1、 内蒙古科技大学 本科生毕业设计说明书（毕业论文） 题 目：热轧组织对无取向硅钢退火组织及织构的影响 学生姓名：白永波 学 号： 0603107131 专 业：金属材料工程 班 级： 材料 06-1 指导教师： 计云萍（讲师） 内蒙古科技大学毕业论文 I 热轧组织对无取向硅钢退火组织及织构的影响 摘 要 冷轧无取向硅钢具有良好的磁性能和工艺性能，是新一代的软磁材料，属于钢铁工业的高端产品。微区取向的分布及各成分强度对冷轧无取向硅钢的性能具有显著影响。 本文对 50W600冷轧无取向硅钢在 1050 、 1150 粗化处理，之后冷轧（压下率为85），用模拟罩式退火进行 870 加热保温 0s18
2、0s，研究了退火过程中的显微组织演变过程；采用 EBSD分析了原始热轧试样冷轧后 870 加热保温 26s、原始热轧试样 1050 和1150 粗化晶粒冷轧后 870 加热保温 24s退火过程的微区取向演变规律；采用 XRD分析了原始热轧试样冷轧后 870 退火保温 26s、 30s、 180s及原始热轧试样 1050 和 1150 粗化晶粒冷轧后 870 退火保温 24s、 26s、 180s的 宏观结构取向信息。 结果表明： 无取向硅钢退火组织 的晶 粒 尺寸随着 热轧板晶粒尺寸的增大 而增大，但是 1050常化处理后冷轧退火组织的晶粒尺寸比 1150常化处理后冷轧退火组织的晶粒尺寸大 ；
3、 再结晶 的 形核率和长大速度， 随着常化温度 的升高 和 热轧板晶粒尺寸的增大 而减小 ； 1050 晶粒粗化后的组织中 112和 001组分明显 比 1150 粗化后的组分增多， 组分 111也增多，但变化程度不是很大 。发现 试样 经过 1050 粗化晶粒 后 冷轧 在 870 退火 过程 中 ， 不仅具有合适的 001织构，也具有一定的 111和 112织构，既保证了一定的深冲 性能，也提高了磁性能。研究结果对于研究无取向硅钢晶粒粗化后对冷轧退火组织演变及晶粒取向的影响提供了理论依据。 关键词 :无取向硅钢；热轧； 退火；织构； EBSD 内蒙古科技大学毕业论文 II Abstract
4、 cold-rolled non-oriented silicon steel is a new generation of soft magnetic materials and the high-end products of iron and steel industry. The magnetic properties of cold-rolled non-oriented silicon steel is significantly affected by the distribution of micro area orientation and the intensity of
5、components. In this paper， grain coarsening, reduction rate of 85%,at 1050 and 1150 Crude processed， cold rolled steel sheets are annealed at temperatures 870 for 0180s using simulated batch annealing. Study annealing process of the evolution of the microstructure; use EBSD analysis of samples of or
6、iginal hot cold heat insulation 870 after the 26s, original hot-rolled sample 1050 and 1150 cold rolled grain coarsening after 870 heating thermal annealing process of the 24s orientation evolution law; by XRD analysis of the original hot rolled specimen after annealing heat 870 26s, 30s, 180s and t
7、he original hot-rolled samples and 1150 1050 coarse grains after cold rolling 870 annealing heat 24s, 26s, 180s of macro-structural orientation information. The results showed that: no oriented silicon steel annealing the grain size of hot-rolled plate with the increase of grain size, but often deve
8、loped after 1050 annealing of cold rolled grain size of more than 1150 , after the normalization of the cold treatment rolling and annealing the grain size of a large organization; recrystallization the nucleation rate and growth rate, with normalization of temperature and grain size of hot-rolled p
9、late and decreases; 1050 after the grain coarsening organization (112) and (001) component significantly higher than 1150 , after coarse fractions increased, component (111) also increased, but the degree of change is not great. Found in the sample after 1050 coarse grains, cold rolled at 870 anneal
10、ing process, not only has the right (001) texture, but also has some (111) and (112) texture, not only guarantee a certain depth drawing properties, also increase the magnetic properties. The results for the study of non-oriented silicon steel coarse grains after the cold rolling annealing and grain
11、 orientation evolution provides a theoretical basis. Keywords: coarse grain; texture; annealing; microstructure; EBSD; XRD 内蒙古科技大学毕业论文 III 摘 要 . I ABSTRACT. II 第一章 文献综述 .1 1.1 硅钢概述 .1 1.1.1 硅钢的基本特点 3 .1 1.1.2 硅钢的性能要求 .2 1.1.3 硅钢的种类 .2 1.1.4 无取向硅钢的织构 .3 1.1.5 无取向硅钢的应用 .5 1.1.6 无取向硅钢的发展趋势 .5 1.2 EBSD
12、的应用及特色 .7 1.3 XRD 的应用 .7 1.4 研究的目的及意义 .8 第二章 实验方案 .9 2.1 实验材料及研究内容 .9 2.2 实验设备 .9 2.3 实验 研究方法 .10 2.3.1 实验工艺路线 .10 2.3.2 热处理工艺 .10 2.3.3 试样的制备 . 11 第三章 实验结果及分析 .13 3.1 不同粗化温度对热轧板显微组织的影响 .13 3.2 冷轧无取向硅钢 870退火过程中的组织演变 .14 3.2.1 原始热轧板冷轧后经 870模拟罩式退火时不同 时间的显微组织 .14 3.2.2 热轧板经 1050常化处理冷轧后 870退火不同时间的显微组织 .
13、15 3.2.3 热轧板经 1150常 化处理冷轧后 870退火时不同时间的显微组织 .17 3.3 不同粗化温度下冷轧后的试样 870模拟罩式退火时微区的 EBSD 表征 .19 3.3.1 和取向线分析 .19 内蒙古科技大学毕业论文 IV 3.3.2 不同粗化温度粗化冷轧后 870退火时试样的 map 图分析 .20 3.3.3 不同粗化温度粗化冷轧后 870退火时试样的取向差分析 .22 3.4 不同粗化温度粗化冷轧后的试样 870退火微区的 XRD 表征 .24 3.4.1 退火过程中的织构演变 .24 3.5 讨论 .26 第四章 结论 .27 参考文献 .28 致 谢 .30 内
14、蒙古科技大学毕业论文 1 第一章 文献综述 1.1 硅钢 概 述 硅钢亦称电工钢 、矽（ xi）钢 ， 含硅量在 0.54.5 ， 是一种含碳 量 很低的硅铁软磁合金 ，也是节能的重要功能材料，它是技术含量高、难度大、水 平高、保密性强的特钢产品（ 取向硅钢 ）。广泛应用于（强电）电力工业、家电工业的各种电动机、发电机、变压器等和（弱电）电讯工业、电子工业的各种高频与脉冲变压器、磁放大器、继电器及各种雷达导弹、卫星的导向系统等 1。硅钢 的生产工艺复杂 ,制造技术严格 ,国外的生产技术都以专利形式加以保护 ,视为企业的生命。 硅钢是由体心立方的 铁固溶体构成的铁素体钢，以铁为主的 Fe-Si单
15、晶体在三个主晶向上磁化特性不同： 100 方向为易磁化晶向 ， 110方向为次易磁化晶向 ， 111方向为难磁化晶向，这种磁化特性称为磁各向异性。 通过控制轧制方向和采用再结晶工艺生产的具有高斯织构（即具有 110晶面和 100晶向的晶粒取向的组织）的硅钢片称单取向硅钢片，亦称取向硅钢片；晶粒取向程度小、在钢板面上磁各向异性小的硅钢片称无取向硅钢片。取向硅钢片主要用于制造各种变压器，无取向硅钢片主要用于制造发电机、电动机以及家电电器如洗衣机、电风扇和电冰箱压缩机电机等。 Fe-Si 软磁合金生产技术经历了三次重大改进。第一次是硅钢片的加工由热轧向冷轧转变。热轧产品的饱和磁感应强度 Bs 高，铁
16、损 Pm 低。板材表面质量好。第二次是通过二次冷轧获取 Goss 织构 的取向硅钢。取向硅钢的铁损明显低于无取向产品，经济效益显著，并迅速得到广泛应用。第三次采用一次冷轧生产取向硅钢，工艺简化，产品的Bs 也达到更高的水平 2。 目前我国冷轧电工钢数量、质量、规格牌号，还不能满足能源 (电力 )工业发展的需求，在生产技术、设备、管理及科研等方面与日本相比，存在较大差距。 本文研究的是太钢的 50W600 冷轧无取向硅钢。 1.1.1 硅钢的基本特点 3 硅钢是在工业纯铁的基础上发展起来的，其主要特点是： 具有良好的磁性。饱和磁感应强度（ Bs） 高，电阻率（）高，矫顽力（ Hc）和 铁损（ P
17、）小。 硅促进钢中的碳石内蒙古科技大学毕业论文 2 墨化，减少了钢板之间的粘结及磁失效（磁性随时间的延长而下降的现象）。与其它软磁材料相比，硅钢具有更高的性能稳定性，适于在高温、高压、高频和振动、冲击等实际环境中使用。价廉、适于工业上大批量生产和应用。但是加硅使屈服强度提高，塑性下降，当 Si4.5%时，由于脆性很大，不易加工。 1.1.2 硅钢的性能要求 对硅钢性能的要求主要是：铁损低，这是硅钢片质量的最重要指标。各国都根据铁损值划分牌号，铁损愈低，牌号愈高。较强磁场下磁感应强度（磁感）高，这使电机和变压器的铁芯体积与重量减 小，节约硅钢片、铜线和绝缘材料等。表面光滑、平整和厚度均匀，可以提
18、高铁芯的填充系数。冲片性好，对制造微型、小型电动机更为重要。表面绝缘膜的附着性和焊接性良好，能防蚀和改善冲片性。基本无磁时效。 1.1.3 硅钢的种类 硅钢是钢铁工业中产量较大用量也最大的一种特殊钢 ， 种类繁多， 可按成分、制造工艺、组织结构或使用条件的不同分类。 按硅的含量的不同，可分为低硅钢 (0.81.8%Si)，中硅钢 (1.82.8%Si)，较高硅钢(2.8 3.8%Si)和高硅钢 (3.87.0%Si)四类。 按其用途可分为电 机硅钢片 (含硅量通常在 2.5%以下，厚度一般为 0.5mm)和变压器硅钢片 (含硅量通常在 2.54.5%，厚度一般为 0.35mm)。 按生产方法可
19、分为热轧硅钢片和冷轧硅钢片，而冷轧硅钢片按晶粒取向程度不同又可分为取向硅钢片 (用以制造变压器 )和无取向硅钢片 (用以制造电机 )。 按工作条件又可分为在强磁场下使用的硅钢片 (多用于电力工业，这是最普通最大量的 )和弱磁场下使用的硅钢片 (多用于电讯工业 )；在工频下使用的硅钢片和在高频下使用的硅钢片。在高频下使用的硅钢片，为了降低在高频下的涡流损失，通常采用 0.10.2毫米 的厚度，而用于脉冲变压器者可薄到 0.05mm以下。 按晶粒取向分 ，可分晶粒取向 (取向又叫戈斯织构或立方棱织构 )，双取向 -立方织构硅钢片和无取向硅钢片。 按用途可分为电机钢片和变压器钢片 。 按厚度可分为一
20、般硅钢片和薄硅钢带 。 内蒙古科技大学毕业论文 3 按牌号可分为高牌号 、 中牌号和低牌号硅钢 。 1.1.4 无取向 硅钢的织构 单晶体在不同的 晶体学 方向上 ，其力学、电磁、光学、耐腐蚀、磁学甚至核物理等方面的性能会表现出显著差异，这种现象称为各向异性。多晶体是许多单晶体的集合，如果晶粒数目大且各晶粒的排列是完全无规则的统计均匀分布，即在不同方向 上取向几率相同，则这多晶集合体在不同方向上就会宏观地表现出各种性能相同的现象，这叫各向同性。 然而多晶体在其形成过程中，由于受到外界的力、热、电、磁等各种不同条件的影响，或在形成后受到不同的加工工艺的影响，多晶集合体中的各晶粒就会沿着某些方向排
21、列，呈现出或多或少的统计不均匀分布，即出现在某些方向上聚集排列，因而在这些方向上取向几率增大的现象，这种现象叫做择优取向。 当多晶体各晶粒的取向聚集到一起时多晶体内就会出现织构现象。一般认为，许多晶粒取向集中分布在某一或某些取向位置附近时称为择优取向。择优取向的多晶 体取向结构称为织构（ preferred orientation distribution）。根据近些年来的研究，许多人认为晶体学织构概念应是：多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的取向分布结构（ deviation of random orientation distribution）。另一方面，目前也有些人把晶体学织构的观念进一
22、步拓展，认为取向分布本身就是晶体学织构，因而有了“随机织构”（ randomly textured）的说法 4。 电工钢在加工过程中 (热轧、冷轧 )可滑移面为 110、 112和 123滑移方向都为原子最密排的 111方向。以任何一个 111为晶轴的晶面都可能是滑移面，都会产生交叉滑移，特别是硅钢更容易产生交叉滑移。由于金属整体变形的连续性，相邻晶粒间产生了相互牵制又彼此促进的协同动作，因而会出现力偶，造成晶粒间的相对转动，并促使原来位向不适合变形的晶粒开始变形，或促使原来已变形的晶粒继续变形。当所承受的变形程度很大时，大多数晶粒的某个滑移系最终都将转至同一方向或接近一致的方向，其结果是使原
23、来位向极其紊乱的晶粒出现有序化，并有严格的位向关系 5。 电工钢经过塑性变形后，处于高温 状态下。由于原子扩散能力加强，发生再结晶，即以新的等轴晶粒代替旧的变形晶粒。通常，再结晶后的新晶粒仍具有择优取内蒙古科技大学毕业论文 4 向，这种再结晶后的择优取向往往与形变的择优取向具有一定的取向关系。 在电工钢的成品生产工序中，为了得到完善的退火织构，工业上常常采用大压下量冷轧和高温长时间退火的办法 6。前者是为了得到很完善的冷变形织构，后者是使某种有利位向的晶粒充分长大，从而形成稳定、完善的退火织构。形成织构的特点是 (100)或 (110)面平行轧面， 001方向平行于轧向。 人们熟知，板材中的织
24、构会导致冲压制耳，因此应尽量避 免织构出现。但当立方晶系的金属板材中出现了 111面平行于板面的面织构时板材的冲压性能可以得到极大的提高，利用这一原理人们制造出了塑性变形抗力各向异性较大的新一代深冲压钢板 7，因此材料的织构及其各向异性的利用也是当前材料学科一个重要的研究领域 8。 硅铁单晶体的磁性是各向异性的，其中 方向是最易磁化方向，因此工业上往往追求硅钢板内各晶粒的 方向尽可能平行于板面。无取向硅钢板中有利织构的多少以及织构的锋锐程度对其软磁性能有极为重要的影响。另一方面，在旋转磁场中人们希望硅钢板面内所有的方 向上均具有优良且均匀的软磁性能，因此 100纤维织构强而分布均匀是无取向硅钢
25、追求的目标。 为了具体描述织构 (即多晶体的取向分布规律 )，常把择优取向的晶体学方向 (晶向 )和晶体学平面 (晶面 )跟多晶体宏观参考系相关连起来。这种宏观参考系一般与多晶体外观相关连，譬如丝状材料一般采用轴向；板状材料多采用轧面及轧向。多晶体在不同受力情况下，会出现不同类型的织构。 按 晶粒取向情况的不同可以分为： 轴对称织构即冷拉 丝织构或纤维织构 和非轴对称织构即 板 材 织构。 按照 加工方法的 不同可分为 ：拉丝 织构 、挤压 织构 、轧制 织构 和退火织构 （或再结晶织构）等。 晶体 X 射线学中，织构表示方法有多种，如晶体学指数表示法，直接极图法，反极图法，等面积投影法与晶体
26、三维空间取向分布函数法等。 测量织构的方法有很多种，如金相蚀坑法、磁转矩法、偏光法、中子衍射法及X 射线衍射法等，还有近十几年来逐渐发展起来的一项在 SEM 中对材料进行快速微区晶体结构及取向测定的强有力的分析工具 EBSD 技术。 内蒙古科技大学毕业论文 5 1.1.5 无取向硅钢的应用 电工硅钢是含碳很低的硅铁软磁合金 ,钢中的硅可以提高钢板的电阻率和最大磁导率、降低矫顽力 和铁损。 硅钢片一般随硅含量提高，铁损、冲片性和磁感 降低，硬度增高。工作频率愈高，涡流损耗愈大，选用的硅钢片应当愈薄。硅钢片的主要用途与厚度和含硅量的关系见表 2。 表 1.2 无取向硅钢片的主要用途 Table1.
27、2 The main application of Silicon steel 用途 材料 厚度（ mm） 含硅量（ %） 中、小型电动机 无取向硅钢 0.50 0.52.0 大型电动机 无取向硅钢 0.35 或 0.50 3.0 大型发动机 无取向或取向硅钢 0.85 3.0 继电器 无取向硅钢 0.50 或 0.70 2.0 1.1.6 无取向硅钢的发展趋势 我国电工钢板产品有热轧和冷轧电工钢板之分，冷轧的又分为取向和无取向电工钢。生产热轧电工钢板，主要有上海矽钢片厂、太钢等 14 家。生产冷轧电工钢板的企业主要有武钢、太钢、宝钢和鞍钢。 （ 1） 国内无取向硅钢的发展趋势 冷轧无取向硅钢
28、片最主要的用途是用于发电机制造，故又称冷轧电机硅钢。其含硅量 0.5%3.0%，经冷轧至成品厚度，供应态多为 0.35mm和 0.5mm厚的钢带。冷轧无取向硅钢的 Bs 高于取向硅钢；与热轧硅钢相比，其厚度均匀，尺寸精度高，表面光滑平整，从而提高了填充系数和材料的磁性能。 无取向硅钢的产量很大，约占整个硅钢产量的一半 。 一般规定，硅钢片的纵横方向的磁感应强度 B25 值不大于 10%，要求有高的磁感应强度。利用再次热处理工艺对无取向硅钢进行高温中间退火和成品热处理足以提高一个牌号的磁性能 9。对大型电机来说，还要求有低的铁损。无取向硅钢板内 织构的形成增强了磁通密度，其厚度的减小以及晶粒尺寸的增大都可以降低铁损。然而在发展无取向硅钢的途径上，控制晶粒尺寸和材料纯度的方法几乎无法再深入；而控制产品形成 方向织构，尤其是 方向的织构，能同时降低铁损和提高磁感 9。
