( 新余) 冷軋新材料技術有限公司現主要生產冷軋無取向電工鋼，中牌號高磁感產品主要生產工藝流程如下:鐵水預處理—轉爐冶煉—ＲH真空處理—連鑄—熱連軋—常化、酸洗—冷軋—連續脫碳退火爐退火、涂層。常化可使熱軋板晶粒粗大且均勻，促進 MnS 和 AlN 等析出物聚集粗化，提高成品的{110}和{100} 織構組分，降低{111} 織構組分，達到提高電磁性能特別是磁感應強度的目的。熱軋板晶粒粗化能改善成品織構是由于冷軋前晶粒較大時，冷軋組織中剪切帶增多，并且再結晶退火時，剪切帶中更容易形成{110}和{100} 取向的晶核，所以成品中{110} 和{ 100} 織構組分增加。
1 試驗方案
試驗的主要目的是對比常化熱處理與未常化對50W470 牌號鋼卷以及常化后的50W470 牌號鋼卷經冷軋軋成 0．5 mm 與 0．35 mm 鋼卷再經退火生產后的性能、力學等指標情況，分析常化以及軋制工藝影響中牌號冷軋無取向電工鋼電磁性能的機理。
1．1 試樣成分
電工鋼的牌號不同，化學成分也不同，試驗用熱軋卷 牌 號 為XG470WＲ，0．5 mm 成 品 牌 號 為50W470，0．35 mm 成品牌號為 35W440，經常化的牌號前加 G 表示。熱軋卷的化學成分見表 1。
1．2 常化工藝
常化可以有效提高無取向電工鋼成品磁性能，同時還可以明顯改善成品鋼卷的表面質量，有利于消除或減少冷軋無取向電工鋼由于高硅引起的瓦楞狀缺陷。因此，常化在冷軋無取向電工鋼的生產中得到了廣泛應用。中冶新材常化機組為生產中高牌號無取向硅鋼的連續臥式機組，常化主要是均勻組織并使晶粒長大，降低成品退火時的形核率，使成品晶粒尺寸增大，同時可以提高成品中的GOSS 組分，降低 γ 組分，從而提高磁性能。生產中，50W470牌號的常化工藝溫度為 900 ～ 930 ℃，工藝速度為 25m / min，常化后鋼卷再經拋丸酸洗去除表面氧化鐵皮。
表 1 熱軋卷的化學成分
1．3 冷軋工藝
冷軋過程中，材料在外加應力場的作用下發生塑性變形，晶粒發生轉動，使得大多數的晶粒都聚集到某些晶粒取向來，形成冷軋織構。在冷軋過程中，主要形成兩類纖維織構:α 纖維織構和 γ 纖維織構。黃義偉等人利用可逆式冷軋生 產 無 取 向 硅 鋼50W800 時發現，采用可逆式冷軋軋制鋼卷時，成品卷的晶粒度較好、織構組分合理，具有較低的鐵損和較高的磁感。此次生產采用六輥可逆軋機軋制，冷軋成品卷厚度為0．5 mm 的采用 5 道次軋制，軋制工藝為: 28．8% →31．5% →31．1% →31．0% →14．0% ;而冷軋成品卷厚度為 0．35 mm 的采用6 道次軋制，軋制規程為: 28．7% →30．5% →29．8% →28．8% →28．1% →14．6% 。
1．4 連退工藝
退火工藝是將材料加熱至臨界點 Ac1( 開始形成奧氏體溫度) 以上或以下溫度，保持一定時間后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態的熱處理工藝。連退爐為中低牌號連續脫碳退火涂層機組，具有穩定的溫度控制系統，可滿足50W470 以及 35W440 的退火工藝要求。50W470 退火工藝溫度為 920 ～940 ℃ ，工藝速度為 90 ～ 100 m / min;35W440 退火溫度為 900 ～ 920 ℃，工藝速度為 80 ～ 100 m/min。退火氣氛為氮氫混合濕氣氛，H2和 H2O 分壓比大于4. 5，保證脫碳、退火后的電磁性能、表面質量及成品C的質量分數不大于 27 × 10－ 6。脫碳退火以后對帶鋼表面涂敷絕緣層。
2 試驗結果
2．1 組織
圖 1(a) ，( b) 為熱軋原料卷未常化與常化后的試樣厚度方向中部位置的金相組織，由圖 1 (a) 可知，未常化的熱軋板中心層組織多以被完全拉伸的形變組織為主，以纖維狀分布且具有明顯的熱軋形變帶，試樣保留了熱軋原料的被完全拉伸的形變組織，晶界也不清晰;而熱軋板經常化后的顯微組織卻發生了顯著變化，被拉長的形變組織得到了回復、再結晶和晶粒長大，纖維組織完全消失，晶粒明顯長大且比較均勻，晶界也變得清晰，見圖 1(b)。
熱軋板常化時，溫度升高，原子獲得了足夠的活動能力，使熱軋時產生的形變儲能得到釋放，形變金屬從亞穩定狀態向穩定狀態轉變，溫度越高，越容易發生再結晶，晶粒尺寸越大。相當于常化為熱軋板顯微組織發生回復、再結晶和晶粒長大提供了驅動力。
圖 1 未常化與常化后鋼卷的金相組織
圖 2(a) ，(b) ，(c) 為 0．5 mm 的未常化與常化鋼卷以及 0．35 mm 的常化鋼卷經過脫碳退火后的顯微組織。無取向硅鋼在退火過程中主要發生回復、再結晶和晶粒長大，退火后的鋼卷組織主要為再結晶晶粒。
圖 2 退火成品卷的顯微組織
由圖 2 可知，經過再結晶退火后，鋼卷均得到了回復、再結晶和晶粒長大，退火成品卷組織均為等軸鐵素體晶粒。由圖 2(a) 與(b) 可知，經過常化的鋼卷再經退火后，晶粒比未常化鋼卷稍大且更均勻，晶粒得到了進一步的粗化。另一方面，未常化的鋼卷經過再結晶退火之后，晶粒等軸化。由圖2 (c) 可知，0.35 mm 的 G35W440 牌號鋼卷退火后，晶粒相對較小且比 0．5 mm 的鋼卷晶粒均勻，加大變形量可改善鋼卷組織的均勻性，采用截點法測得其平均晶粒尺寸為68μm，而未經常化的 50W470 牌號鋼卷退火后的平均晶粒尺寸約為 69μm，常化的 50W470鋼卷退火后的平均晶粒尺寸約為 90μm，明顯高于未常化鋼卷。無取向電工鋼再結晶過程主要是通過畸變能較低的晶粒在畸變能較高的基體中進行形核和長大來實現的，再結晶的驅動力是晶粒間的畸變能差，阻力是晶界能。再結晶結束之后，再結晶晶粒可以依靠晶界移動、相互吞食繼續長大。
2．2 電磁性能
采用愛波斯坦方圈測量退火涂層后的鋼卷電磁性能，退火、涂層后各牌號鋼卷的電磁性能見表 2 與圖 3。由表 2 與圖 3 可知，50W470 牌號無取向電工鋼經過常化熱處理后磁性能有較大提高，鐵損有所降低，而磁感有大幅度提高，同時經過常化熱處理后基本消除了鋼卷頭尾與中部電磁性能差異，達到常化卷的電磁性能效果，而未經常化的成品卷性能不穩定，主要表現為鐵損頭尾相差較大;經過常化的原料經可逆軋機冷軋后，鋼卷厚度分別為 0． 5 mm 與0． 35 mm，再經脫碳退火后，鋼卷的磁性能有一定區別，35W440 牌號的鋼卷鐵損明顯降低，而磁感稍低。總的來說，常化對鋼卷的電磁性能有利。
表 2 退火后的鋼卷電磁性能
圖 3 退火后各牌號成品鋼卷的電磁性能
對于無取向電工鋼，鋼卷鐵損主要與晶粒尺寸大小、晶體織構、夾雜物與內應力以及鋼板厚度等有關，磁感應強度主要與化學成分和晶體織構相關。影響無取向電工鋼磁性能的主要因素之一是晶粒尺寸，晶界處點陣畸變、晶粒缺陷多、內應力大，這樣在磁化過程中，疇壁在晶界處移動需要更多的能量，使磁滯損耗和矯頑力增加，晶粒越小，晶界越多，磁滯損耗和矯頑力就越大。有研究表明，在一定范圍內，晶粒尺寸越大，對磁疇壁移動的阻力相對減少，磁滯損耗也相應的降低，從而鐵損也相對更低。項利等研究含硅1.6% 的無取向電工鋼發現，相比于未常化試樣，常化試樣退火板中的 γ 纖維織構明顯減弱，立方織構{001} ＜ 010 ＞ 明顯增強，同時出現一定強度的高斯織構{110}＜ 001 ＞ 。由圖 2 可知，經過常化的退火成品卷晶粒較未常化的稍大，這主要是因為常化使熱軋板晶粒尺寸增大，冷軋后儲能相應降低，再結晶退火時形核點也隨之減少，使成品晶粒尺寸增加，同時，常化促進Mn S 和 Al N 等析出物聚集粗化，對磁性能有利的立方織構以及高斯織構增強，這就使得成品卷的磁性能得到了很好的改善，鐵損明顯降低而磁感明顯提高。
鋼板厚度也是影響最終退火卷磁性能的重要因素之一，厚度越薄，變形量越大，儲存能較高，再結晶和晶粒長大不完全，晶粒較均勻。鋼板厚度越薄，成品中對磁性不利的織構組分增加，有利織構組分減少，磁感降低;同時，在化學成分一定和晶粒尺寸相差不大的情況下，鋼板厚度對鐵損的影響更大，板厚減薄，減小了渦流損耗，且晶粒的均勻性更好，進而降低鋼卷的鐵損。
2．3 力學性能
經不同常化熱處理工藝以及冷軋工藝得到的三種不同牌號鋼卷的平均力學性能見表 3。由表 3 可知，三種牌號鋼卷的屈服強度、抗拉強度以及維氏硬度變化不明顯，常化后鋼卷抗拉強度有所下降，但幅度不大，常化后試樣的延伸率降低，厚度越薄，延伸率越低。由圖2 可知，經過常化的 G50W470 牌號鋼卷，經過再結晶退火之后晶粒尺寸較未常化的大，晶粒越大，強度越低，因此其抗拉強度較低; G35W440與50W470 牌號鋼卷的晶粒尺寸相差不大，兩者的強度值也差別不大。
表 3 退火成品鋼卷的力學性能
3 結語
1) 未經常化的鋼卷保留了熱軋原料的被完全拉伸的形變組織，晶界不清晰，而熱軋板經常化后的顯微組織得到了回復、再結晶和晶粒長大，晶粒長大明顯，晶界也變得清晰。
2) 經過再結晶退火后鋼卷均得到了回復、再結晶和晶粒長大，經過常化的鋼卷再經退火后，晶粒稍大且 更 均 勻，未 常 化 的 退 火 卷 組 織 晶粒 略 小，0. 35 mm的晶粒最小。
3) 常化對鋼卷的電磁性能有利，而產品厚度越薄，磁性能也有所改善，鐵損進一步降低。
4) 三種牌號鋼卷的強度以及維氏硬度變化不明顯，常化后鋼卷抗拉強度有所下降，但幅度不大，且厚度越薄，延伸率越低。
來源：《江西冶金》 趙有朋等
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