薄带连铸取向硅钢成分设计与组织织构调控机理的研究-博士介绍.PDF

博士学位论文公示材料 学生姓名 王洋 学号 1210169 二级学科 材料加工工程 导师姓名 王国栋 论文题目 薄带连铸取向硅钢成分设计与组织织构调控机理的研究 论文关键词 双辊薄带连铸；取向硅钢；超低碳；冷轧；组织；Goss 织构；抑制剂；二次再 结晶；磁性能 论文摘要 (中文) 薄带连铸短流程和亚快速凝固的特点决定了其在简化取向硅钢生产流程和抑制剂调控方面具有独 特的优势。本文基于双辊薄带连铸工艺，调整与优化了取向硅钢的成分、后续轧制及退火工艺。系统 研究了单道次热轧工艺、一阶段冷轧工艺及两阶段冷轧工艺路线下，取向硅钢组织和织构的演变规律 以及抑制剂固溶和析出行为的相关机理，并在实验室条件下成功制备了高磁感取向硅钢的原型钢。对 比分析了Nb 的析出粒子作为取向硅钢抑制剂，对常规流程与薄带连铸流程制备超低碳取向硅钢组织、 织构和磁性能的影响，阐明了常规流程不用Nb 作为抑制剂的原因。最后，讨论了抑制剂强度和织构对 取向硅钢二次再结晶动力学的影响，提出了两次利用二次再结晶现象快速高温退火制备取向硅钢的工 艺路线。论文的主要创新性工作如下： （1）基于薄带连铸工艺亚快速凝固的特点提出了取向硅钢超低碳的成分设计，取消了后续脱碳退 火工艺，进一步简化了生产流程。常规流程取向硅钢成分体系中碳元素起到调整组织和抑制剂的关键 作用，但是脱碳过程也会带来工艺复杂和成本高的不利影响，这一矛盾一直无法解决。薄带连铸条件 下，取向硅钢成分中加碳引入的奥氏体相多分布在晶界处，对凝固组织的细化作用不大，而通过改变 熔池与铸辊之间的导热效率可有效控制铸带的初始凝固组织。另一方面，薄带连铸亚快速凝固的优势 可实现铸带中的第二相粒子过饱和固溶或者细小弥散析出，并可通过后续冷轧退火工艺精确调控其数 量与尺寸分布，无需加碳引入奥氏体及利用 γ/ α相变控制抑制剂的固溶与析出行为。 （2 ）明确了薄带连铸条件下单道次热轧工艺对超低碳取向硅钢组织、织构、抑制剂析出和磁性能 的影响。研究结果表明，AlN 在超低碳取向硅钢成分体系下的析出 PTT 鼻点温度为 1100 ℃。随着热 轧压下率的增加，热轧板组织不断细化且 Goss 织构逐渐增加，但是由于热轧压下率的限制，热轧 Goss 织构显著低于常规流程热轧板的水平。初次再结晶后 Goss 织构与常规流程基本相当。铸带最佳的热轧 工艺为 1100 ℃压下 35%，其相应的磁感应强度 B8 为 1.85 T。 （3 ）研究了一阶段冷轧工艺条件下常化工艺对薄带连铸取向硅钢组织、析出物演变和磁性能的影 响。结果表明，铸带不常化直接冷轧时，MnS 主要在冷轧后续初次退火过程中析出，且不同变形晶粒 内部MnS 析出粒子分布不均。这种析出的分布差异导致了初次再结晶组织不均匀。AlN 主要在高温退 火过程中析出，初次再结晶过程中析出的 MnS 在 AlN 大量析出之前已经开始粗化失效，导致 Goss 晶 粒无法异常长大。冷轧前引入常化工序时，MnS 及 AlN 在常化过程中开始析出，且分布较为均匀，初 次再结晶组织均匀。高温退火过程中 MnS 粗化之前已存在部分 AlN 粒子，可持续抑制初次再结晶晶粒 长大，促进了 Goss 晶粒发生二次再结晶。最优磁感应强度 B8 为 1.75 T。 （4 ）阐明了两阶段冷轧工艺条件下薄带连铸取向硅钢 Goss 织构起源与发展的基本规律、抑制剂 固溶与析出的调控原理。结果表明，两阶段冷轧工艺可显著改善由粗大初始凝固组织引起的冷轧及后 续退火组织不均匀的问题，可控制初次再结晶晶粒尺寸在 5~15 μm 范围内。有效的 Goss 种子主要起 源于 γ取向冷变形晶粒的内部剪切带上，且沿中间退火板厚度方向分布均匀。中间退火板Goss 织构的 强度随一阶段冷轧压下量的升高而升高。抑制剂的固溶与析出行为与常规流程利用热轧及常化工艺的 控制策略完全不同。利用亚快速凝固及后续水冷工艺可实现抑制剂元素过饱和固溶并在后续中间退火 过程中大量析出。抑制剂尺寸分布可由一阶段冷轧压下量及中间退火工艺精确调控。该工艺克服了常 规含碳取向硅钢 AlN 析出分布不均的固有问题，显著提高了抑制剂的利用效率。可成功制备 0.18 mm 厚的薄规格高磁感取向硅钢，磁感应强度 B8 为 1.9 T 以上。