论文部分内容阅读
无取向硅钢作为制备各类发电机和电动机铁芯的重要软磁合金,是提高电气化设备效率、降低能耗的关键材料。常规流程生产无取向硅钢制备工艺复杂,产品工序冗长,影响因素多变。双辊薄带连铸技术兼具短流程和环保高效的特点,其特殊的近终形和亚快速凝固特点为灵活调控硅钢组织、织构和析出物及优化磁性能提供了新的技术途径。本论文将双辊薄带连铸近终形技术引入无取向硅钢制备过程,基于其亚快速凝固物理冶金特点,系统研究常化热处理、轧制温度以及两阶段轧制工艺对于无取向硅钢组织、织构、析出物和磁性能的影响规律,阐明铸带常化-冷轧-热处理全流程调控机制。论文主要工作和研究成果如下:(1)研究了不同浇注过热度和硅含量对于薄带连铸无取向硅钢铸带凝固组织、织构的形成规律,获得薄带连铸无取向硅钢不同成分初始凝固组织的晶粒尺寸、形态和取向调控参数,为优化最终退火组织和织构,提高磁性能奠定了工艺基础。薄带连铸硅钢铸带为厚度方向上两侧对称的凝固组织,表层和中心层为不规则形状的均匀等轴晶,次表层为近似平行于铸带厚度法线方向的粗大柱状晶,形成较强的{100}和{110}取向。提高浇注过热度,柱状晶比例更高,{100}织构更强。降低过热度,柱状晶承受高温塑性变形,内部出现明显取向梯度,{110}取向增强。硅含量的提高降低了固态合金的导热系数,从而提高温度梯度,降低凝固过程中固液界面的钢液过冷度,柱状晶生长更为发达。(2)明确了常化热处理对于铸带凝固组织、织构以及析出物的影响规律,分析了Al2O3-MnS复合析出物的形成和粗化机制,及其对后续的冷轧和退火过程中组织和织构的作用机理,获得磁性能优良的薄带连铸冷轧无取向硅钢。铸带经常化热处理之后,组织和织构与初始凝固组织相似,但组织均匀性得到大幅改善。铸轧亚快速凝固过程抑制了 MnS粒子的析出行为,经常化处理后MnS粒子及Al2O3-MnS复合析出物大量析出。细小析出物阻碍了冷轧过程中位错的滑移和晶体转动,冷轧组织中形成大量晶内剪切带,提高了变形储能,进而促进了再结晶的形核和长大。铸带常化热处理能有效提高冷轧板中有利的α和λ取向织构的强度并削弱Y取向织构强度。同时析出物在退火过程中进一步粗化,对位错的钉扎和晶界的阻碍作用降低,再结晶组织粗大均匀,平均晶粒尺寸从~29μm提高到~82μm。而且,退火织构为较强的λ取向织构。磁感应强度B50从1.747T提高到1.782T,而铁损W15/50从6.212W/kg降低到4.631W/kg。(3)阐明了 Fe-3%Si铸带温轧过程中轧制温度对于形变组织和织构的影响规律,明确了动态应变时效和低温回复作用对于晶体转动、几何软化和剪切变形行为的作用机制。阐明温轧促进剪切带形成和弱化变形织构的关键作用,实现组织织构优化和磁性能提升。350℃温轧过程中发生明显的动态应变时效,提高了变形组织中剪切带密度,形变储能增高,平面变形织构强度显著弱化,同时形成了较强的{110}<110>取向剪切织构。随着轧制温度升高,退火板平均晶粒尺寸增大,组织均匀性改善,λ织构强度提高,Y织构强度降低,磁性能大幅优化。350℃轧制时,退火板磁感应强度最高(B50=1.788T),500℃轧制时,退火板铁损最低(P15/50=3.042W/kg)。提高轧制温度至650℃时,固溶原子扩散速率增加,动态应变时效效应减弱,回复作用增强,剪切带基本消失并出现部分再结晶,变形织构强度显著弱化。退火板出现大量细小晶粒,组织均匀性恶化,λ和γ取向强度降低,Goss强度提高,磁性能降低。(4)分析了薄带连铸无取向硅钢退火组织中Cube织构的起源和演化规律,分析了再结晶各阶段Cube取向晶核在不同取向形变基体中的形核和长大行为,通过优化形变组织和织构获得以Cube为主的强λ取向高磁感无取向硅钢。铸带温轧获得的强λ、α和弱γ变形织构以及较强的{110}<110>剪切织构对Cube晶粒的形核具有重要影响。再结晶退火初期,Cube再结晶晶核优先在高储能的{110}<110>取向形变基体的剪切带以及{411}<148>取向变形晶粒的晶界上形核。随着再结晶程度提高,{111}<110>和{111}<112>变形基体内剪切带上出现Cube和Goss取向竞争形核长大。此外,还可以通过Cube取向变形带的回复以及变形带上原位形核获得大量Cube再结晶。再结晶退火后期,Cube晶粒取得尺寸和数量的优势,吞并周围基体和晶粒不断长大,通过定向形核和选择长大机制最终增强退火组织中Cube织构强度,提高退火板的磁性能。(5)对比了单阶段和两阶段冷轧工艺对薄规格无取向硅钢组织、织构及磁性能的影响,研究了中间退火对于成品织构中λ和γ织构的调控机理,完善了冷轧薄规格无取向硅钢制备工艺-组织织构-成品性能的关系,改善了成品组织和织构,提升中高频磁性能。单阶段冷轧过程中,晶粒严重破碎并形成纤维组织,变形织构为较强γ织构和较弱λ织构。退火板晶粒细小,均匀性较差,再结晶织构为强γ织构和较弱的η织构,磁性能较低。两阶段冷轧过程中,中间退火有利于粗化晶粒,提高Cube取向强度。最终冷轧组织剪切带密度提高,λ和α织构增强,γ织构减弱。成品退火组织粗大均匀,织为强λ织构,0.2mm 退火板磁性能 B50=1.758T,P15/50=2.065W/kg,P10/400=15.173W/kg,P10/1k=59.48W/kg。提高退火组织中λ织构比例有利于提高磁感应强度,减小磁各向异性。减薄成品厚度可以大幅降低涡流损耗从而降低高频铁损,优化织构有利于降低磁滞损耗。