450MPa級冷軋磁極鋼退火溫度實驗研究

楊宏武 宋乙峰 涂元強 雷澤紅 張?zhí)┤?/p>

(武漢鋼鐵(集團)公司研究院 湖北 武漢：430080)

隨著水電機組向大型化發(fā)展，對其關鍵部件材料的強度、塑性、精度、抗磨蝕性以及工藝性能等方面均不斷地提出更為嚴格的技術要求，以確保機組高效、安全、長周期運行。磁極是水輪發(fā)電機轉子體的關鍵部件，為保證機組高速運行的平衡和穩(wěn)定，必須要求尺寸精度高和具有足夠的強度，為了使機組減少渦流損失，磁極板又必須具有比磁軛板更加優(yōu)良的磁通量[1]。罩式退火工藝可以消除帶鋼在冷軋過程中造成的內(nèi)應力和加工硬化，獲得良好的綜合機械性能[2],并且通過實驗數(shù)據(jù)可以看出,退火工藝對鋼板磁性能也有一定的影響,因此對450MPa級冷軋磁極鋼退火溫度研究很有必要。

1 試驗材料和試驗方法

1.1 試驗材料

試驗材料化學成份見表1，熱軋和冷軋工藝條件見表2。

表1 試驗材料化學成份(%)

表2 熱軋和冷軋工藝條件

1.2 試驗方法

對供試驗用鋼的材料在通以惰性氣體保護的實驗室高溫罩式退火爐，按圖1所示的條件，進行了試樣分組退火試驗，試驗方法為隨爐升溫至設定溫度后，保溫30 min，隨爐冷卻至室溫后取出試樣，測量溫度點：550℃、600℃、630℃、660℃、690℃、720℃、750℃、800℃。將所得退火后試樣表面磨光，利用硬度計測定各試樣硬度，每個試樣測量3個點，取試樣硬度平均值，確定再結晶溫度。

圖1 等溫退火方案圖

采用SL-389高溫罩式退火爐做試驗用鋼退火；采用HRMS—45型數(shù)顯表面洛氏硬度計測試連續(xù)退火后原板的表面洛氏硬度；采用OLYMPUS Gх71的金相顯微鏡測試連續(xù)退火后原板的金相組織、晶粒度等；試驗鋼的室溫強度、塑性測試在ZWICK-Roell試驗機上進行，試驗方法按GB/T 228.1《金屬材料拉伸試驗 第一部分：室溫試驗方法》規(guī)定執(zhí)行，采用縱向試樣，平行部寬度b=25mm，標距L0=50mm；采用德國MPGDC.AC.20kHZ交流磁性測量儀做磁性能檢測。

2 結果與討論

2.1 再結晶溫度確定

各溫度點試樣測量洛氏硬度結果如表3。

表3 洛氏硬度測量結果

退火溫度高于550℃時，硬度迅速降低，直到750℃，硬度下降到最低點。即從550℃開始發(fā)生再結晶，隨著退火溫度的升高，再結晶量不斷增加，導致硬度下降，直至完全再結晶，這個階段為再結晶過程。因變形而產(chǎn)生的高密度位錯出現(xiàn)束集、恢復再結晶及晶粒長大現(xiàn)象，抵消了應變硬化作用，因而導致硬度降低。根據(jù)半小時等溫法，將硬度下降50%的溫度作為再結晶溫度[3]。可以確定該鋼種的再結晶溫度為630～660℃之間。

2.2 金相分析

對8種經(jīng)模擬等溫退火后的磁極鋼板進行了組織、晶粒度分析，其結果見表4。

表4 8種模擬等溫退火磁極鋼板金相檢測結果

8種經(jīng)模擬等溫退火后的磁極鋼板組織形貌見圖2。

圖2 不同溫度下等溫退火試樣組織

由圖2對金相組織觀察發(fā)現(xiàn)，在化學成分、退火保溫時間不變的情況下，隨著退火溫度的升高，晶粒增大。當溫度在550～660℃退火的組織為形變組織+再結晶鐵素體，在690 ～720℃退火時，形變組織恢復，晶粒度級別在12.5～13級，析出物均勻彌散，當溫度高于750℃退火時，晶粒長大，晶粒度級別為12級，且產(chǎn)生少量珠光體?？梢则炞C通過硬度測試的再結晶溫度的準確性：

(1)在600℃以下，試樣組織還是冷軋變形后的纖維狀組織，沒有再結晶后的晶粒，屬于回復過程。此階段隨著退火溫度的升高依次發(fā)生點缺陷、位錯運動，以及亞晶長大和多邊化等過程，硬度也不會有大的變化。

(2)當溫度升高到600℃以上，在纖維狀變形晶粒晶界處出現(xiàn)了少量的等軸晶粒，即再結晶開始發(fā)生，硬度也開始明顯下降；溫度繼續(xù)升高，再結晶晶粒進一步增多增大，纖維狀組織有所改善，其晶粒長寬比降低，硬度也隨之降低。

(3)當溫度升高到660℃時，再結晶量已經(jīng)超過50%，再結晶晶粒占據(jù)主導地位，基本上包圍了原來纖維狀變形晶粒；溫度達到800℃，基本上看不到纖維狀變形晶粒，為長大甚至粗化的再結晶晶粒，此時再結晶已經(jīng)完成，硬度也降到了最低值。

2.3 力學性能和磁性能

對8種試驗板進行了力學性能和磁性能檢測，其檢測結果見表5。

由表5可以看出屈服強度和抗拉強度隨著退火溫度升高逐漸降低，延伸率逐漸增大，在630～720℃等溫退火下能夠達到力學性能要求。

磁性能B50跟溫度呈分段線性函數(shù)分布見圖3。由圖3可知，在550～630℃隨著退火溫度升高磁性能下降，在630～690℃隨著溫度升高磁性能上升，在690～750℃隨著退火溫度升高磁性能下降，在750～800℃隨著溫度升高磁性能上升,結合圖2組織圖可以得到驗證。

表5 8種模擬等溫退火磁極鋼板力學性能和磁性能

注：1.拉伸試樣采用橫向：L0=50 mm,b=25 mm,當屈服現(xiàn)象不明顯時采用RP0.2;2.B50表示磁場強度為5000 A/m時的磁通密度，鋼材密度7.85 g/cm3,交流磁化特性試驗，方圈試驗裝置。

圖3 退火溫度與磁性能的關系

(1)在550～630℃因形變組織+聚集分布的塊狀析出物較多，影響磁性能，導致磁性能偏低；

(2)在660～720℃其組織為鐵素體+彌散分布碳化物，聚集分布的塊狀析出物消失，減小了對磁性能的影響，磁性能較好；

(3)在750～800℃隨著溫度升高有少量珠光體形成，影響磁性能，導致磁性能偏低。

3 結論

(1)在化學成分、保溫時間不變的情況下，隨著退火溫度的升高，晶粒增大，屈服強度降低，延伸率提高。

(2)綜合再結晶溫度、組織結構、力學性能和磁性能可以得出450MPa級磁極鋼板實驗最優(yōu)退火溫度為690℃,時間為30min。

[1] 高秀玲,李雅范,過潔.發(fā)電機用DJL350磁極鋼板的開發(fā)和應用[J].大電機技術,2002,(2):34-37.

[2] 周春.重鋼技術[J].2013，56(2)：40-46.

[3] 呂盛夏.Ti微合金化冷軋高強鋼的再結晶溫度研究[J].鋼鐵釩鈦，2011,32(2):43-47.