薄带连铸超低碳取向硅钢凝固、析出与再结晶行为研究

发布时间：2020-07-02 18:40

【摘要】：硅钢是电力、电子和军事工业领域不可缺少的重要软磁材料,是具有战略意义的钢铁产品。取向硅钢被誉为“钢铁行业中的艺术品”,是衡量一个国家特殊钢制备水平的的标志。常规生产流程生产取向硅钢工序长、设备投资大、生产难度大且成本高,取向硅钢极薄带的制备更是受到现有设备条件及技术原理的严重限制,而双辊铸轧作为新一代绿色环保的短流程生产工艺,可以大大降低建设投资和生产成本。薄带连铸流程亚快速凝固和近终成形的特点,决定其在取向硅钢组织、织构以及析出物控制技术上具有独特的优势,为高性能取向硅钢极薄带的制备提供了新的技术途径。本论文基于双辊薄带连铸工艺流程,采用超低碳新型抑制剂成分体系设计,通过金相、EBSD、EPMA、XRD和TEM等检测技术对取向硅钢全流程的组织、织构及析出物的演变规律进行分析,主要研究内容如下:(1)提出了基于薄带连铸工艺超低碳体系条件下,新型抑制剂高磁感取向硅钢的制备方法,研究了全流程组织、织构和析出的演变过程,实现了抑制剂诱发二次再结晶获得高性能取向硅钢极薄带的技术突破。添加Nb、V作为辅助抑制剂,铸带中抑制剂为过饱和固溶状态,通过常化和中间退火制度柔性化控制析出物状态,增强抑制能力,可制备以抑制剂诱发二次再结晶的取向硅钢极薄带,最终二次再结晶组织完善。0.20mm厚度成品的晶粒尺寸为50～70mm,磁性能较高,磁感B8平均值为1.83T,铁损值P17/50=1.82W/kg。厚度越薄,磁感值越高,铁损值越低。0.08mm极薄带成品,磁感值B8平均值为1.94T,铁损值P17/50=1.OW/kg,P1.0/400=6.18W/kg,P1.5/400=13W/kg,P1.0/1000=23W/kg,高频磁性能优异。(2)研究了取向硅钢亚快速凝固行为及抑制剂固溶-析出规律,控制浇铸过热度可有效控制铸轧带初始凝固组织。薄带连铸流程可以明显提高基体过饱和固溶能力,并且铸带中高温析出物能够钉扎晶界,细化凝固组织。铸轧熔池内温度场和溶质流动场决定了凝固结束时组织,出铸辊之前的高温变形对于最终组织与析出状态有明显影响。高过热度条件下,容易得到{100}面织构的发达柱状晶,且存在一定强度{110}面织构。低过热度条件下,铸带为等轴晶组织且取向较为随机。铸带沿宽度方向,边部的表层为细小等轴晶且取向漫散,次表层主要为{110}纤维织构和部分剪切织构,中心层为α和γ织构。中间位置为随机取向的粗大等轴晶。次宽度位置晶粒受到明显轧制变形,Goss等变形织构明显。添加Nb、V铸带中抑制剂析出较少,主要为MnS、(Nb,V)N以及二者复合析出,能有效细化铸带组织。(Nb,V)N主要在位错线上以长条状析出,尺寸为25～45nm,部分与MnS复合析出物尺寸较大,尺寸为80～120nm。以MnS和AlN为主要抑制剂的铸带析出物以MnS为主,少量AlN析出,析出物平均尺寸为120～150nm。(3)系统研究了新型复合抑制剂取向硅钢全流程中组织、织构与析出物的演变规律。揭示了常化过程对于均匀铸态组织,促进抑制剂析出的作用,明确了两阶段冷轧+中间退火过程细化组织,优化织构的效果,为二次再结晶提供充分条件。常化处理后组织粗大均匀,织构更漫散,过饱和固溶体中抑制剂倾向于以第二相粒子的形式析出,部分细小(Nb,V)N回溶,析出分布密度比铸带中明显提高,并且尺寸均匀。冷轧和中间退火处理能促进抑制剂大量集中均匀析出,退火织构中α、γ以及Goss织构较强。添加Nb、V的铸带初次再结晶机组织细小均匀,γ织构强度更高,平均尺寸为11μm。初次再结晶过程中(Nb,V)N,MnS析出物均能有效阻碍晶界的移动。(Nb,V)N尺寸相差较大,尺寸为30～100nm。MnS单独析出物较少,尺寸为40～70nm。以MnS和AlN为抑制剂的铸带在再结晶退火后能得到细小弥散的AlN析出物,分布密度更高。(4)讨论了铸轧条件下Goss晶粒二次再结晶形成机理,确定Goss起源于第二阶段冷轧剪切带,利用CSL和HE理论解释了 Goss异常长大的开始方式,其发展过程中尺寸优势起确定性作用。改变冷轧方向会影响初次再结晶织构,但是高温退火过程中依然能发生Goss晶粒的异常长大,且取向偏差不大,证明二次再结晶“Goss种子”起源于第二阶段冷轧剪切带。快速加热能保留更多的形变储能,提高了再结晶驱动力,Goss取向晶核优先形核并长大,取向强度高且位向准确。Goss晶粒在二次再结晶开始之前没有尺寸和分数的优势,但具有更高的CSL和HE晶界比例,该晶界具有较高的移动速率的特性决定了其较早脱钉。不同取向晶粒内析出物尺寸和分布密度不同决定了 Goss晶粒的长大方向,Goss异常长大过程依靠尺寸优势吞并其他细小基体组织,在二次再结晶后期,部分正常长大的{111}112、{100}110和立方取向晶粒,也可以被异常长大的Goss吞并。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1;TF777
【图文】：

铁损,取向硅钢,历程,电工钢

又可以有效控制温升，延长电机和变压器的工作运转时间。目前各国都将电工钢产品的逡逑铁损值作为划分产品牌号的依据，纵观电工钢发展史，一条主线就是降低取向硅钢铁损逡逑值，图１．１为降低其铁损值的关键技术突破情况［１２］。逡逑－４－逡逑

示意图,双辊薄带连铸,原理,示意图

逦２０２０逡逑年份逡逑图１．１取向硅钢铁损降低的历程逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｃｏｒｅ邋ｌｏｓｓ邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｇｒａｉｎ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ邋ｓｉｌｉｃｏｎ邋ｓｔｅｅｌｓ逡逑电工钢的铁损包括磁滞损耗（ｐｈ）、涡流损耗（ｐｅ）和反常损耗（ｐａ）三部分。磁滞逡逑损耗是磁性材料在磁化和反磁化过程中，由于材料中的夹杂物、晶体缺陷、内应力和晶逡逑粒取向等因素阻碍磁畴壁移动，使磁通变化受阻，造成磁感应强度落后于磁场强度变化逡逑的磁滞现象而引起的能量损耗。涡流损耗是磁性材料在交变磁化过程中，在磁通周围感逡逑生出局部电动势而引起涡电流所造成的能量损耗。反常损耗是材料磁化时由于畴壁结构逡逑不同而引起的能量损耗［１］。取向硅钢降低铁损的主要目标是降低ＰｊＤＰｅ。逡逑影响铁损的因素比较复杂，影响磁滞损耗、涡流损耗和反常损耗的因素各不相同，逡逑甚至出现完全相反的情况。比如晶粒尺寸和钢板厚度的影响，一方面晶界处点阵畸变、逡逑晶粒缺陷多、内应力大，阻碍了畴壁的移动，晶粒越大，晶界面积越小，磁滞损耗和矫逡逑顽力降低。另一方面，晶粒尺寸越大，磁畴尺寸增大，涡流损耗和考虑磁畴结构的反常逡逑涡流损耗增加。减小钢板厚度可以同时增加表面自由磁极能量（静磁能）和１８０°畴单位面逡逑积上的畴壁能量

【参考文献】