Al和Cr对晶界的影响(周顺兵).docVIP

(修改稿)Al和Cr在无取向电工钢晶粒长大过程中对晶界的作用 周顺兵， 张彦文， 冯大军 (武汉钢铁(集团)公司研究院，武汉430080) 摘 要:研究了Al和Cr元素在无取向电工钢晶粒长大过程中对织构及晶界变化的影响规律。实验结果表明：电工钢在晶粒长大过程中的主要织构组分均为{111}112。在晶粒生长期间，不加Al的1#试样中，{111}112、{111}110织构组分强化，而{100}001织构组分弱化；与1#试样相比，在加入0.2%Al的2#试样中，{111}112、{111}110织构组分强化（增加）的速率下降，{100}001织构组分变化不明显，甚至稍有增加。在含Al的试样中再加入0.35%的Cr之后（3#试样），{111}112、{111}110和{100}001织构组分的变化规律与1#试样相似，但当电工钢中加入0.72%的Cr之后（4#试样），上述三种织构组分的变化规律与2#试样相似。对于在晶粒生长期间持续变化的三种织构组分而言，1#试样的{111}112和{111}110织构组分的高（低）取向差角度晶界频率下降（上升），而{100}001织构组分的高（低）取向差角度晶界频率则上升（下降），但在2#试样中，这些织构组分的高（低）取向差角度晶界频率上升（或下降）的速率明显变小，同时在3#试样中，这些织构组分的高（低）取向差角度晶界频率上升（或下降）的速率与1#试样相似，随着Cr含量的进一步增加，这些织构组分的高（低）取向差角度晶界频率上升（或下降）的速率与2#试样相似。根据以上实验结果，分析了Al和Cr元素对晶界的作用机理。 关键词:无取向电工钢，Al和Cr，晶粒长大，织构，面积分数，取向差角度，频率 无取向电工钢在其晶粒长大过程中不仅伴随着晶粒尺寸的改变，还伴随着不同取向晶粒量的变化，特别是在材料中起重要作用的特定取向晶粒量的变化，同时还伴随着不同取向晶粒的晶界的变化。笔者在前期的研究[1]结果表明，Al元素的加入对无取向电工钢在其晶粒长大过程中不仅对起重要作用的特定取向晶粒量的变化，而且对一些特定取向晶粒晶界的量的变化，均产生了重大影响。产生这些结果的原因是由于Al元素向晶界偏聚，影响了晶界能的大小，从而影响了晶界的长大速率。 在无取向电工钢中添加Al和Cr元素之后，除了少部分Al和Cr原子与其它原子（N、O、C等）形成化合物外，大部分Al和Cr原子是以置换的形式而固溶于体心立方点阵（α-Fe）中而成为钢中的溶质原子，由于它们与基体Fe原子的原子半径不同，因此它们在晶内晶体中产生较大的错配度，但Al、Fe和Cr原子半径是依次增大，所以Al和Cr在基体中产生的错配度的符号是相反的，因此它们的相互作用可能影响晶粒长大过程中织构组分的变化。因此，本文研究了不同Al和Cr元素的加入量在无取向电工钢晶粒长大过程中的相互作用以及它们对晶界的作用机理。由于电子背散射衍射技术(EBSD)是对晶界类型、晶粒取向、晶粒之间的取向差以及晶界分布观察、统计测量和定量分析的最强有力的工具，通过这些参数的获得，可以建立晶界结构、取向和织构与材料的性能之间的关系，为材料的晶界设计与控制、材料的织构控制等方面的技术奠定了基础[2-4]。基于上述原因，本文采用EBSD技术并结合X－射线衍射分析技术(XRD)研究了不同成分的1#、2#、3#、4#四种无取向电工钢在晶粒长大过程中织构转变及晶界变化的规律。 1试验材料和试验过程 试验材料是经50kg真空感应炉冶炼、锻造、1150℃热轧至2.4mm厚的四种无取向电工钢钢带，经酸洗、冷轧至0.5mm厚，压下率约为80%，然后在气氛为1:4的氢气和氮气的高温电阻炉中，分别进行700℃×5min、750℃×5min、800℃×5min 、850℃×5min退火处理以促使其晶粒生长。本文观察了在不同温度下退火试样与轧制方向平行的横截面上的微观组织，所采用的浸蚀剂为3%的硝酸-乙醇溶液。四种电工钢的化学成分如表1所示。 表１　　无取向电工钢的主要化学成分(Wt%) Tab.1 Chemical compositions of the nonoriented electrical steels 钢种 Al Cr C Si N S Fe 1# 2# 3# 4# 0.00 0.20 0.21 0.19 0.00 0.00 0.35 0.72 0.0029 0.0031 0.0030 0.0031 0.80 0.78 0.81 0.80 0.0020 0.0021 0.0019 0.0020 0.0021 0.0020 0.0020 0.0022 余 余 余 余 在试样的轧面上进行金相抛光，并用3%硝酸-乙醇溶液对试样进行去应力腐蚀后，采用D/max-2500PC型X－射线衍射仪测量试样的取向分布函数(