双辊铸轧无取向硅钢织构演变与立方再结晶织构形成机制研究

发布时间：2019-07-11 20:10

【摘要】：无取向硅钢是重要的软磁材料,织构优化是提高其性能的重要手段。现行工业生产中的织构控制主要集中在弱化不利的γ{111}//ND)织构,尚无适合工业化的有效方法增强理想的λ({001}//ND)织构。双辊铸轧是短流程生产技术,其在硅钢制备中的应用成为国际上的研发热点。双辊铸轧过程中的快速凝固特点,使带坯具有独特的织构形态,这必然导致后续形变和再结晶过程中的织构遗传演变呈现新特征。然而,双辊铸轧制备硅钢过程中的织构演变与控制机理目前尚缺乏系统、深入的研究。本研究以具有λ织构和等轴晶粒特征的双辊铸轧带坯为初始材料,经传统冷轧、退火制备出0.35mm、0.20mm厚度的无取向硅钢板。利用X射线衍射、EBSD (Electronic Backscatter Diffraction)取向分析技术以及晶体塑性有限元模拟(CPFEM),研究了轧制温度、轧制压下率和退火温度对织构演变的影响以及强立方再结晶织构的形成机制；在此基础上,准原位研究了立方形变带依赖基体取向的形成方式；进一步准原位分析了{113}361晶粒中立方形变带形成的微观过程。双辊铸轧硅钢的再结晶织构与冷轧压下率、轧制温度、退火温度密切相关。室温和200℃C轧制时,冷轧压下率对λ、Cube ({001}100)、 η(001//RD)和γ再结晶织构的影响基本一致。随压下率增大,Goss({110}001)再结晶织构在60%压下率时最强而后逐渐减弱,λ、Cube和丫再结晶织构逐渐增强；在82～90%范围内可获得较强的λ、Cube再结晶织构,但压下率增大到90%时,1,再结晶织构显著增强。轧制压下率82%左右、轧制温度200℃℃以及退火温度提高至1200℃C,有利于增强λ、Cube再结晶织构、弱化1,再结晶织构。本研究获得的一个突出成果是在高温退火后双辊铸轧无取向硅钢获得了强立方(Cube)再结晶织构,其中亚表层立方织构较准确且强度达到7级,中心层立方织构偏离至{001}410,强度为5级。初次再结晶完成时,立方织构与γ织构、Goss织构共存,在高温退火后,立方晶粒利用尺寸与数量优势进行长大并最终形成强立方织构,而Goss与y织构显著弱化。通过高分辨EBSD取向分析发现,立方再结晶晶粒主要在{111}110和{111}112形变基体的剪切带以及{001}210、{114}481、{113}361基体的形变带形核,{111}110形变基体内剪切带与{111}112形变基体内数量相当,而来自剪切带的立方晶核数量稍高于形变带。晶体塑性有限元模拟给出了剪切带取向与基体取向的关系,其中{111}110周围取向的形变基体可产生近立方取向的剪切带。利用泰勒模型晶体塑性计算与EBSD取向分析研究了立方形变带的形成机制。方面,计算显示初始近立方织构可以转动至{001}210、{114}481和{113}361取向位置；另一方面,EBSD取向分析表明{001}210形变晶粒内部、{114}481和{113}361形变晶粒的晶界区域存在立方取向形变带。综合计算与实验分析,塑性变形过程中初始近立方取向发生取向转动,转动至{001}210取向的晶粒内部保留立方形变带；转动至{114}481和{113}361取向的晶粒内,仅能通过晶界约束作用在晶界位置保留立方形变带。为进一步阐释立方取向形变带的形成过程,利用高分辨EBSD取向分析技术结合槽型压缩方法,准原位分析了初始立方、{001}510和{114}481取向晶粒在塑性变形过程中的微结构与微织构演变。发现立方取向和{001}510取向晶粒内保留初始取向；{114}481取向晶粒发生取向分化。因此,初始立方取向以及初始{001}510取向,在轧制变形中倾向于通过保留初始取向形成(近)立方形变带。准原位细致研究了{113}361取向晶粒内立方形变带产生的微观过程。形变带最早在与{110}001晶粒近邻的晶界区域形成。变形早期形成两种形变带形态：一种是形变带宽度为2～45μm,随宽度由窄到宽,形变带内板条状组织间距几乎不变而数量增多,形变带与基体间的取向差增大,且逐渐靠近立方取向；另一种是与形变基体取向差及内部取向几乎不变。形变带由晶界向晶内发展,宽度减小,与基体间取向差亦逐渐减小,形变带内部取向转向立方取向的程度降低。由于晶粒的初始取向沿晶界方向波动小于2。、由晶界向内的取向波动小于4。,取向扰动不是形变带形成的主要原因,相邻晶粒的作用导致该晶界区域应变集中可能是形变带形成的主要原因。综上,采用传统冷轧和退火工艺,实现了铸轧硅钢薄带再结晶织构的优化控制,成功制备了强立方再结晶织构的硅钢板,为基于双辊铸轧的高品质无取向硅钢制备奠定了基础。同时,对立方再结晶晶粒形核、立方形变带和剪切带形成机制的揭示,可推广应用于其它体心立方金属材料的织构控制。
文内图片：图２．２槽型皮缩实验示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｄｉｅ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ逡逑

图２．２槽型皮缩实验示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｄｉｅ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ逡逑

图片说明：第二章材料制备与实验方法逡逑２．１研制流程和技术路线逡逑本研究采用图２．１的研制流程。Ｗ具有初始？Ｌ织构的双蒋铸轨带巧为初始材料，经逡逑传统冷乾、退火制各出０．３５ｍｍ、０．２０ｍｍ厚度的无取向旌钢板。利用ＸＲＤ和ＥＢＳＤ逡逑技术Ｗ及晶体塑性计算，研巧了靴削温度、乳制压下率和退火温度对织构演变的影响逡逑Ｗ及强立方再结晶织构的形成机制，准原位研究了立方形变带的形成过程。逡逑逦１双辕铸ｆｔ薄带症￣逡逑Ｉ邋—邋—邋—逦—逦—邋—邋—邋—邋—邋—邋—邋—邋—Ｉ逦Ｉ邋——W—邋—逦—邋—邋—邋—邋—邋—邋—邋■—W—邋—邋＿邋—邋—邋—邋—邋—邋—邋—逡逑！逦！逦！逦ｒ－｜￣ｉｓ￣￣｜！逡逑Ｉ逦：逦！逦广化制温度！逡逑Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦邋邋邋．！逡逑１逦！逦！逦Ｌ邋２００°Ｃ邋Ｉ逡逑Ｉ逦
文内图片：图２．４邋Ｂｕｎｇｅ体系中ＯＤＦ恒９２＝０°和ｃｐ产４５°截面图逡逑

图片说明：逦第二章材料制备与实验方法逡逑织构测试样品包括冷化板和退火板，测试面为扯面（ＲＤ－ＴＤ），见图２．３。从挂钢逡逑板上切取尺寸为２０ｍｍｘ２０ｍｍ的样品，依次采用４００￣１５００＃的砂纸将测试面研磨平整、逡逑光亮，用１０％的ＨＦ－Ｈ２Ｏ２溶液进行化学减薄。之后综合使用机械研磨和化学减薄，反复逡逑多次至目标厚度，，最后用稀盐酸溶液腐蚀样品表面Ｗ去除应力，样品要求表面平整光亮逡逑且没有氧化。逡逑本文采用Ｒｉｇａｋｕ公司的ＳｍａｒｔＬａｂ型Ｘ－射线衍射仪进行宏观织构分析。利用自动逡逑织构测角台并按Ｓｄｉｕｌｚ背反射法进行。测定时利用ＣｏＫａ福射，管电压为４０ＫＶ，管电逡逑流为３０ｍＡ，光源为５ｍｍｘ５ｍｍ的平行光，接收狭缝使用大窗口接收。测量ｙ邋１０｝、｛２００｝逡逑和｛２１１｝Ｈ张不完整极图，测量范围为0１由０￣７０°，Ｐ由０￣３６０°，测量步长５°。采用Ｌａｂｔｅｘ逡逑织构分析软件计算取向分布函数（ＯＤＦ），并用角度间隔为５°的恒９２截面图表示（Ｂｕｎｇｅ逡逑体系）。逡逑ＮＤ逡逑ｉ、逡逑１Ｔ逡逑逦＂邋＂ｆ逦巧巧逦逡逑／逦宏观织构逦／邋邋逦
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335;TG142.1

【参考文献】