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薄板坯无取向硅钢组织转变分析探讨

李毅伟

(本钢技术中心，辽宁 本溪 117000)

摘 要：无取向硅钢由于硅含量高，导热系数低，铸坯组织和热轧组织具有与低碳钢不同的特点，特别是中高牌号硅钢，前部工序的组织对后面冷轧和连退工序生产中性能和表面质量产生影响。通过工艺控制可以获得对成品性能和表面质量有利的铸坯和热轧组织。

关 键 词：低倍组织；显微组织；柱状晶；电磁性能

无取向硅钢是一种应用广泛的磁性材料，在空调机、电冰箱、洗衣机的电机制造中作为主体材料，它的电磁性能和表面质量决定了电机的节能性，因此硅钢生产中要求低铁损、高磁感，表面质量好。生产过程中各工艺段钢的组织状态决定了成品的组织和性能，对成品的表面质量也产生影响。各工艺段中炼钢、热轧、冷轧和连退的生产工艺，决定钢的显微组织，组织具有遗传性，前部工序的组织决定后面工序的组织状态。无取向硅钢的生产炼钢和热轧工序对成品电磁性能和表面质量产生很大影响。

1 连铸坯组织

铸坯组织受钢的化学成分及连铸过程中中包过热度、铸机二冷水强度、电磁搅拌、液态软压下使用情况影响，连铸坯组织一般分为表面细晶区、柱状晶区和中心粗大等轴区，在常规工艺条件下，硅钢由于硅含量高，热传导系数低，柱状晶区发达，可占铸坯总体积的90%以上，对以后工序的生产和钢的组织及表面质量产生不利影响。

1.1 化学成分的影响

化学成分中硅含量对铸坯组织影响最大，随着硅含量的增加，钢的导热系数降低，铸坯中柱状晶尺寸变得粗大。发达的柱状晶组织在热轧过程中由于动态回复和再结晶缓慢而不能彻底破碎，热轧板的板厚中心附近形成粗大伸长的形变晶粒，在以后冷轧和退火过程中亦难以再结晶，成品钢板产生瓦楞状缺陷，叠片系数降低，电磁性能和层间电阻降低，磁性不均匀，铸坯柱状晶组织是中牌号无取向硅钢生产中的难题。生产中通过低过热度控制及提高二冷区的冷却强度可以改善铸坯组织，但不能根本上解决成品表面存在的瓦楞缺陷。图1和图2是低牌号的50BW1300和中牌号的50BW600的低倍组织。

从50BW600铸坯低倍组织可以看到发达的一次柱状晶，柱状晶组织比例达到90%以上，铸坯中心几乎没有等轴晶区。含硅钢量低的50BW1300低倍组织中以等轴晶为主。

1.2 电磁搅拌对铸坯组织的影响

电磁搅拌技术是最为有效的控制铸坯柱状晶比例的生产技术，在没有使用电磁搅拌的硅钢低倍组织中柱状晶的比例可达到90%以上，使用电磁搅拌可使柱状晶减少40%以上。电磁搅拌装置安装在铸机的二冷区钢液温度处于固相线和液相线之间的位置，对柱状晶的减少最为有利，可以获得最大的等轴晶区。从武钢、鞍钢等电磁搅拌应用效果看，电磁搅拌后铸坯等轴晶率可以达到50%以上。电磁搅拌装置的应用解决了中高牌号无取向硅钢表面瓦楞缺陷。

电磁搅拌同时也可减少铸坯内部的缺陷，可使内部裂纹指数降低到1.0级以下，中心偏析由B级降为C级，夹杂物分布均匀，成品的电磁性能也有一定改善。

2 热轧组织

热轧组织受热轧温度制度和压下制度的影响，同时也受铸坯组织的影响，特别是硅含量高的中牌号硅钢，热轧过程中钢的动态回复和再结晶速度缓慢，中心层易形成粗大伸长的形变晶粒。

2.1 显微组织

图3和图4是中牌号硅钢的热轧显微组织，从图可以看出，热轧板沿厚度方向组织有明显的不均匀性，可以分为三个区域：

表面层是再结晶比较充分形成的细小等轴铁素体晶粒，是二次再结晶的形核点。

中心层是粗大伸长的形变晶粒，这是由于铸坯的柱状晶组织在热轧过程中动态回复和再结晶缓慢不能完全破碎形成的，经过冷轧和退火难以再结晶，在成品表面产生瓦楞状缺陷。中心层和表面层之间是拉长的铁素体晶粒带。

2.2 织构

无取向硅钢的电磁性能在很大程度上取决于织构组织，｛100｝<110>位向织构对无取向硅钢电磁性能有利，热轧工艺对织构的形成有重要影响。压下制度和温度制度决定了热轧板织构的形成，头道次采用大压下量，增加剪切变形应力对成品再结晶后形成｛100｝<110>织构最有利。低的开轧温度、高的终轧温度和卷取温度对｛100｝<110>织构形成有利。

3 冷轧和退火

冷轧和退火工艺对无取向硅钢的电磁性能有很大影响，特别是退火温度制度决定晶粒度的大小和织构的转变，影响成品的电磁性能。

3.1 冷轧显微组织

冷轧板显微组织遗传热轧组织的特性，在经过大压下率的冷轧变形后，中心部位仍具有形变带，产生沿轧制方向的条带状纤维组织。采用大压下率轧制对退火后形成电磁性能有利的｛100｝<110>织构有益，一般冷轧总压下率在80%以上。

3.2 退火组织和织构

3.2.1 显微组织

无取向硅钢退火组织受化学成分、退火温度和保温时间影响，牌号高(图7：50BW800)，对铁损要求低，采用较高退火温度，保温时间长(连退速度慢)，促进晶粒充分长大，保证成品的铁损低；牌号低(图8：50BW1300)，采用较低退火温度，保温时间短，晶粒尺寸相对小，磁感高，铁损也升高。

3.2.2 显微织构

图9为薄板坯生产的50BW800硅钢的冷轧成品织构，由于薄板坯特殊的工艺特点，织构组织中｛100｝<110>织构组份多，有利织构高于常规流程产品，因此电磁性能明显优于相同牌号在常规流程生产的硅钢。

4 结论

无取向硅钢的铸坯组织具有较强的遗传性，前面工序的组织状态对成品组织和性能及表面质量有较大影响，通过制定最佳炼钢、热轧工艺，可以保证在冷轧和连退生产中成品获得有利的织构，提高产品电磁性能。

中牌号硅钢铸坯的柱状晶组织热轧过程难于通过动态回复和再结晶得到完全消除，在热轧组织中以粗大伸长的形变晶粒形式存在，通过炼钢连铸结晶器二冷区安装电磁搅拌装置对柱状晶加以破碎，消除成品钢板表面瓦楞状缺陷。

参 考 文 献

[1]   何忠治.电工钢[M].北京：冶金工业出版社，1996