热轧硅钢的组织和高斯织构简要分析

热轧硅钢的组织和高斯织构简要分析
北京科技大学材料022 唐瑞鹤
摘要：简要分析了热轧硅钢的组织和取向分布函数ODF图中的高斯织构
关键词：热轧硅钢X射线衍射法(XRD) 取向分布函数(ODF) 高斯取向
A Simple Analysis on Texture and Goss Structure of
Hot Rolled Silicon Steel
Tangruihe (University of Science and Technology, Beijing, Material 022)
Abstract: The texture and Goss structure in the Orientation Distribution Function of the hot rolled Silicon Steel are analyzed simply.
Material Index: Hot Rolled Silicon Steel X-ray Diffraction
Orientation Distribution Function Goss Orientation
一.引言
硅钢简介: 硅钢又称电工钢，一般含0.5％－6.5％Si和其它一些合金元素，主
要用于各种电机和变压器的磁感铁芯、磁开关、继电器和高能加速器的主磁铁等，
是一种重要的金属功能材料。

硅钢分类：硅钢按织构可以分为取向硅钢和无取向硅钢. 取向硅钢又可以分为
高斯织构（即{110}<001>织构）硅钢、立方织构硅钢（{001}<100>织构）和旋转
立方织构硅钢（{001}<110>织构）,后两者也被称为双取向硅钢。

由于磁各向异
性，铁素体中<100>晶向最易磁化，<110>晶向次之，<111>晶向最难。

取向硅钢
高频损耗低，其晶粒组织能够磁性择优取向，晶粒多以高斯织构（即{110}<001>
织构）方向沿轧向排列，因而磁性能优良, 因此取向硅钢希望得到高斯织构。

硅钢按工艺也可分为冷轧硅钢和热轧硅钢。

热轧硅钢是无取向硅钢，性
能相对冷轧硅钢较差，且耗能高，为最初硅钢生产所采用的工艺。

织构：多晶体的晶粒取向集中在某一个或某些区域附近的现象称择优取向，多
晶体的择优取向称为织构。

织构可以用极图、反极图和取向分布函数（ODF）来
描述。

测量织构的方法有背散射电子衍射(EBSD)法和X射线衍射（XRD）法。

X射线衍射仪（XRD）: 入射的X射线和探测器依选定的晶面{hkl}以符合布拉格
方程(2dsinθ=λ)的角度固定。

试样围绕入射点作空间旋转，使各方位的晶粒都进入衍射方位，连续测量衍射强度。

衍射强度正比于极点密度，按其相应的方位标在极射赤面投影图上，就是极图。

测量若干极图，就可以计算ODF。

取向分布函数(ODF)：采用空间取向的分布密度来表达整个空间的取向分布。

ODF 根据极图的极密度分布计算出来，是三维立体图，一般用一组截面表示。

二．实验样品
样品：热轧退火硅钢片
样品命名：HA00
样品尺寸：14x24x2.4
退火温度：1000℃
退火时间：2 h
侵蚀剂：5％硝酸酒精
三．实验过程
磨样----抛光----侵蚀----金相显微组织观察----X射线衍射仪测织构四．实验设备
砂轮，水砂纸，磨样机，抛光机，侵蚀剂，光学显微镜，
X射线衍射仪
五.显微组织分析
放大倍数：200 放大倍数：500
HA00Z: 热轧退火金相照片
（退火温度：1000℃，侵蚀剂：5％硝酸酒精）
分析：由组织图可以看出, 晶粒大小不均匀, 晶粒尺寸存在较大差别。

晶
内有偏析物，可能是抑制剂AlN和MnS等在加热过程中完全固溶，在热轧过程中弥散析出，且存在一定量的杂质。

对性能可能造成的影响：大晶粒使晶界减少，降低磁阻，但同时也使电阻减少，使涡流损失增大；析出物和晶界偏析元素能在再结晶时抑制晶粒的长大，便于二次再结晶；残留的杂质（主要是C）会引起磁时效；故热轧硅钢性能比冷轧硅钢差，而且能耗较大。

六. 极图分析
PO L E F IG U R E:200
1.00
2.00 4.00 8.00 16.032.0 64.0 70.0 80.0
样品HA00XS极图
可以看出：极图中心部分择优取向较为明显
七. 取向分布函数分析及高斯织构的标定
L e v el 1 :1.0L e v e l 2 : 2.0Le v el 3 :4.0L e v e l 4 : 8.0
φ2 = 45∘
HA00热轧硅钢的织构
（
处为高斯取向{110}<001> ）
说明：依据体心立方金属中高斯织构的分布
将热轧退火硅钢中的高斯取向标定如图
八. 结论
热轧过程中有弥散相析出，且热轧对织构有较大影响，导致其性能相对冷轧硅钢较差，而且耗能高，为最初硅钢生产所采用的工艺。

现在工业生产的高斯取向硅钢都是利用冷轧和二次再结晶得到{110}<001>织构的。

一方面通过冷轧得到所需的板厚；另一方面，通过控制压下率，得到所希望的织构，在再结晶时利于高斯织构的晶粒形核。

九. 致谢
真诚感谢杨老师为我们提供了这次难得的实验机会，使我们得到了一次从书本到实践的锻炼；同时，感谢研究硅钢课题的黄建平师兄的指引；此外，感谢
实验室人员的帮助以及其他小组成员的合作。

十.参考文献
″金属学原理余永宁编冶金工业出版社 2003
″冷轧无取向硅钢的织构和组织性能分析金自立等特殊钢2004
″金属材料的晶体学织构与各向异性毛卫民编著 2002
″Primary Recrystallization In A Grain Oriented Silicon Steel: On The Origin Of Goss {110}<001> Grains. Scripta materials.
Vol.39.No.8.pp 1998
实验体会
材料022 唐瑞鹤毕竟是第一次进实验室, 一开始我们显得特别无知, 对整个实验的流程一片茫然。

如何制样？如何观察？如何分析？得出什么结论？除了在金相实验课接触到的浅薄的一点知识之外，其他接近于空白。

愈是如此，我愈发感觉到实验能力的欠缺，因此，非常珍惜这次难得的锻炼机会，力求认真地去实践实验中的每一个环节。

但由于时间的限制和自身知识的不足，我所学到的可能只是一些实验操作的基本知识，而对于如何进行更进一步的研究仍然很迷茫。

收获: (1) 一定程度上弥补了自己动手能力的欠缺。

第一块样品磨得比较糟糕，自己感觉很懊恼；后来几块样品通过自己慢慢摸索、积累经验，基本符合标准，自己亦感觉难得的欣慰。

（2）接触了一些实验设备并进行了相关操作。

如实验过程中用到了砂轮、磨样机、抛光机、镶样机、光学显微镜、X射线衍射仪等设备。

（对于X射线衍射仪，由于设备较为贵重，没有机会亲自操作，但了解了其相关原理和功能。

）（3）了解了硅钢的相关知识。

如：研究背景，工艺条件，取向特点，发展前景等，从最初一无所知到后来逐步熟悉。

不足：（1）由于时间紧迫，实验结束得很仓促，未能圆满完成计划。

（2）虽然查阅了一些资料，但由于自身知识的大片欠缺，仍然不太明白该如何进行织构分析，如何深入分析极图和ODF图？
（3）报告中自己分析和讨论的结果不知是否正确？。