取向电磁纯铁组织、织构及抑制剂一体化调控机制研究

The ordinary electromagnetic pure iron has been unable to meet the electromagnetic performance requirements of high initial permeability, high magnetic induction intensity and low coercive force by considering the urgent need of lightweight for aerospace, electric vehicle and UAV and high efficiency of energy utilization. Consequently, it is urgent to develop grain-oriented electromagnetic pure iron with great advantages in magnetic induction, magnetic permeability and coercive force. However, there are still many deficiencies in collaborative control of the microstructure, texture and inhibitor. Therefore, the project innovatively puts forward a new idea of improving the magnetic properties of products based on the integration control of microstructure, texture and inhibitor of grain-oriented electromagnetic pure iron. A multi-scale microstructure prediction framework with non-equilibrium solidification effect will be established, based on pure iron microstructure, texture and inhibitor of grain oriented of electromagnetic pure iron during plastic processing and heat treatment. And the theoretical correlation of microstructure, texture and technology in the process of plastic deformation involving the thermodynamic driving force and the kinetic energy barrier of phase transition and precipitate phase will be defined. Furthermore, the correlation and genetic evolution of microstructure, texture and inhibitor in the solidification - plastic process - heat treatment process of pure iron will be analyzed. The optimal regulation mechanism of microstructure, texture, inhibitor and magnetic energy will be defined. Moreover, the results are expected to enrich and supply to the theory of integration control of microstructure, texture, inhibitor and magnetic properties of oriented electromagnetic pure iron.

基于航空航天、电动汽车、无人机等对设备轻质化、能源利用高效化的迫切需求，普通电磁纯铁已不能满足高初始磁导率、高磁感应强度及低矫顽力的电磁性能要求，亟需开发在磁感应强度、磁导率、矫顽力方面都具有巨大优势的取向电磁纯铁，鉴于取向电磁纯铁在组织、织构、抑制剂协同控制方面仍存在较多的不足。项目创新性地提出了基于“取向电磁纯铁组织、织构及抑制剂一体化调控”提升产品磁性能的新思路，围绕基于电磁纯铁“取向化”的塑性加工与热处理的组织、织构及析出相调控的科学问题，建立耦合非平衡凝固效应的多尺度组织预测框架，明确塑性变形过程中微观组织、织构与工艺涉及相变、析出相的热力学驱动力、动力学能垒的理论关联，解析取向电磁纯铁凝固-塑性加工-热处理的关联及组织、织构、析出相的遗传演变规律，明确目标组织、织构、抑制剂与磁性能最优化调控机制，丰富和补充取向电磁纯铁组织、织构、抑制剂及磁性能一体化调控理论。

随着我国航天事业进入高速发展阶段，以及军用、民用无人机、电动汽车的推广应用，普通电磁纯铁已不能满足高初始磁导率、高磁感应强度及低矫顽力的电磁性能要求。本研究采用理论计算与实验的方式，围绕取向电磁纯铁的塑性加工与热处理的组织、织构及析出相调控的科学问题，研究了取向电磁纯铁目标组织、织构、析出相与磁性能最优化调控机制。.主要研究结果如下：.（1）取向电磁纯铁抑制剂AlN在不同形核机制下的临界形核尺寸随着温度的降低而降低，不同形核机制下的临界形核尺寸大小相差不大，同一温度条件下位错形核的临界形核尺寸最小。随着冷区强度的增大，凝固组织中柱状晶所占比例逐渐增大。.（2）取向电磁纯铁的热轧板与常化板组织均为全铁素体组织，冷轧板组织为纤维状的条带组织，脱碳板为细小均匀的初次再结晶晶粒。成品板晶粒尺寸分布在4.3-37.5mm，部分成品中的存在少量的“孤岛”。热轧板织构主要为再结晶织构、黄铜织构及Goss织构，常化板织构类型与热轧板对应位置的织构类型相似，织构强度存在差异。冷轧织构类型主要为形变织构。脱碳退火板织构主要为α面织构以及γ纤维织构。成品织构主要为Goss织构，成品中含少量的黄铜织构。.（3）热轧板、常化板中的析出相形貌为球形、块状，绝大部分析出相在基体内容部形成，极少数析出相出现在晶界处，析出相主要为AlN，少量MnS，AlN粒子主要为长方形，MnS呈簇状析出。脱碳板中析出物为AlN，复合析出及MnS析出没有发现。.（4）脱碳温度较低时，钢中碳扩散速率低成为限制环节，温度升高，钢中碳含量急剧下降，溶解在钢中的碳扩散速度增加。随着脱碳温度的进一步增加，钢中的碳降低至一个较低的水平后，钢中碳含量基本保持不变。.（5）取向电磁纯铁在二次再结晶过程中，黄铜取向的晶粒有和Goss取向晶粒竞争长大的能力。增加高温退火时间利于取向电磁纯铁发展完善的二次再结晶，同时，在相同高温退火时间，全氢气氛下能够快速发展形成择优取向集中的Goss织构。