常化工藝對低溫高磁感取向硅鋼的影響范文

本站小編為你精心準備了常化工藝對低溫高磁感取向硅鋼的影響參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《上海金屬雜志》2016年第3期

摘要：

在實驗室條件下模擬CSP工藝制備Hi-B鋼，借助EBSD和XRD技術對常化工藝下Hi-B鋼初次及二次再結晶組織與織構的演變規律進行了研究。結果表明:常化處理使熱軋時基本不析出的AlN粒子大量析出，這種變化對Hi-B鋼初次再結晶組織與織構沒有明顯影響，卻大幅度提高了二次再結晶晶粒尺寸，有利于形成鋒銳的Goss織構。

關鍵詞：

Hi-B鋼；常化；初次再結晶；二次再結晶；Goss織構

硅鋼又稱電工鋼或矽鋼，是一種廣泛應用于電子電力等工業的重要金屬功能材料，是制造電機和變壓器等電器產品的核心材料，在國家制造業得到廣泛應用［1-2］。取向硅鋼最核心的技術是制備出強Goss織構的成品板，但到目前為止，Goss織構的形成機理仍不完全清楚。被廣泛認可的取向硅鋼晶界類型主要有重合位置點陣(CoincidenceSiteLattice，CSL)模型［3-4］和高能晶界(HE)模型［5-6］。前者認為CSL晶界尤其是∑9晶界具有較高的遷移率而有利于Goss晶粒的長大;后者認為20°～45°之間的晶界缺陷多、遷移速度快，從而促進抑制劑的粗化和Goss晶粒的長大。熱軋板常化是板坯低溫加熱工藝生產Hi-B鋼的關鍵技術之一，它為初次及二次再結晶過程中晶粒長大提供了必要條件［7-9］。本文在實驗室模擬CSP工藝試制Hi-B鋼，研究了常化工藝對低溫Hi-B鋼初次及二次再結晶的影響規律，同時分析初始結構對二次再結晶組織和織構的影響。

1實驗材料與方法

實驗用鋼在25kg真空感應電爐冶煉，澆鑄到尺寸200mm×85mm×40mm氧化鋁耐火材料的鑄模中，鑄坯的化學成分(質量分數，wt%)為C0.05、Si3.47、Al0.027、N0.006、S0.007、Cu0.035、Mn0.096、Sn0.048，余量Fe。鑄坯入爐溫度980℃;加熱溫度1200℃，保溫時間30min;開軋溫度1150～1200℃，終軋溫度900～950℃，卷取溫度550～750℃;7道次熱軋將40mm的鑄坯軋至2.5mm。從熱軋試樣上截取樣品，一部分酸洗后直接冷軋，另一部分進行兩段式常化后冷軋。厚度為2.5mm熱軋板和常化板以88%的壓下率冷軋至0.3mm，冷軋板經830℃×5min脫碳退火和滲氮處理，然后進行1200℃×6h的二次再結晶退火，氣氛為75%H2+25%N2。在金相顯微鏡下觀察試樣的顯微組織形貌，利用X－射線衍射儀測定試樣的宏觀織構，在場發射掃描電鏡下進行EBSD檢測，織構測定采用取向分布函數(ODF)方法，利用透射電鏡觀察第二相的種類、形態、尺寸、分布和數量，并用能譜儀對第二相進行成分分析。

2實驗結果與討論

2．1熱軋板與常化板的組織圖1是實驗室模擬CSP工藝試制的取向Hi-B鋼熱軋板及常化板縱截面表層到中心層的顯微組織。由于在板厚方向存在溫度梯度以及剪切變形不均勻性，使得熱軋板沿厚度方向上的顯微組織存在很大差異，形成了非常明顯的組織梯度，沿板厚方向的不均勻組織可分為:表層脫碳層、過渡層以及中心層。表層為再結晶組織，過渡層為長條狀的回復晶粒，中心層則是長條狀的變形晶粒，高碳造成更多的珠光體或滲碳體顆粒分布在變形長條鐵素體之間。常化后次表層也發生了部分再結晶，但沿厚度方向的組織梯度基本被保留了下來。表層和次表層的晶粒稍有長大，中心層也有部分再結晶晶粒，但依舊以回復的形變長條晶粒為主。圖2為熱軋板和常化板表層和中心層析出相的分布、大小和形貌的情況，其分布不太均勻，表層有較多大粒子，中心層有較多小粒子。從圖3能譜圖可以看出，在熱軋板基體上的第二相粒子主要為球形MnS粒子(質點1)、規則形狀AlN粒子(質點2)及少量的Cu2S或(Mn，Cu)S(質點3)復合物。雖然材料硫含量較低，但仍然存在少量的MnS，且尺寸較大，較大的析出相質點主要是AlN+MnS的復合相，且多數呈不規則片狀;較小尺寸的析出相質點其形狀主要為條狀或片狀。常化板與熱軋板內抑制劑分布狀態保持明顯差異。常化時以AlN為主的抑制劑粒子大量析出，與熱軋時產生的球形MnS并存，使平均粒子尺寸減小;析出粒子密度比熱軋板高，且分布更均勻、彌散。常化板基體的析出相數量較多，析出相組成主要為規則形狀AlN粒子、球形MnS粒子及少量的Cu2S或(Mn，Cu)S復合物。

2．2初次再結晶組織與織構圖4是熱軋板和常化板經冷軋后的初次再結晶試樣縱截面的EBSD取向成像圖及由EBSD獲得的φ2=45°的ODF圖。從圖4可以看出，經脫碳退火后，常化板和未常化板的組織沒有明顯的區別，各取向晶粒的數量及分布也大致相同。從EBSD觀察到試樣的晶粒尺寸為:未常化樣為18.17μm，常化樣為15.78μm，未常化樣的初次再結晶晶粒尺寸是常化樣的1.15倍。由ODF圖可以看出，未常化樣和常化樣初次再結晶的織構沒有明顯差別，α取向線上的織構幾乎消失，γ取向線上的織構集中在{111}＜112＞上。未常化和常化試樣初次再結晶退火后的CSL晶界分布如圖5所示。關于Goss晶粒異常長大行為的CSL晶界模型［3］認為，初次再結晶基體中的CSL晶界類型與含量對二次再結晶產生影響。未常化和常化試樣初次再結晶后基體中最強的CSL晶界為Σ1、Σ7及Σ17a，但是兩種試樣中大多數CSL晶界都不是很強。通常認為，Σ1晶界為低能晶界，不易移動，不利于二次再結晶的完善，Σ3～Σ9晶界尤其是Σ9晶界具有很強的活動性，有利于二次再結晶。與未常化試樣相比較，常化試樣的Σ1、Σ5及Σ7晶界比例低于未常化樣，但Σ3及Σ9晶界高于未常化樣，這可能對Goss晶粒的異常長大行為具有重要影響。未常化和常化試樣初次再結晶退火后的取向差如圖6所示。從圖6可以看出，常化樣和未常化樣的取向差分布差異不明顯，主要分布在35°和55°之間，并在45°左右出現峰值。大角度晶界具有更高的遷移速率，其比例的增加有利于二次再結晶織構的強化和鋒銳化。

2．3二次再結晶組織與織構未常化和常化試樣二次再結晶退火后縱截面的組織如圖7所示。從圖中可以看出，未常化試樣沒有發生完全再結晶，有大量的小晶粒夾在大晶粒之間沒有被消耗掉，晶界較曲折。這是因為常化處理使熱軋時基本不析出的AlN粒子大量析出，提高了高溫退火過程中抑制劑的釘扎力，有利于Goss晶粒的異常長大和形成鋒銳的Goss織構。未常化和常化試樣二次再結晶退火后的宏觀織構如圖8所示。從圖8可以看出，二次再結晶織構有較大區別，未常化樣織構的強度較低且分布較分散，常化樣織構的最大強度是未常化樣的1.3倍，并且分布較集中。

3結論

(1)常化板與熱軋板內抑制劑分布狀態保持明顯差異。常化時以AlN為主的抑制劑粒子大量析出，一方面增加了析出物的體積分數和提高了粒子密度，另一方面增加了析出物數量。(2)對于初次再結晶，相對于常化的條件，不常化晶粒尺寸增加到常化條件下的1.15倍。未常化樣和常化樣初次再結晶組織、織構及晶界特征沒有明顯差別。(3)對于二次再結晶，常化使晶粒尺寸顯著增加，常化樣織構的最大強度是未常化樣的1.3倍，并且分布較集中。因為常化處理使熱軋時基本不析出的AlN粒子大量析出，提高了高溫退火過程中抑制劑的釘扎力，有利于Goss晶粒的異常長大和形成鋒銳的Goss織構。

參考文獻：

［1］李長生，于永梅，汪水澤，等．連鑄連軋生產電工鋼板的工藝技術優勢［J］．現代制造工程，2007(9):10-11．

［7］毛衛民，楊平．電工鋼的材料學原理［M］．北京:高等教育出版社，2013:337-344．

［8］吳忠旺，趙宇，李軍．低溫取向硅鋼熱軋析出物與織構的關系［J］．金屬功能材料，2011，18(4):1-6．

［9］吳學亮，劉立華，史文，等．取向硅鋼初次再結晶組織結構的研究［J］．上海金屬，2010，32(3):28-33．

作者：黃儒勝 余馳斌 鮑思前 陳建徽 劉占龍 馬力 單位：武漢科技大學省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室