何军 吴德芬

摘 要：文章通过TEM、XRD、光学金相和磁滞回线测量等手段对常化前后的取向硅钢试样进行了分析，研究了常化工艺对取向硅钢组织织构的演变规律及最终磁性能的影响。结果表明：取向硅钢热轧板经常化后组织更均匀，热轧过程析出的抑制剂主要是Cu2S，经常化处理后则主要析出AlN。经过常化处理后的试样在经过退火处理后，其组织中的γ织构强度较高。经常化处理后试样的磁感应强度明显高于未经常化处理的试样，且经常化处理的试样的铁损大幅度低于未经常化处理的试样。

关键词：常化处理；织构；磁性能

取向硅钢是一种具有磁感应强度高等优异磁性能的软磁性材料，主要应用于电力工业中的变压器铁芯，其优异磁性能的获得主要依赖于所获得的晶粒取向为（110）[001]的高斯织构或与其存在一定取向偏离角的织构[1-3]，在生产中为了尽可能多地获得该类织构，经常对材料进行常化工艺处理[4-6]。常化处理最直接的作用是使钢中的抑制剂在高温保温阶段大部分固溶，在中温保温及冷却阶段细小弥散地析出。这些析出的抑制剂将影响之后初次再结晶晶粒的长大，并获得足够数量的高斯晶核[7]，同时获得在二次再结晶过程中易于转变为高斯织构的组分。

本文主要通过TEM、XRD、光学金相和磁滞回线测量等手段对常化前后的试样进行分析，来研究常化工艺对取向硅钢组织织构的演变规律及最终磁性能的影响。

1 试验材料与方法

将试验料铸坯加热至1 100 ℃，保温3.5 h，采用热连轧机轧成带卷，最终板厚为2.46 cm热轧后取样，作为热轧后未常化的样与常化后的样进行对比分析。常化采用两段式工艺：在1 120 ℃下保温40 s，随后冷却至900 ℃保温90 s，最后沸水淬火。将经过常化处理的试样与热轧态试样均经过5道次的轧制，总压下率约为80%，最终材料板厚为285 μm。将各试样进行退火处理，退火温度为840 ℃，保温时间为3 min，最后测定对比未常化和常化后的材料的磁性能。

软磁性能是Hi-B钢重要的性能指标，是检测产品是否合格的重要依据之一。测量软磁材料的磁性能一般是测出磁滞回线，然后根据磁滞回线标定出试样的饱和磁感应强度等，铁损用磁滞回线的面积来表征。本实验采用硅钢交直流磁性测量仪测定试样磁性能，设备型号为MPG-100D，试样尺寸为30 mm×300 mm。

2 试验结果及讨论

2.1 常化态实验结果与分析

关于热轧后常化与不常化的两组试样，我们进行了金相组织观察、抑制剂析出观察、XRD织构分析，并进行实验结果的比较分析。

2.1.1 金相组织观察

两组试样热轧态未常化和常化后的金相组织图中，1#为未常化的试样，2#为常化的试样。从中可以看到组织沿厚度方向很不均匀。它可以分为3个领域：表面脱碳层、次表层和中心区域。表面脱碳层包含主要是细等轴铁素体晶粒，这些晶粒将作为二次再结晶晶核。次表层包含等轴晶粒以及一些再结晶颗粒，它们将促进二次再结晶颗粒的增长。中心区域为变形铁素体晶粒，它们将抑制二次再结晶颗粒的增长。由于试样表面与大气接触，因而表面快速冷却，但沿厚度方向温度是不同的。与此同时，在轧制过程中剪切变形沿厚度方向也完全不同。微观结构沿厚度方向的不均匀归因于在热轧过程中沿厚度方向的温度和剪切变形的不同。所以它将产生弹性应变沿厚度方向的不规则分布。回复和再结晶程度沿厚度方向有很大的差异，样品表面再结晶很快。

常化处理的样品的微观结构在一定程度上比热轧样品更均匀。在常化的样品中有一些细的等轴再结晶晶粒，尤其是在截面处。然而，常化的时间太短，回复和再结晶完成不充分。热轧样品的平均晶粒尺寸是10.84 μm，常化后样品的平均晶粒尺寸是12.71 μm。

2.1.2 抑制剂的析出

热轧后样品中有部分析出相，要么是球形或不规则形，并在晶界分布居多。根据EDS谱图，热轧样品的主要抑制剂是MnS夹杂物，CuS和（Mn，Cu）Sx，还有少量的AlN。其中，抑制剂MnS尺寸很大，而CuS质点尺寸非常小。另外还有一些其他种类的抑制剂，例如（Mn，Cu）Sx和氮化铝。（Mn，Cu）Sx的尺寸比CuS大，而比MnS小。少量的AlN是粗大的塊状。根据抑制剂的类型不同，将AlN抑制剂分为3种，即A、B、C型，即细针状、细片状、粗大块状。在热轧过程中只有少量的C型AlN抑制剂的析出。因此，Hi-B钢在热轧过程中析出的抑制剂主要是MnS夹杂物，CuS，（Mn，Cu）Sx还有少量的C型AlN。

常化后大量析出物在样品中均匀分布，其中大部分是不规则的形状。根据EDS谱图，样品的主抑制剂是AlN，还有少量的MnS，CuS和（Mn，Cu）Sx。其中MnS、CuS和（Mn，Cu）Sx抑制剂在常化过程中没有长大，维持热轧态的形态不变。在样品中有两种类型的AlN抑制剂，即B型和C型。C型的AlN抑制剂维持热轧态的类型。因此，大量的细片状AlN抑制剂即B型在常化处理过程中均匀地从基体中析出。

从以上所述，我们可以得出简单的结论，即热轧样品的主要抑制剂是粗大的MnS和精细的CuS，而经常化处理的样品的抑制剂主要是B型的AlN。细片状AlN抑制剂在常化处理同样析出。MnS和CuS抑制剂在常化处理过程中保持不变。

2.2 脱碳退火实验结果与分析

对热轧后常化与不常化的两组试样，进行金相组织观察和XRD宏观织构分析，其结果如下。

2.2.1 金相组织观察

经过脱碳退火后，试样发生了初次再结晶。1#可以看到再结晶过程完成不充分，没有连续的等轴晶粒，局部区域有细小的等轴晶粒。大部分区域尤其是心部的晶粒形状不规则。同时沿厚度方向晶粒尺寸差异很大，边部晶粒比较细小、规则，但心部晶粒大、形状不规则。

2#试样中可以看到再结晶过程完成较充分，有连续的等轴晶粒存在，晶粒细小均匀，形状规则。与1#类似，沿厚度方向晶粒尺寸有差异，边部晶粒比较细小，心部晶粒尺寸稍大。另外，比较1#与2#试样，发现2#试样平均晶粒尺寸大于1#。

2.2.2 XRD织构观察

将1#、2#的表面进行XRD宏观织构检测获得织构演变信息。总体看来1#与2#试样的ODF截面图并没有太大的差别。两者的主要织构都是立方织构和近γ织构。

在1#样的φ2=0°截面图与φ2=45°的截面图中，主要织构为立方织构以及近γ织构，即（010）[101]、（001）[01-0]以及（112）[57-1]、（111）[235-]织构。其中立方织构强度远大于其他取向的织构。

与1#类似，在2#样的φ2=0°和φ2=45°ODF截面图中，主要织构同样是α织构（001）[01-0]、（010）[101]以及近γ织构（112）[57-1]]、（111）[145-] 、（111）[235-]。其中α织构最强，其余的则是近γ织构。

综上所述，常化对初次再结晶后立方织构和γ织构有些许影响。织构成分区别不大。经过常化处理后的样品脱碳退火后γ织构的强度比未经过常化处理的要稍大一些。

2.3 磁性能比较

表1给出了未常化与常化的试样的磁感应强度和铁损的数据，另外，添加了实际生产中Hi-B钢的铁损和磁感应强度值。从表中可以看到，经过常化处理试样的铁损比未常化的要小很多，同时磁感应强度也提高了。这些性能的改善主要是通过常化处理使得最终成品获得较多的高斯织构。对于Hi-B钢来说，B8的大小与（110）[001]晶粒取向度有关，因此获得高斯织构会改善磁性能。同时提高了B8，也就会降低铁损。

3 结语

（1）经常化后，组织更加细小。热轧后析出的抑制剂主要是Cu2S，常化后则主要是AlN。

（2）脱碳退火后，晶粒尺寸均匀。织构方面，常化与未常化都以γ织构为主，但常化后γ织构强度较高。

（3）磁性能方面，磁感應强度B8由未常化的1.426 T升高到1.818 T，铁损P1.7/50从2.766 w/㎏降低到1.423 w/㎏。

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