电工钢织构及织构与磁性能的关系.docx

电工钢织构及织构及磁性能的关系彭彭（沈阳化工大学机械工程学院，辽宁沈阳110142）1. 2. 1电工钢织构电工钢在加工过程中（热轧、冷轧）可滑移面为｛110｝、｛112｝和 ｛123｝,滑移方向都为原子最密排的＜ 111＞方向以任何一个 ＜ 111＞为晶轴的晶面都可能是滑移面，都会产生交叉滑移，特别是 硅钢更容易产生交叉滑移多晶体在滑移（塑性变形）时，不仅在每个 晶粒内产生变形，而且晶粒间还要变形由于金属整体变形的连续 性，相邻晶粒间产生了相互牵制又彼此促进的协同动作，因而会出现 力偶，造成晶粒间的相对转动晶粒相对转动的结果可促使原来位向不 适合变形的晶粒开始变形，或促使原来已变形的晶粒继续变形但每个 晶粒的转动必然会受到其周围晶粒的影响，及此同时所产生的滑移系也 有朝着作用力轴的方向作定向旋转的趋势当所承受的变形程度很大 时，大多数晶粒的某个滑移系最终都将转至同一方向或接近一致的方 向，其结果是使原来位向极其紊乱的晶粒出现有序化，并有严格的位 向关系电工钢经过塑性变形后，处于高温状态下由于原子扩散能力 加强，发生再结晶，即以新的等轴晶粒代替旧的变形晶粒通常，再 结晶后的新晶粒仍具有择优取向，这种再结晶后的择优取向往往及形变 的择优取向具有一定的取向关系。

在电工钢的成品生产工序中，为了得 到完善的退火织构，工业上常常采用大压下量冷轧和高温长时间退火的 办法前者是为了得到很完善的冷变形织构，后者是使某种有利位向的 晶粒充分长大，从而形成稳定、完善的退火织构形成织构的特点是 （100）或（110）面平行轧面，［001 ］方向平行于轧向，称为立方 织构或高斯织构1. 2. 2无取向电工钢织构对磁感应强度的影响织构是影响电工钢磁感应强度B25和B50的主要因素之一，理想的晶 体织构为（100） ［ uvw ］面织构，因为它是各向同性而且难磁化方向 ［111 ］不在轧面上（及取向硅钢不同，取向硅钢的磁感应强度只及 （110） ［001 ］晶粒取向度或（110） ［001 ］位向偏离角有关）为改善 电工钢的磁性能，在生产过程中，从热轧工序开始，控制有利织构的 形成是主要的技术手段之一在实际生产控制过程中不可能得到这种单一 的面织构， 一般存在有（100） ［ 011 ］、 （111） ［ 112 ］ > （110） ［ 001 ］和（112） ［ 011 ］等织构组分，其中（100）组分织构度只占约20% ,基本属于无取向混乱织 构，也就是磁各向同性。

由理论公式推导的结论为：按［100 ］和 ［111 ］单晶体的B25值计算出的理想（100） ［uvw ］面织构具有最高的 B25值，比各向同性状态约高0. 116T （ 10% ）,而uvw ］ 和（110） ［ uvw ］织构的B25值比各向同性状态分别低 0. 111T （7% ） 和 0. 104T （2% ）o1. 2. 3无取向电工钢织构对铁损的影响影响Ph （铁损）的因素也就是阻碍畴壁移动的主要因素，分别为 晶体织构、杂质、夹杂物、内应力、晶粒尺寸、钢板厚度、钢板表面状态 和主要化学成分无取向电工钢（100）面织构高，Ph和P15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）面织构的较高 P15,因为在此晶面上没有＜001＞轴，具有（112）面织构的P15最高, 因为在此晶面上有难磁化的＜ 111＞轴1. 3热轧条件对无取向电工钢轧件织构形成的影响对电工钢织构的形成，并对电工钢的最终铁磁性能起重要作用的基 本组织参数是在轧件的热轧过程中形成的对有取向和无取向电工钢来说 都是如此，即其全部生产工艺操作过程中，对其组织和织构的影响是 在热轧件原始组织的演变过程中形成的。

国外电工钢科研机构对此做了专 门的研究研究了在2000mm宽带连轧机和1200mm可逆轧机等精轧机 架上进行轧制时，轧制温度、速度以及变形量和变形次数等工艺参数对 热轧带钢组织和织构的形成所产生的影响，以及电工钢热轧板沿带材厚 度方向其织构的形成特点测试方法：用X射线织构分析方法，根据 反极图从表面到中心逐层对织构进行了测定研究，用机械方法剥去试样 表层并对表面进行腐蚀以消除加工硬化层，根据极点密度最大的8个晶 面族｛ 200｝、｛112｝ ＞ ｛220｝、｛310｝ ＞ ｛222｝、｛321｝ ＞ ｛420｝和｛332｝的积 分强度线，用铝辐射线测定了织构分析表明，在热轧件的中心层内 通常发生回复过程，这一层织构具有形成强烈｛200｝＜uvw ＞择优取向 以及弱的｛112｝＜ uvw ＞和｛222｝＜ uvw ＞择优取向的特点；组织 和织构沿厚度方向所出现的差别是由轧制温度一速度参数以及压下量的 不同所引起的（连轧机精轧末架压下率为12% ,机架间通过时间为0. 19s） o由于变形速度高，动态再结晶所需临界变形率至少要减小 1/3 ,因此在带材表层发生局部的集合再结晶，这一点可由织构中出 现具有｛220｝＜ uvw ＞择优取向的粗大晶粒得以证实。

无取向电工钢中 心层｛200｝＜ uvw ＞和｛222｝＜ uvw ＞变形织构的择优取向在数量上 大于取向电工钢，这是由于终轧温度相差40〜80c造成的（取向硅钢 T终二910〜930℃）o以上试样通过冷轧及最终织构测定及及成品磁 性的对照分析 ; 进一步认证了热轧板材厚度方向形成的织构将对随后的 全部生产工艺操作中织构的形成产生重要影 响1.4冷轧条件对无取向电工钢再结晶织构的影响无取向电工钢的磁性主要取决于它的织构为改善磁性，必须提高 ｛100｝或｛110｝织构的强度和降低｛111｝织构强度｛100｝或｛110｝由带钢平 面上易磁＜100＞ 位向构成， 而｛111｝由其平面附近的难磁化 ＜ 111＞位向构成1. 4. 1冷轧压下率对无取向电工钢织构的影响为降低工序成本，提高产量，大多数生产厂均采用一次冷轧法生产 中、低牌号冷轧电工钢一次冷轧法要求大压下率（N75% ）来保证 ｛100｝＜ 011＞组分进一步增高，使磁性能提高根据取向分布函数 （ODF）定量计算，电工钢冷轧织构基本分为两类纤维织构，即 ＜111＞轴近似平行于法向（A类或称C纤维织构）和＜110＞轴平行于轧 向并在（100） [ 011 ]位向附近漫散（B类或称A纤维织构）。

主要低指数组 分 为 {112} < 110> 和 {001} <110> 也就是说， 一类组分为 < 110>平行于轧向，(001)〜(112)平行于轧面；另一类为{in} 平行于轧面，而< 110>〜< 112>平行于轧向在冷轧板微观结 构分析中，压下率》60与时，冷轧时微观带及轧向的偏离角逐渐减 少，直到及轧向近似平行，其{211}< 011>组分逐渐加强压下率为 90%时，冷轧时微{211}< 011>位向是冷轧织构中最强组分，微观 带边界己不是{110}面，即已形成明显的切变带经压下率为 50%〜90%的冷轧时都存在A和B类两类纤维织构组分压下率W 60%时，冷轧时发生铅笔式的滑动，依靠等量的{110}和 {211}< 110>滑移系统而发展成A类织构组分，但有些偏离压下 率>60%时，冷轧时{211}< 111> 滑移系统起重要作用，使121> 附近位向分解， 并加强了 {211卜111> 滑移系 统，因此{211}< 011>和{ 100}< 011>组分进一步提高，而 {111}< 112>强度保持不变随形变量增加，{100}< 011>组分加 强，并绕< 011>轧向漫散而形成B类纤维织构，漫散角度可达 60° ,这包括了 011>位向;A类纤维织构随形变量增高而单 调地增高，但分布不均匀。

1.4.2 冷轧再结晶织构电工钢冷轧后各位向组分的储能不同，从大到小的顺序为：{110}> {112}> {100},因此退火时{110}< 001> 晶粒首先回复和再结晶最终在初次再结晶基体中{110}< 001>晶粒半径 比基体平均半径更大些｛100｝ < 011>晶粒最易滑移，位错密度 低，储能低，所以最难再结晶｛111｝< 112>晶粒介于两者之间 再结晶织构是由几个织构组分组成的在正常晶粒长大时会加强某些组 分，而使另外的组分减弱这取决于那些位向晶粒具有更有利于存并其 它位向晶粒而长大的条件，这些条件就是晶粒尺寸或晶界曲率等再结晶织构及冷轧织构相比，退火后< 110> B类纤维织构 减弱，特别是｛100｝附近的组分减弱< 111> A类纤维织构也有一定 的变化（原因如上述）经压下率为50%的冷轧（全工艺为二次中等压下率 冷轧）和在铁素体相区退火再结晶后，形成以｛110｝< 001>为 主，｛111｝< 011>为次和其它组分的再结晶织构，因为｛110｝晶粒的 储能又高于｛ 111｝晶粒如果冷轧前原始晶粒粗大，｛nokooi >组 分更强因为｛no｝ < ooi >晶粒是在｛ ni｝< ii2>形变晶粒中 的切变带内生核而成的。

原始晶粒大可产生更多的切变 带，｛110｝< 001>晶核数量增多经压下率为70%的冷轧（为一次冷 轧生产工艺）退火后，｛110｝< 001>组分减弱，｛111｝< 011>组 分加强，同时形成112>组分，即形成< 111>平行于法向 漫散的近似完善的A类纤维织构再结晶织构组分为011> 、 ｛111｝<321> 、｛111｝< 211> 和｛211｝< 011> , 压下率再增高，｛111）< 011>组分减弱，而112>组分更强（｛100｝及 ｛110｝所占比例未见相关介绍，生产中N75%压下率冷轧生产织构分析 仍为空白，有待进一步研究）1.4.3 冷轧轧制形状参数对再结晶织构的影响为确定冷轧过程中变形的不均匀性，在板材轧制时，采用轧制形状 参数定义式为:RSF=2[R (hl- hO) ]0. 5/(hl+ hO)式中R为工作 根半径；hO和hl分别为每道次前、后的带钢厚度RSF大则表示由 轧制过程引起的应变分布较均匀；RSF小则表示变形较不均匀通过系 列试验，在其它条件不变，只改变RSF公式中参数的情况下，得出直 观结论：(1)工作辐半径减小，磁感增强；(2)热带增厚，磁感 增强。

原参考文献中，还有一点结论：B 50值大、小的两种试样，工 艺不同，一经消除应力退火后变化不同，以此引出轧制形状参数 RSF,本文只考虑轧制形状参数及织构形成之间的分析关系，以便指导 工艺的实施及理论分析思路继续以不同RSF下取得的试样，用 Bunge方法测定冷轧后、再结晶退火后以及消除应力退火后试样的 ODF,分析结论为:RSF大时，表面织构以及中间面织构发展成C纤 维，即，它的组分是112＞ 此外，随着消除应力退火晶粒 长大，该组分增强112＞ 取向在钢板平面上具有 ＜ 112＞轴，而且它接近＜ 111＞难磁化取向，于是在消除应力退 火之后,ND〃＜ 111＞织构的增强导致磁感下降RSF小时，无论是退 火再结晶织构，还是消除应力退火晶粒长大织构,ND 〃＜ 111＞织构 在表面附近的积聚都受到抑制，织构的主要组分{ 610}＜ 001＞和 {410} ＜ 001＞ ,分别为一个轧向易磁化＜ 001＞轴的组分和一个同 带钢平面略倾斜的＜ 010＞轴组分，这样，RSF小的试样表面织构 在其钢板平面上具有两个易磁化＜ 001＞取向，因此，虽然中间面上ND 〃＜ 111＞织构增强，但在消除应力退火晶粒长大后，试样B50值不变。

1. 5有利织构控制在冷轧电工钢生产中的应用1.1.1 采用两个阶段冷轧方法时{001}< 210>织构发展情况用于小型和中型电机以及小变压器上的低牌号电工钢薄板通常被冲成 环状铁芯或片状铁芯，< 100> 〃ND晶体学织构对于圆周方向上的磁 性是非常有利的，显示。