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摘要：本文介紹了日本JFE公司在取向電磁鋼板脫碳退火時采用快速加熱技術后，經試驗發現二次再結晶晶粒與理想的高斯方位相比較，其差值（方位差角）分布起到了特殊的作用，相鄰晶粒間，其方位差角不同，將會使晶界靜磁能增加，高的靜磁能又能降低磁疇寬度，而改善了鐵損特性。

關鍵詞：快速加熱；方位差角分布；細化晶粒；高磁感

為了降低取向電磁鋼板的鐵損，人們開發了各種新技術，使鐵損大幅度改善，但是節能和環保的要求更趨嚴格，因此對材料低鐵損化的要求也越來越高。要實現該目標，人們開發了比通常加熱速度快得多的加熱技術，取得了較好的效果，但是快速加熱也帶來了一系列的問題。無論是感應加熱還是直接通電快速加熱，其裝置都是大型化的設備，工作電流為大電流，均使設備成本和運行成本大幅增加。此外，由于升溫的速度過快，加大了鋼板內部溫度的不均勻性，鋼板的板形變差，作業線的通板性也相應變差，沿板寬磁性能分布也不均勻，因此對改善磁性能有一定的局限。于是，日本JFE公司的今村猛等人針對以上問題通過試驗并深入研究，認為一次再結晶升溫速度不必過高，采取一定措施就可以細化二次再結晶晶粒和磁疇而獲得磁性能優良的取向電磁鋼板。同時也節約了設備成本和運行成本。

1試驗

試驗板坯化學成分為（質量分數）：C0．055％，Si3．25％，Mn0．09％，Al0．021％，N0．0082％，Se0．015％，將板坯經1410℃加熱后熱軋成2．2mm厚的熱軋板，再經1000℃×60s的常化處理，接著冷軋至中間厚度1．8mm及1120℃×60s的中間退火，然后二次冷軋至最終板厚0．27mm，冷軋時的時效溫度為200℃。將上述冷軋板在50％H2＋50％N2（體積分數）且露點為60℃的保護氣氛中，經840℃×80s的脫碳及一次再結晶退火。在脫碳退火的升溫階段中，200℃至700℃升溫過程的升溫速度分別按20℃／s和120℃／s兩種速度進行試驗，但是都有一組在450℃時保溫4s，如圖1所示。由此，共有4種試驗條件，其升溫速度計算要扣除保溫時間，那么升溫速度為：（700℃－200℃）／（t1＋t3）自700℃后，按10℃／s的速度升溫到脫碳退火的均熱溫度。脫碳退火后的鋼板涂布以MgO為主劑的退火隔離劑并干燥，然后二次再結晶退火，其中純凈化退火氣氛為純氫，工藝為1200℃×7h。其成品按JISC2550記載的方法測定B800和P1．7／50，其結果如圖2和圖3所示，從中可知磁感B800盡管加熱條件不同，但是4種條件幾乎相同，而鐵損P1．7／50卻大不相同，升溫速度120℃／s與20℃／s相比，前者鐵損改善明顯，特別是加熱途

2試驗討論

2．1宏觀組織觀測和分析

將上述4種條件的成品試樣在80℃×10％（質量分數）HCl水溶液中浸泡2min，除去鎂橄欖石被膜顯露出基體的宏觀組織以測定二次再結晶晶粒直徑，上述二次晶粒由計算機按宏觀組織的圖像對其處理而確定晶粒邊界，再對晶界以最小二乘法描繪成近似的橢圓圖形，計算出長軸直徑和短軸直徑，兩者的平均值即為晶粒直徑，其中直徑為1mm以下的晶粒幾乎不存在，可以忽略不計，其測定結果如圖4所示。從圖4可知，二次再結晶晶粒與升溫速度有很大的依存關系。升溫速度大，晶粒直徑就變小，這是升溫速度快鐵損低的原因。結合圖3和圖4可以看出，在升溫速度快的情況下，加熱途中有無保溫，對鐵損的差別很大，但對晶粒度卻沒有太大的差別，因此可以推斷：肯定有其他因素在起作用。

2．2用勞厄法測定方位差角

由于脫碳退火的加熱途中有無保溫對鐵損性能影響很大，首先在升溫速度120℃／s的情況下，對有無保溫兩種條件下的成品樣品用勞厄法測定二次再結晶晶粒方位。方法是取成品板，其規格為1000mm×1000mm，分別沿長度方向及寬度方向均以30mm間隔劃線，其板面內的相交點為1089個，對這1089個點測定晶粒方位。然后將所測定的方位與理想的高斯方位相比較，計算出方位差角，共計1089個數據，再以0．5°的間距繪制出直方圖，其結果如圖5所示，此圖即為方位差角分布圖。圖5中有2條曲線，一是無保溫的，二是有保溫的，在無保溫條件下，方位差角在4°附近有一個峰值，而有保溫的分別在2．5°附近和6°附近各有一個峰值，即存在兩個峰值，由此可推測出能降低鐵損的原因所在。

2．3降低鐵損的原理分析

存在兩個以上的方位差角峰值是否能夠顯著降低鐵損，還不十分明了，但是可作如下推測：鐵損大小受到二次再結晶晶粒磁疇結構的影響。取向電磁鋼板存在著幾乎與軋制方向相平行的磁疇結構，稱之為180°磁疇，該磁疇的寬度對鐵損影響很大，寬度越小，鐵損越低。例如有向鋼板上機械刻出線狀溝槽，這也是細化磁疇的方法之一。由于溝槽的存在，增大了溝槽斷面的靜磁能，而靜磁能增大會使磁疇寬度變窄，從而降低了鐵損。如果方位差角不存在，二次再結晶晶粒之間幾乎都是以相同方位相鄰，那么相鄰的兩個晶粒的晶界因方位相近而靜磁能變得很低，180°磁疇寬度加大，鐵損增高。假如方位差角分布存在兩個以上的峰值，那么屬于方位角不同峰值的兩個晶粒相鄰，其晶界的靜磁能因方位差大而變大，高的靜磁能降低了磁疇寬度，從而改善了鐵損特性。但是磁疇變窄后，使磁壁量增加了，在從能量收支上看，靜磁能減少與疇壁能增加是相平衡的。如果晶粒變小所增加的疇壁量就會相應減少，那么疇壁能增加的量也減少了，并且晶粒越小疇壁寬度也越小。由此分析可知，快速加熱途中保溫，能使鐵損獲得較大改善，是因為方位差角分布有2個以上的峰值，也與晶粒變小有關，而兩者具有相乘的效果。

3實施例

3．1實施例1

板坯化學成分為（質量分數）：C0．071％，Si3．44％，Mn0．12％，Al0．028％，Se0．015％，Cu0．05％，Sb0．03％，經1400℃加熱后熱軋成厚度2．2mm的熱軋板，再經1020℃×30s的常化處理，接著冷軋至中間厚度1．7mm及1100℃×60s的中間退火，然后二次冷軋至0．27mm最終板厚，冷軋時的時效溫度為150℃。將上述冷軋板在50％H2＋50％N2（體積分數）且露點為55℃的保護氣氛中，經850℃×80s的脫碳及一次再結晶退火。在脫碳退火的升溫階段中，從200℃至700℃的升溫過程按表1所示的要求執行，其升溫速度分別在25℃／s至500℃／s內變化，但是都在500℃時保溫2s，此外，700℃后以10℃／s升溫到均熱溫度。脫碳退火后的鋼板涂布以MgO為主劑的退火隔離劑并干燥，然后二次再結晶退火，其中純凈化退火氣氛為純氫，工藝為1200℃×5h。其成品按JISC2550記載的方法測定B800和P1．7／50。將上述成品試樣在80℃×10％HCl（質量分數）水溶液中浸泡2min，除去鎂橄欖石被膜顯露出基體的宏觀組織以測定二次再結晶晶粒直徑，上述二次晶粒由計算機按宏觀組織的圖像對其處理而確定晶粒邊界，再對晶界以最小二乘法描繪成近似的橢圓圖形，計算出長軸直徑和短軸直徑，兩者的平均值即為晶粒直徑，其中直徑為1mm以下的晶粒幾乎不存在，可以忽略不計。對成品樣品用勞厄法測定二次再結晶晶粒方位。方法是取成品板，其規格為1000mm×1000mm，分別沿長度方向及寬度方向均以30mm間隔劃線，其板面的相交點為1089個，對這1089個點測定晶粒方位。然后將所測定的方位與理想的高斯方位相比較，計算出方位差角，共計1089個數據，再以0．5°的間距繪制出直方圖，判斷一下是否有2個以上的方位差角峰值，然后求出第2個方位差角峰值的度數。其結果列于表1，從表1可知：符合本發明條件，即使不是過高的升溫速度，也使鐵損值下降了。關于快速升溫速度只要達到150℃／s就可以了，不必追求過高的加熱速度。此外，為了確認成品鋼板的成分，要將鎂橄欖石被膜去除后再次分析鋼的化學成分，其中C0．003％，Si3．44％，Mn0．12％，Cu0．05％，Sb0．03％，除C元素之外其他主要元素都沒變化。但是Al和Se檢出都低于檢測界限，在0．010％以下。

3．2實施例2

按表2列出的各種不同成分的鋼坯經1400℃加熱后熱軋成厚度2．8mm的熱軋板，再經1000℃×45s的常化處理，接著冷軋至中間厚度1．5mm及1100℃×45s的中間退火，然后二次冷軋至0．23mm最終板厚，冷軋時的時效溫度為220℃。將上述冷軋板在50％H2＋50％N2（體積分數）且露點為61℃的保護氣氛中，經850℃×80s的脫碳及一次再結晶退火。在脫碳退火的升溫階段中，從200℃至700℃的升溫過程按150℃／s的速度升溫，但是都在400℃時保溫1．5s，此外700℃后以10℃／s升溫到均熱溫度。脫碳退火后的鋼板涂布以MgO為主劑的退火隔離劑并干燥，然后二次再結晶退火，其中純凈化退火氣氛為純氫，工藝為1200℃×10h。其成品按JISC2550記載的方法測定B800和P1．7／50。按例1同樣的方法測定二次再結晶的晶粒直徑和與高斯方位的方位差角以及繪制方位差角的分布圖，如有第二峰值存在，求出其角度。上述結果列于表3。作為參考，要分析去除被膜的試樣鋼板的化學成分，其結果一并列于表3。從表3中可知，凡是符合本發明條件的均獲得低鐵損值，并且均有2個方位差角峰值。

4要點歸納

1）快速加熱技術是一項重大的技術進步，試驗發現的二次再結晶晶粒與理想的高斯方位差角分布起到了特殊的作用，相鄰晶粒間，方位差角不同，將會使它們之間晶界的靜磁能增加，高的靜磁能又能降低磁疇寬度，從而改善鐵損特性。

2）在方位差角分布圖中，如果有2個以上的峰值存在，第一峰值與第二峰值應在5°以上，才能表明鋼板內晶粒之間存在因方位差角不同而增強晶界的靜磁能。關于峰值的判斷，如果直方圖的曲線上對應頻度存在連續2個點以上的高峰即可判定為峰值。如果是多點連續的“高原”就不能認作為峰值。

3）二次再結晶晶粒大小應達到15mm以下，是測定200個晶粒后所取的平均值。如果二次晶粒過大，雖然減少了磁疇寬度，但是疇壁的數量也增加了，也難于達到降低鐵損的效果。因此二次再結晶晶粒應在15mm以下，最好在12mm以下。

4）關于升溫階段的保溫，溫度在250℃至600℃之間，即冷軋組織回復的開始時至尚未發生再結晶的溫度區間內，保溫時間為1～10s，保溫溫度允許有15℃的波動。

5）如果按以上要求實施快速加熱技術，那么加熱速度達到150℃／s就可以了，不必追求更高的加熱速度，由此將大大降低設備成本以及運行成本。

作者：今村猛 新垣 之啓 末廣 龍一 高宮俊人