常州精密钢管博客

常化工艺对中牌号无取向电工钢组织和性能的影响

( 新余) 冷轧新材料技术有限公司现主要生产冷轧无取向电工钢,中牌号高磁感产品主要生产工艺流程如下:铁水预处理—转炉冶炼—RH真空处理—连铸—热连轧—常化、酸洗—冷轧—连续脱碳退火炉退火、涂层。常化可使热轧板晶粒粗大且均匀,促进 MnS 和 AlN 等析出物聚集粗化,提高成品的{110}和{100} 织构组分,降低{111} 织构组分,达到提高电磁性能特别是磁感应强度的目的。热轧板晶粒粗化能改善成品织构是由于冷轧前晶粒较大时,冷轧组织中剪切带增多,并且再结晶退火时,剪切带中更容易形成{110}和{100} 取向的晶核,所以成品中{110} 和{ 100} 织构组分增加。

1 试验方案

试验的主要目的是对比常化热处理与未常化对50W470 牌号钢卷以及常化后的50W470 牌号钢卷经冷轧轧成 0.5 mm 与 0.35 mm 钢卷再经退火生产后的性能、力学等指标情况,分析常化以及轧制工艺影响中牌号冷轧无取向电工钢电磁性能的机理。

1.1 试样成分

电工钢的牌号不同,化学成分也不同,试验用热轧卷 牌 号 为XG470WR,0.5 mm 成 品 牌 号 为50W470,0.35 mm 成品牌号为 35W440,经常化的牌号前加 G 表示。热轧卷的化学成分见表 1。

1.2 常化工艺

常化可以有效提高无取向电工钢成品磁性能,同时还可以明显改善成品钢卷的表面质量,有利于消除或减少冷轧无取向电工钢由于高硅引起的瓦楞状缺陷。因此,常化在冷轧无取向电工钢的生产中得到了广泛应用。中冶新材常化机组为生产中高牌号无取向硅钢的连续卧式机组,常化主要是均匀组织并使晶粒长大,降低成品退火时的形核率,使成品晶粒尺寸增大,同时可以提高成品中的GOSS 组分,降低 γ 组分,从而提高磁性能。生产中,50W470牌号的常化工艺温度为 900 ~ 930 ℃,工艺速度为 25m / min,常化后钢卷再经抛丸酸洗去除表面氧化铁皮。

表 1 热轧卷的化学成分

1.3 冷轧工艺

冷轧过程中,材料在外加应力场的作用下发生塑性变形,晶粒发生转动,使得大多数的晶粒都聚集到某些晶粒取向来,形成冷轧织构。在冷轧过程中,主要形成两类纤维织构:α 纤维织构和 γ 纤维织构。黄义伟等人利用可逆式冷轧生 产 无 取 向 硅 钢50W800 时发现,采用可逆式冷轧轧制钢卷时,成品卷的晶粒度较好、织构组分合理,具有较低的铁损和较高的磁感。此次生产采用六辊可逆轧机轧制,冷轧成品卷厚度为0.5 mm 的采用 5 道次轧制,轧制工艺为: 28.8% →31.5% →31.1% →31.0% →14.0% ;而冷轧成品卷厚度为 0.35 mm 的采用6 道次轧制,轧制规程为: 28.7% →30.5% →29.8% →28.8% →28.1% →14.6% 。

1.4 连退工艺

退火工艺是将材料加热至临界点 Ac1( 开始形成奥氏体温度) 以上或以下温度,保持一定时间后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态的热处理工艺。连退炉为中低牌号连续脱碳退火涂层机组,具有稳定的温度控制系统,可满足50W470 以及 35W440 的退火工艺要求。50W470 退火工艺温度为 920 ~940 ℃ ,工艺速度为 90 ~ 100 m / min;35W440 退火温度为 900 ~ 920 ℃,工艺速度为 80 ~ 100 m/min。退火气氛为氮氢混合湿气氛,H2和 H2O 分压比大于4. 5,保证脱碳、退火后的电磁性能、表面质量及成品C的质量分数不大于 27 × 10- 6。脱碳退火以后对带钢表面涂敷绝缘层。

2 试验结果

2.1 组织

图 1(a) ,( b) 为热轧原料卷未常化与常化后的试样厚度方向中部位置的金相组织,由图 1 (a) 可知,未常化的热轧板中心层组织多以被完全拉伸的形变组织为主,以纤维状分布且具有明显的热轧形变带,试样保留了热轧原料的被完全拉伸的形变组织,晶界也不清晰;而热轧板经常化后的显微组织却发生了显著变化,被拉长的形变组织得到了回复、再结晶和晶粒长大,纤维组织完全消失,晶粒明显长大且比较均匀,晶界也变得清晰,见图 1(b)。

热轧板常化时,温度升高,原子获得了足够的活动能力,使热轧时产生的形变储能得到释放,形变金属从亚稳定状态向稳定状态转变,温度越高,越容易发生再结晶,晶粒尺寸越大。相当于常化为热轧板显微组织发生回复、再结晶和晶粒长大提供了驱动力。

图 1 未常化与常化后钢卷的金相组织.jpg

图 1 未常化与常化后钢卷的金相组织

图 2(a) ,(b) ,(c) 为 0.5 mm 的未常化与常化钢卷以及 0.35 mm 的常化钢卷经过脱碳退火后的显微组织。无取向硅钢在退火过程中主要发生回复、再结晶和晶粒长大,退火后的钢卷组织主要为再结晶晶粒。

图 2 退火成品卷的显微组织.jpg

图 2 退火成品卷的显微组织

由图 2 可知,经过再结晶退火后,钢卷均得到了回复、再结晶和晶粒长大,退火成品卷组织均为等轴铁素体晶粒。由图 2(a) 与(b) 可知,经过常化的钢卷再经退火后,晶粒比未常化钢卷稍大且更均匀,晶粒得到了进一步的粗化。另一方面,未常化的钢卷经过再结晶退火之后,晶粒等轴化。由图2 (c) 可知,0.35 mm 的 G35W440 牌号钢卷退火后,晶粒相对较小且比 0.5 mm 的钢卷晶粒均匀,加大变形量可改善钢卷组织的均匀性,采用截点法测得其平均晶粒尺寸为68μm,而未经常化的 50W470 牌号钢卷退火后的平均晶粒尺寸约为 69μm,常化的 50W470钢卷退火后的平均晶粒尺寸约为 90μm,明显高于未常化钢卷。无取向电工钢再结晶过程主要是通过畸变能较低的晶粒在畸变能较高的基体中进行形核和长大来实现的,再结晶的驱动力是晶粒间的畸变能差,阻力是晶界能。再结晶结束之后,再结晶晶粒可以依靠晶界移动、相互吞食继续长大。

2.2 电磁性能

采用爱波斯坦方圈测量退火涂层后的钢卷电磁性能,退火、涂层后各牌号钢卷的电磁性能见表 2 与图 3。由表 2 与图 3 可知,50W470 牌号无取向电工钢经过常化热处理后磁性能有较大提高,铁损有所降低,而磁感有大幅度提高,同时经过常化热处理后基本消除了钢卷头尾与中部电磁性能差异,达到常化卷的电磁性能效果,而未经常化的成品卷性能不稳定,主要表现为铁损头尾相差较大;经过常化的原料经可逆轧机冷轧后,钢卷厚度分别为 0. 5 mm 与0. 35 mm,再经脱碳退火后,钢卷的磁性能有一定区别,35W440 牌号的钢卷铁损明显降低,而磁感稍低。总的来说,常化对钢卷的电磁性能有利。

表 2 退火后的钢卷电磁性能

图 3 退火后各牌号成品钢卷的电磁性能

对于无取向电工钢,钢卷铁损主要与晶粒尺寸大小、晶体织构、夹杂物与内应力以及钢板厚度等有关,磁感应强度主要与化学成分和晶体织构相关。影响无取向电工钢磁性能的主要因素之一是晶粒尺寸,晶界处点阵畸变、晶粒缺陷多、内应力大,这样在磁化过程中,畴壁在晶界处移动需要更多的能量,使磁滞损耗和矫顽力增加,晶粒越小,晶界越多,磁滞损耗和矫顽力就越大。有研究表明,在一定范围内,晶粒尺寸越大,对磁畴壁移动的阻力相对减少,磁滞损耗也相应的降低,从而铁损也相对更低。项利等研究含硅1.6% 的无取向电工钢发现,相比于未常化试样,常化试样退火板中的 γ 纤维织构明显减弱,立方织构{001} < 010 > 明显增强,同时出现一定强度的高斯织构{110}< 001 > 。由图 2 可知,经过常化的退火成品卷晶粒较未常化的稍大,这主要是因为常化使热轧板晶粒尺寸增大,冷轧后储能相应降低,再结晶退火时形核点也随之减少,使成品晶粒尺寸增加,同时,常化促进Mn S 和 Al N 等析出物聚集粗化,对磁性能有利的立方织构以及高斯织构增强,这就使得成品卷的磁性能得到了很好的改善,铁损明显降低而磁感明显提高。

钢板厚度也是影响最终退火卷磁性能的重要因素之一,厚度越薄,变形量越大,储存能较高,再结晶和晶粒长大不完全,晶粒较均匀。钢板厚度越薄,成品中对磁性不利的织构组分增加,有利织构组分减少,磁感降低;同时,在化学成分一定和晶粒尺寸相差不大的情况下,钢板厚度对铁损的影响更大,板厚减薄,减小了涡流损耗,且晶粒的均匀性更好,进而降低钢卷的铁损。

2.3 力学性能

经不同常化热处理工艺以及冷轧工艺得到的三种不同牌号钢卷的平均力学性能见表 3。由表 3 可知,三种牌号钢卷的屈服强度、抗拉强度以及维氏硬度变化不明显,常化后钢卷抗拉强度有所下降,但幅度不大,常化后试样的延伸率降低,厚度越薄,延伸率越低。由图2 可知,经过常化的 G50W470 牌号钢卷,经过再结晶退火之后晶粒尺寸较未常化的大,晶粒越大,强度越低,因此其抗拉强度较低; G35W440与50W470 牌号钢卷的晶粒尺寸相差不大,两者的强度值也差别不大。

表 3 退火成品钢卷的力学性能

3 结语

1) 未经常化的钢卷保留了热轧原料的被完全拉伸的形变组织,晶界不清晰,而热轧板经常化后的显微组织得到了回复、再结晶和晶粒长大,晶粒长大明显,晶界也变得清晰。

2) 经过再结晶退火后钢卷均得到了回复、再结晶和晶粒长大,经过常化的钢卷再经退火后,晶粒稍大且 更 均 匀,未 常 化 的 退 火 卷 组 织 晶粒 略 小,0. 35 mm的晶粒最小。

3) 常化对钢卷的电磁性能有利,而产品厚度越薄,磁性能也有所改善,铁损进一步降低。

4) 三种牌号钢卷的强度以及维氏硬度变化不明显,常化后钢卷抗拉强度有所下降,但幅度不大,且厚度越薄,延伸率越低。

来源:《江西冶金》 赵有朋等





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