冷轧无取向电工钢

冷轧取向电工钢1 定义：冷轧取向硅钢是指含2.9％～3.5％Si，钢板晶体组织有一定规律和方向的冷轧电工钢。

一般指具有高斯织构的单取向硅钢片，即（110）晶面平行于轧制面、[001]晶向平行于轧制方向的硅钢。

还有一种冷轧双取向(立方织构{100}<001>)硅钢。

两种硅钢晶粒与轧制方向的示意见图1：（a）高斯织构（b）立方织构冷轧取向硅钢按磁性分为普通取向硅钢片（GO）和高磁感取向硅钢片（Hi —B）。

普通取向硅钢片（GO）和高磁感取向硅钢片（Hi—B）性能见表1，工艺比较见表2。

表1表2取向硅钢以追求其轧制方向上具有高取向度为出发点，力求获得具有{110}<001>高斯织构的晶粒均匀的产品，以满足其使用时在长度方向上具有高磁性能的需要。

对于厚度大于0.3mm的普通取向硅钢（GO），目前比较流行的生产方法是采用抑制剂的二次再结晶法生产。

即以MnS(或MnSe)为抑制剂和二次中等压下率冷轧法。

Hi-B钢按采用的抑制剂和制造工艺不同可分为三种方案:(A)日本新日铁发展的以AIN为主以MnS为辅的抑制剂和一次大压下率冷轧法，其磁性高且稳定，部分产品经激光照射细化磁畴。

是最通用的Hi-B产品制造工艺。

(B)日本川崎发展的以MnSe(或MnS) +Sb为抑制剂和二次中等压下率冷轧，最终退火经二次再结晶和高温净化二段式退火工艺。

其磁性略低于(A)方案且较不稳定。

高牌号中常加入少量钼。

(C)美国GE和ALC公司发展的以N十B+S晶界偏聚元素为抑制剂和一次大压下率冷轧法。

因为固溶硫含量较高，锰含量较低，Mn/S≤2.1，热轧板边裂严重，其磁性也较低且不稳定，现已很少采用。

2 用途：冷轧取向硅钢又称冷轧变压器钢，用于制造各类变压器的铁芯。

3 轧制工艺流程：冷轧无取向硅钢通用的轧制工艺流程如图2所示。

生产具有高斯织构的硅钢，关键在于利用二次再结晶。

为了实现二次再结晶，通常需要在合金中添加正常晶粒长大抑制剂，如MnS等。

晶粒长大抑制剂必须能以参杂的形式弥散地分布在合金基体内，在二次再结晶发生时，能够有效地阻止基体晶拉的正常长大，同时，又要求在最后的高温退火中可方便地消除掉，以免恶化产品的磁性能。

在二次再结晶中、二次晶粒长大的取向核主要依靠适当的冷轧工艺和再结晶退火来产生。

由于相变会破坏晶粒取向，因此在热处理过程中保持单相至关重要。

目前，工业上生产具有高斯织构硅钢的典型工艺可概述如下：初始成分——约3.2%Si，≤0.03%C，0.06～0.10%Mn，0.03%S 。

钢坯加热到1400℃进行热轧成厚度为1.1～2.5mm的薄板。

经常化及酸洗除去除氧化皮后，通过两次冷轧将薄板轧到0.25～0.36mm的最后厚度。

在两次冷轧之间，需将钢板在800～1000℃还原气氛中进行中间退火。

两次冷轧的总压下率为85％左右。

随后，钢板在800℃左右进行湿氢脱碳退火，以便把碳含量降低到0.003%的水平。

最后，钢板需在1100～1200℃干氢中再进行一次高温退火。

在以上工艺中，钢板在800℃退火期间，细小的MnS颗粒是必要的晶粒长大抑制剂，而在最后的高温退火时，其中的S通过和氢反应生成硫化氢从基休中逸出，剩下的Mn将溶解在铁的晶格中。

用这样的工艺生产的硅钢片晶粒粗大，直径为1～5mm，而且90%以上的晶粒具有(110){001}取向。

因此，沿其轧向具有优异的磁性能。

例如，在磁场为0.8kA/m 时，磁感应强度可达1.82T。

相近成分的非取向硅钢，在同样磁场下的磁感应强度只有1.45T。

图24 轧制工艺4.1 热轧工艺1）铸坯3％Si钢导热率低，铸坯急冷或急热都可能产生裂纹，甚至断坯。

铸坯冷到600℃以前以＜20℃/h速度慢冷可防止裂纹。

铸坯切断至进入加热炉的时间要保证＜10h，否则由于表层与中心区的温差而引起抑制剂固溶状态和组织状态不同，使成品P增高。

17为防止以后高温加热时柱状晶过于粗化，铸坯冷到650～750℃保温5～10h 或以10℃/h速度慢冷使碳化物分布均匀，铸坯加热温度可降到1350℃以下，热轧板晶粒均匀。

铸坯冷到A1相变点附近或A1～950℃范围保温＞30min，可在铸坯中形成小晶粒和使第二相溶解度发生变化，也可使加热温度降低约100℃。

2）加热加热温度：GO钢——l350～1370℃ Hi-B钢——1380～1400℃铸坯最好在铸坯表面冷到的＞1000℃，中部＞1200℃时装炉。

如不能做到，铸坯装炉时的表面温度应＞250℃，当硅含量提高到 3.25％～3.45％时最好＞300℃，避免加热后出现晶界裂纹。

以MnS或MnSe为抑制剂的铸坯必须经高温加热，使铸坯中＞1μm的粗大MnS 固溶(主要存在于铸坯板厚方向的等轴晶中心区内)，热轧过程中再以≤50n m的细小弥散状MnS析出。

按取向硅钢的成分，在平衡状态下MnS固溶温度约为1320℃(AlN固溶温度约为1280℃)，因此GO铸坯加热温度规定为l350～1370℃。

MnS+A1N万案的Hi-B钢由于锰和碳含量高于GO，所以规定为1380～1400℃。

此时晶粒粗化到10～70mm。

为防止柱状晶反常长大，铸坯加热到约1250℃后，以＞150℃／h速度快加热，使许多晶粒同时开始快速长大到彼此相碰，保证柱状晶尺寸小于30mm，以后不出现线晶。

实验证明，铸坯厚度方向中心区温度为1360℃时，晶粒100％长大，产品出现线晶；铸坯厚度方向中心区温度为1345℃时，72％晶粒长大，产品无线晶。

因此，控制中心区温度为1310～1340℃保温15～70min。

按一般加热方式，铸坯下表面温度比上表面低，下表层(110){001}组分强度减弱，二次再结晶不完善，磁性不均匀，如果加热到1250℃以上，控制上下表面温差＜70℃，最好＜40℃，则热轧板上下表层(110){001}组分强度相近，二次再结晶完善。

3）粗轧铸坯出炉后先除鳞，经4～6道粗轧和用立辊调整板宽。

每道压下率平均分配，第一道最好＞30％来破坏柱状晶。

薄板坯厚度为30～40mm。

切头后进行精轧。

细小MnS是在精轧阶段析出，因此必须控制好粗轧后和进入精轧的薄板坯温度、时间和厚度。

一般采用大压下率高速轧制以保证薄板坯温度高。

对G0钢来说，进入精轧的温度控制在1160±20℃。

对AlN+MnS 方案Hi-B钢控制在≥1190℃，目的是在尽量少析出ＡlN。

4）精轧开轧温度：GO钢1160℃±20℃；Hi-B钢≥1190℃。

终轧温度：GO钢950℃±10℃；Hi-B钢1000℃～1060℃。

卷取温度：550℃。

精轧一般采用六机架四辊连轧机轧6道，每道压下率递减，轧制速度尽量快并增大冷却水量和提高冷却速度。

MnS从约1200℃开始析出，在1100～1150℃的γ相数量最多的温度下析出速度最快，＜950℃基本停止析出。

在1200℃到950℃轧制时间控制企50～180s，在精轧过程中产生的大量位错成为MnS析出核心，促使MnS以细小弥散状更快和更均匀析出。

精轧后立即喷水冷却到约550℃卷取。

这可使碳化物弥散分布在晶粒内(针状Fe3C)，有利于以后获得细小均匀初次晶粒。

轧后急冷也防止析出AlN。

4.2 常化GO钢热轧板一般不经常化处理。

以A1N为抑制剂时热轧板或最后冷轧前必须在氮气下高温常化。

常化的作用：为析出大量细小AlN。

同时使热轧板组织更均匀和再结晶晶粒数量更多。

具体来说有：a) 常化前后织构无明显变化，通过同位再结晶使再结晶比例增多；b) 升温和保温时热轧板中Fe3C、珠光体、Si3N4和细小AlN固溶，淬在100℃水中后在晶粒内析出许多10～20nm细小ε—碳化物、Fe3C、Fe16N2和A1N。

金相组织为铁素体、珠光体和硬的贝氏体；c)冷轧时细小析出物(主要为ε—碳化物)、固溶碳和氮以及贝氏体都可钉扎位错，使位错密度明显增高和更快地加工硬化，再结晶生核位置增多，初次再结晶晶粒细小均匀；d)脱碳退火后沿晶界附近形成更多的{111}<112>晶粒，过渡带的{110}<001>晶粒数量减少，也就是Σ9重合位向晶粒增多，同时AlN抑制能力加强，{110}<001>，二次晶粒容易长大；e)高温常化后采用二次冷轧法(第二次经大压下率冷轧)时，中间退火后原热轧板中粗大的{211}<011>～{100}<011>晶粒减少，{110}和{111}晶粒增多，晶粒细小均匀。

因为常化后粗大晶粒中含更多的固溶碳和ε—碳化物，冷轧时位错密度更高，更容易再结晶。

再经大压下率冷轧和脱碳退火后{111}晶粒更多和{110}晶粒减少。

一般常化制度：1050～1150℃（最好1100～1120℃）×4～5min。

常化后严格控制开始急冷温度和冷却速度，因为10～50nm AlN就是在冷却过程中通过γ→α相变而析出。

一般在空冷到约900℃后喷水冷却。

常化温度、时间、开始快冷温度和冷却速度与钢中Als和氮含量有关。

如Als含量高，应慢冷；Als含量低，采用快冷。

常化温度过高或时间过长，热轧板中细小MnS聚集粗化、使磁性降低。

4.3 酸洗常化处理后进行喷丸处理和在80～90℃的2％～4％HCl中酸洗1～2min，并将热轧带每边剪掉20～30mm准备冷轧。

4.4 冷轧热轧板常化和酸洗后应尽快冷轧，如果停放时间长，钢中固溶碳和氮析出形成不稳定第二相，使冷轧时碳和氮钉扎位错作用减弱，退火后再析出的AlN尺寸增大，磁性降低。

1）以AlN为主要抑制剂的大压下率冷轧法a)预热：冷轧前硅钢带一般预热到50～80℃。

b)道次压下率：3％Si钢变形抗力大，一般在20辊轧机冷轧，经5～7道冷轧到0.30～0.35mm厚，平均每道压下率为25％～33％。

合适的压下率为82%～90%，最好为85%～88%。

c)冷轧时效：为进—步降低铁损，现在生产上广泛采用冷轧时效工艺。

前几道使用粗面工作辊，每道经约30％大压下率冷轧，关闭润滑系统和快速轧制。

依靠轧制时的变形热将冷轧钢带温度提高到200～250℃。

冷轧时效的作用是使硅钢中固溶碳和氮数量增多，就是使钢中存在的不稳定碳化物和氮化物在时效处理时固溶。

冷轧时固溶碳和氮聚集在位错处，阻碍位错运动，位错群成直线排列，改变了正常滑移系统，促使形成更多的过渡带，冷轧后使再结晶织构发生变化。

同时由于固溶氮(约10ppm)更均匀分布在基体中，以后退火时新形成一批细小AlN加强抑制力。

2）以MnS为主要抑制剂的二次冷轧法a)预热：冷轧前钢卷温度控制在50～80℃。

b)第一次冷轧：经3—4道冷轧，总压下率为60％～70％。

c)中间退火：中间退火制度为850～950℃×2.5～4.0min。

温度过低，初次再结晶不完善。