圖4為不同厚度熱軋板對應退火板1/4層取向分布函數(shù)φ2=45°的截面圖。φ1，φ2，Φ為Roe符號系統(tǒng)中表示樣品坐標系的歐拉角，其中φ1，φ2為繞軋制面法向（normal direction，ND）轉(zhuǎn)的角度；Φ為繞軋制方向（rolling direction，RD）轉(zhuǎn)的角度。

由圖4可看出：退火板中的主要織構類型有α*纖維織構、γ纖維織構以及{001}lt;120gt;織構，厚度為2.1 mm時，α*纖維織構強度高點為{114}lt;481gt;，強度為7.0；隨厚度的提高，α*纖維織構強度高點沿α*取向線逐漸向γ線偏移，且γ取向線上的織構強度逐步增強；λ取向線上的主要織構類型為{001}lt;120gt;，{001}lt;120gt;織構在熱軋板厚度為2.1 mm時強度最高（4.7），在熱軋板厚度為2.3 mm時強度最低（3.6）。

綜合圖3～4可知：隨熱軋板厚度增加（2.1～2.6 mm），退火板中的{111}晶粒（晶粒）數(shù)量明顯增多，占比從23.3%增至32.9%，提高了9.6%；退火板中占比最高的{112}晶粒略有提高，從45.5%增至49.2%，提高了3.7%；占比最低的{110}晶粒略有降低，從4.5%降至3.0%，降低了1.5%。熱軋板厚度為2.3 mm時，退火板中的{100}晶粒占比最高，為19.9%；熱軋板厚度為2.1，2.6 mm時，{100}晶粒占比基本相當。

退火后鋼中再結晶織構的形成與發(fā)展與相應形變織構組分含量有關，但更多地取決于形變織構組分的應變儲能[?]。再結晶形核時晶核的取向特征以及能夠長大的晶核取向決定再結晶織構的類型。無取向硅鋼生產(chǎn)絕大部分采用一次冷軋工藝（大壓下率）生產(chǎn)，冷軋壓下率一般為75%～95%，冷軋后易獲得α（lt;110gt;//RD）纖維織構和完整的γ（lt;111gt;//RD）纖維織構。本實驗中?；謇滠垑合侣试?5.7%～88.5%范圍，冷軋形變織構主要由α纖維和γ纖維織構組成。鋼板在軋制過程中，隨著冷軋壓下率的增加，α纖維織構及γ纖維織構的強度增強；冷軋板在退火過程中，退火組織具有遺傳性，由于γ取向晶粒具有最高的儲存能以及γ再結晶晶粒定向形核，在冷軋板最終退火過程中γ變形晶粒率先發(fā)生再結晶，并且具有尺寸和數(shù)量優(yōu)勢]。因此，熱軋板厚度由2.1 mm提高到2.3，2.6 mm，退火板{112}和{111}面織構占比提高。

2.3產(chǎn)品磁性能

3種厚度熱軋板（2.1，2.3，2.6 mm）對應成品板的磁性能見，熱軋板厚度與成品板的磁性能（B50，P1.0/400和P1.5/50）關系如圖5。

由表4和圖5可知：熱軋板厚度在2.1，2.3，2.6 mm時，3個厚度熱軋板對應成品板的磁性能均較為穩(wěn)定，波動較小，B50波動≤0.003 T，P1.5/50波動≤0.03 W/kg，P1.0/400波動≤0.16 W/kg；熱軋板厚度在2.1～2.6 mm范圍，隨熱軋板厚度的增加，成品板的B50逐漸降低（均值從1.678 T降至1.664 T，總的降幅為0.014 T），P1.0/400和P1.5/50逐漸增加（均值分別從14.02 W/kg增至14.46 W/kg，2.09 W/kg增至2.17 W/kg，總的增幅分別為0.04，0.08 W/kg）。不論是在磁感方面，還是在鐵損方面，熱軋板厚度的增加均惡化了成品板的磁性能。

在高牌號無取向硅鋼生產(chǎn)的過程中，織構是影響成品板磁感和鐵損的主要因素之一[?]。{100}晶面存在2個易磁化lt;001gt;軸，{110}晶面存在1個易磁化軸，而{111}晶面無易磁化軸[?]，增加對磁性能有利的{100}和{110}面織構可在提升磁感應強度的同時降低磁滯損耗。因此，對成品板織構的控制目標是，在最終退火后鋼中應盡量減少對磁性能不利的{111}織構晶粒，同時增加對磁性能有利的{100}和{110}織構晶粒。

織構受生產(chǎn)工藝的影響較大，冷軋時主要通過壓下率的變化使形變組織和織構發(fā)生改變，進而影響成品板退火時再結晶織構的形成與發(fā)展（退火時冷軋組織需經(jīng)歷回復、再結晶形核和晶粒長大）[?]。由成品板磁性能結果可知，熱軋板厚度增加帶來的冷軋壓下率增加，會惡化成品板的磁性能。這是由于在退火后晶粒尺寸基本相同的情況下，退火板中的織構不同會引起成品板磁性能的變化。隨熱軋板厚度的增加（由2.1 mm增至2.3 mm），在退火板中的不利織構（γ纖維織構）強度增強和有利織構（{001}lt;120gt;織構）強度減小的雙重作用下，成品板磁性能發(fā)生了惡化。熱軋板厚度由2.1 mm增至2.3 mm，γ纖維織構強度提高不大，但是對磁性能有利的{001}lt;120gt;織構強度明顯降低，鐵損P1.5/50惡化比例為1.8%，P1.0/400惡化比例為1.4%，磁感強度B50惡化比例為0.3%；熱軋板厚度由2.3 mm增加至2.6 mm，γ纖維織構強度明顯增強，鐵損P1.5/50惡化比例為1.9%，P1.0/400惡化比例為1.7%，磁感強度B50惡化比例為0.6%。

3結論

1）將同爐次高牌號無取向硅鋼軋制為不同厚度（2.1，2.3，2.6 mm）的熱軋板，經(jīng)常化工序均熱時間調(diào)控，可得到平均晶粒尺寸相似的常化板；再經(jīng)85.7%～88.5%壓下率軋制至相同厚度（0.3 mm）的冷軋板，采用相同的退火工藝得到成品退火板，熱軋板厚度增加對退火板晶粒尺寸未產(chǎn)生顯著影響。

2）熱軋板厚度在2.1～2.6 mm范圍，隨熱軋板厚度增加，在最大偏離角為15°的情況下，退火板中{112}和{111}面織構晶粒占比提高，{111}晶粒占比從23.3%增至32.9%；{112}晶粒占比略有提高，從45.5%增至49.2%。熱軋板厚度為2.3 mm時，退火板中的{100}晶粒占比最高，為19.9%。隨冷軋壓下率的增加，退火板組織中{111}晶粒占比提高，γ纖維織構逐漸增強，織構發(fā)生惡化。

3）熱軋板厚度在2.1～2.6 mm范圍，隨熱軋板厚度增加，成品板的鐵損P1.0/400線性增加、磁感強度B50線性降低。熱軋板厚度由2.1 mm增至2.3 mm，P1.0/400平均惡化0.20 W/kg，P1.5/50平均惡化0.04 W/kg，B50平均惡化0.005 T；熱軋板厚度由2.3 mm增至2.6 mm，P1.0/400平均惡化0.24 W/kg，P1.5/50平均惡化0.04 W/kg，B50平均惡化0.009 T。

參考文獻：

[1]解志恒.新能源汽車電機市場發(fā)展前景分析[J].汽車與新動力，2023（3）：86?88.

[2]岳重祥，江毅，倪衛(wèi)鋒，等.國內(nèi)無取向硅鋼未來十五年需求預測與發(fā)展建議[J].電工鋼，2021（5）：37?41.

[3]陳海燕，張朝杰.不同冷軋壓下率對無取向發(fā)電機硅鋼組織及性能的影響[J].熱加工工藝，2017（1）：123?125，129.

[4]楊換平，沙玉輝，張芳，等.大壓下率冷軋無取向硅鋼再結晶織構演變[J].東北大學學報（自然科學版），2013（5）：658?662.

[5]董愛鋒，苗曉，申毅，等.成品厚度對無取向硅鋼織構和磁性能的影響[J].特殊鋼，2009（5）：42?44.

[6]吳碩，賈涓，宋新莉，等.冷軋壓下率對高強無取向電工鋼變形組織和磁性能的影響[J].材料工程，2024（3）：158?165.

[7]林媛，王紅霞，張文康，等.大壓下率冷軋無取向硅鋼織構演變及性能[J].中國冶金，2022（5）：64?70，130.

[8]彭宇凡，王子豪，宋新莉，等.0.3 mm厚的高強無取向電工鋼的退火組織與性能[J].材料熱處理學報，2022（1）：99?105.

[9]儲雙杰，沈侃毅，沙玉輝，等.無取向硅鋼形變儲能取向依賴性及其對再結晶織構的影響[J].材料工程，2019（8）：147?153.

[10]李長一，黃璞，馮大軍，等.冷軋無取向電工鋼的點陣畸變儲能及其對再結晶織構的影響[J].電工材料，2007（4）：10?13.

[11]姚海東，劉恭濤，胡志遠，等.?；瘻囟葘o取向電工鋼組織和性能的影響[J].電工鋼.2021，3（6）：19?25.

[12]蔣鵬，白曉路，牛宇豪，等.?；瘻囟群蜁r間對2.98%Si無取向硅鋼組織、織構的影響[J].電工鋼，2023（6）：25?31.

[13]趙建偉，張文康，苗曉.二次冷軋壓下率對高牌號無取向硅鋼組織結構和磁性能的影響[J].鋼鐵，2012（11）：69?72.

[14]MEHDI M，HE Y L，HILINSKI E J，et al.Texture evolution of a 2.8wt%Si non-oriented electrical steel during hot band annealing[J].IOP Conference Series：Materials Science and Engineering，2018（375）：1?8.

[15]LIN Y，WANG H X，WANG S J，et al.Roles of silicon content and normalization temperature on cold workability and recrystallization of high-grade non-oriented silicon steel[J].Crystals，2022（12）：593?601.

[16]顧晨，楊平，毛衛(wèi)民.軋制工藝對低牌號無取向電工鋼相變退火組織、織構與磁性能的影響[J].金屬學報，2019（2）：181?190.

[17]LI M，XIAO Y D，WANG W，et al.Effect of annealing parameter on microstructure and magnetic properties of cold rolled non-oriented electrical steel[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2007（S1）：74?78.

[18]金自力，任慧平，張紅杰.無取向硅鋼退火織構的演變與磁性能關系的研究[J].材料熱處理學報，2007（2）：77?80.

[19]王健，李俊，郭文淵，等.冷軋無取向硅鋼再結晶退火組織和織構演變研究進展[J].材料導報，2010（19）：100?103，111.

[20]CHENG J H，SHEN J L，MISHRA R K，et al.Discrete twin evolution in Mg alloys using a novel crystal plasticity finite element model[J].Acta Materialia，2018（149）：142?153.

[21]TAKAYUKI H，AKIHIRO K，HIROHIKO T.Crystal-plasticity finite-element analysis of anisotropic deformation behavior in a commercially pure titanium grade 1 sheet[J].International Journal of Plasticity，2017（91）：77?108.

[22]SHA Y H，SUN C，ZHANG F，et al.Strong cube recrystallization texture in silicon steel by twin-roll castingprocess[J].Acta Materialia，2014（76）：106?117.

[23]MATSUSHIMA H，SUZUKI T，NOKUO T.Evolution of heterogeneous deformation structure and recrystallization texture of steel[J].Materials Science Forum，2013（753）：58?65.

[24]JONG?TAE P，JERZY A S.Evolution of recrystallization texture in nonoriented electrical steels[J].Acta Materialia，2003（51）：3037?3051.

[25]MOHAMED G，BACROIX B.Role of stored energy in static recrystallization of cold rolled copper single andmulticrystals[J].Acta Materialia，2000（48）：3295?3302.

[26]石文敏，楊光，張彥文，等.高牌號無取向電工鋼的工藝及性能優(yōu)化研究[J].熱加工工藝，2023（12）：28?33.

[27]朱誠意，鮑遠凱，汪勇，等.新能源汽車驅(qū)動電機用無取向硅鋼應用現(xiàn)狀和性能調(diào)控研究進展[J].材料導報，2021（23）：23089?23096.

[28]張凈源，任慧平，金自力，等.新能源汽車用含稀土無取向硅鋼生產(chǎn)過程中組織、織構演變[J].金屬熱處理，2020（10）：99?103.責任編輯：何莉