非等温热激励下大变形薄带连铸Fe-Si合金的超快速再结晶与择优取向研究

薄带连铸和超快速退火作为各自领域最具潜力的研究方向，引领着钢铁工业流程的变革与进步。特别是，近年来随着感应加热宽规格板带材关键技术的重大突破，新一代超快速退火迎来了前所未有的发展机遇。高速加热和冷却、退火速度等同于轧制速度、复杂路径控制等特点为新材料开发提供了更具灵活性和柔性化的控制手段。本项目将"大塑性变形+超快速退火"与"薄带连铸"相结合，以薄带连铸的组织和晶体取向特点为基础，系统研究Fe-Si合金在非等温热激励（高温高储能、复杂退火路径以及特殊微观行为等）条件下，超快速再结晶形核、长大和取向行为的基础理论、影响因素和控制方法，实现全过程组织和织构的精确设计与调控，提出超短流程Fe-Si材料制备过程的组织、织构和磁性能一体化控制理论与技术。本研究宗旨不仅在于构造一个全新的超短流程的典范，更重要的是开辟超快速退火大变形薄带连铸硅钢的新物理冶金理论体系，具有重要的科学意义和实际应用价值。

薄带连铸和超快速退火作为各自领域最具潜力的研究方向，引领着钢铁工业流程的变革与进步。特别是，近年来随着感应加热宽规格板带材关键技术的重大突破，新一代超快速退火迎来了前所未有的发展机遇。高速加热和冷却、退火速度等同于轧制速度、复杂路径控制等特点为新材料开发提供了更具灵活性和柔性化的控制手段。本项目将“大塑性变形+超快速退火”与“薄带连铸”相结合，系统研究了Fe-Si 合金在薄带连铸和非等温热激励条件下，凝固、冷却、轧制以及再结晶过程微观结构、晶体学取向和第二相行为的基础理论、影响因素和控制方法，提出了超短流程Fe-Si 材料制备过程的组织、织构和磁性能一体化控制理论与技术。研究表明，通过改变铸轧参数可有效调控凝固组织及取向特征。随着过热度的提高，铸带组织由细小等轴晶为主向粗大柱状晶转变，{100}织构增强，第二相粒子尺寸增加。超快速退火工艺对Fe-Si 合金回复、再结晶形核和长大产生明显的影响。加热速率在25℃/s-910℃/s范围内，随着加热速率的增加，回复过程被抑制，形变储能被保留下来，高形核率和再结晶时间极短引起的细化作用大于较高晶粒长大速率引起的粗化作用，再结晶晶粒尺寸明显减小。超快速退火硅钢织构主要包括λ组分、γ组分和Goss组分，这些织构的强度及分布基本决定了材料的磁性能。随着加热速率的增加，磁感提高，铁损先降低后升高。加热速率提高使得再结晶织构中有利织构（Goss和Cube织构）强度增加、位向更加准确，而对于磁性能不利的γ组分织构强度降低。铸轧过程与快速热处理相结合可以获得比传统流程更理想的组织和织构，极大地提高无取向硅钢的磁性能。Fe-1.3%Si无取向硅钢磁性能达到了50W540水准，磁感高出0.10T以上；加热速率450℃/s条件下，Fe-3%Si退火板铁损P15/50=3.43W/kg，磁感应强度为B50=1.72T。本研究构造了一个全新的超短流程的典范，开辟了超快速退火大变形薄带连铸硅钢的新物理冶金理论体系，具有重要的科学意义和实际应用价值。本项目在国内外期刊或学术会议上发表高水平论文45篇，其中SCI收录16篇，EI收录37篇，申请发明专利7项， 授权1项，出版学术研究报告1部。参加国内外学术交流29人次，培养博士研究生12名，硕士19名。项目负责人入选2013年度教育部“新世优秀人才支持计划”。