典型特殊制备技术对无取向电工钢织构的影响规律EICSCD

电工钢又称硅钢,是一种重要的特殊钢,常被称作特殊钢中的“艺术品”,这主要是因为其加工制备流程复杂、性能影响因素繁多。其中无取向硅钢主要应用于旋转电磁场环境,为了获得优良的软磁性能,需要形成较多的{100}等有利织构,为此研究人员进行了大量探索,近年来发现一些特殊制备技术在形成大量{100}等有利织构方面有显著效果。本文综述二次轧制、斜轧、异步轧制及双辊薄带连铸四种典型特殊制备技术对无取向硅钢再结晶织构的影响规律,发现二次轧制与双辊薄带连铸均能增强λ与高斯织构,并削弱γ织构,斜轧也会增强λ织构,但对γ织构影响不大,异速异步轧制能增强η织构,而异径异步轧制对再结晶织构却基本没有影响。最后,总结目前各项特殊制备技术存在的缺陷,并提出一些发展方向,如借助斜轧原理在常规冷轧中产生更多剪切带、利用异步轧制进行二次加工以均匀化磁感等,为后续无取向硅钢的工业生产提供更多参考。     

同步、异步组合轧制取向硅钢极薄带的织构研究

采用同步、异步组合轧制方式将成品工业取向硅钢板冷轧到0.08mm,然后在纯氢气炉中高温退火,采用ODF和反极图定量分析硅钢薄带的冷轧和再结晶织构。研究结果表明,在同步、异步组合轧制方式下,冷轧薄带的变形织构与一般常规冷轧板的相同,但沿板厚呈现了不对称分布,经840℃保温6h退火,晶粒取向为集中的{110}〈001〉。     

异步轧制对硅钢极薄带三次再结晶的影响

分别采用同步和异步轧制将成品工业取向硅钢板冷轧到0.045～0.10mm,然后在纯氢气热处理炉中进行三次再结晶高温退火,研究轧制工艺参数对取向硅钢极薄带织构和磁性能的影响,探索异步轧制对硅钢极薄带三次再结晶行为影响机理.结果表明,采用异步轧制取向硅钢极薄带的磁性能优于同步轧制的;硅钢极薄带厚度愈薄,磁性能愈好,三次再结晶发展得越完善.     

轧制温度对双辊铸轧硅钢形变与再结晶织构的影响

采用宏微观织构分析相结合的方法,研究了轧制温度对双辊铸轧Fe-2.8%Si-0.8%Al硅钢形变与再结晶织构的影响。室温和200℃轧制样品形变织构均由α(〈110〉∥RD)、γ(〈111〉∥ND)和λ(〈001〉∥ND)纤维织构组成,但200℃轧制显著减弱α、λ形变织构,增强γ形变织构特别是1/4层的{111}〈110〉织构。200℃轧制时,剪切带数量增多、储能增强,从而促进了Goss({110}〈001〉)、Cube({001}〈100〉)再结晶晶粒分别在γ和{111}〈110〉形变基体剪切带的大量形核,γ再结晶晶粒在晶界少量形核以及Goss和Cube再结晶晶粒的增多,有效抑制了γ织构。λ织构的变化由Cube和{001}〈110〉的变化共同决定,在1/4层,Cube织构显著增强导致λ织构的增强;在中心层,Cube略微增强而{001}〈110〉显著减弱导致λ织构的减弱。     

TSCR热轧工艺对3.2%Si无取向硅钢组织性能的影响

研究了薄板坯连铸连轧流程(TSCR)条件下热轧工艺对3.2%Si-0.7%Al无取向硅钢组织、织构演变及磁性能的影响规律。结果表明,提高均热温度和热轧温度有助于获得粗大的变形组织和强烈的{001}〈110〉织构,进而对后续的组织、织构演变进程及磁性能产生有利的遗传影响。与低温均热和低温热轧相比,高温均热和高温热轧得到的最终成品板的再结晶晶粒较粗大,λ纤维再结晶织构较强而γ纤维再结晶织构较弱,磁感应强度较高。     

冷轧形变量对异步轧制高纯铝箔织构的影响

应用取向分布函数(ODF)研究和分析了异步轧制高纯铝箔的形变织构和再结晶织构.结果表明:异步轧制高纯铝箔的形变织构除了C{112}<111>、B{110}<112>和S{123}<634>织构组分外,还有较强的CubeND{001}<110>和{102}织构.异步轧制高纯铝箔的再结晶织构由强的立方织构{001}<100>和弱的R{124}<211>织构组成.随着形变量的增加,异步轧制高纯铝箔的形变织构和再结晶织构呈现规律性的变化,{102}织构减少,S织构先增后减,速比较小时C织构近线性减少,速比较大时C织构则先增后减.异步轧制高纯铝箔的退火样品中有很强的立方织构,这与异步轧制提高高纯铝箔的形变储能有关,形变量过大时,立方织构随形变量的增加急剧减少.{102}织构有利于再结晶立方织构的加强.     

常化退火处理对无取向硅钢组织和织构的影响

采用光学显微镜和X射线衍射仪研究了常化退火处理对无取向硅钢热轧板和成品退火板显微组织和织构的影响。结果表明:常化退火处理消除了热轧板中的变形组织,促使变形晶粒完成再结晶;常化退火处理使高斯织构和立方织构易通过再结晶在变形带内形核和长大,可显著降低成品退火板的{111}和{112}不利织构组分的占有率,提高{100}和{110}有利织构组分的占有率,从而有利于提高无取向硅钢成品板的磁性能。     

二次冷轧压下率对含钒钛取向硅钢组织和织构的影响

在实验室条件下模拟薄板坯连铸连轧工艺流程试制含钒钛普通取向硅钢,采用不同的二次冷轧压下率进行轧制并研究了其对组织和织构的影响.结果表明:当二次冷轧压下率为60％时,组织中与轧向呈约35°夹角的Ⅰ类宽切变带最为密集,这有利于在最终二次再结晶退火中获得位向准确的高斯晶粒.一次冷轧板以α线织构为主,当压下率增大时,α线织构组分取向密度逐渐减小,逐渐转变为α+γ混合纤维织构.二次冷轧板以γ纤维织构为主,随着压下率的增大,以{111}<112>位向为代表的γ纤维织构逐渐增大,压下率增大到60％时,{111}<112>取向密度达到4.135,之后继续增大压下率,{111}<112>强度提升有限.在实验条件下,最佳的一次冷轧压下率为72％,二次冷轧压下率为60％,最终成品可发生完善的二次再结晶,成品磁性能P17达到1.049W/kg,B8达到1.950 T.     

取向硅钢常化及其对二次再结晶影响的研究进展

取向硅钢是重要的铁芯材料,而常化是目前生产高磁感取向硅钢不可或缺的工业生产工序,它可以调整热轧板的组织、织构和抑制剂析出从而改善硅钢磁性能。本文综述了取向硅钢热轧与常化组织的遗传性规律与常化过程中抑制剂的演变规律,重点讨论了常化对初次再结晶和二次再结晶组织与织构的影响规律,指出常化组织中细小γ-晶粒群有利于二次再结晶,而大的变形α-晶粒与λ-晶粒不利于二次再结晶。最后针对低温加热渗氮型高磁感取向硅钢推荐了能最优化磁性能的三段式常化工艺及其参数。而如何在保证获得同等织构组分与抑制剂含量的基础上进一步简化工艺以及常化工艺在薄板坯连铸连轧和薄带连铸生产取向硅钢中的合理应用将是未来常化发展的重点方向。     

轧制法制备低铁损高磁感6.4%(质量分数)硅钢及其织构演变

采用轧制法制备出具有低铁损高磁感0.23mm厚6.4%(质量分数)Si高硅钢。沿轧制方向的最终磁性能为B8=1.474 T,B50=1.714 T;P10/50=0.30W/kg,P15/50=0.88W/kg。利用X射线衍射及背散射电子衍射(EBSD)技术分析了高硅钢在轧制及退火过程中的织构演变过程。结果表明,通过采用大压下率热轧,确保热轧板次表层中产生更多的高斯织构,随后进行遗传;温轧板中粗大的晶粒有利于冷轧剪切带的形成;冷轧板经脱碳退火后生成强{210}〈001〉织构及次表层较强的高斯织构是在轧向上获得高磁感的原因,归因于其在{111}〈112〉冷轧形变晶粒内的剪切带优先形核并长大;最终退火后虽出现了随机取向,但以{310}〈001〉织构为代表的η织构得以保留并且增强,进一步提高了磁感。随着退火温度的升高及保温时间的延长,高硅钢薄板晶粒尺寸不断增大,铁损明显降低。     

冷轧压下率及初始高斯晶粒取向度对超薄取向硅钢织构演变与磁性能的影响

以不同高斯取向度的取向硅钢成品板为初始原料,采用一次冷轧法制备0.06~0.12mm厚的取向硅钢薄带。利用EBSD取向成像技术研究冷轧压下率以及初始高斯晶粒取向度对超薄取向硅钢织构演变与磁性能的影响。结果表明:随着冷轧压下率增大和厚度减小,退火后再结晶织构增强,当压下率为70%时,再结晶织构中RD∥〈001〉织构最锋锐,磁性能最佳;初始样品高斯取向度越高,制备的薄带样品磁性能越好;因此,生产高性能的取向硅钢薄带应选用初始高斯晶粒取向度较高的成品板。     

无取向硅钢形变储能取向依赖性及其对再结晶织构的影响

采用晶体塑性有限元模拟与实验相结合的方式,研究无取向硅钢冷轧过程中不同初始织构组分的取向流动与形变储能累积。结果表明:冷轧后形成了较强的α,γ形变织构和较弱的λ形变织构。再结晶织构由γ,α,η和λ织构组成,其取向密度依赖于冷轧压下率。随冷轧压下率增大,λ再结晶织构逐渐增强,η织构先增强后减弱,γ织构先减弱后增强,α织构稍有弱化。冷轧过程中形变储能累积具有明显的初始取向依赖性,初始γ取向储能累积速率在低于50%压下率时与初始α取向接近,高于50%压下率时则明显大于后者,初始λ取向储能累积速率始终显著低于γ和α取向,转至同一形变取向的不同初始取向间的储能累积也会产生差异。冷轧过程中不同初始织构组分的取向流动与形变储能累积规律,决定了无取向硅钢再结晶织构组分的发展。     

高硅钢薄板退火过程中的织构演变

采用传统的轧制和退火工艺制备了0.30mm厚的6.5%（质量分数）Si高硅电工钢薄板,采用X射线衍射技术对退火过程中的再结晶织构进行了研究。冷轧高硅钢薄板700℃退火形成以{111}〈112〉为峰值的γ织构（〈111〉∥ND）和以{001}〈210〉为峰值的{001}织构;而900℃以上温度退火则形成强{001}〈210〉织构。进一步的研究表明是在晶粒长大过程中{001}〈210〉发展成为主要再结晶织构组分。     

异步轧制取向硅钢薄带的三次再结晶

采用带比为１．２的异步轧制及常规轧制，将０．３０ｍｍ厚的工业取向硅钢冷轧至０．１０ｍｍ，在普通氢气炉中退火。对退火薄带的再结晶组织、织构和磁性的研究表明：经异步轧制并在１１５℃退火的５ｈ中发生了三次再结晶，晶粒度１￣３ｍｍ、晶粒取向为｛１１０｝［００１］；与冷轧前板材相比，薄带的磁性明显改善；铁损下降了５１％，Ｂ８＝１．９７８Ｔ，Ｐ１３／５０＝０．３０ｍＷ·ｇ＾－１，Ｐ１７／５０＝０．７２ｍＷ·ｇ     

低温薄规格取向硅钢初次再结晶组织对二次再结晶行为的影响

取向硅钢成品带材具有锋锐的Goss织构,其前提是需要保证在高温退火过程中能发生完善的二次再结晶,而合适的初次再结晶组织是发生二次再结晶的关键要点之一,探索初次再结晶组织对二次再结晶行为的影响具有重要的研究意义。分析了低温薄规格取向硅钢在不同脱碳退火时间条件下的初次再结晶组织,并研究了初次再结晶组织对二次再结晶行为的影响规律。结果表明:在脱碳退火温度880℃条件下,最佳退火时间约为3 min,此时高温退火可发生完全二次再结晶。延长脱碳退火时间,初次再结晶组织平均晶粒尺寸增大,导致二次再结晶不完善,高温退火后出现"细晶"组织。二次再结晶不稳定很大程度是初次再结晶组织中心层的{100}〈025〉取向晶粒长大所致,最终未发生二次再结晶的"细晶"组织也多为{100}〈025〉取向。     

0.20mm CGO硅钢高温退火Goss晶粒起源及异常长大行为研究

利用X射线衍射织构分析技术和电子背散射衍射微织构分析技术,对0.20mm CGO硅钢薄板在高温退火缓慢升温过程中表层和次表层的织构演变规律进行了研究。结果表明:0.20mm CGO硅钢在高温退火过程中经历了低温回复、初次再结晶、初次再结晶晶粒长大和二次再结晶形成最终锋锐Goss织构的演变过程。Goss取向晶粒最初起源于变形回复基体中残存于{111}〈112〉形变带上少量的Goss晶粒亚结构,600℃保温2h后,Goss取向晶粒率先从变形基体中转变形核,在随后的升温过程中逐渐发生再结晶,Goss取向晶粒在此过程中并不具有尺寸优势,700℃时初次再结晶完成,基体中以γ纤维织构和{112}〈110〉织构为主;随着退火温度的升高,Goss晶粒的含量和平均晶粒尺寸逐渐增加,在900~1000℃之间,Goss取向晶粒迅速"吞噬"其他取向晶粒形成锋锐的Goss织构,1000℃时已经发生了二次再结晶。     

形变模式对3104铝合金板微取向流变行为的影响

探讨了不同形变模式(同步轧制、异步轧制和双向异步轧制)对3104铝合金板微取向流变的影响.对各主要冷轧织构组分:Brass({110}〈112〉)、S({123}〈634〉)、R/S({124}〈211〉)、Goss({110}〈001〉)和Copper({112}〈111〉),在三维取向空间的取向密度ω(g)沿板厚的分布进行了定量测定.结果表明:同步轧制时,各层织构组分取向密度呈对称分布;异步轧制与双向异步轧制时,各织构组分与传统的同步轧制的织构组分相同,只是表层各织构组分的强度级别明显提高,沿着轧板的厚度方向呈非对称分布;双向异步轧制下,除各层的织构组分取向密度略有变化外,基本与异步轧制相同.这种巨大的差异,主要是由于异步轧制时,搓轧区剪切应力的大小和方向不同,造成金属微取向流变行为的差异所致.     

残余碳对取向硅钢初次和二次再结晶的影响

研究了脱碳退火样品中的残余碳对取向硅钢初次和二次再结晶的组织和磁性能的影响。结果表明：随着脱碳退火样品中残余碳含量的提高,初次再结晶的平均晶粒尺寸减小,表层和中心层的晶粒尺寸差增大;初次再结晶的强{111}<110>或{111}<112>织构向强{112}<110>织构转变,部分1/4层的Goss晶粒或{111}<112>晶粒转变为其他取向的晶粒;残余碳含量超过0.0200%后,高温退火样品二次再结晶不完善,磁性能较差。相变是导致上述现象的主要原因。     

薄规格取向硅钢中晶粒取向和尺寸对Goss晶粒异常长大的影响

利用EBSD技术统计了薄规格取向硅钢片中初次再结晶和二次再结晶前期组织中{411}〈148〉、{111}〈112〉、{100}〈025〉取向晶粒尺寸分布,分析了三种不同取向的晶粒对Goss晶粒异常长大的影响。结果表明:初次再结晶组织中不同的取向晶粒对应的平均晶粒尺寸(d)存在差异,{411}〈148〉取向晶粒的平均尺寸最大,其次为{100}〈025〉取向晶粒,{111}〈112〉取向晶粒的平均尺寸最小。Goss取向晶粒异常长大的过程中优先吞噬{111}〈112〉取向晶粒,其次是{411}〈148〉取向晶粒,最后是近{100}〈025〉取向晶粒和近黄铜取向晶粒。{111}〈112〉、{411}〈148〉取向晶粒对Goss取向晶粒异常长大的影响主要体现在二次再结晶的前期。因此,可以推断取向硅钢中最终残留的"岛晶"可能来源于近黄铜取向晶粒或近{100}〈025〉取向晶粒。     

升温速率对冷轧超薄取向硅钢再结晶行为的影响

利用EBSD技术对比分析了升温速率对冷轧超薄取向硅钢再结晶行为的影响.结果表明,冷轧超薄带中再结晶形核位置、再结晶织构类型受升温速率的影响不大,主要取决于形变组织;剪切带、{111}〈112〉取向晶粒晶界、形变带和形变不均匀区均为再结晶的形核位置,剪切带的再结晶形核优势更为明显;再结晶晶粒取向以Goss({110}〈001〉)取向为主,同时存在{210}〈001〉、{310}〈001〉以及一定比例的杂乱取向.然而,升温速率显著影响Goss织构的强度及退火样品的组织均匀性;慢速升温条件下,Goss织构比例和锋锐度降低,说明回复导致不同织构的形变组织储存能差异减小,降低了Goss取向的形核优势;快速升温条件下,剪切带内的Goss晶核具有更大的形核优势,吞并临近的形变组织完成再结晶,形成更强和锋锐的Goss织构.此外,快速升温可提高再结晶完成后的组织均匀性、降低平均晶粒尺寸.