无取向硅钢形变与再结晶织构的研究

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无取向硅钢是广泛应用于电力、电子、军工等领域的重要软磁材料,其性能主要由再结晶织构和晶粒尺寸共同决定。目前,通过调控成分和加工参数来优化晶粒尺寸的理论研究和技术研究都已达到极限;所以,织构优化已成为提高无取向硅钢性能的主要途径。但是,影响再结晶织构的因素较多,如热轧板晶粒的尺寸和取向等初始状态、轧制方式和退火制度等,均可对再结晶织构产生重要影响,使得再结晶织构的优化比较复杂。  本文以此为背景,研究了再结晶织构的形成和演变规律,为织构的控制提供理论支持;此外,研究了初始晶粒尺寸、初始晶粒取向和轧制方式等因素在织构控制过程中的作用。  再结晶织构的形成机制。再结晶织构主要由η(ψ=90°,θ=0~45°,ψ=0°)、η(ψ=75°,θ=0~45°,ψ=0°)、{100}(<001>//ND)和{111}<112>组成,再结晶晶粒主要形核于剪切带和晶界上。对于剪切带形核,{111}<112>形变基体内的剪切带形核是部分η织构(ψ=90°,θ=20~45°,ψ=0°);{111}~{225}<110>形变基体内的剪切带形核是偏离η织构的η。对于晶界形核,γ(<111>//ND)形变晶粒和{111}~{225}<110>内α(<110>//RD)形变晶粒的晶界形成{111}<112>取向晶粒;{225}~{001}<110>内α形变晶粒晶界的形核晶粒取向接近形变晶粒取向。此外,γ形变晶粒中的形变带内可形成少量{111}<112>取向晶核。  初始晶粒尺寸对形变和再结晶织构的影响。增大热轧板晶粒尺寸可减弱冷轧α织构、增强{111}<112>组分,使退火后再结晶η、{100}和{111}<112>织构强度均降低,再结晶晶粒尺寸显著增大,性能获得改善。η形核密度过大产生取向钉扎效应使η再结晶织构减弱,而{100}和{111}<112>织构的减弱可归因于冷轧α织构减弱和晶界面积减少。  初始织构对形变和再结晶织构的影响。以双辊连铸的铸带(随机取向)和常规热轧板(表层Goss({110}<001>)、其他各层为α织构)为初始材料。冷轧织构均由α和γ组成但各织构沿层厚分布特征显著不同:铸带冷轧后,α织构由表层至中心层逐渐减弱,γ织构则逐渐增强;常规热轧板冷轧后,α织构由表层至中心层逐渐增强,γ织构中{111}<112>逐渐减弱、{111}<110>逐渐增强。总体上,铸带的随机织构可显著减弱冷轧后各层α织构,显著增强γ织构。  由于冷轧织构的显著不同,退火后的再结晶织构沿层厚分布的特征和强度也不同:对于铸带,再结晶织构由{100}、{111}<112>和η(中心层为偏离η取向15°的η)组成,各层η和{100}织构强度接近,而{111}<112>组分中心层较强;对于常规热轧板,再结晶织构由{100}、{111}<112>和η组成,中心层的{111}<112>和η较强,而各层{100}强度接近。铸带的随机织构使冷轧薄板再结晶η织构显著增加,但同时{111}<112>组分也得到增强,其原因是铸带冷轧后形成更强的γ织构。  异步轧制对形变和再结晶织构的影响。异步轧制的主要作用是减弱α织构、增强{111}<112>组分,而此作用与剪切应变和平面应变的比值(|ε13/ε11|)及初始织构有关。剪切应变和平面应变的比值(|ε13/ε11|)越大,越有利于降低α织构,增加{111}<112>组分。当初始织构为Goss时,异步轧制强化{111}<112>、减弱α织构;当初始织构为随机取向或α织构时,异步轧制减弱α织构,对{111}<112>组分作用较小。异步轧制薄板退火后的η织构增加或{111}<112>组分减弱,从而提高性能。  根据上述再结晶织构形成和演变的研究,剪切带可提高有利的η和η形核率、减小不利的γ发展空间,晶界更多的是为γ提供形核位置,而α形变织构也主要起到了增大再结晶γ发展空间的作用。因此在本文研究条件下,增加剪切带数量、减少晶界面积和α形变织构,可改善性能。鉴于{225}~{001}<110>形变晶粒是{100}的形核位置,而{100}是无取向硅钢最理想的织构,未来可在优化冷轧α织构强度、有效提高{100}形核率方面,探索出无取向硅钢织构进一步改善的新途径。
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