【摘要】：本論文對雙輥薄帶連鑄中牌號無取向硅鋼、Hi-B取向硅鋼以及取向高硅鋼的組織、織構(gòu)演變及磁性能進行了探索性研究,重點研究了薄帶連鑄流程對無取向硅鋼組織、織構(gòu)和磁性能的影響,薄帶連鑄超低碳高磁感3%Si取向硅鋼和6.5%Si取向硅鋼的制備工藝,以及硅鋼亞快速凝固過程中的特殊晶界形成等現(xiàn)象。論文主要創(chuàng)新性工作如下:(1)明確了薄帶連鑄無取向電工鋼流程優(yōu)勢的物理冶金學原理,證明薄帶連鑄工藝特點可以較好地解決中低牌號無取向硅鋼組織和織構(gòu)控制要求與常規(guī)熱軋流程之間的工藝矛盾,使中低牌號無取向硅鋼獲得良好的磁性能。在相同成分體系和冷軋退火工藝條件下,薄帶連鑄流程無取向硅鋼退火板較之常規(guī)流程再結(jié)晶晶粒尺寸粗大,Cube織構(gòu)發(fā)達,有害的γ織構(gòu)組分比例極低。而對應(yīng)常規(guī)熱軋制備的無取向硅鋼中晶粒較為細小,退火織構(gòu)為發(fā)達的γ織構(gòu)。所以,薄帶連鑄流程系列無取向硅鋼的磁感值比常規(guī)流程對應(yīng)牌號無取向硅鋼高0.06T以上,而鐵損值則低0.4W/kg以上。而且,前者在橫縱方向上磁性能差別更小,磁時效過程中的磁性能指標穩(wěn)定性也要明顯優(yōu)于后者。(2)提出并實現(xiàn)了薄帶連鑄超低碳高磁感取向硅鋼的工藝過程,通過薄帶連鑄亞快速凝固實現(xiàn)了抑制劑元素的過飽和固溶和后續(xù)控制,并通過高能晶界理論解釋了 Goss晶粒的異常長大過程。亞快速凝固將大量抑制劑元素固溶到基體中,通過兩階段冷軋和退火過程調(diào)整MnS和AlN析出,達到了細化和穩(wěn)定基體晶粒的作用。高溫退火后,Goss二次晶粒尺寸達到10～30mm,磁感值B8達到1.94T。冷軋第一階段變形量顯著影響中間退火過程中第二相粒子析出量和初次再結(jié)晶組織均勻性,從而影響二次再結(jié)晶完善程度。Goss晶粒在剪切帶上形核長大,二次再結(jié)晶退火升溫過程中Goss晶粒開始長大并聚集,位向準確且取向差較小的Goss晶粒迅速發(fā)展,這種方式是二次再結(jié)晶孕育階段的主要形式。Goss二次晶粒通過與基體晶粒的高能晶界促進抑制劑的熟化,使得異常長大得以進行。(3)實現(xiàn)了高磁感6.5%Si取向硅鋼的制備,通過抑制劑設(shè)計和鑄軋流程獲得MnS高溫析出和∑3晶界細化鑄態(tài)組織,顯著增加鑄帶的塑性成形能力,通過溫軋+冷軋控制抑制劑析出和變形基體條件,獲得再結(jié)晶大量形核和晶粒正常長大被抑制的條件,為獲得位向準確的Goss晶粒發(fā)生異常長大過程提供必要條件。6.5%Si鋼液在較低過熱度條件下進行澆注可以得到細小均勻的凝固組織。一方面,低溫澆注形核量較大和特殊晶界雙重作用細化穩(wěn)定鑄態(tài)組織;另一方面,凝固過程中析出的MnS粒子釘扎晶界,使得鑄帶平均晶粒尺寸為35μm。取向高硅鋼鑄帶塑性加工過程中滑移系開動和晶體轉(zhuǎn)動相對困難,溫軋+冷軋過程中通過形成晶內(nèi)剪切帶的方式進行塑性變形。鑄帶中存在少量反相疇尺寸為100～500nm的B2有序相。經(jīng)過溫軋過程的再熱與強烈變形,基體中開始出現(xiàn)少量DO3有序相。溫軋+冷軋變形工藝初次再結(jié)晶平均晶粒尺寸11.4μm,織構(gòu)中存在發(fā)達{111}112組分。高溫退火過程中,Goss晶粒在1079～1100℃溫度區(qū)間發(fā)生異常長大。利用高能晶界理論解釋其二次再結(jié)晶晶粒的快速發(fā)展過程,而鑄帶遺傳而來的∑3也起到了穩(wěn)定基體初次晶粒的重要作用。取向高硅鋼二次再結(jié)晶晶粒具有極高的取向度,磁感B8在1.74T以上,B8/Bs達到0.961。(4)發(fā)現(xiàn)了單相鐵素體亞快速凝固組織中大量∑3晶界分布,分析了其特殊形成規(guī)律,確立了薄帶連鑄流程通過形成∑3晶界穩(wěn)定鑄態(tài)組織,并獲得良好塑性加工性能的控制工藝。∑3晶界具有良好的晶格對稱關(guān)系和較低的能量,是晶界工程控制金屬性能最重要的特征晶界。體心立方(bcc)結(jié)構(gòu)鐵素體鋼具有較高的層錯能,而且金屬粗糙界面凝固方式限制了形核條件,這兩個原因?qū)е隆?晶界極難形成與鐵素體鋼凝固組織中。薄帶連鑄過程中,低溫澆注的鋼液在中間包和熔池內(nèi)部形成大量晶核。晶核隨鋼液流動,當接觸到凝固界面上的晶粒時,有以下兩種情況:其一是二者取向一致,則晶核直接晶格系統(tǒng)而不構(gòu)成晶界或者構(gòu)成小角晶界;其二是兩個密排面接觸,形成沿111軸轉(zhuǎn)60°的低能量特殊大角晶界(∑3晶界)。這兩種方式都可以在鋼液沖刷作用下依然快速形成穩(wěn)定金屬鍵,使晶核穩(wěn)定依附在凝固坯殼上,并在凝固后晶界遷移過程中因其較低的能量而獲得發(fā)展。Fe-6.5%Si鋼鑄帶局部∑3晶界分布比例達到20%以上,實現(xiàn)了細晶條件下特殊晶界的控制,為解決脆性Fe-6.5%Si鋼的塑性加工問題提供了便于實現(xiàn)的控制手段。(5)詳細研究了鑄帶特殊取向晶粒在冷軋過程中的晶體轉(zhuǎn)動和剪切帶變形行為,提出了控制鑄軋參數(shù)獲得理想退火織構(gòu)和磁性能的工藝條件。鋼輥條件下Fe-1.3%Si鋼凝固組織晶粒粗大均勻,形成部分{100}和{110}取向組分。鑄帶中部特殊取向晶粒傾向于通過剪切帶變形進行幾何軟化完成塑性變形過程。剪切帶高密度位錯晶胞在最小應(yīng)變能的影響下獲得Cube和Goss等η取向。其中,{110}110取向晶粒中剪切帶取向以Cube為主,而{111112取向晶粒中則形成極強的Goss取向剪切帶組織,{111}110取向晶粒剪切帶變形并不充分。大量Cube取向剪切帶上通過定向形核的方式進行再結(jié)晶,形成Cube有利織構(gòu),顯著提高了退火板磁性能。
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF777
【圖文】：

助這一重大技術(shù)創(chuàng)新和一貫的尺寸精度控制，新日鐵住金公司的取向硅鋼一舉確逡逑立其在世界電工鋼領(lǐng)域的絕對領(lǐng)先地位。發(fā)展至今，取向電工鋼的鐵損降低情況逡逑與歷史節(jié)點如圖１．４所示。逡逑３．０邋邐逡逑？＼邐普通取向硅鋼邋日本開始生產(chǎn)取向硅鋼，通過逡逑＼邋美國－二次冷軋法＝＞１０年技術(shù)積累，引入Ａ１Ｎ作為逡逑，抑制劑開始Ｈｉ－Ｂ取向掛鋼生產(chǎn)逡逑２－°邋■邋Ｋ邋Ｉ逡逑Ｔ邐ｖ．逡逑高磁感取向硅鋼（Ｈｉ－Ｂ）逡逑Ｓ．邋１０邋＂邐Ｉ邐減薄鋼板厚度（０．邋３￣０．邋２３ｍｍ）逡逑細化磁疇逡逑蜃邐：邐產(chǎn)品厚度極��？花＊邐？孽工藝逡逑Ｕ＊５邋＇邐（０．２３－０．邋１８－０．邋１５ｎｎｎ）邐辦逡逑全新的成分和抑制劑方案逡逑需要生產(chǎn)方式的革命！逡逑０．０邋——？邐：邐？邐＇邐＇邐＇邐逡逑１９２０邐１９４０邐１９６０邐１９８０邐２０００邐２０２０逡逑圖１．４取向電工鋼發(fā)展趨勢［１］逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋ｔｒｅｎｄ邋ｏｆ邋ｇｒａｉｎ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ邋ｓｉｌｉｃｏｎ邋ｓｔｅｅｌ逡逑２０世紀７０年代中期石油危機后，美國開發(fā)了鐵基非晶與硅鋼競爭制造變壓逡逑器鐵芯材料。前者的制備條件較為嚴苛，產(chǎn)品尺寸較小，但是近年來也取得了長逡逑足進步，這進一步促進了冷軋取向硅鋼向著低鐵損、高磁感方向發(fā)展。１９８３年逡逑至今，日本鋼鐵業(yè)內(nèi)科研人員在降低成品厚度、張力涂層、溫度梯度退火、耐熱逡逑細化磁疇等方面的研究均取得了實用性進展

并且通過降低Ｓｉ質(zhì)量百分數(shù)、提高Ｍｎ質(zhì)量百分數(shù)來達到提高磁感降逡逑低鐵損的目的；而ＪＦＥ主要是調(diào)整Ｓｉ和Ａ１成分、降低夾雜物比例、熱乳板常逡逑化控制冷軋前織構(gòu)。三代無取向硅鋼性能發(fā)展如圖１．５所示。目前，最高級的逡逑０．３５ｍｍ無取向硅鋼Ｐ１５／５０值已經(jīng)降到２．１Ｗ／ｋｇ以下［３４．３７】，但是磁感值提高有逡逑限只有１．６３Ｔ。逡逑１．７５邋邐逡逑，．７０邋－邐ｚ＊，＂４逡逑▲邋＇邐？逡逑＾邋ｚｚＺ．．．逡逑３１６５邋＇逡逑ＣＯ邐．Ｚ逡逑鹋邐／邋？邐，逡逑惡邋１＿６0邋＿邐ｊａｒ逡逑翅邐１５５邐？．邐｜＋第一貨逡逑１．５５．邐第二ｄ逡逑ｚ逡逑１．５０邋邐＇邐＇邐＇邐＇邐逡逑２邐３邐４邐５邐６邐７逡逑鐵損Ｐ＾／Ｗｋｇ逡逑圖１．５無取向電工鋼發(fā)展趨勢（全工藝）ｍ逡逑Ｆｉｇ．邋１．５邋Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋ｔｒｅｎｄ邋ｏｆ邋ｎｏｎ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ邋ｓｔｅｅｌ邋（ｆｕｌｌｙ邋ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ）逡逑１．３電工鋼發(fā)展的技術(shù)“瓶頸”分析逡逑１．３．１大壓縮比熱軋與無取向硅鋼組織、織構(gòu)要求的先天矛盾逡逑目前通用的無取向硅鋼的生產(chǎn)流程為板坯連鑄一高溫加熱一熱軋一�；诲义侠滠堃煌嘶�，是依托當前主流薄帶鋼熱卷產(chǎn)線設(shè)計的。流程中的厚板坯連鑄和大逡逑壓縮比單方向熱軋會顯著細化基體晶粒、惡化磁感，不能滿足無取向硅鋼對于粗逡逑－８－逡逑

東北大學博士學位論文邐第１章緒論逡逑無取向硅鋼在發(fā)生充分的動態(tài)再結(jié)晶過程中形成大量細小晶粒，晶界總長度劇烈逡逑增加。上述分析可知這些晶界是無取向硅鋼有害的ｙ取向晶粒形核長大的有效位逡逑置，所以退火織構(gòu)中Ｙ組分占顯著優(yōu)勢。Ｓｉ質(zhì)量百分數(shù)大于２．０％的無取向硅鋼逡逑雖然動態(tài)再結(jié)晶程度稍弱，但是強烈的回復和變形過程會提高ａ織構(gòu)的強度，依逡逑然會促進冷軋退火組織中丫織構(gòu)的發(fā)展。�；嘶疬^程使得熱乳帶鋼晶粒粗化，逡逑冷軋過程中發(fā)生晶內(nèi)剪切變形，一定程度上促進Ｇｏｓｓ和Ｃｕｂｅ兩種有利織構(gòu)發(fā)逡逑展。但是此工藝中依然不能顯著削弱退火織構(gòu)Ｙ組分的比例，而且造成Ｇｏｓｓ強逡逑于Ｃｕｂｅ織構(gòu)，磁各向異性提高。逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2766871