杨平等：含铜取向硅钢磁性能波动成因分析 ·201· 感一般为B。=1.88~1.90T,而传统CG0钢为1.80 2000E型)样品尺寸为30mm×300mm. ~1.85T.含铜CG0钢以固溶温度较低的Cu2S作 2实验结果及分析 为主要抑制剂，免去热轧板的常化工艺，二次冷轧后 直接进行二次再结晶退火，因此生产成本显著降低. 2.1不同类型的成品组织及对应的磁性能关系 近10年来我国开始尝试生产含铜CG0钢，如今已 不同类型的成品组织及对应的磁性能关系数据 掌握该取向钢制备工艺，虽然对其组织、抑制剂、织 见图1所示，图1(a)~图1(e)给出5种不同的组 构与磁性能关系有一定研究1-】，但并不完善，相比 织并列出对应的磁性能数据.图1(a)为典型含线 之下更多的研究集中于低温渗氨HB钢.我国对目 品组织成品板，均匀长大的细晶区呈线状沿轧向分 前取向钢的研究现状，各种取向钢的工艺、成分、磁 布，这表明抑制剂沿横向分布明显不均匀.线晶区 性能对比综述见文献[9].含铜取向钢在生产初期 较多，磁感只有B。=1.80T.抑制剂缺乏的位置对 常出现磁性能波动现象，本文对收集到的一些成品 应均匀长大的初次再结晶晶粒，二次晶粒无法吞食 板中的组织、织构和磁性能关系进行分析.含铜取这些一次晶粒，只能沿轧向继续生长成为长条形状 向钢与目前低温渗氨钢的本质差别是：热轧后不常 推测抑制剂分布不均匀及择优沿轧向分布是这种成 化，渗氨钢需要常化：含铜取向钢为两次轧法，渗氨 品板磁性能差的主要原因（后文将对含有线晶区的 钢为一次轧法：含铜取向钢的一次再结晶组织在非 成品板二次品粒进行取向分析).图1(b)中线品数 常缓慢的升温速度下完成，渗氨钢的一次再结品组 目明显减少，绝大多数区域二次再结品完全，磁性能 织在快速加热下形成.含铜取向钢固有抑制剂分布 显著提高，达到Bg=1.86T,铁损降到P,=1.215 相对均匀，总体抑制剂含量少（但远高于传统CG0 W·kg1.长条形二次品粒比例减少，等轴状的二次 钢)，而渗氮钢采用追加抑制剂技术，板材表层到中 品粒增加，这表明抑制剂分布比图1(a)样品明显均 心层内的抑制剂不均匀分布，总含量高，约为2.70 匀.图1（©）为本组磁性能最高样品，磁感达到B。= ×104的氮（质量分数），此外还有偏析元素S加的 1.91T,铁损降到P.7=1.08Wkg.此时样品中 抑制晶粒长大作用，更有效提高了抑制剂的钉扎能 没有线品，对应100%品粒异常长大.注意到此时多 力.虽然文献[1-8]已对含铜CG0钢进行了组织、 数二次品粒形貌为沿轧向椭圆形，右侧区域还稍遗 织构特征及演变规律的分析，但对实际生产线上的 传沿轧向择优生长的特点，说明抑制剂还有沿轧向 异常情况缺乏介绍.虽然在实际生产中，板坯加热、 不均匀分布的特点，只是不均匀程度不高.这三张 热轧、冷轧、退火都采用了固定的工艺路线，但实际 照片表明，在长条状二次晶粒样品中，磁性能与线晶 组织及磁性能仍然存在波动，这说明抑制剂也应存 所占面积比例成对应关系，随线晶区域面积减小，磁 在波动，本文就此问题开展研究，力图找到磁性能波 性能呈线性上升规律变化.这也间接表明已长大的 动的原因.但要真正完全掌握波动原因及解决办 二次晶粒高斯取向度很高.图1(d)显示的成品板 法，还需深人研究各个阶段工艺、抑制剂、组织等的 为100%晶粒异常长大，没有线晶区，也没有长条状 关联性 二次品粒.品粒尺寸大于图1(c)成品板，等轴晶比 例也大于图1(c).说明抑制剂分布均匀，但磁感值 1实验材料与方法 开始下降，为B,=1.86T:该磁感的下降不是由于线 本文收集了不同性能的含铜CG0成品板，其设 品的存在，而是二次晶粒的高斯取向度变差，磁性能 计成分相同，实际成分略有偏差，化学成分（质量分 虽与图1(b)相似，但成因不同：因成品板二次晶粒 数)如下：~0.04%C,~3.1%Si,~0.1%Mn, 尺寸偏大，可推测其二次再结晶温度偏高是由于抑 ~0.008%S,-0.02%A1,-0.008%N,-0.5%Cu, 制剂过量引起的.成品板中二次晶粒不是优先沿轧 剩余成分为Fe.大量数据统计表明，微量成分波动 向生长，而是均匀长大，且偏高斯取向的品粒也能长 不会产生系统的磁性能单向变化.对部分样品的对 大，导致Goss晶粒取向度低，磁感下降：同时，晶粒 应前期工艺下的样品以及非对应的样品进行分析.尺寸过大，磁畴变宽，铁损升高.根据文献[6-7]， 样品形貌采用光学显微镜分析，取向特征采用扫描 二次再结品温度过低或过高，都会有偏高斯取向晶 电镜(Zeiss Ultra55型)下的电子背散射衍射（牛津 粒的生长，如{110}〈227)〉、{210}〈001〉取向晶粒 仪器公司的EBSD系统)分析.现场磁性能测试样 ({210}(001〉取向不会降低磁性能0)).如果二次 品尺寸为500mm×500mm单片（长沙天恒仪器公 再结晶温度低，二次晶粒尺寸就应该小，而该成品板 司)，由企业测出.实验室磁性能测试（中国计量院 品粒尺寸大，故认为二次再结晶温度高.图1()成杨 平等: 含铜取向硅钢磁性能波动成因分析 感一般为 B8 = 1郾 88 ~ 1郾 90 T,而传统 CGO 钢为 1郾 80 ~ 1郾 85 T. 含铜 CGO 钢以固溶温度较低的 Cu2 S 作 为主要抑制剂,免去热轧板的常化工艺,二次冷轧后 直接进行二次再结晶退火,因此生产成本显著降低. 近 10 年来我国开始尝试生产含铜 CGO 钢,如今已 掌握该取向钢制备工艺,虽然对其组织、抑制剂、织 构与磁性能关系有一定研究[1鄄鄄8] ,但并不完善,相比 之下更多的研究集中于低温渗氮 HiB 钢. 我国对目 前取向钢的研究现状,各种取向钢的工艺、成分、磁 性能对比综述见文献[9]. 含铜取向钢在生产初期 常出现磁性能波动现象,本文对收集到的一些成品 板中的组织、织构和磁性能关系进行分析. 含铜取 向钢与目前低温渗氮钢的本质差别是:热轧后不常 化,渗氮钢需要常化;含铜取向钢为两次轧法,渗氮 钢为一次轧法;含铜取向钢的一次再结晶组织在非 常缓慢的升温速度下完成,渗氮钢的一次再结晶组 织在快速加热下形成. 含铜取向钢固有抑制剂分布 相对均匀,总体抑制剂含量少(但远高于传统 CGO 钢),而渗氮钢采用追加抑制剂技术,板材表层到中 心层内的抑制剂不均匀分布,总含量高,约为 2郾 70 伊 10 - 4的氮(质量分数),此外还有偏析元素 Sn 的 抑制晶粒长大作用,更有效提高了抑制剂的钉扎能 力. 虽然文献[1鄄鄄8]已对含铜 CGO 钢进行了组织、 织构特征及演变规律的分析,但对实际生产线上的 异常情况缺乏介绍. 虽然在实际生产中,板坯加热、 热轧、冷轧、退火都采用了固定的工艺路线,但实际 组织及磁性能仍然存在波动,这说明抑制剂也应存 在波动,本文就此问题开展研究,力图找到磁性能波 动的原因. 但要真正完全掌握波动原因及解决办 法,还需深入研究各个阶段工艺、抑制剂、组织等的 关联性. 1 实验材料与方法 本文收集了不同性能的含铜 CGO 成品板,其设 计成分相同,实际成分略有偏差,化学成分(质量分 数) 如 下: ~ 0郾 04% C, ~ 3郾 1% Si, ~ 0郾 1% Mn, ~ 0郾 008% S, ~ 0郾 02% Al, ~ 0郾 008% N, ~ 0郾 5% Cu, 剩余成分为 Fe. 大量数据统计表明,微量成分波动 不会产生系统的磁性能单向变化. 对部分样品的对 应前期工艺下的样品以及非对应的样品进行分析. 样品形貌采用光学显微镜分析,取向特征采用扫描 电镜(Zeiss Ultra 55 型)下的电子背散射衍射(牛津 仪器公司的 EBSD 系统)分析. 现场磁性能测试样 品尺寸为 500 mm 伊 500 mm 单片(长沙天恒仪器公 司),由企业测出. 实验室磁性能测试(中国计量院 2000E 型)样品尺寸为 30 mm 伊 300 mm. 2 实验结果及分析 2郾 1 不同类型的成品组织及对应的磁性能关系 不同类型的成品组织及对应的磁性能关系数据 见图 1 所示,图 1(a) ~ 图 1( e)给出 5 种不同的组 织并列出对应的磁性能数据. 图 1( a)为典型含线 晶组织成品板,均匀长大的细晶区呈线状沿轧向分 布,这表明抑制剂沿横向分布明显不均匀. 线晶区 较多,磁感只有 B8 = 1郾 80 T. 抑制剂缺乏的位置对 应均匀长大的初次再结晶晶粒,二次晶粒无法吞食 这些一次晶粒,只能沿轧向继续生长成为长条形状. 推测抑制剂分布不均匀及择优沿轧向分布是这种成 品板磁性能差的主要原因(后文将对含有线晶区的 成品板二次晶粒进行取向分析). 图 1(b)中线晶数 目明显减少,绝大多数区域二次再结晶完全,磁性能 显著提高,达到 B8 = 1郾 86 T,铁损降到 P1郾 7 = 1郾 215 W·kg - 1 . 长条形二次晶粒比例减少,等轴状的二次 晶粒增加,这表明抑制剂分布比图 1(a)样品明显均 匀. 图 1(c)为本组磁性能最高样品,磁感达到 B8 = 1郾 91 T,铁损降到 P1郾 7 = 1郾 08 W·kg - 1 . 此时样品中 没有线晶,对应 100% 晶粒异常长大. 注意到此时多 数二次晶粒形貌为沿轧向椭圆形,右侧区域还稍遗 传沿轧向择优生长的特点,说明抑制剂还有沿轧向 不均匀分布的特点,只是不均匀程度不高. 这三张 照片表明,在长条状二次晶粒样品中,磁性能与线晶 所占面积比例成对应关系,随线晶区域面积减小,磁 性能呈线性上升规律变化. 这也间接表明已长大的 二次晶粒高斯取向度很高. 图 1( d)显示的成品板 为 100% 晶粒异常长大,没有线晶区,也没有长条状 二次晶粒. 晶粒尺寸大于图 1(c)成品板,等轴晶比 例也大于图 1(c). 说明抑制剂分布均匀,但磁感值 开始下降,为 B8 = 1郾 86 T;该磁感的下降不是由于线 晶的存在,而是二次晶粒的高斯取向度变差,磁性能 虽与图 1(b)相似,但成因不同;因成品板二次晶粒 尺寸偏大,可推测其二次再结晶温度偏高是由于抑 制剂过量引起的. 成品板中二次晶粒不是优先沿轧 向生长,而是均匀长大,且偏高斯取向的晶粒也能长 大,导致 Goss 晶粒取向度低,磁感下降;同时,晶粒 尺寸过大,磁畴变宽,铁损升高. 根据文献[6鄄鄄 7], 二次再结晶温度过低或过高,都会有偏高斯取向晶 粒的生长,如{110} 掖227业、{210} 掖001业 取向晶粒 ({210}掖001业取向不会降低磁性能[10] ). 如果二次 再结晶温度低,二次晶粒尺寸就应该小,而该成品板 晶粒尺寸大,故认为二次再结晶温度高. 图 1(e)成 ·201·