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相变控制电工钢中柱状晶组织及织构形成的研究

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  • 【题名】:相变控制电工钢中柱状晶组织及织构形成的研究
  • 【年份】:2019
  • 【作者】:王金华
  • 【摘要】:无取向电工钢由于其特殊的磁性能,是电机领域不可或缺的一种重要的软磁合金,目前我国电机用的无取向电工钢以中低牌号产品占主体,这将造成大量的能量损耗。由于{100}织构是无取向电工钢获得优越磁性能的关键,通过织构控制是改善其磁性能的重要方法,目前商业化的无取向电工钢主要靠控制钢的成分及纯度,结合冷轧及再结晶退火获得,形成的{100}织构较弱,磁性能还有较大的提升空间。近些年来,相关文献报道了电工钢中α →γ →α相变可以显著弱化不利于磁性能的{111}织构的强度,并进一步改善无取向电工钢的织构和组织,是一种新型的无取向电工钢的制备方法,其中低碳高硅型(3%Si)电工钢采用真空下的α→ γ→α相变,可以获得强{100}织构的柱状晶,磁性能较高,但是真空退火时间过长,还未实现工业化生产,并且{100}织构的形成机制还不清楚;在超低碳低硅或无硅电工钢方面,α →γ→ α全相变法可以利用表面效应诱发获得强{100}织构的柱状晶,但适用的成分范围很窄,在工业牌号中还难以获得有效的织构,针对以上问题,本论文开展了α → γ →α相变法制备低碳高硅及超低碳低硅或无硅电工钢的研究,论文获得了以下结论:探索了真空部分相变下3%Si电工钢中柱状晶组织的形成机制。发现对Fe-3%Si-1.7%Mn-0.05%C合金冷轧板真空退火在升温至奥氏体相形成之前,表面发生脱锰、脱碳和再结晶过程,在样品表面形成单相铁素体组织,当温度升高至奥氏体形成温度以上时,表面Mn和C浓度降低使表面无法形成奥氏体相,进而表面再结晶的和回复的铁素体被保留下来,形成薄的铁素体层。随着表面脱锰和脱碳的发生,诱导邻近表面铁素体层的奥氏体相发生γ → α相变,使表面薄的铁素体层直接吞并内部邻近的奥氏体和铁素体而长大,最终在表层形成薄的柱状晶。对真空下元素扩散诱导γ → α相变过程中表层{100}织构的形成机制进行了探究,阐述了形变、再结晶及相变之间的相互联系,大变形量的冷轧样品在真空退火升温过程中发生连续再结晶保留了形变的{100}晶粒,由于γ → α相变在表层薄的铁素体中产生弹性应变,估算了表层不同取向铁素体的弹性应变能大小,表层{100}取向晶粒的弹性应变能最低,并控制表面{100}取向的铁素体择尤生长吞并表面非{100}取向的铁素体晶粒,最终在表层形成强{100}织构。通过对真空退火温度、冷轧变形量、奥氏体形成元素以及真空退火升温速率等条件的控制可以在真空退火30 min内在3%Si电工钢表层获得含量近100%{100}织构的柱状晶组织。通过控制冷轧变形量可以在真空退火过程中表面形成强{100}和{100}织构,其本质是冷轧变形量控制冷轧过程中初始{100}种子的保留及取向的转动,低的冷轧变形量可以保留初始的{100}取向,借助高温下γ→α相变,表面{100}取向的铁素体弹性应变能低的优势可以获得强{100}织构的柱状晶。本文通过α → γ → α全相变改善了 Fe-0.46%Mn合金中的退火织构,明显降低了{111}织构的强度。在不同气氛下进行α → γ →α全相变后,样品表面的晶粒内部均出现了明显的取向梯度现象,弱化了整体织构的强度,并且晶粒内部明显的取向梯度来源于样品表面。取向梯度的形成机制与退火过程中样品表面的氧化行为有关,奥氏体冷却在表面形成α相的初期阶段,氧化膜和表面铁素体之间产生的热应变与γ → α的相变应变的共同作用使表面生成的薄的α相发生塑性变形,最后在表面的铁素体晶粒内部形成明显的取向梯度。在取向梯度的形成过程中伴随着{100}取向逐渐向{110}取向的转动。利用α → γ → α全相变尝试制备了工业800牌号无取向电工钢,分析了Al和P元素对组织形成的影响。A1和P元素显著提高合金的临界相变点,并增加A1和A3临界温度差,继续冷却过程中增加了内部γ → α相变形核的几率,在冷却发生γ → α相变过程中难以实现由表面优先形核向内部长大形成柱状晶。通过对高硅、低硅和无硅的无取向电工钢中相变组织及织构演变规律的探索,揭示了部分相变法在高硅无取向电工钢中控制柱状晶组织及织构形成的原理,探索了 α → γ → α全相变过程中无硅和低硅无取向电工钢中组织及织构形成规律,初步建立了部分相变法和全相变法控制不同硅含量无取向电工钢中柱状晶组织及织构演变的体系。
  • 【会议名称】:博士
  • 【类别名称】:杨平
  • 【载体】:北京科技大学
  • 【会议地点】:2019
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