Fe-3%Si合金薄带连铸板热处理过程层状异构组织演变的相场模拟研究

本研究基于Fe-3%Si合金铸轧板材组织特征,构建了不同类型柱状晶/等轴晶层状异构组织相场模型,实现了界面曲率为驱动力的情况下层状异构组织的高温粗化过程模拟,量化分析了层状异构特征对铸轧组织演化过程的影响规律。研究表明,由于晶粒长径比对晶粒尖端曲率的影响,当初始状态下柱状晶长径比较高时,在界面曲率的驱动下最终会形成等轴化的多晶组织;反之则等轴化程度减小。明确了不同类型异构组织演化特征,相同退火时间下组织的等轴化程度受其层状异构特征的影响,这一现象的本质是等轴晶通过自身演化引起柱状晶两端曲率变化,诱发柱状晶间的相互“吞噬”并发生等轴化,柱状晶则在部分结构的组织中生长至带钢表面后停止生长,最终保持柱状特征。本研究进一步加深了对铸态薄带中初始凝固组织在后续热处理时演化过程的认识,对硅钢制备工艺优化具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

硼在体心立方Fe-3%Si合金中的晶界偏聚行为

利用硼径迹显微照相(PTA)技术研究了体心立方Fe—3%Si合金试样在冷却和淬火等温过程中硼向晶界的偏聚行为结果表明:Fe-3%Si合金中硼的晶界平衡偏聚趋势高于奥氏体合金,也不存在淬火诱导硼向晶界的非平衡偏聚.硼原子与晶界结合能Q=55.7 kJ/mol用淬火诱导非平衡偏聚的复合体机制解释了硼在Fe-3%Si合金与奥氏体合金中偏聚行为异同的原因.

Fe-3%Si大尺寸合金单晶的制备及磁感系数的计算

以取向Fe-3%Si合金热轧板为原材料,采用二次再结晶法制备了尺寸大于200 mm的合金单晶。随机选取3个单晶样品剪切成7个与轧向成不同角度、尺寸为50 mm×50 mm的样品,分别对所选样品进行单晶定向,并对每个样品的横、纵向磁性能进行了测量。以单晶定向结果为依据,计算每个单晶在晶体学坐标架下的极角和辐角,提出了一种单晶磁感系数的计算方法,并基于该方法以单晶磁性能实测值及其在晶体学坐标架下的极角和辐角为输入条件,测算了Fe-3%Si合金单晶磁感应强度系数并验证了其可靠性。采用该方法对{110}晶面平行于板面的任意方向单晶的磁感应强度进行了计算,为开展多晶材料磁性能计算提供了理论依据。

MnS粒子对Fe-3%Si合金晶界迁移的影响

统计观察了热变形Fe-3%Si合金中MnS粒子在900℃的析出行为,并利用过饱和固溶体中第二相粒子析出模型计算了MnS粒子的位错析出与晶界析出的相对关系;观察和计算都表明,MnS析出以位错形核为主.在二次再结晶过程中,晶界上MnS析出粒子的粗化过程决定了晶界的可迁移性;但在晶粒尺寸效应之外,晶界两侧晶粒内位错析出MnS粒子密度的差异对晶界迁移的方向也发挥了决定性作用.观察发现,迁移晶界两侧晶粒内往往显示出不同的MnS粒子密度,而晶界则倾向于向粒子密度较低的一侧迁移.不同取向晶粒内的位错密度等因素会影响到析出粒子的密度,高粒子密度的Goss取向晶粒易于长大.

偏析干预下体心立方金属再结晶织构竞争

采用实验和模拟相结合的方法研究了含偏析元素Sb的体心立方Fe-3%Si合金再结晶织构间的竞争。结果表明,偏析元素通过抑制γ(<111>//ND,ND为轧面法向)再结晶晶粒向α(<110>//RD,RD为轧制方向)等低储能形变晶粒的入侵,削弱γ再结晶织构组分、强化α等再结晶织构组分,形变织构和临界入侵半径是影响偏析效应的主要因素。构建了基于形核与长大动力学的偏析干预下再结晶织构竞争关系模型,模拟了γ再结晶晶粒向α形变晶粒入侵行为对临界入侵半径和形变织构的依赖性及其动力学过程。指出偏析元素可以通过延长入侵孕育期并降低入侵速率来抑制γ再结晶晶粒消耗α形变晶粒,抑制效果随临界入侵半径和γ形变织构含量的提高先增强后减弱。