取向硅钢热轧板中纤维织构及Goss织构的形成和演变

在热轧过程中,取向硅钢热轧板形成了不均匀的微观组织和织构梯度,其中热轧板表层和次表层中的Goss织构对取向硅钢的磁性能有重要影响。因此,热轧板微观组织和织构沿厚度方向的形成和演变,特别是Goss织构的形成,仍然是一个值得讨论的课题。为了研究热轧板组织和织构的形成及其演变,使用光学显微镜和扫描电镜(SEM-EBSD)观察了热轧板不同厚度层(表层、次表层和中心层)组织,研究了热轧板组织形貌沿厚度方向的演变,并使用XRD测量了热轧板各厚度层(从表层s=1到中心层s=0)的宏观织构。结果表明,在高剪切力的作用下,热轧板表层s=1形成了大量等轴晶粒(晶粒长宽比为1.0~1.5)和具有一定随机性的织构。表层以下,随着剪切力从表层向中心层逐渐减小,等轴晶粒(晶粒长宽比为1.0~1.5)占比逐渐降低,再结晶晶粒的晶粒长宽比沿着厚度方向逐渐增大,再结晶晶粒形状倾向于沿轧向延伸和呈不规则状。最后,在中心层s=0中,一些大尺寸再结晶晶粒的晶粒长宽比可以达到3.0~6.5。在压缩力和沿厚度方向逐渐减小的剪切力的共同作用下,热轧板次表层s=0.5~0.9形成由众多特定取向组成的纤维织构,而中心层s=0~0.4形成典型的α纤维织构,纤维织构中的一些典型的特定位向包括{100}〈011〉、{112}〈111〉、{110}〈112〉、{213}〈364〉、{441}〈104〉和{110}〈100〉Goss。热轧板次表层s=0.5~0.9中的纤维织构沿厚度方向逐渐演变,并且在次表层s=0.5中有稳定的Goss织构形成。然而,次表层s=0.5中形成的高强度的Goss织构,而次表层中形成的Goss织构只是纤维织构的一小部分。

高磁感取向硅钢Goss织构形成机制的研究进展

基于Goss织构异常长大可获得良好磁性能和工业生产高磁感取向硅钢产品工艺流程的背景,系统分析了Goss织构异常长大理论研究进展,着重剖析了Goss织构异常长大选择生成、定向遗传、择优长大的机制,阐述了抑制力近恒量取向硅钢生产技术的特征,为取向硅钢生产工艺技术提供理论支撑。

Goss取向铁素体钢中形变孪晶的产生行为研究

采用电子背散射衍射(EBSD)技术,研究了Goss取向铁素体钢在不同冷轧压下率(10%~34%)下形变孪晶的演变行为。结果显示,在冷轧压下率为10%的样品中观察到了形变孪晶,孪生面为{112},孪生方向为〈111〉,孪晶晶界为Σ3晶界(〈111〉60°),形变孪晶在变形初始阶段的取向为{114}〈221〉。随着冷轧压下率从10%增大至17%,Goss晶粒逐渐向{221}〈114〉取向转变,形变孪晶逐渐向{001}〈110〉取向转变。当冷轧压下率从17%继续增大至34%时,形变孪晶的取向保持{001}〈110〉,孪晶与基体逐渐偏离理论取向差关系,即孪晶界取向差角逐渐偏离60°。

Abnormal Growth of Goss Grains in Grain-oriented Electrical Steels

With the help of electron back scattering diffraction techniques and field emission microscope, the misorienta- tion and the precipitation environment of Goss grains in conventional grain-oriented steel were observed and investigated at the initial stage of secondary recrystallization. It reveals that the abnormal Goss grains have a high fraction of high angle boundaries ranging from 25 to 40 deg. The most important observation is that some of {110}〈001〉 grains in matrix indicated higher particle density than their neighbor grains during final annealing at 875℃ before secondary recrystallization, which could create a favorable environment for their abnormal grain growth. Based on misorientation and precipitation results, the abnormal growth mechanism of Goss grains was sketched.

薄板坯连铸连轧流程制备低温Hi-B钢织构的演变及Goss晶粒的发展

针对薄板坯连铸连轧流程结合同步脱碳与渗氮工艺所制备的低温Hi-B钢,采用电子背散射衍射和X射线衍射技术系统研究了流程工序中主要织构组分及其含量、分布的演变特征,探讨了位向较为准确的Goss取向晶粒的发展过程。研究结果表明,热轧与常化板均以{001}〈110〉—{112}〈110〉的α织构为主,且沿板厚方向织构分布不均匀,板中与标准{110}〈001〉位向差不大于5°的高斯晶粒基本位于整个板厚的1/10~1/4处,含量仅约为0.1%。冷轧板以{001}〈110〉—{223}〈110〉的α织构为主,且取向密度明显增大。经835℃同步脱碳与渗氮处理后,渗氮板中{001}〈120〉、{114}〈481〉与{110}〈001〉织构的取向密度及晶粒含量明显提升,α织构的取向密度及晶粒含量大幅降低,但板中与标准{110}〈001〉位向差不大于5°的高斯晶粒的分布位置及含量基本未发生变化。同时与渗氮板中其他取向晶粒相比,位向差不大于10°的Goss取向晶粒在尺寸、数量和Σ3—Σ9晶界含量方面均不占优势,但在高能晶界含量方面具有极为明显的优势,即在Goss取向晶粒发生二次再结晶的初始阶段,高能晶界可能会起到较为关键的作用。经高温退火后,磁性能优异的成品板主要为单一的高斯织构,同时高斯织构聚集的锋锐程度较高,且其与标准{110}〈001〉位向的偏离角约为3°。

二次冷轧压下率对CGO硅钢Goss织构形成规律的影响

采用不同的二次冷轧压下率分别制备了0.27、0.23和0.20 mm的CGO硅钢,利用X射线衍射仪(XRD)和电子背散射衍射技术(EBSD)对3种不同厚度试样的初次再结晶织构组分含量和分布状态进行了对比研究。结果表明,经过不同二次冷轧压下率,试样中初次再结晶基体的织构类型相同,以γ织构和α取向线上{112}<110>至{111}<110>区间的织构为主,二次冷轧压下率越大,初次再结晶基体中Goss晶粒的含量越多,位向更准确,{111}<110>和{111}<112>等有利织构的含量也越多,有利于增强二次再结晶后Goss织构的锋锐程度,并使成品的磁性能得到提高。

Simulation of recrystallization based on EBSD data using a modified Monte Carlo model that considers anisotropic effects in cold-rolled ultra-thin grain-oriented silicon steel

A Monte Carlo Potts model was developed to simulate the recrystallization process of a cold-rolled ultra-thin grain-oriented silicon steel.The orientation and image quality data from electron backscatter diffraction measurements were used as input information for simulation.Three types of nucleation mechanisms,namely,random nucleation,high-stored-energy site nucleation(HSEN),and high-angle boundary nucleation(HABN),were considered for simulation.In particular,the nucleation and growth behaviors of Goss-oriented({011}<100>)grains were investigated.Results showed that Goss grains had a nucleation advantage in HSEN and HABN.The amount of Goss grains was the highest according to HABN,and it matched the experimental measurement.However,Goss grains lacked a size advantage across all mechanisms during the recrystallization process.

薄规格取向硅钢二次再结晶过程中Goss织构演变的Monte Carlo模拟

通过EBSD实验获取了薄规格取向硅钢(0.18mm厚)初次再结晶样品表面晶粒组织的取向数据,并以此构建模拟的初始组织。采用Potts模型Monte Carlo方法对薄规格取向硅钢初次再结晶样品的二次再结晶过程进行了模拟仿真,研究了表面能对Goss织构演变的影响。模拟结果表明:Goss取向晶粒与相邻晶粒的表面能差是Goss取向晶粒异常长大的重要驱动力;表面能差存在一个临界值(约12%),只有当表面能差大于此临界值时才会发生表面能驱动Goss取向晶粒的异常长大。

薄规格取向硅钢中晶粒取向和尺寸对Goss晶粒异常长大的影响

利用EBSD技术统计了薄规格取向硅钢片中初次再结晶和二次再结晶前期组织中{411}〈148〉、{111}〈112〉、{100}〈025〉取向晶粒尺寸分布,分析了三种不同取向的晶粒对Goss晶粒异常长大的影响。结果表明:初次再结晶组织中不同的取向晶粒对应的平均晶粒尺寸(d)存在差异,{411}〈148〉取向晶粒的平均尺寸最大,其次为{100}〈025〉取向晶粒,{111}〈112〉取向晶粒的平均尺寸最小。Goss取向晶粒异常长大的过程中优先吞噬{111}〈112〉取向晶粒,其次是{411}〈148〉取向晶粒,最后是近{100}〈025〉取向晶粒和近黄铜取向晶粒。{111}〈112〉、{411}〈148〉取向晶粒对Goss取向晶粒异常长大的影响主要体现在二次再结晶的前期。因此,可以推断取向硅钢中最终残留的"岛晶"可能来源于近黄铜取向晶粒或近{100}〈025〉取向晶粒。

取向硅钢中Goss取向晶粒异常长大的Monte Carlo模拟

Fe-3%Si取向硅钢在高温退火过程中Goss取向晶粒异常长大行为的影响因素及机制一直是研究的热点。本文采用改进的Monte Carlo Potts模型对这一现象进行了模拟仿真研究,新模型考虑了晶界能和晶界迁移率的各向异性,设第二相粒子在基体中随机分布,同时引入参数P表示晶粒在长大过程中被第二相粒子钉扎住的面积百分数。模拟的初始组织来自于脱碳退火后试样EBSD取向数据。EBSD结果表明,初次再结晶组织中Goss取向晶粒没有尺寸优势和数量优势。模拟结果表明,Goss取向晶粒异常长大现象的出现与P值的大小有着紧密的联系,P值越大,Goss取向晶粒越容易发生异常长大。

取向硅钢微观组织和织构演化规律研究

结合鞍钢开发的厚度0.27 mm HiB取向硅钢的经验,研究了热轧、常化、冷轧、脱碳退火、高温退火等工序微观组织、织构的变化和演变规律。结果表明:热轧浅表层的组织为再结晶组织,中心层为未完全再结晶的带状组织,常化后均发生再结晶和再结晶组织的长大,取向硅钢的组织在冷轧和脱碳退火后转变为铁素体的等轴晶粒,经过二次再结晶后,Goss织构晶粒成长为毫米级的大晶粒。热轧浅表层是Goss{110}〈001〉织构的发源地,经过常化后Goss织构原位加强,冷轧后Goss织构转变为{111}〈112〉且部分残留在变形剪切带处,从而在二次再结晶时,形成了以Goss织构为主要织构组分的HiB取向硅钢。

退火温度对耐热型取向硅钢组织与磁性能的影响

采用OM和EBSD技术对两种耐热型取向硅钢的微观组织进行了检测分析,研究了不同退火温度下组织的变化规律及耐热机理。结果表明:齿状辊沟槽法是在带材表层形成小晶粒组织和“缝隙”,激光照射法是在带材表层形成“V”字型沟槽。激光照射法取向硅钢耐热温度约为850℃,齿状辊沟槽法取向硅钢耐热温度约为800℃,前者耐热性更为优异。随着退火温度的升高,两种带材的损耗逐渐升高。齿状辊沟槽法取向硅钢损耗升高主要是刻痕区与两侧的Goss晶粒取向差降低所致,而激光照射法取向硅钢损耗升高可能与沟槽附近处Goss晶粒取向的变化有关。

低温普通取向硅钢高温退火过程中高斯晶粒的演变

对低温加热工艺生产的普通取向（common grain-oriented,CGO）硅钢的高温退火过程进行了中断实验,材料为含3.0％ Si、0.5％ Cu、0.009 8％ S（均为质量分数）的以Cu2S为主抑制剂的普通取向CGO钢.原始板坯厚度为230 mm,于1 200℃均热后经4道次粗轧、7道次精轧至2.3 mm;热轧板采用两次冷轧法轧至0.3 mm,中间完全脱碳退火,最后于1 200℃高温退火.最后样品的磁性能：铁损P17/50为1.182 W/kg,磁感应强度B8为1.897 T.借助配有EDAX OIM电子背散射衍射（EBSD）系统的ZEISS SUPRA 55VP扫描电子显微镜,对高温退火过程中高斯晶粒的演变进行了研究,结果表明：升温过程中晶粒尺寸增长缓慢,650℃时取向分布函数（ODF）图出现高斯织构组分,但强度很弱,高斯晶粒偏离角小于9°;950℃时高斯晶粒平均生长速度超过其他晶粒;950～1 000℃时高斯晶粒异常长大,偏离角降至约3°;在950℃之前高斯取向晶粒相比于其他晶粒没有尺寸优势.

无抑制剂取向硅钢概述

概述了无抑制剂法生产取向电工钢的特性及其用途;总结无抑制剂生产取向电工钢的原理及工艺方案.重点讨论了成分方案,即元素对磁性能的影响和最终高温退火方案对二次再结晶的影响.研究结果表明,无抑制剂取向硅钢化学成分范围没有普通取向硅钢和高磁感取向硅钢严格,提高了成材率;最终高温退火决定了二次再结晶的好坏,从而最终决定成品磁性能,最佳的高温退火温度在850～950℃之间.

一次再结晶取向硅钢中第二相粒子局部密度与晶界的关系

采用场发射扫描电镜（FESEM）结合电子背散射衍射技术（EBSD）对一次再结晶取向硅钢中的Goss晶粒、黄铜晶粒及其周边相邻晶粒在晶界附近1μm范围内尺寸大于40 nm的Mn S第二相粒子的局部密度与相应晶界的关系进行了统计分析。结果表明：900℃再结晶退火后,Goss晶粒周边出现频次较高的晶粒取向分别为{112}〈111〉、{111}〈110〉、{411}〈148〉和{111}〈112〉,其中有利于Goss晶粒异常长大的{111}〈110〉、{111}〈112〉和{411}〈148〉取向出现频次之和占总量的57.7%;黄铜取向晶粒周边出现频次较高的则为{111}〈110〉、{112}〈111〉、{111}〈112〉和{411}〈148〉,其中{111}〈110〉、{111}〈112〉和{411}〈148〉出现频次占总量的68.7%;Mn S第二相粒子的局部密度差随晶界组合不同而变化,其中Goss-{111}〈110〉组合的最大。

普通冷轧取向硅钢中间完全脱碳退火工艺的确定

为了确定普通冷轧取向硅钢最优的中间完全脱碳退火工艺,在其一次冷轧后进行5种不同工艺的脱碳退火处理,借助扫描电镜及电子背散射衍射技术研究了不同工艺脱碳退火后的组织、织构和脱碳效果。结果表明:经5种工艺脱碳退火处理后,初次再结晶的平均晶粒尺寸均约为19μm,且不随退火温度和时间的变化而变化;经840℃×10min工艺退火后的晶粒最均匀,高斯织构位向更准确,高斯织构面积分数最多,为3.1%,可将碳脱至0.003 5%。

超薄取向硅钢组织及织构与磁性能的关系

本工作旨在探讨超薄取向硅钢组织及织构与磁性能的关系,并从加工工艺角度揭示如何减少不利于磁性能的组织和织构的产生。利用电子背散射衍射(EBSD)技术和X射线衍射(XRD)技术对两种磁性能不同的商业超薄取向硅钢带材的显微组织和织构进行对比分析,结果发现,二者组织、织构差异均比较明显。磁性能差的带材样品的组织尺寸不一,均匀性较差,η线织构(〈100〉//RD)所占比例偏低,非η线取向晶粒所占比例高且晶粒尺寸大,其取向特征主要表现为{210}〈001〉、{411}〈148〉及{111}〈110〉。这些不利组织的产生可能与轧制、退火工艺控制不当有关。因此,晶粒尺寸及η线取向晶粒所占比例的不同是造成两种带材性能差异的主要原因,在高性能取向硅钢超薄带材制备过程中,应精准控制轧制、退火制度等相关工艺,以避免非η线取向晶粒形成、长大。

冷轧低碳钢表面异常晶粒形成原因及演变

采用显微组织观察、电子背散射衍射（EBSD）晶粒取向标定和晶粒内析出相分析方法对冷轧低碳钢鱼鳞状缺陷的冷轧前后的状态进行分析表征。结果表明：热轧带钢表面异常长大的铁素体晶粒是造成冷轧后带钢表面出现鱼鳞状缺陷的直接原因;热轧粗大的铁素体晶粒为{110}〈001〉取向的Goss晶粒;热轧粗大的Goss晶粒是在轧辊剪切力作用下形成于带钢次表层,由于Goss晶粒和周围晶粒形成大角度晶界,MnS和AlN易于在Goss晶粒内部富集,而周围细小铁素体内部的MnS和AlN析出较少,容易被高迁移率的Goss晶粒吞并,从而导致在高温卷取条件下形成粗大铁素体晶粒;粗大Goss晶粒经冷轧后沿横向方向旋转形成低位错密度{001}〈110〉取向的旋转立方织构;然而低位错密度的旋转立方织构在退火过程中大部分被高位错密度的γ织构吞并,但仍有部分粗大的铁素体晶粒存在。

升温速率对冷轧超薄取向硅钢再结晶行为的影响

利用EBSD技术对比分析了升温速率对冷轧超薄取向硅钢再结晶行为的影响。结果表明,冷轧超薄带中再结晶形核位置、再结晶织构类型受升温速率的影响不大,主要取决于形变组织;剪切带、{111}〈112〉取向晶粒晶界、形变带和形变不均匀区均为再结晶的形核位置,剪切带的再结晶形核优势更为明显;再结晶晶粒取向以Goss({110}〈001〉)取向为主,同时存在{210}〈001〉、{310}〈001〉以及一定比例的杂乱取向。然而,升温速率显著影响Goss织构的强度及退火样品的组织均匀性;慢速升温条件下,Goss织构比例和锋锐度降低,说明回复导致不同织构的形变组织储存能差异减小,降低了Goss取向的形核优势;快速升温条件下,剪切带内的Goss晶核具有更大的形核优势,吞并临近的形变组织完成再结晶,形成更强和锋锐的Goss织构。此外,快速升温可提高再结晶完成后的组织均匀性、降低平均晶粒尺寸。

Effect of Initial Goss Texture Sharpness on Texture Evolution and Magnetic Properties of Ultra-thin Grain-oriented Electrical Steel

In this study, high- and low-grade grain-oriented electrical steels were used as the initial materials to produce 0.08-mm-thick sheet with one-step cold-rolling method. Electron backscattering diffraction analysis technique and X-ray diffraction texture analysis technique were adopted to investigate the effect of initial Goss texture sharpness on texture evolution and magnetic properties of ultra-thin grain-oriented electrical steel. The results showed that primary recrystal- lization and secondary recrystallization were the main processes that occurred during annealing. The induced factors for secondary recrystallization of two grades samples were not Consistent. The high-grade samples presented texture induction mechanism, while the low-grade samples revealed strong surface-energy induction mechanism. The initial Goss texture sharpness had a great impact on texture evolution and magnetic properties of ultra-thin grain-oriented electrical steel. The Goss texture component formed after primary recrystallization was stronger, and better magnetic properties were obtained at low frequencies. For low-grade samples, secondary recrystallization enhanced the intensity of Goss texture, and both grain size and texture contributed to better high-frequency magnetic properties after secondary recrystallization. By controlling the annealing process, the magnetic properties of low-grade products could be significantly improved, thus achieving conversion from low-grade to high-grade products.