论文部分内容阅读
取向高硅钢（4.5%～6.5%Si）中较高的Si含量显著降低铁损,同时提高了磁导率,是未来电力和电子工业中最为理想的软磁合金材料。然而,取向高硅钢的研究和发展目前尚未取得突破性进展,主要原因在于较高的Si含量恶化了可加工性并且增加了组织织构的调控难度。本论文将近终形薄带连铸技术引入到取向高硅钢的制备过程中,深入挖掘其亚快速凝固特点在组织织构调控上的优势,系统研究了取向高硅钢的制备工艺、Goss织构（{110}<001>）演变、二次再结晶行为及铁损控制方法。主要工作如下:（1）为了解决取向高硅钢塑性差及抑制力要求苛刻的难点,基于薄带连铸工艺设计了取向高硅钢的含Nb抑制剂体系,同时采用温轧变形改善可加工性,成功制备了取向4.5%Si钢原型钢。重点研究了强抑制力条件下第二阶段轧制压下率对二次再结晶组织、织构和磁性能影响,提出了薄带连铸取向高硅钢第二阶段轧制压下率-抑制力-磁性能三者之间的匹配模型。结果表明,铸带组织为织构漫散的等轴晶,且大多数抑制剂元素被固溶在基体中,少量MnS和NbN在亚晶界处析出。中间退火之后,微观组织为均匀细小的等轴晶,同时出现了明显的Goss织构。随着二次压下率（53.5%～82.7%）的增加,初次再结晶晶粒尺寸减小、γ-纤维织构强度增加,二次再结晶开始温度降低,对应的抑制力失效速度减小。这增加了精准Goss晶粒发生异常长大的倾向,进而提高了Goss织构取向度。最优磁感值B8高达1.77 T,相当于取向3.0%Si钢的1.89 T,铁损P10/1000为23.97 W/kg。（2）阐明了薄带连铸取向高硅钢中Goss织构起源与演变规律,揭示了二次再结晶过程中晶界分布特征与Goss晶粒异常长大行为的对应关系,并采用Monte Carlo法模拟了 Goss晶粒前沿晶界的变化规律,为薄带连铸取向高硅钢Goss织构控制提供了理论依据。结果表明,取向高硅钢中Goss织构起源于{111}<112>和{111}<110>变形基体的剪切带中,且前者提供了主要的形核位置。随着再结晶的进行,Goss晶粒长大速度慢于平均晶粒长大速度,对应的面积分数和数量分数逐渐降低。在二次再结晶初期中,Goss晶粒周围的高能晶界具有明显优势（比基体组织高约15%）,该特殊晶界率先脱钉保证了 Goss晶粒发生异常长大。在二次再结晶中后期,异常长大的Goss晶粒在吞并基体的过程中,其前沿的高能晶界始终保持明显优势,且占比在某一固定范围内波动。（3）为了克服传统高温退火过程冗长的缺点,研究了短流程等温二次再结晶退火条件下取向高硅钢的组织织构形成规律,阐述了等温二次再结晶行为及控制方法。结果表明,取向高硅钢在1025～1050℃等温退火15 min可发生相对完善的二次再结晶。较高的退火温度导致Goss晶粒和{110}<227>晶粒相互竞争发生异常长大,降低了 Goss织构的强度。此外,取向接近的初次再结晶晶粒形成的“带状”区域,导致晶粒沿TD方向的异常长大速度慢于RD方向,最终退火样品中出现了沿RD方向残留的不连续晶粒簇。最终磁感B8为1.675～1.685 T,高频铁损P10/400为9.75～10.08 W/kg,P10/1000为38.19～40.40 W/kg,优于同等厚度条件下的无取向6.5%Si钢成品。（4）明确了异常长大的Goss晶粒和{110}<227>晶粒的变形和再结晶行为,揭示了特殊织构的遗传效应和调控机理,成功制备了低铁损取向4.5%Si钢超薄带。结果表明,超薄带变形过程中,Goss晶粒逐渐转变为{111}<112>取向,而{110}<227>晶粒在表面剪切作用影响下,发生非均匀变形,其中高储能区域转变为{111}<112>取向而低储能区域转变为{112}<241>取向。再结晶初期,Goss晶粒变形组织通过织构遗传效应形成Goss及{210}<001>再结晶晶粒,而{110}<227>晶粒变形组织中高储能区域形成{110}<227>再结晶晶粒,低储能区域被{210}<001>再结晶晶粒通过应变诱导晶界迁移机制吞并或发生原位再结晶。再结晶中后期,{210}<001>晶粒具有明显的长大优势,不断吞并其他晶粒最终得到锋锐的{210}<001>织构。超薄取向高硅钢原型钢磁感B8高达 1.71 T,铁损P10/400为6.98 W/kg,P10/1000为 23.68 W/kg。（5）阐明了薄带连铸初始凝固组织与二次再结晶行为之间的对应关系,解决了取向6.5%Si钢热轧过程中回复效应明显,无法利用再结晶充分细化基体组织的问题。结果表明,初始凝固组织的分布特点会遗传到后续的变形和再结晶过程中。当初始组织为粗大柱状晶时（晶粒尺寸约为240 μm）,变形板中出现大量低储能λ取向和α取向晶粒,初次再结晶过程中无法发生完全再结晶,进而抑制了二次再结晶。而采用织构漫散的等轴晶组织（晶粒尺寸约为110 μm）,变形过程中晶体转动迅速,减弱了变形板中的λ-纤维织构。初次再结晶之后,钢板中形成{111}<112>织构的等轴晶组织,保证了发生完善的二次再结晶。取向6.5%Si钢成品磁感1.65 T,比无取向6.5%Si钢高0.3 T,中高频铁损P10/400为7.23 W/kg,P10/1000为27.71 W/kg,比同等厚度条件下无取向6.5%Si钢低28%～35%。