摘  要：对CSP流程生产的W540和WS00两个牌号的无取向电工钢热轧板中析出物尺寸在卷取前后的变化进行了研究，并和传统流程生产的W20热轧板的析出物进行了比较。结果表明，CSP流程生产的电工钢在卷取后，析出物尺寸略有减少；随Si+Al含量的提高，析出物的平均尺寸没有明显的变化，但类型发生明显的变化，由以AIN为主转变为以MnS为主。不同流程生产的成分相近的电工钢中析出物的平均尺寸差别不大。

关键词：热轧板；CSP；无取向电工钢；析出物

    析出物对无取向电工钢性能的影响主要体现在对冷轧后再结晶晶粒的长大以及对磁畴壁移动的影响上。在冷轧前，无取向电工钢热轧板中的析出物越多，在冷轧后的再结晶退火过程中析出就越少；热轧板中析出物的尺寸适当，则最终成品的有害织构组分就弱，磁性能就高。

    冷轧电工钢主要采用常规板坯工艺生产。随着冶金技术的进步，薄板坯连铸连轧工艺获得了飞速发展，国外已经开始利用薄板坯连铸连轧工艺生产电工钢，而我国在这方面还属空白。笔者针对国内某厂采用CSP生产线试验生产的2个牌号的无取向电工钢和传统流程生产的W20，研究了Si+Al含量对经过不同流程的热轧板中析出物的影响。

1试验材料及方法

    试验材料取自国内某厂CSP生产线试验生产的W540、WS00无取向电工钢热轧板以及某钢厂采用传统流程生产的W20热轧板。CSP流程生产的无取向电工钢通过转炉冶炼，RH真空处理后连铸成70 mm厚的薄板坯，在1 100℃左右均热一定时间，采用7道次热连轧，终轧温度850℃以上，卷取温度680℃以上，产品最终厚度2．1 mm左右。试验钢的化学成分(质量分数)见表1。

    试样经金相抛光腐蚀后，分别制备成透射和扫描样，用H一800透射电镜和日立S一4300场发射扫描电镜将试样放大5 000～120000倍照相，对第二相尺寸进行统计分析。利用能谱仪分析析出物的成分。

2试验结果与分析

2．1析出物的类型和形貌

    透射电镜衍射分析以及扫描电镜能谱分析表明，无取向电工钢热轧板中的析出物主要为MnS、AIN以及二者的复合析出物。由于电工钢冶炼过程中难免引入微量残留元素Ti、Cu等，也观察到少量Ti(CN)和Cu2S。

    MnS的典型形貌为椭圆形和圆片状，具体形貌如图1所示。椭圆形MnS的尺寸范围在50～300nm之间；圆片状颗粒尺寸在1μm以下时，基本保持4：1长径比。随着MnS析出物尺寸的增加，数微米以上的MnS析出物不再保持4：1的长径比。

    A1N的典型形貌为片状、六角形、三角形、方形和不规则形状，如图2所示。酒井知彦等人根据A1N的形貌将AlN分为3类，I类尺寸很小(<20nm)，呈细小针状；II类尺寸较大(20～80 nm)，呈片状或不规则形状；Ⅲ类为粗大片状或长条状(100～300 nm)。本次实验中观察到的A1N基本为Ⅲ类粗大片状和长条状AlN以及Ⅱ类片状、棒状AlN，没有观察到细小的(小于20 nm)的针状A1N。

2．2第二相的析出

    CSP流程生产的W540无取向电工钢在卷取前后热轧板中析出物尺寸的统计分布见图。由图3可以看出，W540热轧板空冷样中析出物尺寸的分布峰值在100～150 nm之间，卷取样的分布峰值在1.0 nm左右，卷取后析出物的分布峰值略有降低。成分分析表明，w540中第二相颗粒主要为MnS、少量AIN和MnS的复合析出物以及少量AIN。为了分别研究MnS、AIN以及复合析出物析出规律的区别，将三者分别绘制于图4。由图可见，卷取前后MnS颗粒数均占到总析出颗粒数的75％以上，且卷取前后MnS的平均尺寸没有明显变化，表明MnS在卷取过程中并没有发生沉淀析出；卷取前后AlN的平均尺寸减小，数量增加，说明在卷取过程中发生了AIN的沉淀析出；卷取后复合析出物的相对数量增加，平均尺寸减小，但析出物尺寸向2.O nm左右聚集，结合前人的研究成果，认为主要是热轧板中的AIN以先析出的MnS为核心析出的结果。

    图5、6为w800热轧板空冷样、卷取样析出物尺寸的统计分布图以及MnS、AIN和MnS的复合析出物和AIN尺寸的独立统计图。可以看出，W800热轧板中析出物尺寸的分布峰值在卷取前后没有发生明显的变化，均在150～2.O nm，但卷取后尺寸小于150 nm的析出物的数量减少。成分分析表明，W800热轧板中的析出物以AlN以及AlN和MnS的复合析出物为主，两者数量占总析出量的75％左右。卷取后热轧板中MnS的尺寸没有发生明显的变化但数量减少，说明卷取过程中没有发生MnS的沉淀析出；卷取后AlN和复合析出物的平均尺寸均增大，且卷取前后尺寸分布均具有正态分布规律，证明在卷取过程中发生了A1N的沉淀析出。

    图7为传统流程生产的W20热轧板的析出物的尺寸统计，由图可以看出，尺寸峰值分布在150～200nm之间。成分分析表明，在W20热轧板中析出物主要为MnS和少量III类AIN，几乎没有II类AIN。

    对比两个流程生产的不同Si+A1含量的电工钢发现，采用CSP流程生产的w540、w800热轧板中第二相的平均尺寸没有明显的区别，但随Si+Al含量的变化，析出物的类型发生了明显的变化，在低Si+A1含量的电工钢中第二相主要以A1N以及AlN和MnS的复合析出物为主，Mns的析出受到了抑制，而在高Si+Al含量的电工钢中则以MnS为主，受到抑制的却是AlN的析出。采用传统流程生产的w20热轧板中，析出物的平均尺寸较CSP流程生产的W540、w800热轧板略大。

3  讨论

因为工艺流程的不同，经CSP工艺或常规流程生产的电工钢热轧板中的析出物，存在以下差别：连铸冷速较快而抑制了大颗粒夹杂物的液析和高温析出，导致均热前已存在的大颗粒夹杂物(尺寸大于1μm)的数量相对较少；均热温度下析出的中等尺寸的析出物(0．1～1μm)的尺寸较为均匀且其体积分数可由钢材成分和均热温度而准确控制；均热温度较低因而回溶或平衡固溶的析出物形成元素的量较小导致均热后轧制过程中析出的细小析出物的数量较少；在试验钢中Mns和AlN在基体中的全固溶温度较为接近因而易于同时析出，形成复合析出物；复合析出物的塑性明显低于单纯MnS夹杂从而难以沿轧制方向严重拉长，从而使尺寸为O．05～5μm的析出物多为球形或者沿轧向少量的变形，而多边形和不规则形状的析出物以及沿轧制方向严重拉长的析出物较少，从而减少了对最终磁性能的影响。

    在电工钢的生产中，Si+A1含量对Si—Fe的平衡相图有重要的影响，O．Fischer。等人通过实验测定了Si+2Al含量对Si—Fe相图的影响，见图8。由图可以看出，传统流程生产的w20和CSP流程生产的w540、w800，由于Si+Al含量的变化，在均热温度下基体组织存在明显的不同。以前的工作从理论上计算了MnS和AlN在奥氏体和铁素体中的固溶、析出行为，二者在不同基体中的固溶行为存在很大的差异，随着Si+AI含量的变化，析出物的类型发生明显的转变。

    所研究3个牌号的无取向电工钢中酸溶铝的质量分数均取上限(0．25％左右)，由此导致AlN的全固溶温度(Tar)高，高温下AlN容易析出，且高温下原子扩散速率较高，AlN的熟化速率高，长大容易，从而形成了部分微米级的AlN。而在轧制完成后，采用了高温卷取，进一步促进了卷取过程析出的AlN的粗化，减少了细小A1N的析出数量。由于A1N在丫基体的固溶度远大于在a基体的固溶度，随着Si+Al含量增加，电工钢均温阶段7相数量减

少，故热轧板析出细小AlN粒子数量也相对减少。

    试验中CSP流程生产电工钢的均温时间为30min左右，而传统厚板坯生产电工钢的均温时间为3～4 h。均温时间的减少直接降低了第二相粒子Ostwald熟化时间；同时CSP流程铸坯的均温温度也低于传统流程，而均温温度的降低则减小了第二相粒子Ostwald熟化速率，这一点在高温阶段尤为明显。两者的共同作用导致传统流程生产的电工钢中第二相粒子的尺寸略大于CSP流程。

    虽然MnS在γ相中的固溶度比在α相中的小，但是由于硫在α相中的扩散速率比γ相中大近10倍(1100℃)，因此在a相中MnS的析出量反而大。关于钢铁材料中的Mns的沉淀析出规律以及MnS和基体的界面能已经确定，按文献[8]中的公式(4—111)和(4—120)，分别计算得到MnS在铁素体和奥氏体中析出时的形状系数为1．028和3．843 6。因此，当MnS在铁基体中析出且形状为长径比4：1的圆片状时，表明MnS主要是在奥氏体基体中析出的，而当其为近球形时，表明是在铁素体基体中析出的。显然，随着Si+Al含量的提高，a相的数量增加，热轧板中析出的近球形MnS粒子的数量增加。因此，电工钢中Si+Al含量的控制不仅直接影响基体组织，同时还对MnS的析出行为具有重要影响。

4  结论

    (1)CSP流程生产的无取向电工钢w540和w800热轧板中的第二相在卷取后平均尺寸略有减小或基本不变，在卷取过程中发生AlN沉淀析出。

    (2)CSP流程生产的不同成分的无取向电工钢热轧板中第二相的平均尺寸相差不大。

    (3)Si+Al含量对电工钢热轧板中第二相的类型存在明显的影响，Si+AI含量低时第二相以AlN和复合析出物为主，Si+Al含量高时第二相以MnS为主。

    (4)与CSP流程相比，传统流程生产的无取向电工钢热轧板中第二相的平均尺寸略大。

                                          裴英豪1，  张建平2，  朱  涛2，  刘正东1，  雍岐龙1