高硅钢磁性能优化研究

高硅钢磁性能优化研究

刘璐

北京科技大学 论文题目：高硅钢磁性能优化研究 学 号：_________________________ 作 者：_________________________ 专 业 名 称：_________________________ 2013年12月16日

刘璐 材料科学与工程

S20110580

密 级：_____________公开 加密论文编号：_____________ 高硅钢磁性能优化研究 Investigation on the optimization of magnetic properties of high silicon steel

研究生姓名：刘璐 指导教师姓名：杨平 北京科技大学材料科学与工程学院 北京100083，中国

Master Degree Candidate：Liu Lu Supervisor： Yang Ping School of Material Science and Engineering University of Science and Technology Beijing

University of Science and Technology Beijing 30 Xueyuan Road，Haidian District Beijing 100083，P.R.CHINA 分类号：____________ 密 级：______________ ＵＤＣ：____________ 单位代码：______________

北京科技大学硕士学位论文 论文题目： 作者：_________________________

指 导 教 师： 单位： 指导小组成员： 单位：

单位： 论文提交日期：2013年12月 16日 学位授予单位：北 京 科 技 大 学

杨平 教授 北京科技大学

高硅钢磁性能优化研究刘璐

１０００８ 公开 TG142.1 北京科技大学硕士学位论文

- I - 致 谢

本论文的研究工作是在杨平教授的悉心指导下完成的。求学期间杨平教授渊博的学识、严谨求实的治学态度、执着的敬业精神深深地影响着我，他的谆谆教诲和严格要求将使我在以后的工作生活中受益无穷。在科研期间，杨老师对本课题的开展和攻关投入了很多心血，作者所取得的进步和本文的成果是和导师的指导分不开的，在此向尊敬的杨老师表示最诚挚的感谢和崇高的敬意！ 衷心感谢毛卫民教授对我们科研基础知识的认真指导，毛老师兢兢业业的教导为日后的科研方面的进展打下了坚实的基础，严谨求实的态度和清晰的逻辑思维也深深的影响着我；衷心感谢陈冷教授在开题过程中的指导，使我更加明确了研究方向；衷心感谢孟老师在每次学期汇报中给我的建议及意见，不仅如此，孟老师在学业发展规划等方面也给予我很多建议，使我对学习有了新的认知。 测试中心的冯惠平老师、崔凤娥老师以及李萧老师在实验检测方面给予我很大的帮助，使我的试验能够顺利进行，在此表示衷心的感谢。 感谢实验室的邵媛媛师姐和王会珍师姐在EBSD实验中对我的无私帮助，感谢张宁师姐在论文指导中所做的大量工作，感谢鲁法云师姐和孙秀荣同学在数据处理上的帮助，感谢实验室中丁磊师兄、程灵师兄、章丹丹师姐、曹怀杰、任勇、戴川、李玮、刘丹等同学在我日常工作和实验时给予了大量的帮助。 本工作是在国家高技术研究发展计划(课题编号：2012AA03A505)和国家自然科学基金资助(项目编号：51071024) 的资助下完成的，在此表示感谢！ 北京科技大学硕士学位论文

- III - 摘 要

传统轧制法制备6.5wt.%Si电工钢具有成本低、易于实现大规模生产的优点。与3wt.%Si钢相比，为克服其室温塑性差，加入了温轧和中间退火工艺。传统轧制法制备6.5wt.%Si高硅钢过程中温轧工艺具有显著不同于3wt.%Si的电工钢的特点及组织织构特征，是开发新型基于织构优化的高硅钢的关键环节。采用EBSD技术对通过热轧、温轧、冷轧及退火工艺制备0.3mm厚的6.5wt.%Si电工钢板的组织和织构进行分析，重点研究温轧过程中的中间退火和大、小压下率组合以控制织构，进而达到优化磁性能的目的。 已知{100}或立方织构、Goss织构是硅钢中对磁性能有利的织构，在不利用二次再结晶工艺时，很难制备出强的这两种织构；但与这两种理想织构有密切联系又存在取向偏差的{100}<021>织构及{210}<001>织构也对磁性能有利，其中{100}<012>织构的形成与立方织构或{100}织构有一定关系。 柱状晶广泛存在于电工钢的连铸坯中，连铸坯中柱状晶长轴都是垂直于板面的，这时有强的{100}初始织构。为此，本文利用初始组织为近似柱状晶的原始高硅钢铸锭，不经过热锻造均匀化，直接进行热轧、温轧、冷轧及退火等加工，考察各过程中组织和织构演变规律，特别关注热轧、温轧带来的剪切造成的板材表面与中心组织、织构的差异，另外关注近柱状晶组织锋锐度的影响，最终考察近柱状晶组织及初始{001}织构的遗传性以及退火板磁性能水平；在此基础上，探索利用柱状晶组织制备高磁感无取向高硅钢的可能性，并为制备无取向高硅钢提供理论依据。 研究表明：(1)经过锻造后的锻坯在1250°C的热轧加热温度使超低碳的高硅钢组织粗大，热轧后可保留部分{100}织构。(2)不同的工艺组合可显著调整最终组织和织构。(3)温轧减弱了剪切带的形成，对Goss晶粒的保留不利，中等压下量的冷轧对促进剪切带的形成作用较小。中等压下量有利于两种类型的织构，其中{100}<021>织构比{210}<001>织构更难制备。(4)近柱状晶初始组织直接热轧、温轧、冷轧及退火时，组织与织构演变规律是表层剪切力作用下的剪切织构相关的细晶组织和中心层较多原始立方取向相关或α线取向粗晶长条组织相互作用的关系。柱状晶在热轧及温轧中组织遗传显著，而在冷轧阶段随形变量加大而快速消失，但柱状晶的影响在最终退火组织中依然存在，少量立方取向区域可遗传到最终退火板中，虽然没有大量出现，仍有效削弱了{111}织构。样品最终的磁感低于文献报导的强{120}<001>或{100}<021>织构样品，但高于普通无取向高硅钢，且具备较低的磁感值各向高硅钢磁性能优化研究 - IV - 异性，所以柱状晶组织有利于无取向高硅钢的制备。(5)高硅钢粗大α线取向晶粒内，比3%Si钢更容易出现形变不均匀区，尤其是旋转立方晶粒内产生显著的晶内剪切，削弱了其取向的遗传能力；立方取向、25°旋转立方取向、{113}<361>、{112}<241>是立方取向轧制时的转动路线；形变退火过程中与原始立方取向线有关的晶粒尺寸普遍较大，有利于磁性能的优化。

关键词： 高硅钢，织构，温轧，组织梯度，近柱状晶，磁性能北京科技大学硕士学位论文

- V - Investigation on the optimization of magnetic properties of high silicon steel

Abstract

Preparing 6.5wt.%Si electrical steel by traditional rolling method has the advantages of low cost and easily realizing large-scale production. Compared with 3wt.%Si steel, we added warm rolling and intermediate annealing process to overcome the low plasticity at room temperature. Warm rolling, a key process of developing new type high Silicon electrical steel based on texture optimization, has significant different characteristics to 3wt.%Si steel in conventional preparing process. The microstructure and texture evolution of 0.3mm thick 6.5wt%-Si steel, obtained by a series of processes including hot and warm rolling, intermediate annealing and following cold rolling, was analyzed by EBSD. The intermediate annealing combined with warm rolling of large or small reductions was investigated with emphasizing to actualize the purpose of controlling the texture, and then optimize magnetic properties. It is known that {100} or Cube texture, Goss texture is beneficial to magnetic properties of silicon steel, while it is difficult to obtain them without the secondary recrystallization process. Meanwhile, {100}< 021 > and {210}< 001 > textures, are also beneficial to magnetic properties, and the formation of {100}< 012 > texture has relationship with Cube texture or {100} texture. Columnar grains widely exist in the continuous casting slabs of electrical steels, and a strong initial {100} texture is observed because of the grains’ long axis perpendicular to the surface plane. So the high silicon steel ingots containing an initial nearly columnar-grained structure are directly hot rolled without forging homogenization, which is followed by subsequent warm-rolling, cold-rolling and annealing, then the microstructures and textures are determined using EBSD technique. The microstructure and texture differences between plate surface and center caused by shearing action along hot rolling and warm rolling is paid special attention, and the effect of sharpness of columnar crystals are focused as well. Finally the heredity of nearly columnar-grained structure and initial {001} texture are studied, and the magnetic properties of annealed sheets are measured as well. Based on above results, this paper explores the possibility of preparing non-oriented high silicon steel with high magnetic induction by using columnar grains, and provides theoretical basis.