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《上海金屬雜志》2016年第3期

摘要：

在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬CSP工藝制備Hi-B鋼，借助EBSD和XRD技術(shù)對(duì)常化工藝下Hi-B鋼初次及二次再結(jié)晶組織與織構(gòu)的演變規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:常化處理使熱軋時(shí)基本不析出的AlN粒子大量析出，這種變化對(duì)Hi-B鋼初次再結(jié)晶組織與織構(gòu)沒有明顯影響，卻大幅度提高了二次再結(jié)晶晶粒尺寸，有利于形成鋒銳的Goss織構(gòu)。

關(guān)鍵詞：

Hi-B鋼；常化；初次再結(jié)晶；二次再結(jié)晶；Goss織構(gòu)

硅鋼又稱電工鋼或矽鋼，是一種廣泛應(yīng)用于電子電力等工業(yè)的重要金屬功能材料，是制造電機(jī)和變壓器等電器產(chǎn)品的核心材料，在國(guó)家制造業(yè)得到廣泛應(yīng)用［1-2］。取向硅鋼最核心的技術(shù)是制備出強(qiáng)Goss織構(gòu)的成品板，但到目前為止，Goss織構(gòu)的形成機(jī)理仍不完全清楚。被廣泛認(rèn)可的取向硅鋼晶界類型主要有重合位置點(diǎn)陣(CoincidenceSiteLattice，CSL)模型［3-4］和高能晶界(HE)模型［5-6］。前者認(rèn)為CSL晶界尤其是∑9晶界具有較高的遷移率而有利于Goss晶粒的長(zhǎng)大;后者認(rèn)為20°～45°之間的晶界缺陷多、遷移速度快，從而促進(jìn)抑制劑的粗化和Goss晶粒的長(zhǎng)大。熱軋板常化是板坯低溫加熱工藝生產(chǎn)Hi-B鋼的關(guān)鍵技術(shù)之一，它為初次及二次再結(jié)晶過程中晶粒長(zhǎng)大提供了必要條件［7-9］。本文在實(shí)驗(yàn)室模擬CSP工藝試制Hi-B鋼，研究了常化工藝對(duì)低溫Hi-B鋼初次及二次再結(jié)晶的影響規(guī)律，同時(shí)分析初始結(jié)構(gòu)對(duì)二次再結(jié)晶組織和織構(gòu)的影響。

1實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)用鋼在25kg真空感應(yīng)電爐冶煉，澆鑄到尺寸200mm×85mm×40mm氧化鋁耐火材料的鑄模中，鑄坯的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，wt%)為C0.05、Si3.47、Al0.027、N0.006、S0.007、Cu0.035、Mn0.096、Sn0.048，余量Fe。鑄坯入爐溫度980℃;加熱溫度1200℃，保溫時(shí)間30min;開軋溫度1150～1200℃，終軋溫度900～950℃，卷取溫度550～750℃;7道次熱軋將40mm的鑄坯軋至2.5mm。從熱軋?jiān)嚇由辖厝悠罚徊糠炙嵯春笾苯永滠垼硪徊糠诌M(jìn)行兩段式常化后冷軋。厚度為2.5mm熱軋板和常化板以88%的壓下率冷軋至0.3mm，冷軋板經(jīng)830℃×5min脫碳退火和滲氮處理，然后進(jìn)行1200℃×6h的二次再結(jié)晶退火，氣氛為75%H2+25%N2。在金相顯微鏡下觀察試樣的顯微組織形貌，利用X－射線衍射儀測(cè)定試樣的宏觀織構(gòu)，在場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡下進(jìn)行EBSD檢測(cè)，織構(gòu)測(cè)定采用取向分布函數(shù)(ODF)方法，利用透射電鏡觀察第二相的種類、形態(tài)、尺寸、分布和數(shù)量，并用能譜儀對(duì)第二相進(jìn)行成分分析。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2．1熱軋板與常化板的組織圖1是實(shí)驗(yàn)室模擬CSP工藝試制的取向Hi-B鋼熱軋板及常化板縱截面表層到中心層的顯微組織。由于在板厚方向存在溫度梯度以及剪切變形不均勻性，使得熱軋板沿厚度方向上的顯微組織存在很大差異，形成了非常明顯的組織梯度，沿板厚方向的不均勻組織可分為:表層脫碳層、過渡層以及中心層。表層為再結(jié)晶組織，過渡層為長(zhǎng)條狀的回復(fù)晶粒，中心層則是長(zhǎng)條狀的變形晶粒，高碳造成更多的珠光體或滲碳體顆粒分布在變形長(zhǎng)條鐵素體之間。常化后次表層也發(fā)生了部分再結(jié)晶，但沿厚度方向的組織梯度基本被保留了下來(lái)。表層和次表層的晶粒稍有長(zhǎng)大，中心層也有部分再結(jié)晶晶粒，但依舊以回復(fù)的形變長(zhǎng)條晶粒為主。圖2為熱軋板和常化板表層和中心層析出相的分布、大小和形貌的情況，其分布不太均勻，表層有較多大粒子，中心層有較多小粒子。從圖3能譜圖可以看出，在熱軋板基體上的第二相粒子主要為球形MnS粒子(質(zhì)點(diǎn)1)、規(guī)則形狀A(yù)lN粒子(質(zhì)點(diǎn)2)及少量的Cu2S或(Mn，Cu)S(質(zhì)點(diǎn)3)復(fù)合物。雖然材料硫含量較低，但仍然存在少量的MnS，且尺寸較大，較大的析出相質(zhì)點(diǎn)主要是AlN+MnS的復(fù)合相，且多數(shù)呈不規(guī)則片狀;較小尺寸的析出相質(zhì)點(diǎn)其形狀主要為條狀或片狀。常化板與熱軋板內(nèi)抑制劑分布狀態(tài)保持明顯差異。常化時(shí)以AlN為主的抑制劑粒子大量析出，與熱軋時(shí)產(chǎn)生的球形MnS并存，使平均粒子尺寸減小;析出粒子密度比熱軋板高，且分布更均勻、彌散。常化板基體的析出相數(shù)量較多，析出相組成主要為規(guī)則形狀A(yù)lN粒子、球形MnS粒子及少量的Cu2S或(Mn，Cu)S復(fù)合物。

2．2初次再結(jié)晶組織與織構(gòu)圖4是熱軋板和常化板經(jīng)冷軋后的初次再結(jié)晶試樣縱截面的EBSD取向成像圖及由EBSD獲得的φ2=45°的ODF圖。從圖4可以看出，經(jīng)脫碳退火后，常化板和未常化板的組織沒有明顯的區(qū)別，各取向晶粒的數(shù)量及分布也大致相同。從EBSD觀察到試樣的晶粒尺寸為:未常化樣為18.17μm，常化樣為15.78μm，未常化樣的初次再結(jié)晶晶粒尺寸是常化樣的1.15倍。由ODF圖可以看出，未常化樣和常化樣初次再結(jié)晶的織構(gòu)沒有明顯差別，α取向線上的織構(gòu)幾乎消失，γ取向線上的織構(gòu)集中在{111}＜112＞上。未常化和常化試樣初次再結(jié)晶退火后的CSL晶界分布如圖5所示。關(guān)于Goss晶粒異常長(zhǎng)大行為的CSL晶界模型［3］認(rèn)為，初次再結(jié)晶基體中的CSL晶界類型與含量對(duì)二次再結(jié)晶產(chǎn)生影響。未常化和常化試樣初次再結(jié)晶后基體中最強(qiáng)的CSL晶界為Σ1、Σ7及Σ17a，但是兩種試樣中大多數(shù)CSL晶界都不是很強(qiáng)。通常認(rèn)為，Σ1晶界為低能晶界，不易移動(dòng)，不利于二次再結(jié)晶的完善，Σ3～Σ9晶界尤其是Σ9晶界具有很強(qiáng)的活動(dòng)性，有利于二次再結(jié)晶。與未常化試樣相比較，常化試樣的Σ1、Σ5及Σ7晶界比例低于未常化樣，但Σ3及Σ9晶界高于未常化樣，這可能對(duì)Goss晶粒的異常長(zhǎng)大行為具有重要影響。未常化和常化試樣初次再結(jié)晶退火后的取向差如圖6所示。從圖6可以看出，常化樣和未常化樣的取向差分布差異不明顯，主要分布在35°和55°之間，并在45°左右出現(xiàn)峰值。大角度晶界具有更高的遷移速率，其比例的增加有利于二次再結(jié)晶織構(gòu)的強(qiáng)化和鋒銳化。

2．3二次再結(jié)晶組織與織構(gòu)未常化和常化試樣二次再結(jié)晶退火后縱截面的組織如圖7所示。從圖中可以看出，未常化試樣沒有發(fā)生完全再結(jié)晶，有大量的小晶粒夾在大晶粒之間沒有被消耗掉，晶界較曲折。這是因?yàn)槌；幚硎篃彳垥r(shí)基本不析出的AlN粒子大量析出，提高了高溫退火過程中抑制劑的釘扎力，有利于Goss晶粒的異常長(zhǎng)大和形成鋒銳的Goss織構(gòu)。未常化和常化試樣二次再結(jié)晶退火后的宏觀織構(gòu)如圖8所示。從圖8可以看出，二次再結(jié)晶織構(gòu)有較大區(qū)別，未常化樣織構(gòu)的強(qiáng)度較低且分布較分散，常化樣織構(gòu)的最大強(qiáng)度是未常化樣的1.3倍，并且分布較集中。

3結(jié)論

(1)常化板與熱軋板內(nèi)抑制劑分布狀態(tài)保持明顯差異。常化時(shí)以AlN為主的抑制劑粒子大量析出，一方面增加了析出物的體積分?jǐn)?shù)和提高了粒子密度，另一方面增加了析出物數(shù)量。(2)對(duì)于初次再結(jié)晶，相對(duì)于常化的條件，不常化晶粒尺寸增加到常化條件下的1.15倍。未常化樣和常化樣初次再結(jié)晶組織、織構(gòu)及晶界特征沒有明顯差別。(3)對(duì)于二次再結(jié)晶，常化使晶粒尺寸顯著增加，常化樣織構(gòu)的最大強(qiáng)度是未常化樣的1.3倍，并且分布較集中。因?yàn)槌；幚硎篃彳垥r(shí)基本不析出的AlN粒子大量析出，提高了高溫退火過程中抑制劑的釘扎力，有利于Goss晶粒的異常長(zhǎng)大和形成鋒銳的Goss織構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

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作者：黃儒勝 余馳斌 鮑思前 陳建徽 劉占龍 馬力 單位：武漢科技大學(xué)省部共建耐火材料與冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室