晶体缺陷在无取向硅钢中的作用.pdf

第九届全国电工钢专业学术年会论文集 2006年 晶体缺陷在无取向硅钢中的作用 黄璞n1刘振清“1曾武…黎世德“1冯大军“1郭小龙“1王向欣“1周涛Ⅲ喻小军‘3 ([1]一武钢技术中心430080，[2卜武钢硅钢片厂，[3卜北京钢铁研究总院) 摘要文章以位错运动为主线，对无取向硅钢热、冷塑性变形、动态回复、动态再结晶、静态回 复、静态再结晶等物理冶金过程的机制及形变胞、形变织构、退火织构的形成机理进行了研究和探 讨，运用形变储能、层错能、交滑移等概念和金属学原理分析了晶体缺陷在这些物理冶金过程中的 作用，并利用TEM电镜和x一衍射仪分析手段论证了层错能和形变储能的改变与回复和再结晶之间、 位错运动阻力与形变胞、晶粒转动和形变织构、退火织构之间的关系规律。 关键词晶体缺陷、形变储能、位错、层错能、交滑移、形变胞、回复、再结晶、织构 1前言 对于二十一世纪的材料科学研究，权威学者认为【lJ：材料的性能在成分设计上已挖尽了潜力，但在工艺 技术研究方面还大有文章可做。无取向硅钢也同样，我国70年代后期至今的无取向硅钢大生产结果表吲2卅： 等易偏析的合金元素或者B、Mo、Re等微量合金元素，但由于工装设备的发展和工艺技术的改进，产品的 性能和牌号在每个年代都能上一新台阶。因此，我们认为硅钢应该以新工艺开发和老因素的新作用研究为重 点，即使是常规成分的硅钢，以现有工装条件，只要将各影响因素的作用研究得充分和透切，并科学地改善 和优化工艺，粗粮细做，就能生产出性能优良的高档次硅钢，而且往往是越简单的成分，越能挖掘到意想不 到的结果。 晶体缺陷是个老因素，如果深入而透切地研究在硅钢生产中的作用，就能有效地利用其有益的一面、避 免有害的一面，而且还能为指导无取向硅钢的研究和生产奠定良好的基础。但不同种类的晶体缺陷对无取向 硅钢生产和磁性能的影响和作用程度是不同的，比如：塑性夹杂物和脆性夹杂物对无取向硅钢轧制变形会有 不同的影响和作用，间隙原子、空位、晶界等缺陷的数量将影响着冷轧变形组织、变形织构及退火组织和织 构，位错在热轧和冷轧及成品退火过程中承担着重要的角刨5’7|；另外，整个研究将涉及到塑性变形、相变及 回复再结晶等物理冶金学理论和磁学原理，并需要x一衍射和透射电镜等微观分析手段作支撑和佐证。因此， 开展缺陷在无取向硅钢中作用的研究是一项非常复杂工作。 材料内部的组织结构决定着性能但又取决于成分和加工工艺”一131。在金属材料加工过程中，从微观看： 塑性变形可以看作是在外力作用下位错的增殖、运动并向位错墙、晶界湮灭的过程【101；回复是位错从结点上 脱钉、螺位错交滑移和刃位错攀移而使位错对消的过程Il31；再结晶是无畸变区或低位错密度的低畸变能核心 吞噬高位错密度的高畸变能基体而长大的过程【l引；晶粒长大过程是高能量位错组态所构成的晶界向低能量位 错组态所构成的界面转变15J。因此，无取向硅钢生产实质土就是位错由高能组态转变为低能组态的过程，而 位错的不同运动方式及不同的能量组态将决定着所获得的内部组织结构。 本文以位错运动理论为基础和主线，研究和探讨了点缺陷、层错、晶晶界和亚晶界、夹杂物等缺陷在无 取向硅钢生产过程的作用。 2无取向硅钢热轧过程中晶体缺陷的作用 无取向硅钢热加工时要发生塑性变形、动态回复及动态再结晶过程，在这些过程中晶体缺陷扮演着不同 ‘ 31。 的角色n卜1 2．1 无取向硅钢热塑性变形过程的分析 热塑性变形的主要方式是位错的滑移运动。无取向硅钢热轧时，随着变形量增加，位错不断运动和增殖、 消失，位错密度P不断增加最后达到饱和，材料产生加工硬化和软化瞵J。热变形中位错滑移运动的动力主要 是外加应力和由于变形温度高所带来的热激活驱动力，而阻力则主要来自于点阵阻力、缺陷问的交互作用及 溶质原子气团、第二相粒子的“拖曳”或“钉扎”作用。由于热轧变形温度高，原子的运动及热振动能力增 大，加速了原子的扩散过程和第二相质点的溶解过程，使“拖曳”或“钉扎”作用减弱、临界切应力降低17’l卜13】。 51 晶体缺陷在无取向硅钢中的作用 另外热激活的加强将使滑移系统数目增多，有利于变形的适应性(或协调性)，使热变形