初始柱状晶组织的电工钢中织构演变、控制及模拟

发布时间：2018-11-05 15:36

【摘要】：柱状晶广泛存在于电工钢铸锭或铸坯中,其初始组织表现出强的{001}织构。本文研究柱状晶不同{001}取向晶粒在冷轧退火、热轧(退火)及后续冷轧退火过程中的行为,关注各阶段组织及织构演变。在此基础上,探索通过织构优化制备高磁感无取向电工钢。同时,利用晶体塑性模型对轧制变形过程中织构及取向演变进行定量计算,其中着重探索反应应力模型的可行性及应用。获得的主要结论如下：柱状晶冷轧退火过程中,{001)不同组分晶粒在大压下率(90%)下表现出不同的形变再结晶行为。原始立方取向晶粒形变退火后得到细小的再结晶组织,其中{001}120组分表现出强的形核优势；原始{001)120取向晶粒形变退火后,{001}120及{113}361晶粒的形核优势显著,且尺寸相对较大；原始旋转立方取向晶粒则表现为均匀的形变组织,形核难发生。织构的形成方面,强{001}120-{113}361(a*线)再结晶织构即体现了a*线晶粒的形核优势,也体现了{113}361晶粒的长大优势,从而得到更强的{113}361再结晶织构。冷轧形变行为除了对原始取向的依赖性外,还受晶粒间反应应力的影响。不同取向相邻晶粒通过影响立方取向晶粒的滑移系选择影响其取向及组织变化。对于实际电工钢生产中常规的热轧-(退火)-冷轧-退火过程,柱状晶样品经热轧退火后可实现{001}织构一定程度的保留,增加热轧道次间回炉处理对增强{001}织构有益。后续冷轧退火时,热轧退火板中{001}取向晶粒表现出与柱状晶相似的行为,即中等压下率下发生{001}_{113)形变组织上立方及{001}120取向形核,大压下率得到具有显著优势的a*线取向晶粒,且热轧退火板中{001}120晶粒是粗大α*线组织的主要来源。综合大压下率冷轧与热轧过程的分析,可建立电工钢生产中{001)及a*线再结晶织构与原始柱状晶组织的联系。对热轧退火板中剪切织构组分{110}229及{110}112取向晶粒的形变再结晶行为研究发现,形变过程中的晶粒取向转动体现了初始取向、表面剪切及周围环境的共同作用。退火后,这些原始晶粒一方面促进{hk0)001再结晶晶粒在γ线形变组织上的形核,另一方面{110)112初始晶粒导致{112}110形变组织,使得再结晶组织粗大、织构弱化。在初始柱状晶组织{001)织构保留的前提下,通过抑制Y线织构并提高{hk0}001织构强度可以制备高磁感无取向电工钢,其中{001)织构的存在对降低磁各向异性非常重要。利用一次冷轧法制备中等厚度无取向电工钢时,带温轧制显著促进{hk0}001取向晶粒的形核并得到更强的{hk0}001织构。同时,带温轧制促进α线取向形变晶粒内局部形变不均匀区的形成及再结晶组织的均匀化,形变带的形成可由滑移系的不同开动解释。利用柱状晶初始组织的含C及MnS粒子的Fe-Si合金初始材料,基于较粗大MnS粒子较弱的抑制作用及两次轧法冷轧压下率组合的调整,可以通过增强{hk0}001织构实现薄规格电工钢磁感的提升。{hk0}001织构的增强由{hk0}001晶粒的正常长大或不同程度的高斯(Goss)晶粒异常长大实现。增强立方织构可以有两种思路。第一,基于原始柱状晶样品内的初始立方织构,经含中间回复退火的冷轧制度轧至中等压下率(～68%)时,凭立方取向晶粒的强形核优势得到立方织构。此制度下的立方取向晶粒形核优势源于与周围基体的储能差及多种形变不均匀区带来的高取向梯度；第二,基于γ线形变组织内剪切带上的立方取向晶粒形核,热轧组织内较高比率{110}229-{110}112组织及较低比率a线组织、带温冷轧等对其有利。剪切带内的立方取向晶粒形核与同发生在剪切带内的{210}001及Goss晶核相比不占优势,在立方织构形成中起不到主体作用。利用反应应力模型模拟BCC钢轧制织构演变,可得到涵盖Sachs模型及Taylor模型的结果。各方向反应应力临界值显著影响织构计算结果,通过对其进行调整,可实现计算结果与实测结果的统一,即计算得到a与γ线织构。与σ12可累积到0.2σy相比,σ13与σ23的大小仅在0-0.05σy范围内变动。在此范围内,松弛ε23或ε13分别增强{111}110或{111)112织构,而{110}111滑移系的更易开动也增强{111}110织构。在基于应力状态考虑的前提下,计算结果实现了切应变(尤其是ε12)的连续。基于对织构及取向演变计算、滑移系的开动情况及应变的分析,可解释BCC钢形变过程中的组织及取向演变。
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【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG142.1

【参考文献】