薄板坯連鑄連軋流程Fe-3％Si鋼熱軋板和常化板織構(gòu)

李長生 楊華 王艷芳 于永梅

(1.東北大學(xué)，軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室；2.河北省首鋼遷安鋼鐵有限責(zé)任公司)

薄板坯連鑄連軋流程Fe-3％Si鋼熱軋板和常化板織構(gòu)

李長生1楊華2王艷芳1于永梅1

(1.東北大學(xué)，軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室；2.河北省首鋼遷安鋼鐵有限責(zé)任公司)

在實驗室按照薄板坯連鑄連軋工藝流程試制了Fe-3％Si硅鋼熱軋板，采用 EBSD和 X射線衍射方法觀察了A鋼和B鋼熱軋板和?；宓目棙?gòu)組織，分析α、ε和γ取向線上織構(gòu)取向密度變化規(guī)律。A和B鋼熱軋板具有相似的{110}〈112〉和、{001}〈110〉和 {001}〈010〉和高斯織構(gòu)組織，A試樣表層的晶粒均勻性較差，B試樣具有較強的γ織構(gòu)取向。采用 EBSD觀察比較了A鋼和B鋼熱軋板和?；宓拇怪?TD面的 EBSD微觀織構(gòu)組織，A鋼和B鋼常化退火后基本保留了熱軋時形成的中心部位的組織，而次表層和表層晶粒發(fā)生了再結(jié)晶長大，晶粒組織和織構(gòu)梯度減小，織構(gòu)主要集中在{001}〉和{001}〉和之間以及高斯織構(gòu)上。?；罂棙?gòu)的總體強度下降，高斯強度減弱。試驗研究結(jié)果為開發(fā)薄板坯連鑄連軋短流程生產(chǎn)電工鋼技術(shù)提供理論依據(jù)和參考數(shù)據(jù)。

硅鋼 織構(gòu) ?；?薄板坯 連鑄連軋

0 引言

硅鋼在磁性材料中用量最大，是一種節(jié)能的重要金屬功能材料，主要用作各種電機和變壓器的鐵芯，是電力、電子和軍事工業(yè)中不可缺少的重要軟磁合金[1]。和常規(guī)流程相比，薄板坯連鑄連軋技術(shù)具有大幅度節(jié)能、提高成材率、加熱溫度均勻、縮短生產(chǎn)周期等優(yōu)勢，目前意大利以及德國已經(jīng)有薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)電工鋼的技術(shù)報導(dǎo)，我國馬鋼、邯鋼、漣鋼和本鋼等也已經(jīng)在短流程生產(chǎn)線上試驗生產(chǎn)無取向硅鋼[2]。雖然當前未見薄板坯短流程生產(chǎn)取向硅鋼的報導(dǎo)，但是在實驗室已經(jīng)開展了大量的試驗研究，并取得了一定進展，實現(xiàn)薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)取向硅鋼是未來的發(fā)展趨勢[3-7]。

筆者在軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室建立了薄板坯連鑄連軋電工鋼模擬試驗線，試驗研究了 Fe-3％Si取向硅鋼板的連鑄連軋技術(shù)，觀察分析了鑄坯組織、偏析、軋后組織、抑制劑形貌以及織構(gòu)組織等[8]。介紹了薄板坯連鑄連軋條件下熱軋板和冷軋板的織構(gòu)組織特性方面的試驗研究工作。

1 試驗材料與試驗方法

1.1 試驗材料

采用50 kg真空感應(yīng)冶煉爐冶煉→箱式電阻加熱爐鑄坯直接加熱→Φ450mm熱軋機軋制→水冷→箱式爐?；幚淼任锢砟M工藝過程。設(shè)計制造了氧化鋁耐火材料坯模，具有良好的鑄坯保溫和鑄坯出模操作容易等特點。鑄坯尺寸為70mm×110mm×220mm。

工藝流程：真空冶煉→澆注鋼水成鑄坯→快速破真空→鑄坯連同坯模同時取出→快速打碎坯模→將高溫鑄坯放入加熱爐加熱和保溫→熱軋→冷卻→?；嘶?。

實驗室制備的試驗材料有兩種，編號分別為 A和B，其化學(xué)成分如表1所示。A試樣和B試樣分別考慮了M nSn、A lN和M nS為鋼中第二相的抑制劑設(shè)計思想。

表1 試驗鋼的化學(xué)成分 w/％

1.2 熱軋工藝制度

連鑄薄板坯在加熱爐內(nèi)保溫溫度是1200℃，保溫時間是20min，熱軋開軋溫度為1056℃，軋制 7道次，總變形量97.1％，壓下分配是：70mm→42mm→22mm→12mm→7mm→4mm→2.5 mm→2.0mm。終軋溫度為 839℃，水冷至508℃卷取。

1.3 ?；に囍贫?/p>

采用二段式常化工藝，工藝曲線如圖1所示。

1.4 織構(gòu)測試方法

采用裝有 EBSD附件美國 FEI的QUANTA600型掃描電鏡 (SEM)進行微觀織構(gòu)測試，采用D8D iscover型 X射線衍射儀進行宏觀織構(gòu)分析。

圖1 ?；に嚋囟惹€

2 結(jié)果與討論

2.1 熱軋板 EBSD微觀織構(gòu)組織

熱軋板試樣的垂直 TD面的次表層附近的取向識別顯微鏡圖(O IM)，如圖2所示。

由圖2可以看出，A、B試樣的織構(gòu)分布情況近似，表層附近主要是綠色代表的織構(gòu)(〈110〉∥ND)，中心區(qū)域以藍色(〈111〉∥ND)和紅色(〈001〉∥ND)代表的織構(gòu)為主。A試樣表層的晶粒均勻性較差。

圖3為A、B熱軋板試樣的垂直 TD面次表層附近的φ2=45°的ODF圖。

圖3 A、B熱軋板試樣垂直 TD面的次表層附近的ODF圖

由圖3可以看出，兩種試樣都得到了相似的織構(gòu)組織，即織構(gòu)在高斯織構(gòu)與{110}〈112〉之間、{001}〈110〉和{001}〈010〉附近。

圖4為A、B試樣垂直 TD面的次表層附近α取向線、ε取向線和γ取向線變化圖。

圖4 A、B試樣垂直 TD面次表層附近晶體取向變化圖

γ取向線上：A試樣{111}〈011〉處的 f(g)=0.900353；強點{111}〉處的 f(g)=1.60094。B試樣{111}〈1〉的 f(g)=1.42918，強點{111}2〉處的 f(g)=6.30014。B試樣具有較強的γ織構(gòu)取向。

熱軋板的垂直 TD面的 EBSD微觀織構(gòu)組織觀察表明，A試樣表層的晶粒均勻性較差。兩種試樣都得到了相似的織構(gòu)組織，即織構(gòu)在高斯織構(gòu)與{110}〈112〉之間、{001}〈110〉和{001}〈010〉附近。α取向線上織構(gòu)取向密度差別較大。兩種試樣高斯織構(gòu)的取向密度相近。B試樣具有較強的γ織構(gòu)取向。

2.2 熱軋板 X射線宏觀織構(gòu)組織

圖5是X射線測量的A、B試樣垂直ND面表層宏觀織構(gòu)的φ2=45°的ODF圖。從圖5中可以看出，兩種試樣得到的試樣表層織構(gòu)相似，織構(gòu)都集中在 (90°，20～30°，45°)和 (60～90°，90°，45°)區(qū)域。從等值線的密度以及數(shù)值來看，A試樣的織構(gòu)取向密度和B試樣的織構(gòu)取向密度接近。A試樣的高斯取向織構(gòu)的位向準確性更好。

圖5 A、B試樣垂直ND面表層的ODF圖

圖6是A、B試樣表層α取向線、ε取向線和γ取向線變化圖。

圖6 A、B試樣垂直ND面表層晶體取向變化圖

α取向線上：A試樣強點 (0°，10°，45°)處的f(g)=0.99；{114}〈0〉的 f(g)=0.74；(0°，40 °，45°)的 f(g)=0.42。B試樣強點 (0°，5°，45 °)處的 f(g)=0.59；(0°，50°，45°)處的 f(g)=0.34。表層α取向線上的強點分布規(guī)律接近一致。

圖7是A、B試樣表層主要織構(gòu)體積百分比。A試樣{110}〈001〉體積百分比為4.12％，{110}〈2〉體積百分比為5.4％，{132}〈3〉體積百分比為8.02％，{123}〈4〉體積百分比為6.51％，{525}〈151〉體積百分比為2.28％。B試樣{110}〈001〉體積百分比為5.23％，{110}〈2〉體積百分比為8.72％，{132}〈〉體積百分比為9.81％，{123}〈4〉體積百分比為 7.95％，{525}〈151〉體積百分比為2.29％。從圖7中可以看出，B試樣織構(gòu)百分比都比A試樣要大。

圖7 A、B試樣表層主要織構(gòu)體積百分比

熱軋板的 X射線垂直ND面的宏觀織構(gòu)組織觀察表明，A試樣的織構(gòu)取向密度和 B試樣的織構(gòu)取向密度接近。α取向線上的強點分布規(guī)律接近一致。雖然B試樣織構(gòu)體積百分比都比 A試樣要大。但是A試樣的高斯取向織構(gòu)的位向準確性更好，可能是由于A試樣含有 Sn和N等抑制劑形成元素，形成的M nSn和A lN等抑制劑能釘軋晶界阻礙晶粒長大，熱軋過程形成的織構(gòu)梯度由于抑制劑的釘軋作用能夠更好的保留下來。取向線上織構(gòu)的取向密度分布基本一致，強點均為{110}〈001〉，A和B試樣表層附近存在大量的高斯織構(gòu)。γ纖維織構(gòu)取向密度較小。

2.3 常化板 EBSD微觀織構(gòu)組織

圖8是 A鋼?；蟮某；逶嚇雍?B鋼?；蟮某；逶嚇拥拇怪?TD面O IM圖。

圖8 A?；逶嚇雍虰常化板試樣晶體取向成像圖

由圖2和圖8比較可以看出，?；嘶鸷蠡颈Ａ袅藷彳垥r形成的中心部位的組織，而次表層和表層晶粒發(fā)生了再結(jié)晶長大，表層及過渡層以綠色代表的織構(gòu)(〈110〉∥ND)為主，中心晶粒仍然以紅色(〈001〉∥ND)、藍色(〈111〉∥ND)代表的織構(gòu)為主。常化板的組織和織構(gòu)梯度減小。

圖9是 A常化板試樣和B?；逶嚇拥摩?=45°的ODF圖。與圖3熱軋織構(gòu)比較可以看出，?；蹇棙?gòu)主要集中在{001}〈 〉和{001}〈 〉之間以及{110}〈001〉上。?；罂棙?gòu)的總體強度下降，高斯強度減弱，尤其是 A試樣的{110}〈112〉取向消失，B試樣的{110}〈112〉取向密度減弱。

圖9 A常化板試樣和B?；逶嚇拥牡腛DF圖

為了分析比較熱軋板和?；宓娜∠蚓€變化規(guī)律，圖10給出了A試樣熱軋板和?；宕怪?TD面的晶體取向α取向線、ε取向線和γ取向線。

圖10 A熱軋板和?；寰w取向比較圖

α取向線上：A熱軋板試樣強點是，f(g)=5.59882；{111}〈〉的 f(g)=0.900231。A?；逶嚇訌婞c為 (0°，5°，45°)，f(g)=4.02413；(0°，30°，45°)的 f(g)=3.44495；(0°，60°，45°)f(g)的 f(g)=1.40543；{110}〈0〉的 f(g)=3.92004。常化后，{001}〈0〉取向密度減小，{110}〈0〉取向密度增大。

同理，B試樣熱軋板和?；宕怪?TD面的晶體取向α取向線、ε取向線和γ取向線比較如圖11所示。

圖11 B熱軋板和?；逶嚇泳w取向比較圖

α取向線上：B試樣熱軋板強點為 (0°，15°，45 °)，f(g)=19.9018；(0°，70°，45°)的 f(g)=6.91282。B試樣常化板 {001}〈0〉的 f(g)=2.12605；強點 (0°40，°，45°)處的 f(g)=2.29665； (0°，70°，45°)強點處的 f(g)=1.6464。常化后取向密度值下降。

常化板和熱軋板的垂直 TD面的 EBSD微觀織構(gòu)組織比較觀察表明，?；嘶鸷蠡颈Ａ袅藷彳垥r形成的中心部位的組織，而次表層和表層晶粒發(fā)生了再結(jié)晶長大。常化板的組織和織構(gòu)梯度減小。常化板織構(gòu)主要集中在{001}〈0〉和{001}〈0〉之間以及{110}〈001〉上。常化后織構(gòu)的總體強度下降，高斯強度減弱。

?；驛試樣{110}〈112〉織構(gòu)取向消失，B試樣的{110}〈112〉取向密度減弱。這是由于?；^程發(fā)生連續(xù)再結(jié)晶，即位錯和亞晶界之間，或者相鄰晶界之間短距離的相互作用，使熱軋織構(gòu)的鋒銳程度和織構(gòu)組分發(fā)生改變。

3 結(jié)論

1)采用 EBSD觀察了 A鋼和 B鋼熱軋板的垂直 TD面微觀織構(gòu)組織，A和 B試樣都得到了相似的{110}〈112〉、{001}〈110〉、{001}〈010〉和高斯織構(gòu)，高斯織構(gòu)的取向密度接近。A和 B鋼的α取向線上織構(gòu)取向密度差別較大，A試樣表層的晶粒均勻性較差，B試樣具有較強的γ織構(gòu)取向。

2)采用 X射線觀察了A鋼和B鋼熱軋板垂直ND面的宏觀織構(gòu)組織，A和 B試樣的織構(gòu)取向密度接近。α取向線上的強點分布規(guī)律接近一致，ε取向線上織構(gòu)的取向密度分布基本一致，強點均為{110}〈001〉，A和B試樣表層附近存在大量的高斯織構(gòu)，γ纖維織構(gòu)取向密度較小。雖然B試樣織構(gòu)體積百分比都比 A試樣要大。但是 A試樣的高斯取向織構(gòu)的位向準確性更好。

3)采用 EBSD觀察比較了

book=19,ebook=74垛底部有“冒煙”現(xiàn)象，隨即采取打水降溫、優(yōu)先取用等措施。經(jīng)查這部分煤是11月上旬進廠堆放的，處理后發(fā)現(xiàn)“冒煙部位”有輕微灰化現(xiàn)象。為調(diào)查指標劣化程度，在煤場又進行了 7次取樣化驗，具體數(shù)據(jù)見表6：{112}＜110＞織構(gòu)減少得越多，同理相比之下{111}＜110＞織構(gòu)也增加。

3 結(jié)論

1)不同的冷軋工藝參數(shù)對微碳鋼的組織性能有比較明顯的影響。通過本實驗得到的微碳鋼冷軋壓下率與退火制度對深沖性能的影響關(guān)系可用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

2)隨著退火溫度的提高，r值 也明顯提高，因此對微碳鋼的深沖性能有利。在冷軋壓下率相同的情況下 750℃退火要比 700℃退火的 r值 平均能提高25％左右。

3)冷軋壓下率對{111}織構(gòu)有影響，冷軋壓下率越大，α和γ線上的{111}織構(gòu)均有所增強。

4)在冷軋壓下率不變的情況下，退火溫度升高，α線上的{001}＜110＞和{112}＜110＞不利織構(gòu)明顯減少，γ線上的{111}＜112＞織構(gòu)增強明顯，相比之下{111}＜110＞織構(gòu)增加，使深沖性能提高。隨著退火溫度提高{112}＜110＞織構(gòu)減少，而{111}＜110＞織構(gòu)相對增加。

[1]田德新，鳳佩華，劉慧.微碳冷軋深沖汽車板的研制[J].鋼鐵研究，1997(6)：24-27.

[2]王作成，王先進，韋珂.退貨條件對高強度 IF鋼性能的影響[J].山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999，29(3)：246-250.

[3]崔忠圻.金屬學(xué)與熱處理.北京：機械工業(yè)出版社，2000：208-209.

表6 進口氣煤使用末期煤場取樣化驗指標

由表6可知，7次取樣各主要指標均出現(xiàn)較大幅度波動，尤其 G值，與進廠時比較出現(xiàn)較大幅度衰減。

4 分析與討論

4.1 煤質(zhì)分析

從化驗指標和煤巖分析，按照國家標準，該煤屬于低灰、高揮發(fā)分氣煤，并且容惰能力較強。但由于其變質(zhì)程度輕，較易發(fā)生指標衰減乃至自燃，從卸港商檢到進廠質(zhì)檢3個月時間，其粘結(jié)指數(shù)下降5，煤場堆放3個月后粘結(jié)指數(shù)又下降4.7，均超過了規(guī)定值為4的再現(xiàn)性誤差范圍[3]。據(jù)港口工作人員反應(yīng)和安鋼自己的使用情況，該煤一次性堆放自燃周期為3個月左右。存儲使用時應(yīng)多加注意，可以采用定期倒運、吃舊存新等措施預(yù)防自燃。

4.2 對焦炭指標的影響

安鋼焦化廠以適當比例將該煤應(yīng)用到生產(chǎn)中后，檢查站方向僅有抗碎強度下降了1百分點，其它指標均保持穩(wěn)定，這與高揮發(fā)分氣煤易導(dǎo)致焦炭裂紋增加是相符的。第三、四煉焦車間使用前后4個月內(nèi)焦炭冷、熱強度幾乎沒有變化，分析認為其原因與第三、四煉焦車間均配置有干熄焦有關(guān)。干熄焦工藝對焦炭有燜爐、整粒的作用，一定程度上鈍化、彌補了高揮發(fā)氣煤對抗碎強度的影響。

另外，由于該煤灰分及進廠價格均較低，在實際生產(chǎn)隨著該煤穩(wěn)定使用后，焦炭灰分下降了0.21％～0.25％。并且配合煤成本每噸降低30元左右。

5 結(jié)論

1)該進口東南亞煤為低灰、低硫、粘結(jié)能力強、高揮發(fā)分氣煤，按一定比例配煤煉焦可起到明顯的降灰作用，同時不會對焦炭強度造成明顯的負面影響。但配比超過一定限度會對焦炭抗碎強度造成不利影響。

2)該進口氣煤更適用于干熄焦工藝。

3)該進口氣煤容易發(fā)生緩慢氧化、指標劣化乃至自燃現(xiàn)象，自燃周期約為3個月。在使用過程中應(yīng)注意避免長期堆放，采取防止自燃的措施。

6 參考文獻

[1]姚昭章主編.煉焦學(xué).北京：冶金工業(yè)出版社，1995：59-60.

[2]李獻宏，張智勇，馮江華.安鋼煉焦煤資源狀況及焦炭質(zhì)量淺析.河南冶金，2009，17(2)：19-21.

[3]中華人民共和國國家標準.GB/T5447-1997煙煤粘結(jié)指數(shù)測定方法.北京：中國標準出版社，1997：2-6.

TEXTUREO F Fe-3％Si STEEL STR IP O F HO T ROLL ING AND NORM AL IZ ING PRODUCED BY CONT INUOUS CAST ING TH IN SLAB

L i Changsheng1Yang Hua2W ang Yanfang1Yu Yongm ei1(1 State Key Lab of Ro lling and Autom ation，Northeastern University；2 ShougangQ ianan Iron and Steel Corporation)

Fe-3％Si steel strip was experim entalp roduced by thin slab casting and ro lling(TSCR)p rocess in the labo rato ry，themicrostructure and texture of ho t ro lled strip and no rm alized strip fo r A steel and B steel were observed through EBSD technique and X-ray diffractionm ethod，the changeab le rule of texture density on theα，εandγfiberswas analyzed.The intensity of{110}〈112〉、{001}〈110〉、{001}〈010〉texture and Goss texture forA steelwere sim ilar to B steel，grain size of A samp le was not unifo rm on surface layer，the texture orientation density ofγfiber for B samp le was higher.Themicrostructure and texture of hot ro lled strip and norm alized strip for A steel and B steel at p lane vertical TD were observed th rough EBSD technique，the centerm icrostructure of ho t ro lled strip fo rA steel and B steelwere rem ained，the grow th of recrystallization grains on the subsurface layer and surface layerwas found，the gradient of grainmicrostructure and texture was reduced，the texture wasm ainly composed of{001}〉and{001}〉and Goss texture.The total intensity of texture were decreased after normalizing，the intensity of Goss texture wasweaken.The research workswere useful theo retical basis and reference data to develop electrical steel by thin slab continuous casting and direct rolling technology. KEY W ORDS Silicon steel texture norm alizing thin slab continuous casting and direct ro lling

＊﹡基金項目：國家自然科學(xué)基金重點項目(50534020)資助項目.

聯(lián)系人：李長生，教授，博士生導(dǎo)師，遼寧.沈陽(110004)，東北大學(xué)，軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室；

2009—10—13