工程科学学报，第38卷，第2期：241-247,2016年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.2:241-247,February 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.02.013:http://journals.ustb.edu.cn 薄板坯连铸连轧工艺下-B钢的组织及织构 肖丽俊，王海军四，项利，付兵，仇圣桃 钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心，北京100081 ☒通信作者，E-mail:whjchina(@yeah.net 摘要采用金相显微镜和扫描电镜研究实验室模拟薄板坯连铸连轧(TSCR)工艺试制的高磁感取向硅钢(H田一B钢)组织、 织构的演变特征.研究发现实验室模拟薄板坯连铸连轧工艺试制的H一B钢热轧板显微组织及织构在厚度方向上存在不均 匀性.常化板表面脱碳层铁素体晶粒明显粗化，常化板织构基本继承了热轧板相应的织构类型，仅织构强度不同.一次大压 下率冷轧后，晶粒及其晶界沿轧向被拉长形成鲜明的纤维组织，织构主要为纤维织构和γ纤维织构，脱碳退火后试样发生 回复和再结晶现象并形成初次晶粒组织，脱碳退火后织构分布较为集中.温度升高至1000℃时二次再结晶开始，1010℃时钢 中晶粒发生异常长大，高斯织构强度达到61.779.成品磁感为1.915T,铁损为1.067Wkg1 关键词硅钢：薄板坯连铸连轧(TSCR):微观组织：织构 分类号TG142.1 Microstructure and texture of Hi-B steel produced by TSCR process XIAO Li-jun,WANG Hai-jun,XIANG Li,FU Bing,QIU Sheng-tao National Engineering Research Center of Continuous Casting Technology,Central Iron and Steel Research Institute,Beijing 100081,China Corresponding author,E-mail:whjchina@yeah.net ABSTRACT The microstructure and texture evolution of Hi-B steel produced by thin slab casting and rolling (TSCR)process in the laboratory was studied by metalloscopy and scanning electron microscopy.It was found that the microstructure and texture of the hot rolling slab of Hi-B steel,which was manufactured by simulated TSCR process in the laboratory,was inhomogeneous along the thick- ness direction.Ferrite grains in the surface decarbonization layer of the normalizing slab obviously coarsen:moreover,the texture of the normalizing slab inherited the texture type of the hot rolling slab,with only a difference in texture density.After cold rolling with big reduction rate,the coarse grains and grain boundaries were stretched to be fibrous bands in the rolling direction,and the o fiber texture and the y fiber texture were the main texture style.With the decarburizing annealing carrying out,the recovery and recrystalli- zation of the cold rolling slab occurred,primary recrystallization grains formed,and the texture was more centrally distributed.When the temperature increased to 1000C,secondary recrystallization appeared:at 1010C the Goss grains grew up,and the Goss texture intensity reached to 61.779.By testing,the products had a magnetic induction of 1.915T and an iron loss of 1.0671 W.kg. KEY WORDS silicon steel:thin slab casting and rolling (TSCR):microstructure:texture 取向硅钢以其优良的软磁性能被广泛运用于电 的成因、演变规律以及与宏观磁性能的关系进行研究， 力、电子以及国防军事工业中，是一种优良的软磁材 有助于生产过程的质量控制.国内外众多学者5-开 料习。研究表明，取向硅钢的微观组织、织构决定宏 展了对金属微观组织及织构的研究工作，以期能更好 观性能，而组织、织构与生产工艺密切相关，对取 地控制金属组织、织构，生产高性能的产品 向硅钢全流程生产过程中不同工序段微观组织、织构 薄板坯连铸连轧(thin slab casting and rolling, 收稿日期：2014-10-15 基金项目：国家自然科学基金委员会与上海宝山钢铁股份有限公司联合资助项目(50934009)
工程科学学报，第 38 卷，第 2 期: 241--247，2016 年 2 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，No． 2: 241--247，February 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． 02． 013; http: / /journals． ustb． edu． cn 薄板坯连铸连轧工艺下 Hi--B 钢的组织及织构 肖丽俊，王海军，项 利，付 兵，仇圣桃 钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心，北京 100081 通信作者，E-mail: whjchina@ yeah． net 摘 要 采用金相显微镜和扫描电镜研究实验室模拟薄板坯连铸连轧( TSCＲ) 工艺试制的高磁感取向硅钢( Hi--B 钢) 组织、 织构的演变特征． 研究发现实验室模拟薄板坯连铸连轧工艺试制的 Hi--B 钢热轧板显微组织及织构在厚度方向上存在不均 匀性． 常化板表面脱碳层铁素体晶粒明显粗化，常化板织构基本继承了热轧板相应的织构类型，仅织构强度不同． 一次大压 下率冷轧后，晶粒及其晶界沿轧向被拉长形成鲜明的纤维组织，织构主要为 α 纤维织构和 γ 纤维织构，脱碳退火后试样发生 回复和再结晶现象并形成初次晶粒组织，脱碳退火后织构分布较为集中． 温度升高至 1000 ℃时二次再结晶开始，1010 ℃时钢 中晶粒发生异常长大，高斯织构强度达到 61. 779． 成品磁感为 1. 915 T，铁损为 1. 067 W·kg － 1 ． 关键词 硅钢; 薄板坯连铸连轧( TSCＲ) ; 微观组织; 织构 分类号 TG142. 1 Microstructure and texture of Hi--B steel produced by TSCＲ process XIAO Li-jun，WANG Hai-jun ，XIANG Li，FU Bing，QIU Sheng-tao National Engineering Ｒesearch Center of Continuous Casting Technology，Central Iron and Steel Ｒesearch Institute，Beijing 100081，China Corresponding author，E-mail: whjchina@ yeah． net ABSTＲACT The microstructure and texture evolution of Hi--B steel produced by thin slab casting and rolling ( TSCＲ) process in the laboratory was studied by metalloscopy and scanning electron microscopy． It was found that the microstructure and texture of the hot rolling slab of Hi--B steel，which was manufactured by simulated TSCＲ process in the laboratory，was inhomogeneous along the thickness direction． Ferrite grains in the surface decarbonization layer of the normalizing slab obviously coarsen; moreover，the texture of the normalizing slab inherited the texture type of the hot rolling slab，with only a difference in texture density． After cold rolling with big reduction rate，the coarse grains and grain boundaries were stretched to be fibrous bands in the rolling direction，and the α fiber texture and the γ fiber texture were the main texture style． With the decarburizing annealing carrying out，the recovery and recrystallization of the cold rolling slab occurred，primary recrystallization grains formed，and the texture was more centrally distributed． When the temperature increased to 1000 ℃，secondary recrystallization appeared; at 1010 ℃ the Goss grains grew up，and the Goss texture intensity reached to 61. 779． By testing，the products had a magnetic induction of 1. 915 T and an iron loss of 1. 0671 W·kg － 1 ． KEY WOＲDS silicon steel; thin slab casting and rolling ( TSCＲ) ; microstructure; texture 收稿日期: 2014--10--15 基金项目: 国家自然科学基金委员会与上海宝山钢铁股份有限公司联合资助项目( 50934009) 取向硅钢以其优良的软磁性能被广泛运用于电 力、电子以及国防军事工业中，是一种优良的软磁材 料［1--3］． 研究表明，取向硅钢的微观组织、织构决定宏 观性能，而组织、织构与生产工艺密切相关［3--4］，对取 向硅钢全流程生产过程中不同工序段微观组织、织构 的成因、演变规律以及与宏观磁性能的关系进行研究， 有助于生产过程的质量控制． 国内外众多学者［5--7］开 展了对金属微观组织及织构的研究工作，以期能更好 地控制金属组织、织构，生产高性能的产品． 薄板 坯 连 铸 连 轧 ( thin slab casting and rolling
·242· 工程科学学报，第38卷，第2期 SCR)工艺与传统工艺相比，具有高铸坯凝固速度、低 向).由于在热轧过程中，伴随回复和再结晶过程，以 铸坯加热温度等主要特点，薄板坯流程的铸坯厚度 及板坯在热轧过程中受力分布不均，使热轧板沿板厚 (、{332}组分以及部分a面 相对厚度 织构：在S=1/4处，高斯织构沿着RD(轧制方向)转 表1高磁感取向硅钢化学成分（质量分数） 动，高斯织构消失，转变为γ面织构，另外α面织构转 Table 1 Chemical components of Hi-B steel % 动为立方织构；在S=1/2处，表现出很强的{001} C Si Mn Cu Als N P 立方织构. 0.0493.110.110.180.00470.0300.0110.02 图3为热轧板不同厚度的α、Y和η取向线图 ((g)为取向分布密度函数).从α取向线分析可知， 将各工序样品沿轧制方向取样并制成实验样品， 晶粒取向主要集中在{115}位向附近，{115} 样品尺寸为8mm×10mm.在金相显微镜下观察其低 织构随着厚度的增加，其强度不断增加.热轧 倍组织，用ZEISS--200MAT金相显微镜观察试样低倍 板表层主要织构为G0ss织构，如η取向线分析图所 组织并采集图像，借助配有EDAX OIM电子背散射衍 示，并在S=0处取得最大值，说明Goss织构主要分布 射(EBSD)系统的蔡司ZEISS SUPRA55VP扫描电子 在热轧板的表层.从Y取向线可以得出在热轧板中心 显微镜进行织构检测，采用OIM Analysis6.1织构分析 处织构主要为y纤维织构，{111}织构 软件进行ODF分析. 在中心层织构密度最高，次表层几乎不含有{111} 2结果与分析 织构. 热轧板在厚度方向上，织构存在明显的不均匀性， 2.1热轧组织及织构分析 这种不均匀性对于二次再结晶具有十分重要的作 图1为热轧板的横断面和纵断面组织图（其中ND 用0-0，其不均匀性主要是由于在热轧过程中次表层 表示轧制法向，TD表示轧制横向，RD表示轧制轧 中的动态再结晶以及部分相变，使其表层中保持了
工程科学学报，第 38 卷，第 2 期 TSCＲ) 工艺与传统工艺相比，具有高铸坯凝固速度、低 铸坯加热温度等主要特点，薄板坯流程的铸坯厚度 ( ＜ 100 mm) 远小于传统连铸坯厚度( 200 ～ 300 mm) ， 薄板坯经均热炉加热后，无需粗轧，直接轧制成 1. 2 ～ 2. 0 mm 厚度的热轧带卷． 在缩短流程的同时，最终能 得到较高性能的产品． 随着薄板坯连铸连轧工艺总体 水平的不断进步，与取向硅钢生产过程中的后处理工 艺有机结合将更显示出其独特的技术特征与优越 性［8--9］． 因此，本研究在实验室模拟薄板坯连铸连轧工 艺试制 Hi--B 钢，对其全流程中的组织和织构进行定 量性分析检测，阐述其在全流程生产过程中组织和织 构的演变规律，为 Hi--B 钢的薄板坯连铸连轧工艺的 工业化生产提供理论参考． 1 实验 实验室模拟薄板坯连铸连轧工艺制备高磁感取向 硅钢，其化学成分如表 1 所示． 铸坯由真空感应炉冶 炼，钢水浇注到 50 mm × 100 mm × 400 mm 的水冷铜模 中，铸坯热脱模温度不低于 950 ℃，脱模后直接装入设 定温度为 1180 ℃ 的 保 温 炉 中，保 温 0. 5 h 后 热 轧 至 2. 3 mm，后经两段式常化处理，一次冷轧至 0. 3 mm，高 温退火阶段在 100% 高纯 H2气氛下进行 1210 ℃ 保温 8 h净化处理，采用“中断法”对通过薄板坯连铸连轧工 艺生产的高磁感取向硅钢二次再结晶过程中的组织和 织构演变进行研究，分析 900 ～ 1030 ℃ 范围内高磁感 取向硅钢二次再结晶行为． 在 900 ～ 1000 ℃ 范围内每 隔 50 ℃ 取 样; 为了更好地确定二次再结晶温度，在 1000 ～ 1030 ℃范围内每隔10 ℃取样． 文中 S 表示样品 相对厚度． 表 1 高磁感取向硅钢化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical components of Hi--B steel % C Si Mn Cu S Als N P 0. 049 3. 11 0. 11 0. 18 0. 0047 0. 030 0. 011 0. 02 将各工序样品沿轧制方向取样并制成实验样品， 样品尺寸为 8 mm × 10 mm． 在金相显微镜下观察其低 倍组织，用 ZEISS--200MAT 金相显微镜观察试样低倍 组织并采集图像，借助配有 EDAX OIM 电子背散射衍 射( EBSD) 系统的蔡司 ZEISS SUPＲA 55VP 扫描电子 显微镜进行织构检测，采用 OIM Analysis 6. 1 织构分析 软件进行 ODF 分析． 2 结果与分析 2. 1 热轧组织及织构分析 图1 为热轧板的横断面和纵断面组织图( 其中 ND 表示轧 制 法 向，TD 表 示 轧 制 横 向，ＲD 表 示 轧 制 轧 向) ． 由于在热轧过程中，伴随回复和再结晶过程，以 及板坯在热轧过程中受力分布不均，使热轧板沿板厚 方向组织不均匀，其可分为三个区域，即表面脱碳层、 过渡层和中心层． 表面脱碳层主要为细小的呈不规则 多边形状的铁素体晶粒，尺寸约为 10 ～ 50 μm; 过渡层 为略伸长的较粗大再结晶晶粒和经过一定回复的形变 晶粒混合组织; 中心区为更粗大的经过回复的形变晶 粒，略伸长的再结晶晶粒数量减少，但尺寸更大． 图 1 热轧板组织图． ( a) 横断面金相组织; ( b) 纵断面金相组织 Fig． 1 Microstructures of the hot rolling slab: ( a) microstructure in the transverse direction; ( b) microstructure in the rolling direction 图 2 是热 轧 板 ( ( φ1，Φ，φ2 ) 为欧 拉 角，即 φ2 = 45°) 不同厚度处的 ODF 图． 从 ODF 图及含量统计表 可以看出: 在 S = 0 的位置，表现出很强的高斯织构组 分、{ 554} ＜ 225 ＞ 、{ 332} ＜ 113 ＞ 组分以及部分 α 面 织构; 在 S = 1 /4 处，高斯织构沿着 ＲD( 轧制方向) 转 动，高斯织构消失，转变为 γ 面织构，另外 α 面织构转 动为 立 方 织 构; 在 S = 1 /2 处，表 现 出 很 强 的{ 001 } ＜ 110 ＞ 立方织构． 图 3 为热轧板不同厚度的 α、γ 和 η 取 向 线 图 ( f( g) 为取向分布密度函数) ． 从 α 取向线分析可知， 晶粒取向主要集中在{ 115} ＜ 110 ＞ 位向附近，{ 115} ＜ 110 ＞ 织构随着厚度的增加，其强度不断增加． 热轧 板表层主要织构为 Goss 织构，如 η 取向线分析图所 示，并在 S = 0 处取得最大值，说明 Goss 织构主要分布 在热轧板的表层． 从 γ 取向线可以得出在热轧板中心 处织构主要为 γ 纤维织构，{ 111} ＜ 110 ～ 112 ＞ 织构 在中心层织构密度最高，次 表 层 几 乎 不 含 有{ 111 } ＜ 112 ＞ 织构． 热轧板在厚度方向上，织构存在明显的不均匀性， 这种不均匀性对于二次再结晶具有十分重要的作 用［10--11］，其不均匀性主要是由于在热轧过程中次表层 中的动态再结晶以及部分相变，使其表层中保持了 · 242 ·
肖丽俊等：薄板坯连铸连轧工艺下-B钢的组织及织构 ·243· x=2.630 8.062 1x-16.208 .239 5694 10.188 ,905 4.021 .405 622 2.839 4.026 2.005 531 601 1.000 0.706 0.629 45 p=45 P,=45 p,°.909 p,0-90 p,0) p0P90 中0°-90 中0P909 ) 图2热轧板不同厚度的2=45°0DF图.(a)S=0:(b)S=114:(c)S=12 Fig.2 ODFs section of 2=45 at different thicknesses in the hot rolled slab:(a)S=0:(b)S=1/4:(c)S=1/2 0011 11121111 11101 1111 11111 11001 (110 c01> 18 17 -5=0 -S=0 -5=0 。-S=1/4 。-5=14 ·-5=1/4 ▲-S=1/2 4S=1/2 -5-1/2 0102030405060708090 0657075808590 15 30 中 中 似取向线 Y取向线 n取向线 图3热轧板不同厚度方向上αy和η取向线 Fig.3 Orientation distribution densities along a,y and n fibers at different thicknesses in the hot rolled slab G0ss取向晶核回.与传统厚板坯流程相比，由于薄板 50~200μm.过渡层和中心层中仍存在沿轧向伸长的 坯厚度降低，可以减少中心区域具有{001}位向的晶 细长珠光体，且比热轧板中更为清晰 粒，而{001}织构是稳定的冷轧织构且具有最低的储 能，在高温退火过程中最难被吞并，导致二次再结晶不 完善.采用薄板坯连铸连轧流程生产H一B钢可以减 少初次晶粒中{001}组分，并促使高温退火过程中二 次再结晶发展更加完善.铸坯在热轧过程经剪切变形 后所有稳定的最终位向都将产生{110}位向 组分，而这种在热轧板次表层由于剪切变形形成的 {110}位向具有所谓的“继承效应”，是高温退 火过程中二次晶核的发源地. 2.2常化组织和织构分析 热轧板经常化后组织如图4所示.与热轧板相 比，常化板表面脱碳层铁素体晶粒明显粗化，板中晶粒 尺寸达20~100um.过渡层和中心层的形变晶粒由于 TD 200 um →RD200Hm 在常化高温过程中发生再结晶而基本消失.此外，由 (a) (b) 于在常化升温过程中部分碳化物回溶，并与铁素体形 图4常化板组织图.(a》横断面金相组织：(b)纵断面金相组织 成一定量y相，在随后的冷却过程中再次相变使得晶 Fig.4 Microstructures of the normalizing slab:(a)microstructure in the transverse direction:(b)microstructure in the rolling direction 粒更加均匀化.过渡层是晶界圆整尺寸为10~80um 的细小铁素体晶粒：而中心层铁素体较为粗大，约为 从图5常化板不同厚度处ODF图分析得出，常化
肖丽俊等: 薄板坯连铸连轧工艺下 Hi--B 钢的组织及织构 图 2 热轧板不同厚度的 φ2 = 45° ODF 图． ( a) S = 0; ( b) S = 1 /4; ( c) S = 1 /2 Fig． 2 ODFs section of φ2 = 45° at different thicknesses in the hot rolled slab: ( a) S = 0; ( b) S = 1 /4; ( c) S = 1 /2 图 3 热轧板不同厚度方向上 α、γ 和 η 取向线 Fig． 3 Orientation distribution densities along α，γ and η fibers at different thicknesses in the hot rolled slab Goss 取向晶核［12］． 与传统厚板坯流程相比，由于薄板 坯厚度降低，可以减少中心区域具有{ 001} 位向的晶 粒，而{ 001} 织构是稳定的冷轧织构且具有最低的储 能，在高温退火过程中最难被吞并，导致二次再结晶不 完善． 采用薄板坯连铸连轧流程生产 Hi--B 钢可以减 少初次晶粒中{ 001} 组分，并促使高温退火过程中二 次再结晶发展更加完善． 铸坯在热轧过程经剪切变形 后所有稳定的最终位向都将产生{ 110} ＜ 001 ＞ 位向 组分，而这种在热轧板次表层由于剪切变形形成的 { 110} ＜ 001 ＞ 位向具有所谓的“继承效应”，是高温退 火过程中二次晶核的发源地． 2. 2 常化组织和织构分析 热轧板经常化后组织如图 4 所示． 与热轧板相 比，常化板表面脱碳层铁素体晶粒明显粗化，板中晶粒 尺寸达 20 ～ 100 μm． 过渡层和中心层的形变晶粒由于 在常化高温过程中发生再结晶而基本消失． 此外，由 于在常化升温过程中部分碳化物回溶，并与铁素体形 成一定量 γ 相，在随后的冷却过程中再次相变使得晶 粒更加均匀化． 过渡层是晶界圆整尺寸为 10 ～ 80 μm 的细小铁素体晶粒; 而中心层铁素体较为粗大，约为 50 ～ 200 μm． 过渡层和中心层中仍存在沿轧向伸长的 细长珠光体，且比热轧板中更为清晰． 图 4 常化板组织图． ( a) 横断面金相组织; ( b) 纵断面金相组织 Fig． 4 Microstructures of the normalizing slab: ( a) microstructure in the transverse direction; ( b) microstructure in the rolling direction 从图 5 常化板不同厚度处 ODF 图分析得出，常化 · 342 ·
·244· 工程科学学报，第38卷，第2期 板不同厚度处织构类型和热轧板对应位置的织构类型 、{554}、{332}、{114} 相似，仅织构强度存在差异.常化板表层织构主要为 、{115}和{001}.1/4层和中 立方织构以及α纤维织构，织构强度较低，旋转立方 心层织构组分和表层基本相同，但G0ss织构基本消 织构强度为6.632级，具体织构类型主要有{110} 失，且各织构组分强度有所不同. ma=6.632 =10.684 .839 53 9=45 0,(090 p,0-90) 0P-90 p0°-90 p0-90 (a) b (e) 图5常化板不同厚度处2=45°0DF.(a)S=0:(b)S=114:(c)S=12 Fig.5 ODFs section of 2=45 at different thicknesses in the normalizing slab:(a)S=0:(b)S=1/4;(c)S=1/2 常化板厚度1/4处，主要织构有{114}、 使其在表层中G0ss织构强度较高，中心层剪切应力较 {115}、{001}和{332}.厚度 弱，不利于织构向G0ss织构转变.常化过程中，伴随 中心处，仍然为较强的{001}形变织构.从常 着回复再结晶，表层和次表层中都发生不同程度的再 化板表层至中心处沿厚度方向的{111}、{110}和 结晶，由于板厚的影响，中心层再结晶不明显，{001} {001}织构总体变化趋势如图6中Y、α和m取向线所 织构在板的中心层强度最高.从实验结果分 示，{110}织构强度随着厚度的增加而降低， 析来看，常化使热轧板发生回复再结晶，晶粒更加圆 {001}织构强度先降低再升高.{110} 整，但对纤维组织变化不大，通常不会引起织构的明显 织构强度变化主要是受热轧时表层剪切应力的作用， 变化，仅织构的锋锐程度略微降低▣ 0011 111211111 110 1111 11111 11001 110 c110> -一=0 11 -1-S=0 -5=0 。-S=1/4 10 -。-5=1/4 -5=1/4 -1/2 9 -4S-1/2 4-S=1/2 0102030405060708090 06570750590 15 中 位取向线 n取向线 Y取向线 图6常化板不同厚度处aY和m取向线 Fig.6 Orientation distribution intensities along a,y and n fibers at different thicknesses in the normalizing slab 2.3冷轧组织和织构分析 {111}、{111}以及{111} 常化板经一次大压下率冷轧后的金相组织如图7 织构，在冷轧板中{111}织构所占比例较 所示.常化后形成的粗大晶粒及其晶界沿轧向被拉长 大，冷轧织构的本质主要取决于钢的晶体结构和流 形成鲜明的纤维组织，由于常化板表层晶粒较中心层 变特性.冷轧时通过滑移进行塑性形变，晶体在改 更为粗大，晶界较少，因此在冷轧板中心层的纤维组织 变形状的同时发生转动而改变位向，直到晶体不再 要比表层更为明显 转动形成稳定的位向为止.一次冷轧时，G0ss织构 从图8冷轧板ODF图可以看出，冷轧板织构主 绕TD轴10]轴转动，形成{111}形变带 要为纤维织构和y纤维织构，如{111}、 及形变织构
工程科学学报，第 38 卷，第 2 期 板不同厚度处织构类型和热轧板对应位置的织构类型 相似，仅织构强度存在差异． 常化板表层织构主要为 立方织构以及 α 纤维织构，织构强度较低，旋转立方 织构强 度 为 6. 632 级，具体织构类型主要有 { 110 } ＜ 001 ＞ 、{ 554 } ＜ 225 ＞ 、{ 332 } ＜ 113 ＞ 、{ 114 } ＜ 110 ＞ 、{ 115} ＜ 110 ＞ 和{ 001} ＜ 110 ＞ ． 1 /4 层和中 心层织构组分和表层基本相同，但 Goss 织构基本消 失，且各织构组分强度有所不同． 图 5 常化板不同厚度处 φ2 = 45° ODF． ( a) S = 0; ( b) S = 1 /4; ( c) S = 1 /2 Fig． 5 ODFs section of φ2 = 45° at different thicknesses in the normalizing slab: ( a) S = 0; ( b) S = 1 /4; ( c) S = 1 /2 常化板厚度 1 /4 处，主要织构有{ 114} ＜ 110 ＞ 、 { 115} ＜ 110 ＞ 、{ 001} ＜ 110 ＞ 和{ 332} ＜ 113 ＞ ． 厚度 中心处，仍然为较强的{ 001} ＜ 110 ＞ 形变织构． 从常 化板表 层 至 中 心 处 沿 厚 度 方 向 的 { 111 } 、{ 110 } 和 { 001} 织构总体变化趋势如图 6 中 γ、α 和 η 取向线所 示，{ 110} ＜ 001 ＞ 织构强度随着厚度的增加而降低， { 001} ＜ 110 ＞ 织构强度先降低再升高． { 110} ＜ 001 ＞ 织构强度变化主要是受热轧时表层剪切应力的作用， 使其在表层中 Goss 织构强度较高，中心层剪切应力较 弱，不利于织构向 Goss 织构转变． 常化过程中，伴随 着回复再结晶，表层和次表层中都发生不同程度的再 结晶，由于板厚的影响，中心层再结晶不明显，{ 001} ＜ 110 ＞ 织构在板的中心层强度最高． 从实验结果分 析来看，常化使热轧板发生回复再结晶，晶粒更加圆 整，但对纤维组织变化不大，通常不会引起织构的明显 变化，仅织构的锋锐程度略微降低［13］． 图 6 常化板不同厚度处 α、γ 和 η 取向线 Fig． 6 Orientation distribution intensities along α，γ and η fibers at different thicknesses in the normalizing slab 2. 3 冷轧组织和织构分析 常化板经一次大压下率冷轧后的金相组织如图 7 所示． 常化后形成的粗大晶粒及其晶界沿轧向被拉长 形成鲜明的纤维组织，由于常化板表层晶粒较中心层 更为粗大，晶界较少，因此在冷轧板中心层的纤维组织 要比表层更为明显． 从图 8 冷轧板 ODF 图可以看出，冷轧板织构主 要为 α 纤维织构和 γ 纤维织构，如{ 111 } ＜ 110 ＞ 、 { 111} ＜ 011 ＞ 、{ 111} ＜ 132 ＞ 以及{ 111 } ＜ 112 ＞ 织构，在 冷 轧 板 中{ 111 } ＜ 110 ＞ 织 构 所 占 比 例 较 大，冷轧织构的本质主要取决于钢的晶体结构和流 变特性． 冷轧时通过滑移进行塑性形变，晶 体 在 改 变形状的同时发生转动而改变位向，直到晶体不再 转动形成稳定的位向为止． 一次冷轧时，Goss 织构 绕 TD 轴［110］轴 转 动，形 成{ 111 } ＜ uvw ＞ 形 变 带 及形变织构． · 442 ·
肖丽俊等：薄板坯连铸连轧工艺下-B钢的组织及织构 245· 向硅钢的脱碳退火试样金相组织如图9所示 50 um 50 um 图7冷轧板组织图 Fig.7 Microstructure of the cold rolling slab 图9脱碳退火板金相组织 Fig.9 Microstructure of the decarburizing annealing slab mx-13.217 8.595 一次冷轧板经835℃脱碳退火后发生了回复和再 5.590 3.635 结晶现象并形成初次晶粒组织，为全铁素体晶粒.晶 2364 538 粒尺寸大多在10~30μm之间，平均晶粒尺寸约为 0.650 21.27m.脱碳退火后主要以y纤维织构为主，如图 p,=45 10所示，其织构强度为8级，主要包括{111}、 p0°-90 {111}和{111}织构，其取向成像图取 向分布同宏观织构一致.从ODF图中可以看出脱碳 中0°90) 退火后，织构分布较为集中，{111}织构强度 图8冷轧板92=45°0DF图 较冷轧板中{111}强度有所提高，低温时效处 Fig.8 ODFs section of the cold rolling slab at 2=45 理改善了板内位错组态，增加冷轧剪切带的形成，促进 了脱碳退火后{111}织构的增强.{111} 2.4脱碳退火组织和织构分析 织构组分的增多，有益于在二次再结晶过程中获得强 实验室模拟薄板坯连铸连轧流程试制的高磁感取 而锋锐的Goss织构. HX=8.059 5.697 4.023 2.841 2.006 1.416 0 0.76 P2-45 p,40-90 中0°90) 100 um 图10脱碳退火板2=45°0DF图及品粒取向图 Fig.10 ODF map of the decarburizing annealing slab and orientation map of grains at45 经脱碳退火后，由于各位向组分在冷轧板中的储 生二次再结晶，样品表面层颜色均一：当温度升高至 能不同，储能为{110}>{111}>{112}>{100}，因此 1000℃时，样品边部中出现部分小晶粒，意味着二次 退火时处于{111}形变带之间的{110}亚 再结晶已经开始，但效果不明显；当温度升高至 晶粒优先聚集并形成位向准确{110}初次晶 1010℃，钢中出现异常长大晶粒，二次再结晶发展迅 粒，而冷轧板中大量的{112}冷轧织构几乎全 速：当温度升高至1020~1030℃时，二次再结晶组织 部转变为{111}或{554}，少量的 已经发展完善. {001}织构由于储能最低不易再结晶，因此仍保留在 对700~1010℃高温退火过程的样品进行织构分 初次晶粒中. 析.图12为高温退火过程中不同温度点的ODF图. 2.5高温退火组织和织构分析 从图12(a)~(e)中可以看出，当温度在800~ 图11为高温退火过程中所取样品的低倍组织图. 1000℃范围内，所取样品的织构类型继承了典型的初 从图11中可以看出：当温度在950℃以前，样品未发 次再结晶织构特点，主要为y纤维织构，ODF图中未
肖丽俊等: 薄板坯连铸连轧工艺下 Hi--B 钢的组织及织构 图 7 冷轧板组织图 Fig． 7 Microstructure of the cold rolling slab 图 8 冷轧板 φ2 = 45° ODF 图 Fig． 8 ODFs section of the cold rolling slab at φ2 = 45° 2. 4 脱碳退火组织和织构分析 实验室模拟薄板坯连铸连轧流程试制的高磁感取 向硅钢的脱碳退火试样金相组织如图 9 所示． 图 9 脱碳退火板金相组织 Fig． 9 Microstructure of the decarburizing annealing slab 一次冷轧板经 835 ℃脱碳退火后发生了回复和再 结晶现象并形成初次晶粒组织，为全铁素体晶粒． 晶 粒尺寸大多在 10 ～ 30 μm 之间，平均晶粒尺寸约为 21. 27 μm． 脱碳退火后主要以 γ 纤维织构为主，如图 10 所示，其织构强度为 8 级，主要包括{ 111} ＜ 112 ＞ 、 { 111} ＜ 121 ＞ 和{ 111} ＜ 132 ＞ 织构，其取向成像图取 向分布同宏观织构一致． 从 ODF 图中可以看出脱碳 退火后，织构分布较为集中，{ 111} ＜ 112 ＞ 织构强度 较冷轧板中{ 111} ＜ 112 ＞ 强度有所提高，低温时效处 理改善了板内位错组态，增加冷轧剪切带的形成，促进 了脱碳退火后{ 111} ＜ 112 ＞ 织构的增强． { 111} ＜ 112 ＞ 织构组分的增多，有益于在二次再结晶过程中获得强 而锋锐的 Goss 织构． 图 10 脱碳退火板 φ2 = 45° ODF 图及晶粒取向图 Fig． 10 ODF map of the decarburizing annealing slab and orientation map of grains at φ2 = 45° 经脱碳退火后，由于各位向组分在冷轧板中的储 能不同，储能为 { 110} ＞ { 111} ＞ { 112} ＞ { 100} ，因此 退火时处于{ 111} ＜ 112 ＞ 形变带之间的{ 110} ＜ 001 ＞ 亚 晶粒优先聚集并形成位向准确{ 110} ＜ 001 ＞ 初次晶 粒，而冷轧板中大量的{ 112} ＜ 110 ＞ 冷轧织构几乎全 部转变 为 { 111 } ＜ 112 ＞ 或 { 554 } ＜ 225 ＞ ，少 量 的 { 001} 织构由于储能最低不易再结晶，因此仍保留在 初次晶粒中． 2. 5 高温退火组织和织构分析 图 11 为高温退火过程中所取样品的低倍组织图． 从图 11 中可以看出: 当温度在 950 ℃ 以前，样品未发 生二次再结晶，样品表面层颜色均一; 当温度升高至 1000 ℃时，样品边部中出现部分小晶粒，意味着二次 再结 晶 已 经 开 始，但 效 果 不 明 显; 当 温 度 升 高 至 1010 ℃，钢中出现异常长大晶粒，二次再结晶发展迅 速; 当温度升高至 1020 ～ 1030 ℃ 时，二次再结晶组织 已经发展完善． 对 700 ～ 1010 ℃高温退火过程的样品进行织构分 析． 图 12 为高温退火过程中不同温度点的 ODF 图． 从图 12( a) ～ ( e) 中可以看出，当温度在 800 ～ 1000 ℃ 范围内，所取样品的织构类型继承了典型的初 次再结晶织构特点，主要为 γ 纤维织构，ODF 图中未 · 542 ·
·246· 工程科学学报，第38卷，第2期 900 10009 1010 1020℃ 100e 图11高温退火过程中组织演变 Fig.11 Macrostructural evolution during high-temperature annealing X=748-4 m1-7.277 321 7器 2.698 1.938 .392 0.715 0,718 =45 P,=45 p,0-90 p090P) 中0-90) x=5.045 6.134 3853 4.267 221 942 .000 0.764 p,=45 P-45 p.090) p(0°-909 bi(- 90 中090) =16.45 mx-61.779 10.103 31.072 15.628 1.988 .000 1.000 0.630 0.503 P,-450 p-45 p,0°90) p,40-909 中0909 (0-90 图12高温退火过程中不同温度的2=45°0DF图.(a)800℃：()850℃：(e)900℃：(d)950℃：(e)1000℃：(01010℃ Fig.l20 DF maps of Hi-B steel at different temperatures at2=45°during high-temperature annealing:(a)800℃：(b)850℃：(c)900℃： (d)950℃：(e)1000℃：(01010℃ 出现高斯织构，且织构主要组分基本相同.温度在升至1000℃时，在样品边部中出现部分晶粒，样品中 950℃以前，样品未发生二次再结晶，微观组织形貌未出现G0ss组分，但强度较弱，强度为16.045.当温度 发生变化，织构依旧保留其再结晶织构特点.当温度 达到1010℃时，抑制剂抑制能力急剧降低，钢中G0ss
工程科学学报，第 38 卷，第 2 期 图 11 高温退火过程中组织演变 Fig． 11 Macrostructural evolution during high-temperature annealing 图 12 高温退火过程中不同温度的 φ2 = 45° ODF 图． ( a) 800 ℃ ; ( b) 850 ℃ ; ( c) 900 ℃ ; ( d) 950 ℃ ; ( e) 1000 ℃ ; ( f) 1010 ℃ Fig． 12 ODF maps of Hi--B steel at different temperatures at φ2 = 45° during high-temperature annealing: ( a) 800 ℃ ; ( b) 850 ℃ ; ( c) 900 ℃ ; ( d) 950 ℃ ; ( e) 1000 ℃ ; ( f) 1010 ℃ 出现高斯织构，且织构主要组分基本相同． 温 度 在 950 ℃以前，样品未发生二次再结晶，微观组织形貌未 发生变化，织构依旧保留其再结晶织构特点． 当温度 升至 1000 ℃时，在样品边部中出现部分晶粒，样品中 出现 Goss 组分，但强度较弱，强度为 16. 045． 当温度 达到 1010 ℃时，抑制剂抑制能力急剧降低，钢中 Goss · 642 ·
肖丽俊等：薄板坯连铸连轧工艺下-B钢的组织及织构 247· 晶粒吞噬其他晶粒，发生异常长大，织构强度进一步增 tal.Acta4 later,2007,55(7):2519 强，达到了61.779.经检测，实验室模拟薄板坯连铸连 [5]Hu S L,Tian W H,Zhou D L,et al.Quantitative analysis of tex- 轧工艺生产的-B钢成品的磁感为1.915T,铁损为 ture of electroformed shaped charge liner by electron backscatter diffraction,Ordnance Mater Sci Eng,2000,23(3):31 1.067Wkg. (胡士廉，田文怀，周登陵，等.电子背散射衍射对电铸药型 3结论 罩织构的定量分析.兵器材料科学与工程，2000,23(3)： 31) (1)热轧板沿板厚方向组织和织构存在不均匀 [6]Yang X Y,Zhu Y K,Zhang L.Quantitative studies of the micro- 性.常化板表面脱碳层铁素体晶粒明显粗化，织构基 structure of hot deformed magnesium alloy.Chin J Mater Res, 本继承了热轧板相应的织构类型. 2010,24(2):169 (杨续跃，朱亚坤，张雷.热变形镁合金退火显微组织的定量 (2)一次冷轧后，冷轧组织为条带状纤维组织，冷 研究.材料研究学报，2010,24(2)：169) 轧板织构主要为α纤维织构和y纤维织构，有{111} 7]Kong X Y,Li J,Yu CC,et al.Quantitative analysis of texture e- 、{111}以及{111}. volution in cross-rolled 3105 aluminum alloy.Chin Nonferrous (3)脱碳退火后，晶粒尺寸大多在10~30m之 M,2009,19(11):1917 间，平均晶粒尺寸约为21.27μm,脱碳退火后织构分 (孔样宇，李敬，于翠翠，等.横轧3105铝合金织构演变的定 布较为集中，主要有{111、{111}、 量分析.中国有色金属学报，2009,19(11)：1917) {111}等织构. [8]Fu B,XiangL,Qiu ST,et al.Research status and technological analysis of producing high magnetic induction grain-oriented sili- (4)950℃以前样品未发生二次再结晶，温度升高 con steel by thin slab casting ang rolling process. Mater Rev, 至1000℃时二次再结晶开始，1010℃时高斯晶粒进 2013,27(7):110 一步长大，G0ss织构强度达到了61.779.成品磁感达 (付兵，项利，仇圣桃，等.薄板坯连铸连轧流程生产高磁感 到1.915T,铁损为1.067Wkg 取向硅钢的研究现状与技术分析.材料导报，2013,27(7)： 110) 9]Qiu S T,Xiang L,Yue E B,et al.Technology analysis of produ- 参考文献 cing grain oriented silicon steel by thin slab casting and rolling [Xia Z S,Kang Y L,Wang Q L.Developments in the production process.Iron Steel,2008,43(9):1 of grain-oriented electrical steel.J Magn Magn Mater,2008,320 (仇圣桃，项利，岳尔斌，等.薄板坯连铸连轧流程生产取向 (23):3229 硅钢技术分析.钢铁，2008,43(9)：1) Yan MQ,Qian H,Yan P,et al.Behaviors of brass texture and [10]Bottcher A,Liicke K.Influence of subsurface layers on texture ite influence on Goss texture in grain oriented electrical steels. and microstructure development in RGO electrical steel.Acta Acta Metall Sin,2012,48(1)16 Metall Mater,1993,41(8):2503 (颜孟奇，钱浩，杨平，等.电工钢中黄铜织构行为及其对 1] Bottcher A,Hastenrath M,Bolling F.The role of subsurface lay- G05s织构的影响.金属学报，2012,48(1)：16) ers for Goss-exture development in RGO-electrical steel.J Magn B3]He ZZ.Zhao Y,Luo H W.Electrical Steel.Beijing:Metallurgi- Magn Mater,1992,112(1-3):165 cal Industry Press,2012 [12]Koperikus S.Rolling and recrystallization textures in iron-3% (何忠治，赵宇，罗海文.电工钢.北京：治金工业出版社， silicon.Textures Microstruct,1989,11:171 2012) [13]Mishra S,Darmann C,Lucke K.New information on texture de- 4]Dorner D,Zaefferer S,Raabe D.Retention of the Goss orientation velopment in regular and high-permeability grain-oriented silicon between microbands during cold rolling of an Fe3%Si single crys- steels.Metall Trans A,1986,17(8):1301
肖丽俊等: 薄板坯连铸连轧工艺下 Hi--B 钢的组织及织构 晶粒吞噬其他晶粒，发生异常长大，织构强度进一步增 强，达到了 61. 779． 经检测，实验室模拟薄板坯连铸连 轧工艺生产的 Hi--B 钢成品的磁感为 1. 915 T，铁损为 1. 067 W·kg － 1 ． 3 结论 ( 1) 热轧板沿板厚方向组织和织构存在不均匀 性． 常化板表面脱碳层铁素体晶粒明显粗化，织构基 本继承了热轧板相应的织构类型． ( 2) 一次冷轧后，冷轧组织为条带状纤维组织，冷 轧板织构主要为 α 纤维织构和 γ 纤维织构，有{ 111} ＜ 110 ＞ 、{ 111} ＜ 132 ＞ 以及{ 111} ＜ 112 ＞ ． ( 3) 脱碳退火后，晶粒尺寸大多在 10 ～ 30 μm 之 间，平均晶粒尺寸约为 21. 27 μm，脱碳退火后织构分 布较为集中，主要有{ 111} ＜ 112 ＞ 、{ 111} ＜ 121 ＞ 、 { 111} ＜ 132 ＞ 等织构． ( 4) 950 ℃以前样品未发生二次再结晶，温度升高 至 1000 ℃ 时二次再结晶开始，1010 ℃ 时高斯晶粒进 一步长大，Goss 织构强度达到了 61. 779． 成品磁感达 到 1. 915 T，铁损为 1. 067 W·kg － 1 ． 参 考 文 献 ［1］ Xia Z S，Kang Y L，Wang Q L． Developments in the production of grain-oriented electrical steel． J Magn Magn Mater，2008，320 ( 23) : 3229 ［2］ Yan M Q，Qian H，Yan P，et al． Behaviors of brass texture and ite influence on Goss texture in grain oriented electrical steels． Acta Metall Sin，2012，48( 1) : 16 ( 颜孟奇，钱浩，杨平，等． 电工钢中黄铜织构行为及其对 Goss 织构的影响． 金属学报，2012，48( 1) : 16) ［3］ He Z Z． Zhao Y，Luo H W． Electrical Steel． Beijing: Metallurgical Industry Press，2012 ( 何忠治，赵宇，罗海文． 电工钢． 北京: 冶金工业出版社， 2012) ［4］ Dorner D，Zaefferer S，Ｒaabe D． Ｒetention of the Goss orientation between microbands during cold rolling of an Fe3% Si single crystal． Acta Mater，2007，55( 7) : 2519 ［5］ Hu S L，Tian W H，Zhou D L，et al． Quantitative analysis of texture of electroformed shaped charge liner by electron backscatter diffraction，Ordnance Mater Sci Eng，2000，23( 3) : 31 ( 胡士廉，田文怀，周登陵，等． 电子背散射衍射对电铸药型 罩织构的定量分析． 兵器材料科学与工程，2000，23 ( 3) : 31) ［6］ Yang X Y，Zhu Y K，Zhang L． Quantitative studies of the microstructure of hot deformed magnesium alloy． Chin J Mater Ｒes， 2010，24( 2) : 169 ( 杨续跃，朱亚坤，张雷． 热变形镁合金退火显微组织的定量 研究． 材料研究学报，2010，24( 2) : 169) ［7］ Kong X Y，Li J，Yu C C，et al． Quantitative analysis of texture evolution in cross-rolled 3105 aluminum alloy． Chin J Nonferrous Met，2009，19( 11) : 1917 ( 孔祥宇，李敬，于翠翠，等． 横轧 3105 铝合金织构演变的定 量分析． 中国有色金属学报，2009，19( 11) : 1917) ［8］ Fu B，Xiang L，Qiu S T，et al． Ｒesearch status and technological analysis of producing high magnetic induction grain-oriented silicon steel by thin slab casting ang rolling process． Mater Ｒev， 2013，27( 7) : 110 ( 付兵，项利，仇圣桃，等． 薄板坯连铸连轧流程生产高磁感 取向硅钢的研究现状与技术分析． 材料导报，2013，27( 7) : 110) ［9］ Qiu S T，Xiang L，Yue E B，et al． Technology analysis of producing grain oriented silicon steel by thin slab casting and rolling process． Iron Steel，2008，43( 9) : 1 ( 仇圣桃，项利，岳尔斌，等． 薄板坯连铸连轧流程生产取向 硅钢技术分析． 钢铁，2008，43( 9) : 1) ［10］ Bttcher A，Lücke K． Influence of subsurface layers on texture and microstructure development in ＲGO electrical steel． Acta Metall Mater，1993，41( 8) : 2503 ［11］ Bttcher A，Hastenrath M，Blling F． The role of subsurface layers for Goss-texture development in ＲGO-electrical steel． J Magn Magn Mater，1992，112( 1--3) : 165 ［12］ Kopernikus S． Ｒolling and recrystallization textures in iron--3% silicon． Textures Microstruct，1989，11: 171 ［13］ Mishra S，Drmann C，Lücke K． New information on texture development in regular and high-permeability grain-oriented silicon steels． Metall Trans A，1986，17( 8) : 1301 · 742 ·
