双辊薄带连铸4.5wt.%Si高硅钢组织、织构及磁性能研究

发布时间：2020-08-08 21:54

【摘要】：随着国家对资源能源利用效率要求的不断提高,需要大量适应中高频环境下服役的无取向硅钢薄带。提高硅元素含量、减薄钢带厚度是降低硅钢薄带高频铁芯损耗的有效方法。但硅元素含量的提高使得合金硬度及脆性急剧升高,难以通过常规轧制工艺实现厚度减薄。因此,寻找新的制备方法以及优化硅元素含量,并实现高硅钢薄带的轧制成形,对中高频电机行业的快速发展具有重要意义。本文以硅钢制备技术发展及制品性能升级为目标,结合双辊薄带连铸技术,制备出了具有良好磁性能的4.5wt.%Si高硅钢薄带,并对制备过程中的微观组织结构、织构特征及演化,再结晶行为与形核机制等科学问题进行了细致分析。研究工作力求为实现高效制备无取向高硅钢薄带及组织、织构控制提供技术支持与理论基础。论文的主要工作包括:将双辊薄带连铸技术应用于高硅钢产品开发,以4.5wt.%Si含量为基础,开展了成分设计及连铸试验,得到了优化的制备工艺参数。通过对铸带组织及力学性能的考察,确定了其成形性优势。对薄带连铸条件下铸带内析出物形貌、合金元素偏析、脆性有序相含量及合金硬度与工艺的相关性等科学问题进行了分析。研究了在轧制及退火过程中连铸硅钢薄带组织及织构的演化,并对产品磁性能进行了对比分析。结合背散射电子衍射(EBSD)及X射线衍射(XRD),通过对比从再结晶形核初期到晶粒充分长大的整个过程中各主要取向晶粒的演化过程,分析了优先形核取向逐渐减弱以及次要取向逐渐增强的原因。发现再结晶退火初期优先形核取向为{110}001、{100}001、{111}112,而{411}148取向晶粒呈近随机分布形核。明确了大压下率条件下,取向钉扎引起的选择长大是{411}148织构形成的主要机制,强{411}148织构的形成与铁素体{100}011形变晶粒的塑性失稳不存在显著的相关性。采用冷轧过程制得了厚度为0.05mm~0.2mm的4.5wt.%Si钢超薄带,轧带均未见明显边裂,板形良好。0.05mm厚超薄带的织构强度最弱,其在再结晶退火过程中新晶核呈近随机分布。0.2mm厚超薄带的B50值为1.686T,0.05mm厚超薄带的W5/1000低至8.13W/kg。获得了厚度减薄对硅钢薄带组织、织构及磁性能的影响规律。通过成分及浇铸参数调整,首次利用双辊薄带连铸技术成功制备出通体等轴晶并具有强λ织构的4.5wt.%Si钢铸轧薄带坯,制品的B50值达到1.712T,W5/1000为23.77W/kg。分析了晶粒长大过程中{100}013取向晶粒的长大优势,揭示了强{100}013再结晶织构的形成机制为定向形核机制。借助透射电子显微镜(TEM)研究了 4.5wt.%Si钢薄带回复及再结晶形核初期的位错运动及亚结构演化,并结合EBSD技术分析了剪切带及原始晶界处的优先形核特征,深入了解了再结晶的微观演化过程。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF777
【图文】：

无取向硅钢,制备工艺,常规,电工钢

，、、国电工钢行业进入快速发展阶段，部分产品磁性能己接近国际向电工钢概述逡逑取向电工钢简介逡逑向电工钢用于发电机、电动机和小型变压器铁芯材料。与取向硅产品织构控制相对灵活，制备工艺简单，成本较低，应用范围按出厂状态分为完全退火产品和不完全退火半成品两种。完全给用户前，已经过高温退火和涂抹绝缘膜。而半成品连退温度平整后交付用户。半成品硅钢板往往具有更好的冲片性能，但后在连退炉中进行完全退火处理。退火处理一方面促进晶粒长另一方面退火过程中钢板表面轻微氧化，形成一薄层致密的Ｆｅ３０通过控制退火气氛还能起到脱碳作用。无取向硅钢的生产工艺流

结构图,有序相,结构图,结构有序

Ｂ２有序结构方面没有明显差异，而Ｄ０３有序相只有在铸态６．５ｗｔ．％Ｓｉ钢中出现，逡逑对于抑制Ｂ２结构有序相生成的临界冷却速率随硅元素含量增加呈指数性增加，逡逑Ｂ２及００３有序相结构如图１．４所示。研究同时发现硅元素含量低于６ｗｔ．％时，逡逑提高冷却速率对抑制有序相的生成有较好的作用，但当硅元素含量达到６．５ｗｔ％逡逑以上，则很难有效抑制Ｂ２结构有序相的生成。退火温度和元素偏析与Ｂ２结构逡逑有序相的形成关系密切。硅元素含量的增加，会导致有序相增多、合金延仲率减逡逑小、硬度升高。对于６．５ｗｔ％Ｓｉ钢，在８００°Ｃ退火时，原子扩散速度快，促进Ｂ２逡逑结构有序生成。Ｂ２及００３结构有序相严重恶化高硅钢的室温成形性能，但有研逡逑－９－逡逑

示意图,双辊薄带连铸,示意图

同时将熔池侧封板放置于箱式炉中进行高温预热处理。合金原料熔化及逡逑精炼后，当感应炉温度达到开浇温度后继续保温５ｍｉｎ。开始浇铸前，需开通中逡逑间包氩气输入装置，防止浇铸过程中钢水氧化。薄带连铸示意图如图２．２所示。逡逑钢水从感应炉流出，经中间包注入由两逆向旋转的铸辊及侧封板组成的熔池中，逡逑经铸辊表面快速冷却及半固态轧制，直接制成硅钢薄带。逡逑感应熔炼炉逦？逡逑红外测温仪逦［Ｐ—邋逦＝？邋．；邋Ｃ＝３１逡逑＾逦＾逦中间包逡逑＾逦Ｉ逡逑熔池１逡逑—铸乳辊逡逑－—铸带逡逑图２．２双辊薄带连铸示意图逡逑？邋２．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｗｉｎ－ｒｏｌｌ邋ｃａｓｔｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑双辊薄带连铸的浇铸过程如图２．３（ａ）所示，设置初始辊缝为１．８ｍｍ，可以看逡逑出，整个浇铸过程连续进行，没有断带现象发生。有研究指出，对于双辊薄带连逡逑铸高硅钢而言，快速凝固后的二次冷却非常重要。如果冷却速率过低，会导致再逡逑结晶现象产生，铸带组织均匀度变差，并丘会增加脆性有序相的生成，而冷却速逡逑率过高则会导致铸带内部残余应力集中，局部萌生裂纹［７６］。对于４．５ｗｔ．％Ｓｉ钢而逡逑言

【参考文献】