CN116426811A - 一种改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善超薄带工艺制备高牌号无取向硅钢中λ纤维织构的方法。将超薄带工艺制备的高Si无相变的无取向硅钢经压缩变形并同时伴随热处理加工，调控应变速率，其原始铸态组织演变为λ复合组织，在原有简单λ织构中产生含有Cube织构与旋转Cube织构，同时减少γ织构的形成。本发明可以对各织构强度及转化通过对调控应变速率控制压缩变形程度进行，实现由原始铸态组织演变为λ复合组织过程的晶体择优取向行为实施人为控制，优化超薄带生产线制备无取向硅钢工艺；进行织构强度的控制范围灵活，有益于实际生产的应用。为通过调控应变速率控制晶体择优取向行为来实现对λ纤维织构优化提供一种基础方法。

Description

一种改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法。
背景技术
电工钢主要作用于各种电机和变压器的铁芯，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金。随着国家对于节能减排的要求日益增高，这对传统冶金是很大的挑战。同时社会对变压器、电机等能效要求越来越高，势必会增加高牌号无取向硅钢的需求。影响电工钢性能最主要的因素之一就是织构。目前工业上实际生产的无取向硅钢中主要以γ织构为主，λ织构占比在10％以内。钢材样品织构的类型和强度受实验钢的成分和工艺参数的影响，因此需要研究钢液成分和工艺参数对织构的影响。
超薄带工艺大大降低了能耗，气体排放以及产线投资等。并且亚快速凝固造就了{100}的择优生长，接下来的进行热轧过程将会影响λ({100})织构的遗传与演变。对于热轧过程中热轧的开始温度、终轧温度、卷曲温度以及压下率等工艺已经有很多研究。但是针对于该过程中应变速率对组织、织构的影响鲜有研究，仍存在很大的空间，因此需要发明一种通过调控应变速率改善超薄带工艺制备高牌号无取向硅钢中λ组织、织构的方法。
目前，对于应变速率的开发仍处于中高碳钢的研究中，并且在工厂生产中很少考虑应变速率的影响以及现场热轧机很难对应变速率进行调控，本发明将采用Gleeble-3800进行模拟热轧压缩过程，通过调控应变速率控制钢材样品的组织、织构，实现通过调控应变速率改善超薄带工艺制备高牌号无取向硅钢中λ纤维织构的目标。
发明内容
本发明目的在于提供一种改善超薄带工艺制备高牌号无取向硅钢中λ纤维织构的方法，通过对超薄带工艺制备的高牌号无取向硅钢铸带进行模拟热轧，在该过程中调控应变速率得到具有较高强度的Cube织构及旋转Cube织构，已达到有利于无取向硅钢磁性能的高要求，在实际生产中做到节约成本，提高效率。
实现本发明目的的技术方案如下：
根据本发明的第一方面，公开了一种改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1冶炼钢水：
无取向硅钢的钢水化学成分以质量百分比计为：
C≤0.003％，Si：2.3～3.5％，Al：0.003～0.8％，Mn：0.2～0.4％，P:0.003～0.03％，S：0.001～0.003％，其余为Fe及不可避免的杂质；
步骤2薄带连铸：
采用超薄带工艺制备铸带，厚度为1.7～2.0mm；
步骤3加工试样：
加工钢材试样尺寸为：φ＝6mm±1mm，高为1.7～2.0mm，使钢材受力两面磨抛平滑，确保试样压缩时实现平面应变的应变状态；
步骤4热轧变形：
将步骤3中加工好的样品置于两个夹具之间，实时检测试样的温度状态，启动热变形模拟机，模拟样品热轧工艺参数，使夹具对步骤3中加工好的样品进行压缩变形。
根据本发明的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，优选地，在步骤4中，先进行均热处理，而后开始进行模拟热压缩变形，变形后进行降温处理
根据本发明的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，优选地，热压缩变形的应变速率控制为0.01～5/s。
根据本发明的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，优选地，热压缩变形的最低变形温度控制在700～1000℃。
根据本发明的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，优选地，加工钢材中控制织构的压缩变形程度变化范围控制为ε＝25％～55％，以使得组织发生变化，形成变形带与亚结构。
根据本发明的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，优选地，压缩变形程度控制范围内，在热轧处理的温度范围内，进行不同应变速率的压缩过程，应变速率控制在0.01/s～5/s，控制组织的形变与织构的转化。
根据本发明的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，优选地，步骤4进一步包括：在热轧过程中调控应变速率，使得原始铸态组织演变为λ复合组织。
根据本发明的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，优选地，λ复合组织的体积分数控制为28～48％。
根据本发明的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，优选地，步骤4进一步包括：在原有简单λ织构中产生含有Cube织构与旋转Cube织构，以降低γ织构的形成。
根据本发明的第二方面，公开了一种高牌号无取向硅钢，所述高牌号无取向硅钢采用前述方法生产。所述高牌号无取向不发生相变，具有纯铁素体组织。
有益技术效果
与现有技术相比，本发明的技术优势及有益技术效果简要总结如下：
本发明中的压缩方向(CD，Compression Direction)对应热轧时的法向(ND，Normal Direction)，夹具与试样接触面的方向对应热轧时的轧制方向(RD，RollingDirection)。
热轧过程中试样除表层以外区域所受应变状态近似为平面应变状态，试样所产生的织构即是平面应变状态下的织构，因此为模拟试样热轧织构，需实现平面应变的应变状态。
对于试样板，通过调控应变速率对组织、织构进行控制，进而实现由原始铸态织构转变为Cube织构和旋转Cube织构过程的晶体择优取向行为实施人为控制，以此优化钢材的热轧工艺。
本发明还采用Gleeble-3800热模拟机能精确的控制温度、变形参数以及应变速率，实现了试样热轧织构精确、高效和经济的模拟。
附图说明
为了更清楚地介绍本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施案例，而非对本发明的限制。
图1为本发明实施例与对比例模拟热轧的工艺图，
其中：s为应变速率；T为终轧温度；ε为应变率；
图2为本发明实施例1中采用EBSD(点子背散射衍射)检测试样织构获得的
Figure SMS_1
的ODF(三维取向分布函数图)图；
图3为本发明实施例2中采用EBSD(点子背散射衍射)检测试样织构获得的
Figure SMS_2
的ODF(三维取向分布函数图)图；
图4为本发明实施例3中采用EBSD(点子背散射衍射)检测试样织构获得的
Figure SMS_3
的ODF(三维取向分布函数图)图；
图5为对比例1中采用EBSD(点子背散射衍射)检测试样织构获得的
Figure SMS_4
的ODF(三维取向分布函数图)图；
图6为对比例2中采用EBSD(点子背散射衍射)检测试样织构获得的
Figure SMS_5
的ODF(三维取向分布函数图)图；
图7为电工钢中一些重要取向在
Figure SMS_6
的ODF图中的位置。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，本发明所使用的技术术语或科学术语应当为本发明所属领域具有一般技能的人士所理解的通常意义。
实施例1
本实施例的钢板热轧织构的物理模拟方法按照以下步骤进行：
步骤1冶炼：实验钢的化学成分按照质量百分比为：
C：0.0015％，Si 3.15％，Mn 0.276％，P 0.0204％，S 0.001％，Al 0.6％，余量为Fe，采用超薄带工艺制备铸带，厚度为1.8mm；
步骤2加工：加工钢材试样尺寸为：φ＝6mm±1mm，高为1.8mm，使钢材受力两面磨抛平滑，确保试样压缩时实现平面应变的应变状态；
步骤3热轧：将步骤2中加工好的样品置于两个夹具之间，实时检测试样的温度状态，启动Gleeble-3800热变形模拟机，模拟图1中的样品热轧工艺参数，使夹具对步骤2中加工好的样品进行压缩变形，先进行均热处理，而后开始进行模拟热压缩变形，应变速率为0.01/s，压缩变形过程温度控制在950℃，变形量为30％，同时，变形后按一定速率进行降温。
对实验完成后的试样进行机械抛光，进行轻腐蚀去应力后，采用配备EBSD装置的扫描电子显微镜在同样位置进行EBSD检测，测定区域为398μm×275μm，步长为5μm，EBSD实验所得
Figure SMS_7
的ODF图如图2所示，对比图2和图7可知，所得的织构以强λ纤维织构和旋转Cube{100}<011>为主，体积分数分别为28.8％和5％，是无取向硅钢中有益于性能发展的织构。
由上述EBSD实验可知，当满足一定应变速率的前提下，本发明实现了旋转Cube织构的形成与λ纤维织构的强化，为后续实现高效、经济工艺提供指导。
实施例2
本实施例的钢板热轧织构的物理模拟方法按照以下步骤进行：
步骤1冶炼：实验钢的化学成分按照质量百分比为：
C 0.0015％，Si 3.15％，Mn 0.276％，P 0.0204％，S 0.001％，Al 0.6％，余量为Fe，采用超薄带工艺制备铸带，厚度为1.8mm；
步骤2加工：加工钢材试样尺寸为：φ＝6mm±1mm，高为1.8mm，使钢材受力两面磨抛平滑，确保试样压缩时实现平面应变的应变状态；
步骤3热轧：将步骤2中加工好的样品置于两个夹具之间，实时检测试样的温度状态，启动Gleeble-3800热变形模拟机，模拟图1中的样品热轧工艺参数，使夹具对步骤2中加工好的样品进行压缩变形，先进行均热处理，而后开始进行模拟热压缩变形，应变速率为0.1/s，压缩变形过程温度控制在950℃，变形量为30％，同时，变形后按一定速率进行降温。
对实验完成后的试样进行机械抛光，进行轻腐蚀去应力后，采用配备EBSD装置的扫描电子显微镜在同样位置进行EBSD检测，测定区域为398μm×275μm，步长为5μm，EBSD实验所得
Figure SMS_8
的ODF图如图3所示，对比图3和图7可知，所得的织构以强λ纤维织构、Cube织构和旋转Cube{100}<011>为主，体积分数分别为48.7％、33.6％和9.86％，并形成有利于Cube形核的{112}织构。
实施例3
本实施例的钢板热轧织构的物理模拟方法按照以下步骤进行：
步骤1冶炼：
实验钢的化学成分按照质量百分比为：C 0.0022％，Si 2.5％，Al 0.006％，Mn0.276％，其余为Fe及不可避免的杂质；采用超薄带工艺制备铸带，厚度为1.8mm；
步骤2加工：加工钢材试样尺寸为：φ＝6mm±1mm，高为1.8mm，使钢材受力两面磨抛平滑，确保试样压缩时实现平面应变的应变状态；
步骤3热轧：将步骤2中加工好的样品置于两个夹具之间，实时检测试样的温度状态，启动Gleeble-3800热变形模拟机，模拟图1中的样品热轧工艺参数，使夹具对步骤2中加工好的样品进行压缩变形，先进行均热处理，而后开始进行模拟热压缩变形，应变速率为0.01/s，压缩变形过程温度控制在950℃，变形量为30％，同时，变形后按一定速率进行降温。
对实验完成后的试样进行机械抛光，进行轻腐蚀去应力后，采用配备EBSD装置的扫描电子显微镜在同样位置进行EBSD检测，测定区域为398μm×275μm，步长为5μm，EBSD实验所得
Figure SMS_9
的ODF图如图4所示，对比图4和图7可知，所得的织构以强λ纤维织构和旋转Cube{100}<011>为主，体积分数分别为48％和44.4％。
对比例1
本实施例的钢板热轧织构的物理模拟方法按照以下步骤进行：
步骤1冶炼：实验钢的化学成分按照质量百分比为：C 0.0015％，Si 3.15％，Mn0.276％，P 0.0204％，S 0.001％，Al 0.6％，余量为Fe，采用超薄带工艺制备铸带，厚度为1.8mm；
步骤2加工：加工钢材试样尺寸为：φ＝6mm±1mm，高为1.8mm，使钢材受力两面磨抛平滑，确保试样压缩时实现平面应变的应变状态；
步骤3热轧：将步骤2中加工好的样品置于两个夹具之间，实时检测试样的温度状态，启动Gleeble-3800热变形模拟机，模拟图1中的样品热轧工艺参数，使夹具对步骤2中加工好的样品进行压缩变形，先进行均热处理，而后开始进行模拟热压缩变形，应变速率为5/s，压缩变形过程温度控制在950℃，变形量为30％，同时，变形后按一定速率进行降温。
对实验完成后的试样进行机械抛光，进行轻腐蚀去应力后，采用配备EBSD装置的扫描电子显微镜在同样位置进行EBSD检测，测定区域为398μm×275μm，步长为5μm，EBSD实验所得
Figure SMS_10
的ODF图如图5所示，对比图5和图7可知，所得的织构包括弱λ纤维织构以及稳定的α纤维织构，λ织构占比为9.57％，这将会降低后续无取向硅钢的性能。
对比例2
本实施例的钢板热轧织构的物理模拟方法按照以下步骤进行：
步骤1冶炼：
实验钢的化学成分按照质量百分比为：
C 0.0022％，Si 2.5％，Al 0.006％，Mn 0.276％，其余为Fe及不可避免的杂质；采用超薄带工艺制备铸带，厚度为1.8mm；
步骤2加工：加工钢材试样尺寸为：φ＝6mm±1mm，高为1.8mm，使钢材受力两面磨抛平滑，确保试样压缩时实现平面应变的应变状态；
步骤3热轧：将步骤2中加工好的样品置于两个夹具之间，实时检测试样的温度状态，启动Gleeble-3800热变形模拟机，模拟图1中的样品热轧工艺参数，使夹具对步骤2中加工好的样品进行压缩变形，先进行均热处理，而后开始进行模拟热压缩变形，应变速率为1/s，压缩变形过程温度控制在950℃，变形量为30％，同时，变形后按一定速率进行降温。
对实验完成后的试样进行机械抛光，进行轻腐蚀去应力后，采用配备EBSD装置的扫描电子显微镜在同样位置进行EBSD检测，测定区域为398μm×275μm，步长为5μm，EBSD实验所得
Figure SMS_11
的ODF图如图6所示，对比图6和图7可知，所得的织构以强λ纤维织构为主，λ织构占比为20.5％，没有Cube以及旋转Cube。
由上述EBSD实验可知，当满足一定应变速率的前提下，本发明实现了旋转Cube织构的形成与λ纤维织构的强化，为后续实现高效、经济工艺提供指导。
由上述EBSD实验可知，当满足一定应变速率的前提下，本发明实现了Cube织构与旋转Cube织构的形成和强化，为后续实现高效、经济工艺提供指导。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，不在脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤1冶炼钢水：
无取向硅钢的钢水化学成分以质量百分比计为：
C≤0.003％，Si：2.3～3.5％，Al：0.003～0.8％，Mn：0.2～0.4％，P:0.003～0.03％，S：0.001～0.003％，其余为Fe及不可避免的杂质；
步骤2薄带连铸：
采用超薄带工艺制备铸带，厚度为1.7～2.0mm；
步骤3加工试样：
加工钢材试样尺寸为：φ＝6mm±1mm，高为1.7～2.0mm，使钢材受力两面磨抛平滑，确保试样压缩时实现平面应变的应变状态；
步骤4热轧变形：
将步骤3中加工好的样品置于两个夹具之间，实时检测试样的温度状态，启动热变形模拟机，模拟样品热轧工艺参数，使夹具对步骤3中加工好的样品进行压缩变形。
2.根据权利要求1所述的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，其特征在于：
步骤4中，先进行均热处理，而后开始进行模拟热压缩变形，变形后进行降温处理。
3.根据权利要求2所述的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，其特征在于：
热压缩变形的应变速率控制为0.01～5/s。
4.根据权利要求2所述的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，其特征在于：
热压缩变形的最低变形温度控制在700～1000℃。
5.根据权利要求1所述的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，其特征在于：
加工钢材中控制织构的压缩变形程度变化范围控制为ε＝25％～55％，以使得组织发生变化，形成变形带与亚结构。
6.根据权利要求1所述的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，其特征在于：
压缩变形程度控制范围内，在热轧处理的温度范围内，进行不同应变速率的压缩过程，应变速率控制在0.01/s～5/s，控制组织的形变与织构的转化。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，其特征在于：
步骤4进一步包括：
在热轧过程中调控应变速率，使得原始铸态组织演变为λ复合组织。
8.根据权利要求7所述的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，其特征在于：
λ复合组织的体积分数控制为28～48％。
9.根据权利要求7所述的改善无取向硅钢中λ纤维织构的方法，其特征在于：
步骤4进一步包括：
在原有简单λ织构中产生含有Cube织构与旋转Cube织构，以降低γ织构的形成。
10.一种高牌号无取向硅钢，其特征在于，所述高牌号无取向硅钢采用根据权利要求1-9中任一项所述的方法生产，所述高牌号无取向不发生相变，具有纯铁素体组织。
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CN104729927A (zh) * 2015-03-12 2015-06-24 东北大学 一种钢板热轧织构的物理模拟方法
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