钇含量对3%Si取向硅钢组织和织构的影响_郭志红.pdf

书书书基金项目:国家自然科学基金(51974102，51974103);河北省教育厅科学研究计划(QN2019029);河北省重点研发计划(19211009D，20311003D，20311005D);河北省钢铁联合基金(E2021208006);河北省自然科学基金(E2019208308)国家自然科学基金面上项目:稀土钇对薄带铸轧取向硅钢凝固、组织性能演变影响机制的研究(51974102);高硅钢深过冷过程中析出相机理研究(51974103)。作者简介:郭志红(1980 )，女，博士，副教授，硕士生导师;E-mail:guozhihong191163 com;收稿日期:2022-08-18通讯作者:朱立光(1965 )，男，教授，博士生导师;E-mail:zhulg ncst edu cn组织与性能DOI:10 20057/j 1003-8620 2022-00085钇含量对 3%Si 取向硅钢组织和织构的影响郭志红1，李向阳1，郑亚旭1，朱立光1，孙会兰1，李港湾1，王波1，曹瑞芳2(1 河北科技大学材料科学与工程学院，河北省材料近净成形技术重点实验室，石家庄 050018;2 首钢股份公司迁安钢铁公司轧钢事业部，唐山 064404)摘要:使用 50 kg 真空感应炉常规流程工艺在实验室制备钇含量分别为 0 026%、0 058%和 0 14%的 0 04%0 05%C，3 03%3 10%Si 取向硅钢。采用 SEM 研究了钢中夹杂物成分、形貌、数量、尺寸和分布;利用 OM 和EBSD 分析了取向硅钢 2 4 mm 热轧板、0 3 mm 冷轧板、830 和1 050 退火板组织和织构。实验结果表明:随着钢中 Y 含量的升高，夹杂物发生粗化，长条形夹杂物转变为球形，抑制晶粒长大效果减弱，所以一次再结晶热处理后硅钢板晶粒尺寸随着 Y 含量的增加逐渐变大。Y 含量为 0 026%的硅钢一次再结晶晶粒尺寸最小，其较高的储存能为高温退火晶粒长大提供了足够的驱动力，因此，其高温退火晶粒尺寸最大，平均晶粒尺寸为115 7 m。冷轧硅钢板高温热处理后，Y 含量为 0 026%的硅钢中部分 Goss 晶粒异常长大，出现了强度为 5 的 Goss(110001 )织构，而 Y 含量为 0 058%和 0 14%的硅钢中依旧存在大量的 织构。由于含 0 026%Y 钢中夹杂物尺寸最小，具有一定的钉扎作用，从而使得一次再结晶晶粒更加细小。随着 Y 含量的增加，0 058%Y 和 0 14%Y 钢中夹杂物的尺寸明显增加，使其在一次再结晶过程中对晶粒长大的抑制作用减弱。关键词:取向硅钢;织构;夹杂物;钇微合金化Effect of Yttrium Content on Microstructure andTexture of 3%Si Oriented Silicon SteelGuo Zhihong1，Li Xiangyang1，Zheng Yaxu1，Zhu Liguang1，Sun Huilan1，Li Gangwan1，Wang Bo1，Cao uifang2(1 Hebei Key Laboratory of Material Near-net Forming Technology，School of Material Science andEngineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang 050018;2 olling operationdepartment，Qian an Iron and Steel Company，Beijing Shougang Co，Ltd，Tangshan，064404)Abstract:The oriented silicon steel 0 04%-0 05%C，3 03%-3 10%Si with yttrium contents of 0 026%，0 058%and0 14%are prepared in the laboratory by the 50 kg vacuum-induction furnace through conventional process The composi-tion，morphology，quantity，size and distribution of inclusions in steel are studied by SEM The microstructure and textureof oriented silicon steel 2 4 mm hot rolled plate，0 3 mm cold rolled sheet and a nnealed at 830 and 1 050 are ana-lyzed by OM and EBSD The experimental results show that，with increasing Y content in steel，the size of inclusions be-comes larger and the long-bar indusions change to a spherical shape，their inhabitation becomes weaker Therefore，thegrain size after primary recrystallization gradually increases with increasing Y content With Y content of 0 026%siliconsteel，the grain size after primary recrystallization is the smallest The high storage energy of small grains provides a suffi-cient driving force for the high temperature annealing grain growth Therefore，the average grain size after high temperatureannealing is 115 7 m，which is the largest In the silicon steel with Y content of 0 026%，some Goss grains grow abnor-mally and Goss(110001 )texture with strength of 5 appears，while a large amount of texture still existed in sili-con steel with Y content of 0 058%and 0 14%Since the inclusion size in 0 026%Y steel is the smallest，it has a cer-tain pinning effect，which makes the primary recrystallized grain finer With the increase of Y content，the size of inclu-sions in 0 058%Y and 0 14%Y steel increase obviously，which weakens its inhibition on grain growth in the primary re-crystallization processKey Words:Oriented Silicon Steel;Texture;Inclusions;Yttrium Microalloying07第 44 卷第 2 期特殊钢Vol 44 No 22023 年 4 月SPECIAL STEELApril2023取向硅钢因其具有优异的磁性能而被广泛应用于变压器、磁放大器、脉冲发电机等1。取向硅钢因其生产工序复杂，被称作“钢铁中的艺术品”。取向硅钢主要是通过获得单一的 Goss 织构来增强其磁性能。通过调控抑制剂在钢液中的固溶和析出，来抑制一次再结晶晶粒的长大，储存更多的驱动力，从而使 Goss 晶粒在二次再结晶异常长大2-3。合适的抑制剂类型能够降低铸坯的加热温度，减少材料烧损和能源消耗。通过添加抑制剂和辅助抑制剂能够增强抑制效果并降低铸坯加热温度，渗氮技术对取向硅钢板的表面质量、轧制条件和渗氮热处理条件要求很高，由此带来的工业生产难度和成本也随之增加4。因此，如何选择合适的抑制剂以起到有效的抑制效果，降低铸坯加热温度并提高取向硅钢性能仍是目前取向硅钢研究的重点。目前在取向硅钢生产中抑制剂主要为第二相抑制剂(MnS、AlN、CuS 等)和单质抑制剂(Sn、Cu、B等)5。吴忠旺等人6 对渗氮前后硅钢中的 AlN 进行分析。研究表明，活性 N 原子进入晶体中的空位缺陷后快速扩散，与 Si 原子生成非晶态的 Si3N4大尺寸粒子。由于 Si3N4粒子具有不稳定的饱和键和Si 悬空键，而 Al 原子的扩散可以填补这一空位，所以钢中出现细小、稳定的(Al，Si)N 颗粒，加强了抑制作用。何寒等人7 利用第一性原理对钢中的Cu2S 和 CuS 的形成能、结合能和状态密度进行了计算和分析。结果显示，Cu2S 结构比较稳定，更容易在钢中析出。周博文等人8 在取向硅钢冶炼过程中添加 Sn，结果表明，在添加 Sn 后，铸坯和热轧后钢中第二相数量明显增多，尺寸细小且弥散分布。蒙肇斌等人9 在取向硅钢中添加 Mo，结果显示，采用低温(1 310)加热板坯时，Mo 对 AlN 的析出形态影响较大，热轧后钢中保留较多的位错、层错等亚结构，增加了 AlN 的形核区域，有利于 AlN 的弥散析出，增强抑制效果。稀土抑制剂主要有 Ce、La 和 Y 等元素，稀土 Y元素由于其核外电子分布的独特性，在合金中具有较大的固溶度，根据 Stocks 公式，形成的夹杂物在钢液中更容易去除。韩国浦项10 在 3%Si 取向硅钢中添加0 1%Y 作为抑制剂，结果显示，稀土 Y 在晶界处偏析抑制晶粒长大，二次再结晶后晶粒尺寸可达到 1 3 m，磁感应强度为 1 86T。周情耀等人11 在高硅钢中添加不同含量的稀土 Y，结果表明，随着 Y 含量的增加，晶粒尺寸逐渐减少，Y 具有细化晶粒的作用。基于以上研究结果，本实验选择稀土 Y 作为 3%Si 取向硅钢抑制剂，通过分析热轧冷轧一次再结晶热处理高温退火工艺过程的组织、织构以及夹杂物的变化规律，揭示稀土 Y 含量对 3%Si 取向硅钢组织和织构演变规律。1实验材料与方法使用 50 kg 真空感应炉冶炼 Si 含量为 3%的取向硅钢，出钢浇注前在铸模底部加入稀土钇金属。铸坯 加 热 温 度 1 150，保 温 30 min，终 轧 温 度930。铸坯厚度为 80 mm，经过 9 道次轧制至2 4 mm厚的热轧板，总压下率为 97%。实验钢化学成分见表 1，钇的收得率约为 30%。表 1实验用取向硅钢化学成分/%Table 1Chemical composition of experimental oriented sil-icon steel/%实验钢CSiSPYON1#0053030002 2 00130026 0002 4 0 003 42#0043100001 1 00100058 0002 0 0 004 33#0053060002 0 00120140 0002 6 0 003 6首先将厚度为 2 4 mm 的热轧硅钢板加热至1 050 保温 5 min 完成常化热处理，然后将常化后的硅钢板用稀盐酸去除表面氧化铁皮，最后进行室温冷轧。热轧板经过 12 道次轧制成 0 3 mm 厚的冷轧板，总压下率为 87 5%。将冷轧板置于石英管中真空封闭，然后在马弗炉中将冷轧板加热到830 保温 7 min 后出炉空冷，完成第一次热处理。此后，将第一次热处理后的冷轧板置于真空石英管中以 10 /h 的升温速度加热至1 100，保温10 min后出炉空冷，最后完成高温退火热处理，热处理工艺如图 1 所示。采用扫描电子显微镜(SEM)和电子探针(EP-MA)研究钢中夹杂物形貌、数量、尺寸、分布和成分;利用光学显微镜(OM)和背散射衍射仪(EBSD)图 10 3 mm 取向硅钢冷轧板热处理工艺示意图Fig 1Schematic diagram of heat treatment process for 0 3 mmoriented silicon steel cold-rolled sheet17第 2 期郭志红等:钇含量对 3%Si 取向硅钢组织和织构的影响分析硅钢热轧板、冷轧板、一次再结晶和高温退火热处理硅钢板的组织和织构。组织和织构观察面为样品纵截面(D-ND 面)。2实验结果与分析2 1热轧板的组织和织构变化规律图 2 为三种不同稀土 Y 含量的取向硅钢热轧板组织。从图 2 可以看出，1#钢-0 026%Y 热轧板组织以等轴铁素体晶粒为主，晶粒大小比较均匀，另外，热轧板中还有少量的珠光体组织，其铁素体晶粒尺寸集中在5 40 m，平均晶粒尺寸为 26 6 m;2#钢-0 058%Y 热轧板铁素体晶粒尺寸略大于 1#硅钢板，其晶粒尺寸主要集中在 5 60 m，平均晶粒尺寸为37 3 m;3#钢-0 14%Y 热轧板铁素体晶粒尺寸较大，晶粒尺寸主要集中在 10 100 m，平均晶粒尺寸为 54 6 m。通过分析不同 Y 含量硅钢热轧板的铁素体晶粒尺寸可以得出，随 Y 含量从0026%升高到0058%，铁素体晶粒尺寸略有增大;当 Y 含量增加到014%时，铁素体晶粒明显增大。图3 为1#-0026%Y，2#-0058%Y 和3#-014%Y热 轧硅钢板使用EBSD扫描得到的轧向侧面(D-图 21 050 5 min 常化处理的 2 4 mm 取向硅钢热轧板金相组织:(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%YFig 2Microstructure of 2 4 mm oriented silicon steel hot rolled sheet normalized at 1 050 for 5 min:(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%Y图 32 4 mm 热轧板 IPF 图(a)-(c)和 ODF 图(d)-(i):(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%Y;(d)0 026%Y(0);(e)0 026%Y(45);(f)0 058%Y(0);(g)0 058%Y(45);(h)0 14%Y(0);(i)0 14%Y(45)Fig 3IPF (a)-(c)and ODF (d)-(i)of 2 4 mm hot rolled sheet:(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%Y;(d)0 026%Y(0);(e)0 026%Y(45);(f)0 058%Y(0);(g)0 058%Y(45);(h)0 14%Y(0);(i)0 14%Y(45)27特殊钢第 44 卷ND 面)的 IPF(Imagery Processing Facility)图 和2=0、2=45截面 ODF(Orientation DistributionFunctions)图。从 IPF 图中可以看出，1#、2#和 3#热轧硅钢板表层均为细小的等轴铁素体晶粒，次表层晶粒逐渐变大，中心层有未再结晶的形变组织。其中，2#热轧板中心沿轧制方向拉长的未再结晶组织最明显。主要是由于铸坯加热温度较低，保温时间较短使温度不均匀，并且心部形变量较小，再结晶驱动力不足。1#热轧钢板中主要有(100 110)织构、(111 112 )织构和 Goss(110001 )织构。2#热轧板中主要有(100 110)织构和(111 112 )织构，中心层剪切带为 100 和 111 取向，Goss 织构较少，整体的织构强度较大。3#热轧钢板中织构类型主要为 织构、织构和 Goss 织构。从部分织构分布图可以看出(100 110 )织构主要分布在中心层，(111112 )织构分布比较均匀，Goss(110001 )织构主要分布在次表层。为了进一步分析实验钢的织构强度变化规律，对、和 各织构的取向线密度进行分析，如图图 4热轧板 (a)、(b)、(c)和 (d)织构的取向线密度图Fig 4Orientation linear density diagram of (a)，(b)，(c)and (d)texture of hot rolled sheet4。从图 4(c)取向线强度可以看出，钢中稀土 Y含量高于 0 026%，织构强度明显降低。从图 4(d)取向线强度可以看出，1#钢-0 026%Y 热轧板中 100001 织构和 Goss(110001 )织构强度最高，热轧板中较强的 Goss 织构，有利于二次再结晶 Goss 晶粒的异常长大 12。2#钢-0 058%Y 热轧板中 210 001 织构强度最高，210 001 织构界面能较低并且容易在剪切带上形核，阻碍图 5Y 含量(a)(b)(g)0 026%Y;(c)(d)(h)0 058%Y;(e)(f)(i)0 14%Y 的热轧硅钢中夹杂物形貌及成分Fig 5Morphology and composition of inclusions in hot rolled silicon steel with Y content:(a)(b)(g)0 026%Y;(c)(d)(h)0 058%Y;(e)(f)(i)0 14%Y37第 2 期郭志红等:钇含量对 3%Si 取向硅钢组织和织构的影响Goss 晶粒生长13，因此，应减少 210 001 织构的产生。总体而言，三种不同 Y 含量的硅钢热轧板各取向的织构强度均比较低，随着 Y 含量的增加，织构强度增强，织构强度降低，和 织构强度变化不明显。图 6Y 含量(1#0 026%Y;2#0 058%Y;3#0 14%Y)的热轧硅钢中夹杂物数量分布Fig 6Quantity distribution of inclusions in hot rolled silicon steelwith Y content:(1#0 026%Y;2#0 058%Y;3#0 14%Y)图 5 和图 6 为热轧板中夹杂物形貌、成分及数量分析结果。1#-0 026%Y 热轧板中小尺寸夹杂物数量较多，平均尺寸约 1 32 m。2#-0 058%Y 热轧板中小尺寸夹杂物呈聚集状，单个颗粒尺寸为100 200 nm，而尺寸为 2 4 m 的大尺寸夹杂数量较多，平均尺寸为 2 27 m。3#-0 14%Y 热轧板中夹杂物总体数量明显增多，其中小尺寸夹杂物数量显著增加，夹杂物平均尺寸为 2 32 m。三种硅钢热轧板中夹杂物主要含 Y、S 和 O 元素。随钢中 Y 含量增加，夹杂物数量先增多，再减少，随后再明显增加，而且夹杂物形貌发生了明显变化。1#钢夹杂物形貌为细长条状，当这些夹杂物沿晶界分布时，便会阻碍晶粒的长大。2#钢和 3#钢夹杂物主要为球形，由于钢中 Y 含量的升高，形成了球形的 Y2O3的稀土氧化物。2#和 3#钢中夹杂物经轧制后发生了明显的断裂，沿轧制方向夹杂物呈链状分布。随钢中 Y含量增加，夹杂物尺寸增大，形貌转变，对晶界的钉扎效果减弱，晶粒也逐渐变大。因此，根据图 2 得到，随着 Y 含量的增加，晶粒尺寸逐渐变大。2 2冷轧板组织和织构的变化规律图 7 为 0 3 mm 取向硅钢三种不同 Y 含量的冷轧板组织。三种不同 Y 含量冷轧板中均存在明显的剪切带，利用 Channel 5 软件对试验钢剪切带角度进行测量，随着 Y 含量的升高剪切带的形状和数量都发生了不同程度的变化。1#-0 026%Y 冷轧板中剪切带与轧制方向角度较小，夹角为0 15。当 Y含量为 0 058%时，冷轧板中剪切带与轧制方向形成的夹角为 25 35。3#-0 14%Y 冷轧板中剪切带数量和尺寸显著增加，剪切带与轧制方向的夹角与 2#钢接近，为 20 35。根据热轧板取向密度分布图 4(b)可知，随着钢中稀土含量增加，织构占比逐渐增加。由于特定的取向晶粒对剪切带的形成具有重要作用，取向晶粒对轧制变形抵抗力大，通常有不均匀的变形趋势14。因此，提高 织构占比对于冷轧过程中形成剪切带更为有利。图 70 3 mm 取向硅钢冷轧板组织:(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%YFig 7Microstructure of 0 3 mm oriented silicon steel cold rolling sheet:(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%Y图 8 为 1#-0 026%Y、2#-0 058%Y 和 3#-014%Y 钢冷轧板使用 EBSD 扫描得到的轧向侧面(D-ND 面)的 IPF 图和 2=0、2=45截面 ODF图。冷轧后三种硅钢的主要织构均为典型的轧制织构，和 织构强度得到了明显提高，其中对形成高斯织构有利的(111 112 )织构主要存在于剪切带中。从 ODF 图中可以看出，1#冷轧板织构取向主要集中在 和 取向线上。随着钢中 Y 含量的升高，2#冷轧板中的织构较为散漫，基本集中在 取向线上。在3#冷轧板中，织构有一定的偏差，但 织构更集中于 111 112 附近，且具有较高的强度。当材料受到轧制变形时，变形初期由于受到轧辊的压力，开始产生塑性变形，但随着压下量的不断增加，晶体开始发生转动，逐渐向取向线附近靠47特殊钢第 44 卷图803 mm 冷轧板 IPF(a)-(c)和 ODF 图(d)-(i):(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%Y;(d)0 026%Y(0);(e)0026%Y(45);(f)0058%Y(0);(g)0058%Y(45);(h)014%Y(0);(i)014%Y(45)Fig 8IPF (a)-(c)and ODF (d)-(i)of 03 mm cold rolled sheet:(a)0026%Y;(b)0058%Y;(c)014%Y;(d)0026%Y(0);(e)0026%Y(45);(f)0058%Y(0);(g)0058%Y(45);(h)014%Y(0);(i)014%Y(45)近 15-16。因此冷轧后三种钢 织构强度都有所增加。图9 为0 3 mm 冷轧板的、和 织构取向线密度图。从图 9(a)取向线中可以看出，1#-0026%Y 冷轧板中 织构强度最高，峰值主要出现在 112110 111110 织构附近，在 112110 取向处强度最大达到 12。从图 9(b)取向线中可以看出，1#-0 026%Y 冷轧板强点主要位于 111110 附近，而有利的 111112 组分强度较低，仅为 2。2#-0 058%Y 冷轧板中 织构分布较为散漫，但 111 112 组分强度为 5，高于 1#钢。3#-0 14%Y 冷轧板中 织构在 111 112 取向处强度最大达到 16。从图 9(c)取向线中可以看出，随着稀土 Y 含量增加，织构强度呈逐渐降低趋势。1#-0 026%Y 冷轧板中 织构强度在 001110 取向处最高达到 7。从图 9(d)织构取向线中可以看出，随着 Y 含量的升高，Goss(110001 )织构强度逐渐升高，3#-0 14%Y 冷轧板在 110 001 织构取向处强度最高达到 6，这有利于高温退火时二次再结晶的发生。总体而言，冷轧后三种硅钢的织构强度有所提高，其中 1#-0 026%Y 冷轧板中 织构强度最高，3#-0 14%Y 冷轧板中 织构强度最高。这是由于稀土 Y 的加入使钢中细小夹杂物的数量增多，在晶粒形核过程中，111 取向的晶粒优先在夹杂物上非均匀形核，从而形成大量具有 111 取向的晶粒17，当稀土含量增加到0 058%时，钢中细小夹杂物减少，大尺寸夹杂物增多，使 织构较为散漫，当稀土含量增加到0 14%时，钢中稀土夹杂物的数图 90 3 mm 冷轧板 (a)、(b)、(c)和 (d)织构的取向线密度图Fig 9Orientation linear density diagram of (a)，(b)，(c)and (d)texture of 0 3 mm cold rolling sheet57第 2 期郭志红等:钇含量对 3%Si 取向硅钢组织和织构的影响量增多，促进了 织构的形成。此外，随着稀土含量的增加，取向线上有利的 111112 组分也随之增强，111112 取向的晶粒能够在高温退火过程中被 Goss 取向的晶粒吞噬，并促进 Goss 取向的晶粒的形成。2 3一次再结晶组织和织构的变化规律三种不同 Y 含量的硅钢冷轧板一次再结晶后主要为细小铁素体等轴晶。1#-0 026%Y 晶粒集中在 5 15 m，平均晶粒尺寸为 10 7 m。2#-0 058%Y 晶粒主要集中在 10 30 m，平均晶粒尺寸为 14 5 m。3#-0 14%Y 晶粒明显较大，晶粒主要集中在 5 25 m，平均晶粒尺寸为 17 1 m。一次再结晶后晶粒尺寸随 Y 含量的增加而增大，特别是当 Y 含量增加到 0 14%时，晶粒尺寸明显较大。这是因为稀土 Y 具有深度净化作用，随着钢中 Y 含量的增加，小尺寸杂质转变为较大尺寸稀土夹杂物，使得一次再结晶后晶粒尺寸增大，且较为均匀。图 10 为 0 3 mm 1#钢-0 026%Y，2#钢-0 058%Y 和3#钢-014%Y 冷轧板一次再结晶后 EBSD 扫描得到的轧向侧面(D-ND)的 IPF 图和 2=0、2=45截面ODF 图。从图10 中可见，三种硅钢板主要有 织构和少量 织构，而 Goss 织构不明显。1#-0026%Y中 织构强度较高，主要集中在 取向线附近。2#-0058%Y 一次再结晶后 织构强度较弱，出现了较强的 Cube 织构。3#-014%Y 一次再结晶后织构比较离散，但 织构强度较高。因此，一次再结晶后 织构强度随着 Y 含量的增加呈现先减弱后增强的趋势。冷轧板经过一次再结晶后出现较强的 织构有利于在高温退火时形成较强 Goss 织构。图 11 为一次再结晶硅钢中、和 织构取图 1003 mm 冷轧板一次再结晶 IPF(a)-(c)和 ODF 图(d)-(i):(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%Y;(d)0026%Y(0);(e)0026%Y(45);(f)0058%Y(0);(g)0058%Y(45);(h)014%Y(0);(i)014%Y(45)Fig 10IPF (a)-(c)and ODF (d)-(i)of 0 3 mm cold rolled sheet after primary recrytallization:(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%Y;(d)0 026%Y(0);(e)0 026%Y(45);(f)0 058%Y(0);(g)0 058%Y(45);(h)014%Y(0);(i)0 14%Y(45)向线密度图。从图 11(a)取向线中可以看出，三种硅钢板一次再结晶后 织构强度有了明显降低，其中 3#-0 14%Y 的 织构强度最低，1#-0 026%Y的 织构在 223 110 取向处强度最高达到2 8，2#-0 058%Y的 织构在 111 110 取向处强度最高达到 2 7。从图 11(b)取向线中可以看出，三种硅钢板 织构在 111112 取向处强度均较高。其中 1#钢最高强度达到 8 1，3#钢强度为79，2#钢强度为6 2。从图 11(c)取向线中可以看出，3#的 织构强度较高，强度在 100001 织构处达到6。从图 11(d)取向线中可以看出，三种钢的 织构强度均较低，其中 3#钢的 织构偏差较大，在 100001 织构处强度最高达到 5 2。总体而言，冷轧板一次再结晶后，实验钢的 织构主要集中于 111112 组分，其他织构明显减弱。2 4高温退火组织和织构的变化规律图 12 为三种不同稀土 Y 含量的取向硅钢高温退 火组织。从图中可以看出，三种不同Y含量的硅67特殊钢第 44 卷图 110 3 mm 冷轧板一次再结晶 (a)、(b)、(c)和 (d)织构的取向线密度图Fig 11Orientation linear density diagram of (a)，(b)，(c)and (d)texture of primary recrystallization 0 3 mm cold-rolled sheet钢板经高温退火处理后初次再结晶晶粒进一步长大，1#-0 026%Y 的晶粒主要集中在 40 180 m，平均晶粒尺寸为 115 7 m，且晶粒大小均匀。2#-0 058%Y的晶粒分布在20 140 m，平均晶粒尺寸为 107 5 m。3#-0 14%Y的硅钢板晶粒尺寸最小，晶粒尺寸主要集中在 20 80 m，平均晶粒尺寸为40 2 m。随硅钢中 Y 含量的增加，高温退火后晶粒尺寸逐渐减小。图 121 100 高温退火 0 3 mm 冷轧板金相组织图:(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%YFig 12Microstructure of 0 3 mm cold-rolled sheet after high temperature annealing at 1 100:(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%Y图13 为1#、2#和3#硅钢冷轧板高温退火后使用EBSD 扫描得到的轧向侧面(D-ND 面)的 IPF 图和1=0、2=45截面 ODF 图。从 IPF 图中可以明显看出 1#-0 026%Y 晶粒尺寸最大，3#-0 14%Y 晶粒尺寸最小。从 2=45截面 ODF 图中可以看出，1#钢板 织构数量较少，有一定数量的 Goss 织构;2#钢板的织构类型主要为*织构，有少量的 织构。3#钢板主要为 织构。只有1#钢板高温退火后存在一定强度的 Goss 织构，2#和 3#钢高温退火后的织构类型依然为 织构，三种实验钢均没有发生完善的二次再结晶。由于 1#钢中的 Y 含量较低，夹杂物尺寸较小，在高温退火过程中具有一定的抑制效果，使得 1#钢中部分 Goss 晶粒异常长大。随着钢中Y 含量的增加，夹杂物尺寸变大，大尺寸夹杂物在高温退火初期不能起到有效的抑制效果，导致 2#和 3#钢在高温退火过程中没有发生二次再结晶18。图 14 为高温退火后、和 织构取向线密度图。从图 14(a)取向线中可以看出，3#钢在 223110 111110 范围内强度达到 11。1#钢和 2#钢高温退火后 织构强度明显降低。从图 14(b)取向线中可以看出，111 112 织构强度随着 Y 含量的升高逐渐增强，3#钢在(111112 )织构处强度最高达到 17。从图 14(c)取向线中可以看出，三种硅钢板的 织构强度都较低，2#钢在 001 120 织构处强度最高仅为 3。从图 14(d)取向线中可以看出，1#钢高温退火后有 Goss(110 001 )织构出现，强度达到 5，说明一次再结晶钢板中的大量 织构在高温退火过程中转变为 Goss(110 001 )织构。2#钢和 3#钢 在 210001 织构处强度最高，分别达到2和77第 2 期郭志红等:钇含量对 3%Si 取向硅钢组织和织构的影响图130 3 mm 高温退火板 IPF(a)-(c)和 ODF 图(d)-(i):(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%Y;(d)0 026%Y(0);(e)0 026%Y(45);(f)0 058%Y(0);(g)0 058%Y(45);(h)0 14%Y(0);(i)0 14%Y(45)Fig 13IPF (a)-(c)and ODF (d)-(i)of 0 3 mm high temperature annealing sheet:(a)0 026%Y;(b)0 058%Y;(c)0 14%Y;(d)0 026%Y(0);(e)0 026%Y(45);(f)0 058%Y(0);(g)0 058%Y(45);(h)0 14%Y(0);(i)0 14%Y(45)图 140 3 mm 高温退火板 (a)、(b)、(c)和 (d)织构的取向线密度图Fig 14Orientation linear density diagram of (a)，(b)，(c)and (d)texture of 0 3mm high temperature annealing sheet6。硅钢的织构强度随着 Y 含量增加而增强，但是 Y含量较高的 2#钢和 3#钢一次再结晶后生成的 织构并没有在高温退火后转变为有利于磁性能的Goss(110001 )织构。使用 SEM 对高温退火钢板中的夹杂物形貌、尺寸、分布和成分进行分析，见图 15。1#钢中夹杂物尺寸较小且分布较均匀，而 Y 含量较高的 2#钢和 3#钢中夹杂物尺寸较大且分布不均匀，夹杂物呈团聚状析出。夹杂物聚集的地方小晶粒较多，可见夹杂物对晶粒长大起到了明显的阻碍作用。夹杂物数量较少的位置晶粒长大受到的阻力较小，能够吞并周围小晶粒而长大。没有发生二次再结晶的主要原因为 2#、3#钢中夹杂物尺寸较大，不能起到有效的抑制效果，导致在高温退火过程中没有储存足够能量而使晶粒长大。另外，稀土 Y 夹杂物易在晶界处富集而钉扎晶界，从而阻碍二次再结晶晶粒长大。能谱分析结果显示，夹杂物主要含有 Si、O、Y 和 S 元素，为 SiO2、Y2O3、YS 复合夹杂物。虽然小尺寸的稀土夹杂物能够在一定程度上抑制晶粒的长大，但并不能在高温退火后期及时解除钉扎效果，这使得 1#钢中仅有小部分 Goss 晶粒异常长大，没有发生完善的二次再结晶。3结论(1)热轧硅钢板的晶粒尺寸随着 Y 含量的升高逐渐增大。冷轧后剪切带的密度和数量随着 Y 含量的增加明显升高。一次再结晶后随着 Y 含量的增加晶粒尺寸逐渐变大，1#钢一次再结晶晶粒尺寸最小，较高的储存能为二次再结晶晶粒长大提供了足够的驱动力。87特殊钢第 44 卷图 15高温退火后 Y 含量(a)(b)(g)0 026%Y;(c)(d)(h)0 058%Y;(e)(f)(i)0 14%Y 的硅钢 0 3 mm 板中夹杂物形貌分布Fig15Morphology and distribution of inclusions in 0 3 mm silicon steel with Y content after high temperature annealing:(a)(b)(g)0 026%Y;(c)(d)(h)0 058%Y;(e)(f)(i)0 14%Y(2)三种 Y 含量热轧板中织构类型主要为 织构和少量 Goss 织构。冷轧后 织构强度随着 Y 含量的增加逐渐增强。一次再结晶后，1#硅钢中 织构强度最高，随着钢中 Y 含量增加，织构强度呈先降低后增加的趋势。高温退火后，1#硅钢中部分Goss 晶粒出现了异常长大，Goss(110001 )织构的强度为 5，而 2#和 3#钢中依旧存在大量的 织构。因此 Y 含量过高不利于二次再结晶的发生。(3)三种 Y 含量的硅钢板中夹杂物主要成分均为 Y、O、S、Si，在钢中形成 SiO2、Y2O3、YS 和 YOxSy的复合夹杂物。1#钢中夹杂物尺寸最小，具有一定的钉扎作用，从而使得一次再结晶晶粒更加细小。随着 Y 含量的增大，2#和 3#钢中夹杂物的尺寸明显增加，使其在一次再结晶过程中对晶粒长大的抑制作用减弱。稀土夹杂物能够在一定程度上抑制晶粒的长大，但并不能在高温退火后期及时解除钉扎效果，而大尺寸稀土夹杂物不能起到抑制作用，这使得三种实验钢均没有