1前言
冷轧无取向电工钢是十分重要的功能性软磁材料，广泛用于制造马达及变压器等铁芯材料。近年来，从节能的观点出发，强烈要求提高各种电机的效率，而作为用于这些电机的马达铁芯材料，期望得到更低的铁损和更高的磁感。
以往广泛采用的方法是提高Si或Al的含量，降低铁损。但是，这种方法的主要问题是降低了铁损，同时也降低了磁感。在成分设计方面，不仅要单独提高Si或Al的含量，还要降低C、S等杂质元素含量。但是这些方法并未抑制对磁性不利的{111}织构，也不能得到有利于无取向硅钢磁性的{100}织构。因而针对高效电机的个性化要求开发与之匹配的无取向电工钢目标牌号十分必要。
本文在普通高牌号冷轧无取向电工钢的基础上，进一步降低主合金Si和Al总含量的同时，添加少量微合金X号辅助元素并采用特殊制造工艺等技术措施，在确保铁损（产品厚度0.35mm，P1.5/50<2.5W/ kg）的前题下，通过改善再结晶组织、织构，提高磁感，研制出高效电机用无取向电工钢产品，满足了市场需求。
2试验方法
2.1试验材料和方法
中试冶炼：由ZGJ0.05-100-2.5A型真空感应电炉冶炼，冶炼选择试验钢研究料和对比料各2炉，严格控制钢水纯净度。试验钢的Si Al总含量2.9%，添加了辅助X号元素，对比钢不添加辅助元素。
中试热轧：铸锭开坯在800mm轧机上进行，钢锭加热温度为1100-1150℃，将钢锭烧透，开坯成板坯，精轧加热温度控制为1050℃、保温1h，热轧至2.2mm。
中试常化：在网带炉上进行，通N2气保护。选择了三种常化工艺温度即900℃、950℃和1000℃。常化时间也选择了三种工艺即在炉时间3min、4.5min和6min。完成了九种常化工艺组合试验。
中试冷轧：酸洗后的常化热轧板在250二辊、四辊冷轧机上进行冷轧，冷轧至0.35mm。
中试成品退火：在网带炉上进行，N2、H2混合气氛保护。选择了三种退火工艺温度即均热温度900℃、950℃和1000℃。退火时间也选择了三种工艺即在炉时间3min、4.5min和6min。完成了九种再结晶退火工艺组合试验。
中试磁性检测采用试样规格为30mm×300mm四片纵向方圈测量B5000、P1.5/50；产品磁性测量按照国标GB/T3655-2012标准，采用试样规格为30mm×300mm纵横向各12片方圈测量B5000、P1.5/50；力学性能按照国标GB/T228-2002标准，在Inst ron-1185电子拉伸材料试验机上测试。
2.2中试结果与分析
试验钢和对比钢分别进行了正交试验，试验钢还进行了工艺优化平行验证试验。
a）正交试验选取常化温度、常化时间、退火温度、退火时间四因素三水平按L9（34）方案组织实施；b）平行试验是在综合选取正交试验较佳工艺参数基础上进行的验证试验，供大生产试制工艺参考。
对试验钢A和对比钢B
正交试验成品试样进行磁性检测，分析硅钢工艺对产品磁性的影响见下图1和图2。
从图1和图2看出，试验钢的磁性均比对比钢好，铁损低，磁感高。试验钢随着常化温度和成品退火温度的升高，铁损降低，磁感升高；随着常化时间和成品退火时间的增加，铁损降低，磁感升高。进一步分析明确与辅助X号元素的引入有关，通过研究X号元素对试验钢成品晶面极密度的影响，添加X元素成品（100）和（110）晶面极密度值高、（111）晶面极密度值低。研究表明X元素沿晶界偏聚阻碍了（111）晶粒在晶界附近形核，从而使（111）组分减少，（100）、（110）组分增加。提高无取向电工钢磁性需要追求尽可能高的{100}面织构和尽可能低的{111}面织构，因此，试验钢的磁性要比对比钢好。
选择试验钢进行了平行验证试验，检测磁性和力学性能结果见表1。
表1可以看出，试验钢试样的P1.5/50平均值较低，而B5000平均值较高，达到了高效电机用无取向电工钢所要求的低铁损和高磁感。
2.3工业性试制结果
根据试验钢中试结果设计了高效电机用无取向电工钢的成分和工艺，其生产工艺流程如图3所示。生产出合格产品实物质量如表2所示。
由表2可以看出，试验钢具有极低铁损和较高的磁感，总体水平达到了高效电机用无取向电工钢所要求的磁性和冲片加工性能。
3结果分析及讨论
3.1成品退火工艺对磁性能的影响
观察试验钢产品磁性与成品退火温度和时间的曲线可以看出，随着成品退火温度的升高，铁损降低；随着成品退火时间的增加，铁损也降低。
3.2金相组织
用Neophotz型金相显微镜观察试样组织及夹杂物。在放大100倍下观察，高效电机用无取向电工钢产品的金相组织为铁素体。成品平均晶粒尺寸为78μm，晶粒度评级为4级。而对比常规产品的晶粒尺寸为60μm，显然试验钢的晶粒尺寸大，降低了产品磁滞损耗，所以磁性好。进一步分析该试验钢常化热轧板金相组织为等轴铁素体，平均晶粒尺寸为120μm，也比对比钢常化板晶粒尺寸（100μm）大。
分析试验钢成品晶粒尺寸与产品铁损之间关系，结果发现，随着试验钢成品试样晶粒尺寸增大，铁损降低。
3.3表面织构
将钢板试样加工成20mm×20mm方片，进行表面抛光处理，采用日本理学公司D/max-2500型X射线衍射仪测量。采用X射线衍射仪法测量了高效电机用试验钢成品板表面织构见图4的1#试样。为了对比分析，同时检测了对比钢产品（P1.5/50≤3.0W/kg）成品板表面织构见图4的2#试样。
P.K.Postagl指出：无取向硅钢有利织构参数Tp值高，产品磁感高，Tp表达式为：
（1）
由公式（1）计算高效电机用试验钢成品有利织构参数Tp值为0.91，而对比钢的Tp值为0.43。比较试验钢与对比钢试样的ODF截面图，发现织构类型相同，均为γ-纤维织构；但织构强度有差异，试验钢表面织构{111}弱，这与它的磁感高于对比钢相对应。检测试样磁性结果（试验钢试样B5000=1.738T，对比钢试样B5000=1.715T）也表明高效电机用试验钢磁性好。也进一步验证加入X号辅助元素，对改善产品织构和提高磁感有利。
3.4透射电镜分析
用透射电镜分析法检测了高效电机用试验钢产品。首先将试样制成透射电镜二次碳复型样品，然后在JEM-2100F型透射电镜中进行观察，用INCA能谱仪对析出相进行分析，结果见表3。
从表3看出，试验钢析出相中没有影响产品晶粒长大的Al N，这对降低产品铁损较为有利。
4结论
1）用L9（34）正交方案优化中试工艺，在大生产研制出高效电机用无取
向电工钢P1.5/50=2.41W/kg，B5000=1.73T。
2）添加辅助元素X能改善产品织构，提高磁感。
3）提高常化温度和成品退火温度可增大产品晶粒尺寸，改善试验钢磁性。
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