Fe-3.3%Si鋼熱輥低溫軋制過(guò)程微觀組織研究

王睿

摘 要 硅鋼主要用于制造變壓器、發(fā)電機(jī)及電器儀表，是電力、通訊和軍事重要磁性材料。硅鋼脆性高的問(wèn)題長(zhǎng)期制約冷軋硅鋼的發(fā)展，采用溫軋法可以補(bǔ)充熱軋和冷軋工藝，提高硅鋼在軋制過(guò)程中的塑性。本課題對(duì)比研究硅鋼在熱輥溫軋和熱輥冷軋后的微觀組織、物相和擇優(yōu)取向、力學(xué)性能，從而得到在低溫軋制時(shí)的合適工藝。結(jié)果表明熱輥溫軋、大單道次壓下量能獲得更細(xì)小的晶粒，同時(shí)加工硬化作用減弱，可以提高軋制過(guò)程中的塑性。

關(guān)鍵詞 電工鋼;硅鋼;溫軋;熱輥冷軋

1研究?jī)?nèi)容及意義

本課題的實(shí)驗(yàn)原料為熱軋退火后的Fe-3.3%Si鋼，厚度2.52mm，進(jìn)行熱輥冷軋和熱輥溫軋，實(shí)驗(yàn)前溫軋組硅鋼加熱到250℃，加熱軋輥到250℃。每組都采用三種不同的壓下量軋制硅鋼板。通過(guò)分析軋后板材的金相、XRD、硬度，研究不同壓下量時(shí)，溫軋、冷軋對(duì)硅鋼微觀組織的影響。從而找出溫軋、冷軋工藝在多大的壓下量時(shí)得到的Fe-3.3%Si鋼具有最優(yōu)異的性能[1]。

（1）觀察和分析溫軋、冷軋的金相圖片，分析壓下量不同時(shí)微觀組織的變化規(guī)律，對(duì)比溫軋、冷軋的微觀組織。

（2）通過(guò)XRD實(shí)驗(yàn)，分析溫軋、冷軋硅鋼的物相和擇優(yōu)取向的變化。

（3）對(duì)溫軋、冷軋硅鋼進(jìn)行硬度實(shí)驗(yàn)，研究硅鋼力學(xué)性能在溫軋過(guò)程中的演變。

2研究方案及實(shí)驗(yàn)流程

本實(shí)驗(yàn)原材料為厚度為2.52mm的Fe-3.3%Si硅鋼熱軋板材，主要元素及含量（%）：Fe（96.3）Si（3.28）Mn（0.099）Al（0.042）Ni（0.024）N（0.024）W（0.007）Cu（0.021）C（0.015）P（0.015）Cr（0.012）

2.1 軋制實(shí)驗(yàn)

以二輥軋機(jī)為軋制設(shè)備，軋輥直徑210mm，軋輥溫度250℃，用1.3m/min的軋制速度進(jìn)行軋制。

熱輥冷軋實(shí)驗(yàn)

控制其他變量不變，改變不同道次的壓下量，做三組實(shí)驗(yàn)，反映壓下量與道次對(duì)Fe-3.3%Si鋼溫軋過(guò)程組織及性能的影響。得到三個(gè)不同壓下量的板材：

試樣1-1：總變形量：37.30%，道次1：26.98%，道次2：3.2%，道次3：11.24%;

試樣1-2：總變形量：33.33%，道次1：33.33%;

試樣1-3：總變形量：38.98%，道次1：31.75%，道次2：6.98%，道次3：3.75%。

熱輥溫軋實(shí)驗(yàn)

將板材加熱到250℃，然后軋制，控制壓下量，進(jìn)行一道次軋制。得到三個(gè)不同壓下量的板材：試樣2-1：變形量：41.27%;試樣2-2：變形量：30.95%;試樣2-3：變形量：18.25%。

2.2 分析實(shí)驗(yàn)

將軋制后的樣品進(jìn)行金相實(shí)驗(yàn)、X射線衍射分析（XRD ）實(shí)驗(yàn)、維氏硬度實(shí)驗(yàn)。其中XDR實(shí)驗(yàn)設(shè)置掃描步長(zhǎng)0.04°/S，衍射角范圍5°～90°。

3試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)分析

3.1 組織形貌分析

觀察6組試樣顯微組織。進(jìn)行軋制實(shí)驗(yàn)前的板材為熱軋板材，晶界閉合，晶粒約為60μm，大小不一致說(shuō)明發(fā)生了一定程度的再結(jié)晶。金相組織中沒(méi)有孿晶的形成，判斷為可進(jìn)行滑移的位錯(cuò)系比較多。

（1）冷軋最大的壓下量道次決定了晶粒的最大厚度，最大單道次壓下量越大，晶粒厚度越小，33.33%的壓下量得到15μm晶粒。單道次壓下量不足7%時(shí)，晶粒不會(huì)產(chǎn)生明顯變化。單道次壓下量超過(guò)11%時(shí)，約有三分之一的晶粒發(fā)生了變形，厚度更小（8μm），且這些更細(xì)小的晶粒不是均勻地分布在厚度方向，而是集中分布的，這與應(yīng)力集中有關(guān)。

（2）熱輥冷軋軋制的板材的表面晶粒（25μm）要比一般冷軋軋制出的板材的表面的晶粒（50μm）更細(xì)小。軋制時(shí)，板材表面受熱，塑性提高，晶粒小于一般冷軋板表面晶粒。

（3）熱輥溫軋，壓下量越大，板材的晶粒厚度就越細(xì)小。試樣2-1，晶粒厚度7μm;試樣2-2，晶粒厚度7-15μm;試樣2-3，晶粒厚度25μm。

（4）相同壓下量的溫軋和冷軋?jiān)嚇拥谋容^可以看出兩個(gè)試樣中粗大的晶粒的尺寸是差不多的（15μm）。然而溫軋?jiān)嚇又写嬖谥〉木Я＃?μm -8μm），這些晶粒占一半的體積，會(huì)使板材的硬度提高，塑性、韌性增加。

3.2 X射線衍射分析（XRD）

通過(guò)比對(duì)6組試樣的XRD圖譜，其大致相同，說(shuō)明在250℃及以下Fe-3.3Si鋼的物相沒(méi)有發(fā)生改變。

試樣中的主要物相是α鐵素體，可以分析出Fe9Si固溶體。通過(guò)JADE軟件分析，F(xiàn)e的晶粒在（110）晶面上有擇優(yōu)取向。

3.3 維氏硬度分析

冷軋的硅鋼的最大道次壓下量越大硬度越高，與道次數(shù)量負(fù)相關(guān)，試樣1-1，317HV;試樣1-2，324HV;試樣1-3，307HV。相對(duì)于冷軋板的表面，溫軋板表面的硬度變化值十分小，試樣2-1，290HV;試樣2-2，293HV;試樣2-3，286HV，可見(jiàn)這時(shí)壓下量的增大所起的加工硬化作用已經(jīng)變小了，究其原因，在250℃時(shí)的回復(fù)作用使得位錯(cuò)密度相對(duì)于冷軋時(shí)較低，位錯(cuò)難以被釘扎[2]。

4結(jié)束語(yǔ)

本課題以Fe-3.3Si鋼板材為研究對(duì)象，進(jìn)行熱輥溫軋、熱輥冷軋實(shí)驗(yàn)，得到了鋼板的金相顯微組織、物相、擇優(yōu)取向及宏觀力學(xué)性能的規(guī)律，所得主要結(jié)論如下：

（1）熱輥軋制比普通軋制獲得更細(xì)的表面晶粒。相同壓下量的溫軋板材中出現(xiàn)了很多比冷軋板材更細(xì)小的晶粒，有利于板材綜合性能提高。

（2）單道次溫軋過(guò)程，壓下量越大，板材的晶粒厚度越細(xì)小;多道次冷軋時(shí)，大壓下量的道次影響晶粒大小，小壓下量道次（小于7%）時(shí)對(duì)晶粒尺寸的影響較小。

（3）無(wú)論是溫軋還是冷軋F(tuán)e-3.3Si鋼沒(méi)有明顯的相變，試樣中的主要物相是α鐵素體，并存在少量的Fe9Si固溶體，F(xiàn)e的晶粒在（110）晶面上有一定的擇優(yōu)取向。

（4）熱輥冷軋硅鋼的最大道次壓下量越大硬度越高，相對(duì)于冷軋板的表面，溫軋板表面的硬度變化較小，因壓下量增大引起的加工硬化作用減弱。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃璞，毛炯輝，陳卓，等.冷軋無(wú)取向電工鋼生產(chǎn)研發(fā)趨勢(shì)[N].世界金屬導(dǎo)報(bào)，2009-11-10（22）.

[2] 何忠治.電工鋼現(xiàn)狀與展望（續(xù)）[J].中國(guó)冶金，2001（5）：15.