Fe-3.3%Si鋼熱輥低溫軋制過程微觀組織研究

王睿

摘 要 硅鋼主要用于制造變壓器、發(fā)電機及電器儀表，是電力、通訊和軍事重要磁性材料。硅鋼脆性高的問題長期制約冷軋硅鋼的發(fā)展，采用溫軋法可以補充熱軋和冷軋工藝，提高硅鋼在軋制過程中的塑性。本課題對比研究硅鋼在熱輥溫軋和熱輥冷軋后的微觀組織、物相和擇優(yōu)取向、力學(xué)性能，從而得到在低溫軋制時的合適工藝。結(jié)果表明熱輥溫軋、大單道次壓下量能獲得更細(xì)小的晶粒，同時加工硬化作用減弱，可以提高軋制過程中的塑性。

關(guān)鍵詞 電工鋼;硅鋼;溫軋;熱輥冷軋

1研究內(nèi)容及意義

本課題的實驗原料為熱軋退火后的Fe-3.3%Si鋼，厚度2.52mm，進行熱輥冷軋和熱輥溫軋，實驗前溫軋組硅鋼加熱到250℃，加熱軋輥到250℃。每組都采用三種不同的壓下量軋制硅鋼板。通過分析軋后板材的金相、XRD、硬度，研究不同壓下量時，溫軋、冷軋對硅鋼微觀組織的影響。從而找出溫軋、冷軋工藝在多大的壓下量時得到的Fe-3.3%Si鋼具有最優(yōu)異的性能[1]。

（1）觀察和分析溫軋、冷軋的金相圖片，分析壓下量不同時微觀組織的變化規(guī)律，對比溫軋、冷軋的微觀組織。

（2）通過XRD實驗，分析溫軋、冷軋硅鋼的物相和擇優(yōu)取向的變化。

（3）對溫軋、冷軋硅鋼進行硬度實驗，研究硅鋼力學(xué)性能在溫軋過程中的演變。

2研究方案及實驗流程

本實驗原材料為厚度為2.52mm的Fe-3.3%Si硅鋼熱軋板材，主要元素及含量（%）：Fe（96.3）Si（3.28）Mn（0.099）Al（0.042）Ni（0.024）N（0.024）W（0.007）Cu（0.021）C（0.015）P（0.015）Cr（0.012）

2.1 軋制實驗

以二輥軋機為軋制設(shè)備，軋輥直徑210mm，軋輥溫度250℃，用1.3m/min的軋制速度進行軋制。

熱輥冷軋實驗

控制其他變量不變，改變不同道次的壓下量，做三組實驗，反映壓下量與道次對Fe-3.3%Si鋼溫軋過程組織及性能的影響。得到三個不同壓下量的板材：

試樣1-1：總變形量：37.30%，道次1：26.98%，道次2：3.2%，道次3：11.24%;

試樣1-2：總變形量：33.33%，道次1：33.33%;

試樣1-3：總變形量：38.98%，道次1：31.75%，道次2：6.98%，道次3：3.75%。

熱輥溫軋實驗

將板材加熱到250℃，然后軋制，控制壓下量，進行一道次軋制。得到三個不同壓下量的板材：試樣2-1：變形量：41.27%;試樣2-2：變形量：30.95%;試樣2-3：變形量：18.25%。

2.2 分析實驗

將軋制后的樣品進行金相實驗、X射線衍射分析（XRD ）實驗、維氏硬度實驗。其中XDR實驗設(shè)置掃描步長0.04°/S，衍射角范圍5°～90°。

3試驗結(jié)果及試驗分析

3.1 組織形貌分析

觀察6組試樣顯微組織。進行軋制實驗前的板材為熱軋板材，晶界閉合，晶粒約為60μm，大小不一致說明發(fā)生了一定程度的再結(jié)晶。金相組織中沒有孿晶的形成，判斷為可進行滑移的位錯系比較多。

（1）冷軋最大的壓下量道次決定了晶粒的最大厚度，最大單道次壓下量越大，晶粒厚度越小，33.33%的壓下量得到15μm晶粒。單道次壓下量不足7%時，晶粒不會產(chǎn)生明顯變化。單道次壓下量超過11%時，約有三分之一的晶粒發(fā)生了變形，厚度更?。?μm），且這些更細(xì)小的晶粒不是均勻地分布在厚度方向，而是集中分布的，這與應(yīng)力集中有關(guān)。

（2）熱輥冷軋軋制的板材的表面晶粒（25μm）要比一般冷軋軋制出的板材的表面的晶粒（50μm）更細(xì)小。軋制時，板材表面受熱，塑性提高，晶粒小于一般冷軋板表面晶粒。

（3）熱輥溫軋，壓下量越大，板材的晶粒厚度就越細(xì)小。試樣2-1，晶粒厚度7μm;試樣2-2，晶粒厚度7-15μm;試樣2-3，晶粒厚度25μm。

（4）相同壓下量的溫軋和冷軋試樣的比較可以看出兩個試樣中粗大的晶粒的尺寸是差不多的（15μm）。然而溫軋試樣中存在著更薄的晶粒（5μm -8μm），這些晶粒占一半的體積，會使板材的硬度提高，塑性、韌性增加。

3.2 X射線衍射分析（XRD）

通過比對6組試樣的XRD圖譜，其大致相同，說明在250℃及以下Fe-3.3Si鋼的物相沒有發(fā)生改變。

試樣中的主要物相是α鐵素體，可以分析出Fe9Si固溶體。通過JADE軟件分析，F(xiàn)e的晶粒在（110）晶面上有擇優(yōu)取向。

3.3 維氏硬度分析

冷軋的硅鋼的最大道次壓下量越大硬度越高，與道次數(shù)量負(fù)相關(guān)，試樣1-1，317HV;試樣1-2，324HV;試樣1-3，307HV。相對于冷軋板的表面，溫軋板表面的硬度變化值十分小，試樣2-1，290HV;試樣2-2，293HV;試樣2-3，286HV，可見這時壓下量的增大所起的加工硬化作用已經(jīng)變小了，究其原因，在250℃時的回復(fù)作用使得位錯密度相對于冷軋時較低，位錯難以被釘扎[2]。

4結(jié)束語

本課題以Fe-3.3Si鋼板材為研究對象，進行熱輥溫軋、熱輥冷軋實驗，得到了鋼板的金相顯微組織、物相、擇優(yōu)取向及宏觀力學(xué)性能的規(guī)律，所得主要結(jié)論如下：

（1）熱輥軋制比普通軋制獲得更細(xì)的表面晶粒。相同壓下量的溫軋板材中出現(xiàn)了很多比冷軋板材更細(xì)小的晶粒，有利于板材綜合性能提高。

（2）單道次溫軋過程，壓下量越大，板材的晶粒厚度越細(xì)小;多道次冷軋時，大壓下量的道次影響晶粒大小，小壓下量道次（小于7%）時對晶粒尺寸的影響較小。

（3）無論是溫軋還是冷軋Fe-3.3Si鋼沒有明顯的相變，試樣中的主要物相是α鐵素體，并存在少量的Fe9Si固溶體，F(xiàn)e的晶粒在（110）晶面上有一定的擇優(yōu)取向。

（4）熱輥冷軋硅鋼的最大道次壓下量越大硬度越高，相對于冷軋板的表面，溫軋板表面的硬度變化較小，因壓下量增大引起的加工硬化作用減弱。

參考文獻

[1] 黃璞，毛炯輝，陳卓，等.冷軋無取向電工鋼生產(chǎn)研發(fā)趨勢[N].世界金屬導(dǎo)報，2009-11-10（22）.

[2] 何忠治.電工鋼現(xiàn)狀與展望（續(xù)）[J].中國冶金，2001（5）：15.