薄带连铸取向6.5wt%Si钢组织、织构及析出行为研究

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取向6.5wt%Si钢具有高磁导率、高电阻率以及接近零的磁致伸缩系数,是理想的软磁材料。由于高硅钢具有硬脆性的特点,长期以来对6.5wt%Si钢研究侧重于优化其制备方法。而薄带连铸工艺作为一种兼具近终型成形以及亚快速凝固特点的新型生产方式,在6.5wt%Si钢的制备、抑制剂控制以及降低成本方面具有独特的优势。本论文基于双辊薄带连铸工艺,利用金相、显微硬度、EBSD、电子探针、X射线衍射以及透射电镜等检测技术对取向6.5wt%Si钢制备全流程中组织、织构演化以及析出行为进行了研究。(1)利用冷却工艺相同浇注温度不同的铸带研究了浇注温度对铸带组织的影响。研究发现,较高浇注温度的铸带沿厚度和宽度方向上具有明显的组织梯度,沿厚度方向上是典型三层分布的铸态组织,即表层等轴晶区、次表层柱状晶区以及中心细晶区;沿宽度方向上,次边部位置的柱状晶相对于其他位置更发达。(2)利用浇注温度相同冷却工艺不同的铸带研究了水冷对粒子析出的抑制作用。研究发现,水冷能够有效地抑制粒子的析出,在水冷条件下沿晶界、位错等高能位置析出的粒子的比例可达总析出数量的29.9%。热力学计算得到AlN粒子开始析出温度与其最大形核温度差距较大,其析出行为被抑制的效果最明显。(3)对 1500℃浇注、水冷的铸带进行了 825℃×10min、900℃×10min、975℃× 10min的常化处理。对其组织和织构研究发现,常化过程中次表层晶粒发生的是晶界迁移主导的多边形化过程,同时晶粒粗化,常化温度为975℃时最大晶粒尺寸可达700μm;中心层晶粒发生的是晶粒尺寸的均匀化过程,常化温度为825℃时平均晶粒尺寸为53μm,常化温度为975℃时其平均尺寸下降至47μm。在此过程中柱状晶被破坏,{100}面织构减弱,但温度上升至975℃时柱状晶仍然难以完全消除。(4)利用电子探针和透射电镜对不同常化温度铸带的析出行为进行研究,研究发现,825℃×10min常化处理的铸带中各尺寸析出数量都较少,其中尺寸大于200nm的析出粒子面密度为0.0061个/μm2,尺寸大于200nm的析出粒子面密度为0.69个/μm2。975℃×10min处理过程中由于温度高,粒子粗化速率快,进而导致尺寸大于200nm的析出粒子面密度较高,可达0.0337个/μm2;900℃×10min处理过程中由于温度偏低难以使粒子快速粗化,进而导致尺寸小于200nm的析出粒子面密度较高,可达2.4个/μm2;这种粒子析出状态可遗传至初退组织中影响抑制剂的钉扎效果。(5)以常化温度为变量,通过对成品制备全流程的研究发现,975℃常化试样成品板具有最佳的磁性能,其磁感为1.53T,铁损为1.86W/kg。其主要原因一是975℃常化试样的冷轧组织中晶界间距较大,为Goss晶粒的长大提供了足够的长大空间;二是初次退火后,975℃常化试样{111}<112>织构的取向密度最高,可达到15.01。(6)以温轧温度为变量,通过对成品制备全流程的研究发现,700℃温轧试样成品板具有最佳的磁性能。从组织角度分析,其冷轧组织的剪切带与RD夹角集中在25°~35°之间,最有利于形成位向准确的Goss晶粒,同时较高的温轧温度减小了冷轧板的储能,进而降低了新生Goss晶粒之间的取向钉扎作用,完全初次退火后其Goss织构比例可达0.035。从抑制剂角度分析,700℃温轧试样冷轧后析出粒子破碎、回溶现象相对较弱,能够在初次退火过程中起到抑制非Goss晶粒长大的作用;从织构角度分析,700℃温轧试样初次退火后能够得到位向准确且取向密度高的{111}<112>织构,取向密度可达15。(7)通过中断二次再结晶的方法研究了二次再结晶过程中组织、织构变化及抑制剂粒子的粗化行为。研究发现,1050℃以下组织、织构变化不大,Goss晶粒未能取得尺寸和数量优势;1100℃时晶粒尺寸大幅增加,与基体晶粒取向成Σ5或Σ9关系的特殊取向出现异常长大趋势;在1100℃~1150℃之间,Goss晶粒以及近Goss取向晶粒依靠高能晶界迅速长大。二次再结晶过程中,Nb、Al的氮化物存在明显的脱离MnS单独析出的趋势,升温至1050℃时AlN粒子大量析出,升温至1100℃时NbN粒子大量析出,在1050℃~1100℃温度区间内析出粒子粗化速率最快。
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