耿旭(辽宁科技大学 材料与冶金学院,辽宁 鞍山 114051)
不同加工工艺对取向硅钢织构的影响
耿旭(辽宁科技大学 材料与冶金学院,辽宁 鞍山 114051)
取向硅钢是一种极特殊的电工钢,它能够在高温退火条件下发生二次再结晶,此过程中会产生高斯织构使取向硅钢具有优良磁性。取向硅钢的织构、微观组织决定了它的宏观性能,而织构、组织又与加工工艺紧密联系[1-2]。本文主要分析了取向硅钢在多种工艺条件下其织构的变化,希望对改善取向硅钢性能有所帮助。
取向硅钢;织构;二次再结晶;高斯晶粒;高温退火;磁场;冷轧;热轧
取向硅钢是一种硅含量在3%左右的硅铁合金,是一种软磁材料,广泛应用于电力、电子工业中,具有单一的高斯织构{110}〈001〉,沿轧向可以表现出高磁感、低铁损等特性,被称为钢铁行业“皇冠上的明珠”。由于高斯织构{110}〈001〉位向与铁的单晶体易磁化方向〈100〉相近,使得取向硅钢具有良好的铁磁性。按照磁感大小、加工工艺,取向硅钢被分为Hi-B(高磁感取向硅钢)和CGO(普通取向硅钢)。工业上一般通过三种有效途径来提高取向硅钢的综合性能:提高高斯取向、细化磁畴、减薄硅钢片厚度[3]。其中,提高高斯取向对于提高取向硅钢的高磁感性尤为重要。本文通过以不同加工工艺对织构产生的影响加以综述,对通过织构这一途径来改善取向硅钢性能提供帮助。
不同于传统的高温工艺,低温工艺发生初次再结晶在高温退火的升温阶段,缓慢升温有助于减慢晶粒长大速度,同时增加二次再结晶初始温度,有利于高斯晶核二次再结晶时充分长大,形成位向准确、组分强度高、分布密集的织构,且它的晶粒尺寸比高温工艺大得多,使之获得更加优良的磁性[4]。2011年,周顺兵[5]等人发现热轧板在压下率小于80%时,几乎所有的样品在不同厚度处,均为{100}〈011〉旋转立方织构;在压下率大于80%时,其织构的类型为高斯织构或旋转立方织构,当为旋转立方织构时织构强度差异很大,为高斯织构时强度的差异较小,且织构的强度不高。在压下率高达88%时最有利于高斯织构的形成[6]。付勇军[7]等人发现增加保温时间很有利于高斯晶粒发生异常长大。在加热到820℃脱碳退火,保温时间从2分钟增到6分钟时,CGO钢初次再结晶中的高斯晶粒相对于{111}<110>和{111}<112>晶粒尺寸逐渐增加,{111}<110>晶粒的含量升高,且1/8层中高斯晶粒相比于其它取向晶粒尺寸稳定,使二次再结晶的晶粒尺寸逐步增大、磁性能逐步提高。
2009年,宁媛媛[8]发现异步轧制与同步轧制加工的取向硅钢薄板的冷轧织构组分均主要由{001}〈110〉为强点的γ织构和α织构组成。不过异步轧制能降低中间层和快辊侧厚度层的织构强度,提高γ织构和α织构中{111}〈112〉强度,降低{111}〈110〉强度,对于慢辊侧厚度层影响较小。随异步轧制的速比增大,α织构中除{111}〈112〉外其他组分减弱的现象愈加明显,总体上异步轧制降低了冷轧织构强度。异步轧制产生的这些影响是因为剪切应变和剪切应变沿层厚分布特征造成的。
刘立华[9]分别给CGO与Hi-B施加脉冲磁场,在等温退火工艺下,观察初次结晶晶粒,发现磁场退火抑制{111}〈110〉、{001}〈110〉织构晶粒尺寸,促进{001}〈120〉织构晶粒尺寸,高斯织构含量较少。CGO在等时变温磁场退火实验中,施加1T轧向脉冲磁场后,γ织构中除{111}〈110〉取向外均得到加强。磁场在较低温度下退火(710℃或720℃)会增强{111}〈112〉,抑制{111}〈110〉,而较高温度下(720℃或730℃)不会表现出对{111}〈110〉的抑制。在退火过程中,给CGO钢施加轧向磁场可以促进{001}〈120〉、{111}〈112〉,其中对高斯取向促进作用最强,相对抑制{001}〈110〉、{111}〈110〉;施加横向磁场可以促进{001}〈120〉、{111}〈110〉的形核生长,抑制{001}〈110〉、{110}〈001〉和{111}〈112〉形核生长;施加法向磁场会抑制γ织构,促进{001}〈120〉、{001}〈110〉和{001}〈100〉。更高强度的磁场效果会更明显。
低温工艺和增大压下率可以使晶粒粗大,增加脱碳退火保温时间有利于高斯晶粒异常长大,这几种工艺都可以增加取向硅钢的磁性。异步轧制会降低冷轧织构强度。磁场退火对取向硅钢的织构、晶粒尺寸均有影响,在不同条件下会同时促进和抑制不同晶粒大小、形核生长。目前,各种新工艺生产取向硅钢的研究虽然很多,但国内这方面技术并不发达,提高取向硅钢磁感性能的方法仍然值得进一步探索。如,通过在退火过程中外加脉冲磁场就是一个很好的思路,通过控制退火时间、温度、磁场方向以及所施加磁场的大小来促进和抑制不同取向的晶粒达到我们想要的效果。
[1]杨续跃,朱亚坤,张雷.热变形镁合金退火显微组织的定量研究[J].材料研究学报,2010(02).
[2]孔祥宇,李敬,于翠翠,苑辉,刘文昌.横轧3105铝合金织构演变的定量分析[J].中国有色金属学报,2009(11).
[3]夏强强,李莉娟,刘立华,翟启杰.取向硅钢生产工艺研究进展[J].材料导报,2010(05):85-88.
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[5]周顺兵,李平和,王志奋.压下率对取向硅钢热轧板织构的影响[J].电工材料,2011(04):27-31.
[6]朱炜杰,赵刚,王畅,黄杰,杜亮.冷轧压下率对Hi-B高磁感取向硅钢初次再结晶织构的影响[J].特殊钢,2015(06):53-55.
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[8]宁媛媛.异步轧制取向硅钢晶粒长大过程中的再结晶织构演变[D].东北大学,2008.
[9]刘立华.脉冲磁场对取向硅钢初次再结晶组织织构的影响[D].上海大学,2013.