基于CSP热轧带钢生产冷轧HiB取向硅钢组织演变和织构形成机理的研究

The experiment and simulation calculation in microscopic size are done to research the formation mechanism of microstructure evolution and the Gross texture of the HiB orientated silicon steel in hot rolling and following cold rolling and heat treatment processes. Several approaches are taken to get the results: using scanning electron microscopy-EBSD and transition electronic microscopy technologies to observe microstructure and the second phase particles precipitate; adopting ASM to research the quantity of elements gathered in grain boundary; using chemical analysis to measure the inhibitory quantity of MnS, AlN, etc.; applying synchrotron to measure the grain nucleation rate and grain growth velocity to establish the dynamic model for grain nucleation and orientation and growing velocity; doing thermal simulation experiment to study nucleation and structure morphology. On this basis, the grain plastic finite element model system is combined to research stress and strain and obtain the even distribution of inhibitory、the uneven distribution of storage energy and the impact of inhibitor on nucleation and growth behavior and then resolve the relationship between non-uniform micro deformation and grain orientation. This project researches the structure evolution rule and microstructure texture in hot rolling and following cold rolling and heat treatment process of HiB steel produced by the particular mode of CSP, which guides us to produce HiB orientated silicon steel based on the hot rolling substrate with CSP and control the following cold rolling and heat treatment technologies with pioneering significance.

通过实验和微观尺度模拟计算，探索以CSP(薄板坯连铸连轧)方式生产的HiB取向硅钢热轧过程以及后续冷轧和热处理过程中微观组织的演变和Goss织构的形成机理。采用扫描电镜EBSD和TEM技术观察微观结构、第二相质点析出,利用ASM研究晶界偏聚形态及偏聚量，用化学分析法测定MnS, AlN等抑制剂的形貌及数量; 利用同步加速器的辐射SAXS测定晶粒形核率、长大速度, 建立与此相关的动力学模型；通过热模拟实验研究变形及组织形貌关系。结合塑性有限元(CPFEM)和元胞自动机(CA)耦合系统研究应力、应变、晶界、变形带等,获得抑制剂的均匀分布和储能的非均匀分布及其对形核长大行为的影响，解决微观变形不均匀性与晶粒取向之间的关系问题。揭示CSP这种特定方式生产HiB钢在热轧，冷轧和热处理过程中组织演变以及织构形成的规律，对指导采用CSP生产HiB取向硅钢热轧基板及随后冷轧和热处理工艺控制具有开拓性意义。

HiB钢由于其高的磁性能和低的铁损广泛用作变压器铁芯材料，一般是通过高温板坯再加热工艺生产的，整个流程复杂且能耗和制造成本高，本项目结合CSP工艺的短流程和低温加热工艺生产HiB钢，探索HiB钢在热轧，冷轧和热处理过程中组织演变以及织构形成的规律，这对指导采用CSP生产HiB钢热轧基板及随后冷轧和热处理工艺控制具有开拓性意义。研究取得了如下结论：(1)基于CSP工艺生产的HiB钢热轧微观组织和织构与传统高温板坯再加热工艺生产的HiB钢类似，在厚度方向出现了组织梯度和织构梯度。在表层主要为高斯织构，中心层主要为{001}<110>织构，然而也出现了一些别的织构，比如在1/4层存在比较强的旋转高斯织构。热轧板的析出物主要为尺寸在100-200nm 范围的(Mn,Cu)S和AlN复合析出物，小于100nm的细小析出物明显少于传统流程生产的热轧HiB钢。（2）退火温度对初次再结晶过程影响很大，当退火温度范围在625~700℃范围时，Avrami指数n在0.80~0.88之间，当退火温度在750~850℃范围时，n值在1.25~1.27之间，相对应的再结晶激活能QRX分别为239.3 kJmol-1与160.4 kJmol-1。（3）Hi-B钢二次再结晶过程分为三个阶段：缓慢生长阶段、优先生长阶段及吞噬岛状“晶粒”阶段。每个阶段长大的机理可能不同，Goss晶粒异常长大的第一阶段是高能晶界起主要作用；第二阶段是抑制剂的分布和高迁移率晶界共同起作用；第三阶段则是纯H2气氛使Goss织构更加锋锐。（4）以Cu2S为辅助抑制剂，试样在热轧后主要以Cu2S弥散分布，冷却速率较大有利于获得良好热轧组织，常化有助于Cu2S析出，初次再结晶温度升高，时间延长，Cu2S逐渐出现粗化及聚集的现象。（5）采用热轧-温轧工艺制备了表面质量良好的0.35mm厚Fe-6.5%Si-0.5%Cu合金薄板。研究表明，温轧态试样中含有较多的滑移带，同时含有少量的B2有序相。（6）采用Deform-3D软件模拟了Hi-B在实验室轧制时的变形过程，得到了温度场、应力场、应变场的分布、同时结合元胞自动机和以位错理论为基础的回复再结晶模型模拟分析了轧制过程中轧件表层、次表层和中心层的晶粒变化规律。