（材料学专业论文）异步轧制取向硅钢晶粒长大过程中的再结晶织构演变.pdf

_ l0 一己，上 l i | j j 。j l 、， 、 ad i s s e r t a t i o ni nm a t e r i a ls c i e n c e r e c r y s t a l l i z a t i o nt e x t u r ee v o l u t i o nd u r i n gg r a i n g r o w t hi na s y m m e t r i c a l l yc o l dr o l l e d g r a i n o r i e n t e dsi l i c o ns t e e l b yn i n gy u a n y u a n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r s h ay u h u i n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u l y2 0 0 8 ， r1 i-一 东北大学硕士学位论文摘要 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除 加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人 为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 亏般 日 期：2 w 7 c ， 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定： 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、 交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年自一年半口两年口 学位论文作者签名： 签字日期： 3 删苫1 6 导师签名哆琦彳 签字日期：讪寥7 6 东北大学硕士学位论文摘要 异步轧制取向硅钢晶粒长大过程中的再结晶织构演变 摘要 硅钢是广泛应用于电力、电子、军工等领域的重要软磁材料。冷轧和退火是取向硅 钢板材制造流程中组织结构发生重大变化的两个关键工序。探索可有效调控硅钢冷轧和 再结晶织构的新方法，有利于建立自主知识产权的高品质硅钢先进制造技术。 本文将异步轧制引入取向硅钢的制备过程，借助宏微观织构分析方法考察了轧制速 比( 1 0 、1 1 2 5 、1 1 9 ) 对0 3 0 m m 厚取向硅钢薄板冷轧及再结晶织构的影响。研究结果表明： 1 、同步s l 带j j 和异步轧制方式下，取向硅钢薄板的冷轧织构均主要由以 0 0 1 为强点的0 c 织构及y 织构组成。异步轧制对快辊侧厚度层和中间层冷轧织构的影响幅度较 大，降低o r 和丫中 1 1 1 ) 组分的强度，提高 1 1 1 组分强度；对慢辊侧厚度层的 影响幅度相对较小，倾向于提高a 织构。整体而言，异步轧制倾向提高 1 1 1 ) 而降 低 1 1 1 l 强度，减弱0 【织构，该效应随速比增大而增强。 2 、不同轧制工艺下取向硅钢初次再结晶织构均由1 1 、 l o o 、 1 1 1 及0 c 等组分 构成。随退火温度升高及时间延长，同步轧制薄板1 1 强度略有降低，而异步s l 隹i f j 薄板1 1 强度则有所提高；同步轧制薄板 1 1 1 ) 强度稍许提高，异步s l 铝z j 薄板 1 1 1 ) 强 度基本不变；同步和异步轧制薄板的 1 0 0 及仪基本保持稳定。 3 、异步轧制影响主要再结晶织构组分的强度及其沿层厚的分布规律： ( 1 ) t 1 织构组分一同步和异步轧制方式下，中间层强度均最低；异步轧制薄板慢辊侧 高于快辊侧，而同步轧制薄板则是表层高于1 4 层；异步轧制总体上提高”组分含量； 异步轧制的作用主要体现在剪切应变对冷轧丫特别是 1 1 1 组分的影响，其次剪切 应变过大不利于t 1 织构。 ( 2 ) 1 0 0 织构组分一异步轧制对 1 0 0 ) 组分的影响体现在其对冷$ l 1 0 0 组分的改变，对 1 0 0 组分的影响与1 1 组分相似；总体而言，1 1 2 5 速比异步轧制 倾向增加 1 0 0 。 ( 3 ) 1 11 织构组分一异步轧制通过减少冷轧仅和丫，使快辊侧及中间层的再结晶 1 1 1 组分降低，进而总体上减d , a n di n c r e a s e d 1 1 1 ) ，w h i l ei th a sas m a l l e ri m p a c to n s l o wr o l ls i d el a y e r sw i t ht h ee n h a n c e d 仅a saw h o l e a s y m m e t r i cr o l l i n gs h o w sam o r e o b v i o u st e n d e n c yt oi n c r e a s e 1 1 1 ，a n dr e d u c e 1 1 1 a n di f , a st h es p e e dr a t i oi s r a i s e d 2 u n d e rd i f f e r e n tr o l l i n gp r o c e s s ，t h ef i r s tr e c r y s t a l l i z a t i o nt e x t u r e sa r ea l lc o m p o s e do fr l ， 1 0 0 ， 1 1 1 a n dac o m p o n e n t s a st h er e c r y s t a l l i z a t i o np r o c e e d s ，t h ei n t e n s i t yo f1 1 d e c r e a s e ss l i g h t l yi nt h es y m m e t r i c a l l yr o l l e ds h e e tw h i l ei n c r e a s e si nt h ea s y m m e t r i c a l l y r o l l e ds h e e t ； 1 1 1 i sw e a k e n e da n de n h a n c e di nt h es y m m e t r i c a l l ya n da s y m m e t r i c a l l y r o l l e ds h e e tr e s p e c t i v e l y ； 10 0 a n dac o m p o n e n t sr e m a i na l m o s tc o n s t a n tb o t hi n t h e s y m m e t r i c a l l ya n da s y m m e t r i c a l l yr o l l e ds h e e t s 3 a s y m m e t r i cr o l l i n gh a ss o m ei m p a c t so nt h ei n t e n s i t ya n dt h ed i s t r i b u t i o nt h r o u g h t h i c k n e s so fr e c r y s t a l l i z a t i o nt e x t u r ec o m p o n e n t s ( 1 ) 1 1t e x t u r ec o m p o n e n t t h el o w e s ti n t e n s i t ya p p e a r sa tc e n t e rl a y e ru n d e rb o t hs y m m e t r i c ，j- 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t a n da s y m m e t r i cr o l l i n g ；t h ei n t e n s i t yo ft h es l o wr o l ls i d ei sh i g h e rt h a nt h a to ft h ef a s tr o l l s i d ei nt h ea s y m m e t r i c a l l yr o l l e ds h e e t ，w h i l et h ei n t e n s i t yo ft h es u r f a c ei sh i g h e rt h a nt h a to f t h e1 4l a y e ri nt h es y m m e t r i c a l l yr o l l e ds h e e t g e n e r a l l y , a s y m m e t r i cr o l l i n gi n c r e a s e st 1 t h e e f f e c to fa s y m m e t r i cr o l l i n gs t e m sm a i n l yf r o mt h ec h a n g eo ft h ec o l d - r o l l e d 丫e s p e c i a l l y ( 111 ) c o m p o n e n td u et ot h ei n d u c e dt h r o u g h - t h i c k n e s ss h e a rs t r a i n , b u tt w ol a r g es h e a rs t r a i n s e e m sn o tb e n e f i tf o r r lc o m p o n e n t ( 2 ) 1 0 0 t e x t u r ec o m p o n e n t a s y r m n e t r i cr o l l i n ga f f e c t sr e c r y s t a l l i z a t i o n 1 0 0 c o m p o n e n tt h r o u g hr o l l i n g 1 0 0 ，a n di t se f f e c to n 1 0 0 c o m p o n e n ti 8 、s i m i l a rt o t h et 1c o m p o n e n t a s y n u n e t r i cr o l l i n gt e n d st ol o w e rt h e 1 0 0 c o m p o n e n to nt h ew h o l e ( 3 ) 1 11 t e x t u r ec o m p o n e n t a s y m m e t r i cr o l l i n gr e d u c e sr e c r y s t a l l i z a t i o n 1 l1 ) c o m p o n e n to fc e n t e rl a y e ra n df a s t r o l ls i d el a y e r sb yw e a k e n i n gc o l dr o l l i n g0 ca n dy ， r e s u l t i n gi nt h ed e c r e a s eo f r e c r y s t a l l i z a t i o n 111 c o m p o n e n tg e n e r a l l y ( 4 ) 仅t e x t u r ec o m p o n e n t a s y m m e t r i cr o l l i n gr e d u c e st h er e c r y s t a l l i z a t i o n0 【o ft h ec e n t e r l a y e ra n df a s tr o l ls i d el a y e r sw h i l ei n c r e a s e si ti nt h es l o wr o l ls i d e ，s ot h a ta l lo v e r a l ls l i g h t e f f e c to n0 【o c c u r s 4 a c c o r i n gt o m i c r o t e x t u r e a n a l y s i s ，a s y m m e t r i cr o l l i n g r e d u c e sr e c r y s t a l l i z a t i o n 111 ) t h r o u g hl o w e r i n gn u c l e a t i o nr a t e ，a n de n h a n c e s 1b yi n c r e a s i n gt h en u c l e a t i o n r a t ea n dg r o w t hr a t e ( s p a c e ) t h ea s y m m e t r i cr o l l i n go f1 1 2 5s p e e dr a t i oi n c r e a s e 10 0 c o m p o n e n tb yt h ei n c r e a s ei nn u c l e a t i o nr a t ei ns p i t eo ft h ed e c e a s i n gg r o w t hr a t e ( s p a c e ) 埘m t h ei n c r e a s eo fs p e e dr a t i o b ym e a n so fl o w e r i n gg r o w t hr a t e ( s p a c e ) a n di n c r e a s i n g n u c l e a t i o nr a t e ，a s y m m e t r i cr o l l i n ga f f e c t st h er e c r y s t a l l i z a t i o n0 ct e x t u r ev e r ys l i g h t l y k e y s o r d s ：g r a i n - o r i e n t e ds i l i c o ns t e e l ，a s y m m e t r i cr o l l i n g ，t e x t u r e ，e b s d v ，_ ， ， 粤 参 东北大学硕士学位论文 目录 目录 声明i 摘要i i a b s t r a c t i v 目录v i 第一章绪论1 1 1 硅钢简介l 1 2 取向硅钢的发展2 1 2 1 国外取向硅钢的发展历程2 1 2 2 我国取向硅钢的发展状况3 1 3 异步轧制技术及其应用。5 1 4 再结晶织构及其形成7 1 5 二次再结晶织构及其形成1 0 1 6 合金成分对硅钢性能的影响1 2 、 1 6 1 硅的影响1 2 1 6 2 碳的影响。1 3 1 6 3 锰的影响1 3 1 6 4 硫的影响13 1 6 5 铝的影响1 3 1 6 6 氮和氧的影响1 4 1 7 本论文的研究意义和主要内容1 4 第二章实验方法l5 2 1 实验原料15 2 2 实验过程及设备15 2 2 1 酸洗15 2 2 2 常化退火15 2 2 3 冷轧16 2 2 4 再结晶退火1 6 v i 东北大学硕士学位论文目录 2 3 分析方法18 18 18 2 0 21 21 2 1 2 2 ：! z 1 ：! z l 2 5 2 8 ：；1 3 3 3 4 ：；6 ：；6 3 9 3 9 5 8 6 ：； 6 5 6 6 6 7 7 2 1叫叫iiiiliiilli_ 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 硅钢是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金，约占工业磁性材料总量的 9 0 - 9 5 ，主要用来制造各种电机和变压器的铁芯。一个国家硅钢产量和使用量与其 发电量的增长大致成正比关系。通过几十年来的高速发展，我国的用电量和发电量都迅 速增长，总装机容量和发电量均己居世界第二，致使硅钢需求持续上升。但目前我国硅 钢生产还存在产能不足，产品结构不合理，成材率不高，产品质量等诸多问题【l 】。我国 的科研工作者一直在不懈的努力，在扩大硅钢生产能力的同时，提高成材率和产品质量。 1 1 硅钢简介 硅钢又称电工钢、矽钢，起着电磁转换介质的作用，其性能直接影响电磁转换的效 率，最终产品硅钢片( 含硅量在0 5 一- - 5 的超低碳钢板) 主要用于发电、输变电、电机、 电子和家电业b 】。 硅钢是钢铁工业中产量较大用量也最大的一种特殊钢，目前全世界电工钢产量约 6 5 0 万吨，占全部磁性材料用量的9 0 以上。硅钢分为取向硅钢( c g o ，h i b ) 和无取向硅 钢烈o ) 。硅钢是体心立方的a 铁固溶体构成的铁素体钢，以铁为主的f e s i 单晶体具有 磁各向异性：在三个主晶向上呈现不同的磁化特性，如图1 1 中： “ 蝴 1 0 0 , 1 图1 1 体心立方晶体磁性各向异性 f i g 1 1m a g n e t i ca n i s o t r o p yo fc u b i cb o d y - c e n t e r e dc r y s t a l 方向为易磁化晶向， 方向为次易磁化晶向， 方向为难磁化晶向。 具有高斯织构( 即具有 1 1 0 ) 晶面和 晶向的晶粒取向的组织) 的硅钢片称单取向硅钢 片，亦称取向硅钢片；其它晶粒取向程度小、在钢板面上磁各向异性小的硅钢片称无取 东北大学硕士学位论文第一章绪论 向硅钢片。其中取向硅钢用于制造变压器、电抗器等，无取向硅钢用于制造电机等【3 1 。 1 2 取向硅钢的发展 1 2 1 国外取向硅钢的发展历程 取向硅钢的制造工艺和设备复杂，成分控制严格，杂质含量要求极低，制造工序长 和影响因素多，因此取向硅钢被成为“钢铁中的艺术品 ，其产品质量常被认为是衡量 一个国家特殊钢制造业技术水平的重要标志 4 1 。 19 3 3 年高斯采用两次冷轧和退火方法制成沿轧向磁性特别优良的3 s i 钢，从此开 始了冷轧取向硅钢的生产。1 9 3 4 年冷轧单取向电工钢问世，它的磁性比普通热轧电工钢 提高3 0 以上，损耗降低一倍，这是电工钢发展史上的具有历史意义的重大突破。1 9 3 5 年美国的a r m c o 钢铁公司与w e s t i n g h o u s e 公司合作利用此高斯专利技术开始了冷轧取 向硅钢的生产。1 9 5 7 年，前西德阿什姆斯( ( f a s s m u s ) 在实验室内生产出了双取向硅钢 片( 立方织构的硅钢) 陋】沿轧向和横向都有很高的磁性，吸引了众多学者对立方织构硅钢 的研究睁1 3 1 。 1 9 6 1 年日本新日铁公司在引进的a r m c o 专利技术基础上试制了a i n + m n s 综合抑制 剂的高磁感取向硅钢。1 9 6 4 年开始试生产并正式命名为h i b ，但磁性不稳定。1 9 6 5 年 改进工艺，磁性进一步提高，而且更加稳定。1 9 6 8 年开始正式生产z 8 h 牌号。1 9 5 9 年 日本川崎钢公司也开始生产普通取向硅钢，1 9 7 3 年采用m n s e + s b 抑制剂和两次冷轧法 制成相当于h i b 钢水平的产品，1 9 8 0 年生产r g 6 h 牌号。1 9 7 4 年瑞典s u r a h a m m a r 钢 铁公司引进了该专利技术。同时，在7 0 年代中期美国又开发了铁损极低的铁基合金并 用它代替取向硅钢开始制造配电变压器后，进一步促进了日本冷轧电工钢的迅速发展。 新日铁和川崎公司采用提高硅含量、减薄产品钢带厚度和细化磁畴技术，从1 9 7 9 1 9 8 2 年陆续生产了高磁感取向硅钢新牌号。从1 9 8 3 年起在试制0 1 5 m m 厚h i b 钢薄带新产 品的同时，采用表面磨光、温度梯度退火和耐热细化磁畴技术等方面也取得很大进展。 7 0 年代中期，美国首次用快淬法生产出铁损极低的铁基非晶态极薄带钢，其生产率高， 性能优良，但由于产品成本太高，价格昂贵，限制了它的发剧3 1 。 1 9 7 3 年石油危机，能源紧张，同时由于美国开发的非晶态极薄带钢，进一步促进了 日本冷轧电工钢的发展。新日铁和川崎公司采用提高硅含量、减薄带钢产品厚度和细化 磁畴技术开发了新的硅钢牌号。1 9 7 8 年日本东北大学荒井贤一等人开发了4 5 6 5 s i f e - 2 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 快淬微晶薄带，但尚未正式生产【1 4 1 1 9 8 6 年日本钢管公司高田芳一等采用化学沉积渗硅 法( c v d 法) 生产出了6 5 s i 硅钢【1 5 l ，并于1 9 8 7 年采用温轧法制造6 5 s i f e 合金，1 9 9 3 年实现工业化生产，产品命名为“s u p e r ec o r e ”产品，主要用于高频电机和变压器以及 磁屏蔽。1 9 8 7 年荒井贤一等制得了与非晶合金相同，而磁感b 8 高达1 9 7 t 的取向硅钢薄 带【1 岳1 引。近2 0 年来，为了高效节能和与非晶软磁材料相竞争，硅钢的发展速度比以前4 0 年更快。 硅钢片的铁损值一直是作为衡量硅钢片质量水平的主要标志。因为低的铁损和高的 磁感应强度可使电工设备达到降低电能损耗、提高转换效率、减少原辅材料的消耗、缩 小体积、降低噪音等。图1 2 表示了上一个世纪以来取向硅钢铁损逐步降低的情况p j 。 年代 图1 2 铁损随年代下降曲线 f i g 1 2d e s c e n dc u r v eo fc o r el o s sb ya g e 1 2 2 我国取向硅钢的发展状况 1 9 5 7 年，冶金部钢铁研究院开始试制3 s i 冷轧取向硅钢，确定了两次冷轧和退火 的合适工艺以及慢升温的高温退火工艺，制成了 1 1 0 取向硅钢，但由于对抑制剂 和高温加热热轧的前工序认识不足，磁性不稳定。1 9 6 4 年，采用m n s 抑制剂、连续炉 脱碳退火、涂m g o 隔离剂、罩式炉高温退火和涂绝缘膜工艺，使取向硅钢磁性和磁稳 定性明显提高。1 9 7 3 年，开始研究取向硅钢中锰、硫和碳的合适含量以及残余铝含量的 有利作用，特别是板坯加热温度和加热制度。1 9 7 7 年，在验证和消化日本专利的基础上 制成了h i b 钢，并研制成3 s i 高牌号无取向硅钢h 1 0 和含磷冷轧低碳电工钢。1 9 8 2 一- 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 9 8 4 年，通过调整取向硅钢中碳、锰、硫成分并加入少量锡或锑，使板坯加热温度降到 1 2 8 0 1 3 0 0 。1 9 8 7 - 1 9 8 9 年，在h i b 钢中加入锡和铜，采用两段式高温常化处理和 冷轧时效工艺制成z t h 高牌号。 目前，武钢是我国硅钢产量最大且唯一能够生产冷轧取向硅钢的企业。1 9 7 4 年，武 汉钢铁公司从日本新日铁引进了冷轧硅钢制造设备和专利技术，于1 9 7 8 年投产，设计 产量2 8 万吨，生产的牌号如表1 1 所示。经过近3 0 年的发展和9 0 年代的改扩建，至 今已经具备了1 0 万t a ( 实际可达到1 2 5 万t ) 取向硅钢的生产能力。在产品质量方面，武 钢一直瞄准和赶超当今冷轧硅钢世界顶级水平的日本新日铁制铁所。特别从9 0 年代至 今，为了顺应市场变化，更是加大了新品开发和技术进步投入的力度( 引进了高温轧制 技术、含c u 取向钢、新成份h i b 钢) ，在产品、品种、质量等方面都取得了长足的进 步。然而，同市场需求与国外先进水平相比，武钢冷轧取向硅钢片还有较大差距【l9 1 。 表1 1 武钢冷轧取向硅钢片新品一览表( 武钢企业标准或技术条件) t a b l e l 1l i s to f n e wc o l d r o l l e do r i e n t a t i o ns i l i c o ns t e e ls h e e t si nw i s c o 4 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 异步轧制技术及其应用 所谓异步轧制【2 0 】是指上、下工作辊线速度不等的一种轧制方法。异步轧制与常规轧 制的根本区别是【2 l 】：异步轧制是按预定要求使上、下工作辊的表面产生一定的速度差， 这样就造成了金属在变形区内流动的特点与常规轧制不同，常规轧制变形区内金属相对 轧辊有前滑区和后滑区，摩擦力指向中性点，因此，其上、下接触弧的摩擦力、轧制压 力和扭转均是对称的。异步轧制由于上下辊有速度差，上、下辊的中性点不在同一垂直 平面内，慢速辊侧中性点向入口侧移动，快速辊侧中性点向出口侧移动，这样就形成了 变形区上、下摩擦阻力方向相反的区域，此区域称之为“搓轧区”。搓轧区内轧件处于剪 切应力状态，从而改变了变形区内金属的应力状态及流动方式如图1 3 ( b ) 、( c ) 。由于异 步t f l 铜j 完全消除了外摩擦的阻碍作用引起的轧制压力的增加部分，因此与常规轧制相比 异步轧制可以显著降低轧制压力，获得大压下率，提高了轧机的轧薄能力和生产效率， 轧制精度亦可明显提高【2 2 】。 ( c ) 同步轧制 图1 3 异步轧制变形区及切应力分布示意图 f i g 1 3d e f o r m a t i o nz o n eo f a s r a n dd i s t r i b u t i o no fs h e a r i n gs t r e s s 异步轧制变形特征表现在：金属上下表面受到的摩擦力沿中性面相反，形成剪切变 形，轧材的中心也具有较大的切应力，从而使变形抗力减小，平均单位轧制压力下降， 同时改变了同步轧制时单位轧制压力沿变形区长度方向的近似抛物线形状分布。因此， 异步轧制是一种降低轧制压力、提高板带加工效率的压力加工技术，其优点在于：首先， 在原料和压下率相同情况下，可降低1 0 以上的轧制压力，具有轧制压力低，道次变形 量大的特点；其次，在轧机钢度相同时，产品的板形好、尺寸精度高；第三，变形区较 5 审t 东北大学硕士学位论文第一章绪论 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 冷轧织构组态；亚表层上形成较强的 1 1 1 织构可能是源于不同于其它层的特殊形 变方式；脱碳退火后板材亚表层上的g o s s 晶粒与绝大多数晶粒都有单轴重合的取向关 系，这种特殊性可能是g o s s 晶粒在二次再结晶退火中能够异常长大的一种机制。 1 4 再结晶织构及其形成 金属冷变形之后，变形组织结构中存在着以位错为主的晶体缺陷，这使变形金属内 保留了一定的能量，称为存储能，它是再结晶的驱动力。高位错和其他缺陷密度使冷变 形金属处于不稳定状态。再结晶可以降低变形金属的缺陷密度，因而是一个不可逆过程。 金属在再结晶加热过程中往往要经历一个回复阶段，然后才会进行再结晶转变。再结晶 通常包括再结晶晶核的形成，以及涉及大角度晶界的迁移的晶核生长过程。再结晶的这 种晶核生长进行到新生成的晶粒互相接触，完全或基本上取代了高缺陷密度的变形基体 为止，即金属材料由低缺陷密度的晶粒组成。再结晶是冷变形金属在加热的条件下生形 成一种全新的组织结构的过程，通常被称作初次再结晶【3 l 】。 初次再结晶织构组分对取向硅钢板二次再结晶后能否形成单一的g o s s 组分起着至 关重要的作用。学术界和工业界对硅钢的研究热点主要集中在再结晶织构组分的形成机 理上。在现有的测试技术基础上所取得的一些结论也是经典的回复和再结晶理论在硅钢 中的延续。有关硅钢板再结晶织构组分的形成机理的研究也是围绕着经典的再结晶理论 一直发展的。 ( 一) 回复理论 当形变金属被加热时，温度的升高使得热激活过程增强，进而使变形生成的过高空 位浓度降低( 空位的运动对金属的回复过程贡献较小) ，而且这时位错也会具有足够的活 动能力，克服金属变形结构对它的钉扎作用而作某种运动。这种运动表现为螺位错的交 滑移和刃位错的攀移运动。在这两种运动中刃位错的攀移起主要作用。攀移可使刃位错 从一个滑移面变换到另一个滑移面上以获得自由滑移的机会，从而调整位置，滑移出晶 粒或使正、负刃位错互相抵消。这种过程可以造成变形晶粒转变到能量较低的状态，通 常称之为回复。回复过程中主要会发生以下一些事件：位错的消失和重排；亚晶的形成 ( 多边化) ；亚晶的粗化和吞并直至临近的亚晶之间的界线变为大角度晶界。回复过程中 位错胞状结构依靠位错的重排转变成亚晶结构，表现为位错胞壁变薄，而且胞壁内的位 错结构比较规则，胞壁更加清晰可见，位错胞内的散乱位错通过相互之间的消亡而进一 步降低。亚晶界在形变储能的推动下不断的向外迁移，使形变基体的能量继续降低，直 - 7 东北大学硕士学位论文第一章绪论 至相邻的亚晶之间的界线变为大角度晶界为止。与此同时，有的亚晶也可以通过旋转， 改变原有的取向而与邻近的亚晶合并，进而形成与周围取向不相近的独立晶粒。回复过 程中散失的储能依材料的层错能而显著不同。层错能低的金属( 例如：铜、奥氏体不锈 钢等) 在回复过程中位错难于通过攀移和交滑移而使正、负位错相互抵消来调整位错结 构，因此其回复较慢。而对高层错能金属( 例如：0 【铁等) 其位错结构可以借助攀移和交 滑移作较大的调整，所以高层错能金属在回复过程中就会消耗很多储存能。也就是说， 层错能较高的金属可能会有很明显的回复过程，而层错能较低的金属回复过程可能会不 易观察到。 ( 二) 再结晶理论 形变金属的回复过程在大于位错胞以及亚晶的尺度上观测时，它会几乎同时在样品 的大部分位置上发生。由于回复过程是伴随着热处理时间的延长而逐渐发生的，所以非 常难于定义它的开始和结束。与回复过程不同的是，再结晶过程开始于一些无应变的晶 粒在冷变形基体上的出现，随后这些无应变的区域以消耗它周围形变或回复的基体为代 价而逐渐生长。无论是在再结晶的哪个阶段，我们都会很清楚的分辨出哪些区域已经再 结晶了，而另一些区域仍保留着形变的结构。通过众多科学工作者对再结晶行为的深入 研究，发现金属的再结晶过程总是伴随着晶体取向的变化，对于多晶体来说则是伴随着 取向分布的变化。因此分析取向变化是认识再结晶过程的一个极为重要的手段。半个多 世纪以来无数科研工作者致力于弄清再结晶过程中晶体取向分布的变化规律，发展了两 种理论，即定向形核理论与选择性生长理论p 2 3 4 1 。 定向形核理论认为，再结晶的开始阶段，形变基体内部会出现某种由回复造成的低 密度位错缺陷的亚结构，这种无应变的亚结构通过合并、粗化形成尺寸较大的亚晶，并 成为潜在的再结晶晶核。这种再结晶晶核的生长决定了随后的再结晶过程即相应的再结 晶织构。也就是说，再结晶晶核在冷轧基体的特殊取向上形成，退火再结晶织构由这些 晶核的取向来决定。定向形核理论使人们更明确的了解了许多金属的再结晶过程。但实 际金属的再结晶过程很复杂，影响再结晶的因素也很多，因此在很多情况下定向形核并 不是再结晶的主要过程。 选择性生长理论认为，再结晶晶核在形变基体上随机形核，晶粒长大依赖于晶体取 向，即具有特定取向的晶粒有利于晶界迁移，只有那些生长速率大的晶核快速生长，退 火再结晶织构由快速生长的晶核取向来决定。在体心立方金属中这一种特殊的取向关系 表现为以晶体绕其 轴转大约2 7 0 或8 4 0 而达到另一晶体的取向位置，或称2 7 0 - 8 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 关系【3 1 1 。与定向形核一样，由于再结晶过程的复杂性，在很多情况下选择性生长也不是 主要的再结晶过程或是不易被观测到。冷变形金属的回复过程与材料的层错能密切相 关，回复过程中位错的大量重排可以使形变储能减少，从而极大地降低了初次再结晶的 驱动力。一旦这种回复过程受某些因素所制约而没有发生，这样强大的再结晶驱动力会 使晶粒的选择性生长行为被掩盖住。 在以上两种典型的再结晶织构形成理论的基础上，近年来还出现了综合上述两种理 论的一种再结晶织构形成理论即定向形核选择性生长理论。不少学者也应用此理论很 好的解释了一些材料的再结晶织构的形成机制。 b a r n e t 3 5 】等用e b s d 研究了i f 钢板的再结晶形核机理，得出在丫纤维织构和a 一纤维 织构的形变带边界上所产生的 1 1 1 ) 取向的再结晶晶核是 1 1 1 取向的再结 晶晶核的2 倍，产生这种结果的原因可能与晶粒内部的剪切带及丫纤维和仅纤维织构的 形变带界面附近的晶内剪切带有关。 v a n d e r s c h u e r e n l 3 6 , 3 7 】等人应用e b s d 技术对i f 钢板再结晶织构的形成进行了研究。 他们认为在再结晶初期晶核主要出现在丫纤维取向和 1 1 0 取向的变形晶粒的内部 和晶界上。在丫取向的形变晶粒上形成丫取向的再结晶晶核：在 1 1 0 取向的形变 晶粒上形成近 2 2 1 的晶核。再结晶初期主要形成的还是丫纤维织构的晶核，只不 过他们与y 取向线的取向差较大，即漫散度较大。在这些形成的小晶核中，晶核之间生 长竞争很激烈。形变的仪取向的晶粒要在再结晶率达到7 0 左右时才被具有丫取向的再 结晶晶核所吞并。 l l l 取向的晶核在晶内和晶界处都被观察到，而 1 0 0 取向的晶核只 在晶界上被观察到。 s a m a j d a r t 3 8 1 等人对于取向硅钢g o s s 晶粒的起源的研究表明，g o s s 晶粒形核于微观 剪切带，分别趋向于轧制方向成3 5 。、1 7 。伐和y 织构以及它们各自的组分不随压下率不 同而改变，但g o s s 的数量在大压下率下降低得很小但很显著，再结晶后丫增加，但仅降 低。 p a r k 3 9 1 等人通过对2 s i 钢中的再结晶织构的机制以及特殊取向的初始形核的研究 得出：再结晶织构的形成可以用取向形核来解释。大部分形核的核心在变形的基体的周 围都有一个高的微取向角( 2 5 - 5 5 0 ) 。新的g o s s 晶粒主要是在变形的 1 1 1 ) 、 1 l1 、 11 2 晶粒的剪切带上形核的，而且剪切带数量的减少是在同一数量 级的。新的立方织构也可以替代剪切带。新 1 1 1 8 粒在变形的 1 1 1 ) 晶粒上 形核，新 1 1 1 ) 晶粒在变形的 1 1 1 晶粒上形核。 9 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 5 二次再结晶织构及其形成 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 方向平行于磁场交变方向时其铁损最低，因此在使用时应让轧制方向平行于磁场 交变方向。 两次冷轧法制成取向硅钢板的基本工艺如下。首先在热轧时应尽量采用大的道次压 下量，使轧板右面区造成强的剪切变形，进而生成一种不均匀的变形织构。热轧后板的 中心部位是回复过程的变形组织，而表面附近却生成了再结晶组织。其晶粒尺寸大约为 4 0 1 - l