摘 要：研究了热轧卷取时间对无取向电工钢晶粒组织、织构演变、铁损和磁感的影响。结果表明，成品晶粒尺寸在120～140 μm之间，随卷取时间的增加，成品晶粒尺寸增大。成品织构主要由γ纤维、а纤维和高斯织构等构成。随着保温时间的增加，{111}<110>和{112}<110>织构强度降低。随卷取时间的增加，成品P1.5降低。热轧板最佳的卷取工艺为550 ℃保温2～3 h，电工钢的综合磁性能优良。
关键词：无取向电工钢 卷取时间 组织结构 磁性能
中图分类号：TG142.1文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-03
冷轧无取向低碳低硅电工钢要求具有低铁损、高磁感。主要用于生产<1 kW的家用电机和微电机、小电机、镇流器和小型变压器等，是用量最大的节能软磁合金，在电力、电子、机械工业中发挥不可替代的作用。近年来，由于能源短缺，各个国家对节能降耗都非常重视，电工钢生产商不断致力于生产低铁损和高磁感的材料来提高电机效率，节约电力[1，3]。热轧卷取工艺是影响无取向电工钢最终成品电磁性能的重要工艺参数之一，目前为止，研究热轧卷取时间对无取向电工钢电磁性能的影响工作还较少，因此，研究热轧卷取时间对组织结构和磁性能的影响对于开发高性能的冷轧电工钢具有重要的意义。
该文是在原有电工钢成分基础上，通过调整碳、铜、锰、硅、铝等元素的含量，开发出一种新型高效电机用高磁感、低铁损低碳低硅冷轧无取向硅钢。研究不同热轧卷取时间对产品晶粒组织、织构、和磁性能的影响，探讨更加合理的卷取工艺控制制度，探索无取向电工钢提高磁感和降低铁损的新途径。
1 试验材料及方法
试验用钢在50 kg真空感应炉中冶炼，其化学成分如表1所示。
将钢锭锻造成25 mm厚的板坯，该板坯在1150 ℃保温1 h后开始轧制，3道次轧制，热轧至4.0 mm厚，为了模拟卷取过程，热轧结束后，将热轧板冷至卷取温度后装入炉温已经升至设定卷取温度的箱式炉中保温不同时间，取出空冷。卷取温度为550 ℃，保温时间为1 h、2 h、3 h。酸洗后使用4辊轧机将热轧板冷轧到0.5 mm，然后在小型连续退火炉中进行再结晶退火，退火温度950 ℃。由于原始碳含量较低，退火气氛使用干的分解氨。成品试样使用光学显微镜观察金相组织，并用图像分析仪测量平均晶粒大小，观察面为与轧制方向平行的纵截面。使用西门子D25000型X射线衍射仪对退火后试样的织构进行测量，测量时使用Mo靶，首先检测试{110}、{200}和{211}3个不完全极图，然后采用级数展开法计算试样的取向分布函数（ODF）。冷轧成品采用爱泼斯坦方圈测试电磁性能。
2 试验结果及分析
2.1 热轧板及成品金相组织
经不同时间卷取后的电工钢热轧板的晶粒度如图1所示，从图中可以看出该电工钢热轧板的组织是完全再结晶的等轴晶，晶粒大小均匀，晶粒尺寸较小，随保温时间的增加，晶粒尺寸变化不大。
经不同时间卷取后的该电工钢成品的晶粒度如图2所示，从图中可以看出该电工钢成品组织为较大等轴晶，晶粒大小基本均匀。
表2所示的为用截线法测量不同时间卷取后该电工钢热轧板及成品的晶粒尺寸，从表中的数据可以看出，在550 ℃卷取时，热轧板的晶粒尺寸在20～25 μm之间，随卷取保温时间的增加，热轧板的晶粒尺寸变化不明显。成品晶粒尺寸变化幅度不大，平均晶粒尺寸在120～140 μm之间，随着卷取保温时间的延长，成品晶粒尺寸呈增大趋势。
2.2 成品织构分布
取向分布函数Ф2=45 °截面图是表达无取向电工钢钢板织构最具有代表性的截面图。在这个截面图上可以观察到一系列重要的取向位置[2]。图2显示成品取向分布函数φ2=45 °截面图。
由图3看出，成品织构主要由γ纤维、а纤维和高斯织构组成，γ纤维包括{111}<110>和{111}<112>织构分量，其中{111}<112>分量的强度最高。а纤维包含分量为{112}<110>、{100}<110>和{111}<110>织构，а纤维织构得强度较弱。随着保温时间的增加，{111}<110>和{112}<110>织构强度降低。
2.3 磁性能
从图3看出，热轧板卷取经550 ℃短时间保温1小时，成品磁性能不好。最佳的热轧板卷取工艺是在550 ℃保温2～3 h。在550 ℃卷取时，铁损随着保温时间的延长逐渐降低，B50在保温2 h时达到1.74 T。
3 讨论
AlN等第二相析出物生产过程中会经历三种过程：固溶、析出和Ostwald熟化。在加热时固溶，在热轧卷取后的缓慢冷却过程中随固溶度下降析出。大量研究表明，细小弥散的第二相粒子对晶粒长大时的钉扎力与第二相粒子的数量呈正比，与平均尺寸成反比。因此，当第二相粒子析出和分布均匀时，细小、分布密集的粒子会对晶界产生强烈的钉扎效应，抑制晶粒的长大，使晶粒尺寸趋于更小；相反，熟化、粗大或分布不够密集的粒子对晶界的钉扎作用减弱，使晶粒的生长能力增强，晶粒尺寸趋于更大。热轧板在低温550 ℃时卷取，弥散析出的细小夹杂物少，阻碍晶粒长大作用不明显，卷取时间对热轧板晶粒尺寸影响不大。在冷轧后再结晶退火过程中，第二相析出物发生ostwald熟化，对晶粒长大的阻碍作用小。
无取向电工钢（100）面织构高，B50增高和P1.5降低，因为在（100）晶面上有两个易磁化的<001>轴；其次是（110）面织构，在此晶面上有一个<001>轴。具有（111）面织构的P1.5较高，因为在此晶面上没有<001>轴，具有（112）面织构的P1.5最高，因为在此晶面上有难磁化的<111>轴[3]。因此，增加{100}和{110}织构的强度和降低{111}和{112}织构的强度有利于降低磁滞损耗和增加磁感。
晶界能抑制磁畴在磁化时的位移和转动，晶粒粗大使总的晶粒边界减少，晶粒粗大还减少了因晶粒混乱、位错、空位等缺陷的聚集而造成磁阻较大的现象[4]。因此晶粒尺寸相对较大时，铁损较低。影响电工钢铁损的成分主要是化学成分、晶粒尺寸、晶体织构、杂质等。晶粒尺寸变化通常导致晶体织构也发生变化，磁感不一定一直随着晶粒尺寸的增加而提高。影响无取向电工钢磁感应强度的主要因素是化学成分与晶体织构。
550 ℃卷取时，随保温时间的延长，成品晶粒度增加，而对磁性能不利的{111}<110>和{112}<110>织构强度减弱，导致铁损降低，当保温时间达到3 h，P1.5取得最小值3.22 W/kg；而当保温2 h，高斯织构{110}<001>强度达到最强，{111}<112>织构强度取得最小，磁感B50主要有晶体织构来决定，因此其磁感B50达到最大值1.74 T。
4 结语
（1）热轧板550 ℃卷取时，晶粒尺寸在20～25 μm之间，随着保温时间的延长，热轧板晶粒尺寸变化不明显。成品晶粒尺寸在120～140 μm之间，随卷取时间的增加，晶粒尺寸增大。
（2）成品织构主要由γ纤维、а纤维和高斯织构等构成。随着保温时间的增加，{111}<110>和{112}<110>织构强度
降低。
（3）热轧板最佳的卷取工艺是在550 ℃保温2～3 h，能获得较高的磁感和低的铁损。随卷取时间的增加，成品P1.5降低。
参考文献
[1] 何忠治.电工钢[M].北京：冶金工业出版社，1997.
[2] 毛卫民，张新明.晶体材料织构定量分析[M].北京：冶金工业出版社，1995.
[3] Jong-Tae，Jerzy A.Szpunar.Evolution of recrystallization texture in non-oriented electrical steels[J].Acta Materialia，2003，51：3037-3051.
[4] 赵楠，穆海玲，斯松华.冷轧无取向电工钢的组织及性能分析[J].电工材料，2007，4：14-18.
