高牌号无取向硅钢的常化处理研究

研究表明，热轧板常化温度对最终成品晶粒尺寸的影响与对热轧板晶粒尺寸的影响不同，随着常化温度的升高，热轧板常化后的晶粒尺寸逐渐增大；当热轧板常化温度小于950℃时，最终退火后的成品晶粒尺寸随热轧板常化温度的升高而增大，当热轧板常化温度为950℃～1 000℃时，最终退火后的成品晶粒尺寸在100～150μm最佳尺寸范围内；而热轧板常化温度大于1 000℃时，最终退火后的成品晶粒尺寸随热轧板常化温度的升高反而减小。热轧板晶粒尺寸和热轧板中夹杂物的弥散程度对最终退火后成品的晶粒尺寸影响较大。热轧板晶粒越粗大，最终退火后成品的晶粒也越大；热轧板中夹杂物的分布越弥散，最终退火后成品的晶粒越小。从成品晶粒尺寸角度考虑，无取向硅钢热轧板常化处理温度以不超过1 000℃为宜。

三、常化处理对织构演变的影响

无取向硅钢热轧板在950℃常化处理后，热轧板已完全发生再结晶，热轧板由表层至中心层，织构分布混乱，织构强点不明显，中心层织构强点集中在{001}附近。影响无取向硅钢的磁感应强度B50的主要因素是其化学成分和晶体学织构。在成分确定的情况下，最终成品的再结晶组织的晶体织构就成为影响无取向硅钢磁性能的关键因素。对无取向硅钢来说，理想的晶体织构为{100}面织构，因为其是各向同性，而且难磁化的方向不在轧面上。但实际上很难得到这种单一的面织构，对于无取向硅钢，{100}和{110}织构是对磁性能有利的织构，{111}和{112}织构是不利织构。因此，增加{100}和{110}织构的强度和降低{111}和{112}织构的强度有利于增加磁感并能降低铁损。

常化处理与未常化处理后热轧板、冷轧板与最终退火板的中心层恒Φ2=45°ODF截面图见图2。由图2可以看出：未常化处理热轧板中心层织构为较强的形变织构，强点在{001}附近。热轧板在950℃常化处理后，已经完全发生再结晶，常化处理使得热轧板中心区域织构减弱。

与冷轧前未经常化处理的冷轧织构相比，冷轧前经常化处理的冷轧织构其α和γ纤维织构组分均相对较弱，α纤维织构组分强点更靠近{001}织构组分；而冷轧前未经常化处理的冷轧织构，其α纤维织构组分强点更靠近{223}织构组分，α和γ纤维织构组分均相对较强。由冷轧前常化处理与未常化处理的成品板中心层再结晶织构恒Φ2=45°ODF截面图可知，再结晶退火织构主要以γ织构为主，α纤维织构显著弱化，有微弱的{001}织构组分。

金属在塑性变形过程中，在外界温度和力学条件的影响下，每个晶粒的取向会相对外力发生转变，从而形成形变织构。热轧常化处理后钢带中形变织构的状态会对后续冷轧织构以及最终退火后的再结晶织构的形成产生重要影响。

热轧板晶粒形态通过影响冷轧变形织构对最终成品的再结晶织构有显著的影响。当热轧板晶粒较大时，冷轧后形变组织中会形成较多的剪切带。热轧板晶粒越大，剪切带的分布密度越高。由于剪切带有较高的储能，再结晶晶粒往往优先在剪切带内形核。再结晶退火时在剪切带中高斯取向的晶粒更容易形核，因此，热轧板晶粒越大，冷轧变形组织中剪切带的分布密度越高，最终退火后成品织构中高斯织构的强度越高。同时，具有γ纤维织构取向的再结晶晶核，更容易在热轧板的原始晶界处形核。因此，热轧板晶粒越大，原始晶界越少，成品中γ纤维织构的强度越低。朱涛等的研究结果表明，随着热轧板常化温度在900℃~1 050℃范围内升高，最终成品织构强度会逐渐变弱，特别是{111}、{112}和{114}等不利于磁性能的织构减弱明显；最终成品的磁感B50值递增，但增幅较为缓慢，而成品铁损P15值呈先降低后升高的趋势 （950℃时铁损最低）。

四、第二相粒子析出物的控制要求

成品硅钢片中的任何夹杂物及第二相析出物至少都有两方面的直接危害：钉扎磁畴的移动；使材料的内应力增加。由此导致硅钢片磁性的降低，其中以微细夹杂物的钉扎作用最为突出，长条、针状夹杂物的钉扎作用又大于球状夹杂物，为此必须尽可能减少成品硅钢片中夹杂物的数量，尤其是微细夹杂物的数量，同时对夹杂物的形状进行控制。

析出物粒子对成品硅钢片的磁性能的间接影响，则表现在限制最终成品退火过程中的晶粒长大，这主要体现在析出物粒子对晶界的拖曳作用上，当其细小、弥散分布时，就会对晶界产生强烈的拖曳作用，从而阻止基体晶粒的长大。因此，在无取向硅钢的生产中，必须合理控制第二相的体积分数，避免第二相粒子对冷轧后再结晶退火过程中晶粒正常长大的抑制。

无取向硅钢中的碳、氮和硫对磁滞损耗Ph最为有害，碳和氮为间隙式固溶元素，硫为置换式固溶元素，但硫原子半径与铁原子半径相差很大，这都使点阵严重畸变，引起大的内应力。析出物有晶内析出和晶界析出2种方式，如图3所示，析出物尺寸为30nm左右的第二相粒子钉扎在晶界上，这将显著影响冷轧板在再结晶时晶粒的长大，成为其晶粒长大的主要阻碍因素。因此，高牌号无取向硅钢对有害元素的控制及夹杂物尺寸的控制要求极高。

无取向硅钢中的夹杂物主要是硫化锰、氮化铝、氧化物（主要是三氧化二铝）及其二元和多元复合物。文献中关于铁素体中析出物析出热力学计算结果可知：硫化锰、氮化铝的平衡析出温度均在1 200℃以上，因此在常化过程中，硫化锰、氮化铝都具备析出的热力学条件。郭艳永等的研究结果表明，主要尺寸集中在0.11~0.40μm的夹杂物对无取向硅钢最终成品磁性能有显著影响。通过合理的工艺使得夹杂物和第二相析出物粗大化以实现夹杂物的无害化处理，对无取向硅钢成品的磁性能有重要意义。在无取向硅钢常化过程中，常化温度过高，将导致硫化锰、氮化铝等溶质原子的固溶度过高，这使得冷却过程中可能析出的细小尺寸的硫化锰、氮化铝体积分数增大大量弥散析出的细小的硫化锰、氮化铝粒子，成为冷轧板再结晶长大的主要阻碍因素，影响无取向硅钢最终再结晶晶粒尺寸，对无取向硅钢成品磁性能的不利因素影响升高，这也是常化温度超过1 000℃时，最终成品晶粒尺寸反而减小的原因。在无取向硅钢常化处理的冷却过程中，宜采用缓慢冷却的方式，降低冷却速度，使已经沉淀析出的第二相粒子（碳化物和氮化物等）可充分发生聚集长大（Ostwald熟化过程），以达到析出物的无害化处理。

五、结论

（1）冷轧前常化处理可以起到消除纤维组织的作用、获得粗大的再结晶组织，并对冷轧组织和再结晶组织产生遗传作用，这使得最终再结晶退火后的平均晶粒尺寸增大，并且最终再结晶组织更加均匀。随常化温度的增高，最终再结晶晶粒尺寸逐渐增大；但当常化温度高于1 000℃时，最终再结晶晶粒尺寸反而有减小的趋势，且铁损增加。为得到合理的再结晶组织，常化温度以不超过1 000℃为宜。

（2）冷轧前常化处理可以显著弱化热轧形变织构，减缓了冷轧时{001}织构向{223}织构的转化，这有利于在最终的再结晶退火时，保留有利于磁性的{001}织构，并弱化不利于磁性能的γ纤维织构的转化。随着常化温度的增高，最终成品再结晶织构的强度逐渐减弱。

（3）常化温度过高将导致夹杂物和第二相粒子析出物中细小尺寸的组分增加，并影响最终的再结晶晶粒尺寸和成品的磁性能，控制第二相粒子析出物及夹杂物尺寸的合理工艺应使常化温度不高于1 000℃，并采用较慢的冷却速度使夹杂物和析出物聚集长大，实现夹杂物的无害化处理。返回搜狐，查看更多