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东北大学硕士学位论文 异步轧制取向硅钢薄带初次再结晶的研究 摘要 取向硅钢作为制造变压器、电抗器和镇流器铁芯及各种电器元件的最重要的 金属功能材料之一，是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金。因此提 高磁感应强度，降低铁损，对于降低能耗，节约能源具有重要的现实意义。而对 于目前来说，厚度的减薄是实现这一目的的有效方法。因此开发生产取向硅钢 极薄带是2 1 世纪取向硅钢生产的个重要发展趋势。本文旨在运用异步轧制 较强的轧薄能力，采用不同速比的异步轧制，并与同步轧制相对比来研究取向硅 钢的初次再结晶行为，以寻求在低温下，通过初次再结晶生产取向硅钢薄带的合 适工艺，并进一步对实际生产起到指导作用。 实验选用o 3 0 m m 厚的成品高磁感( h i b ) 钢和大晶粒硅钢( g 0 9 2 e 、g 0 9 2 、g 1 1 0 ) 为原料，采用不同的轧制速比，以及轧后不同的退火工艺生产取向硅钢。通过对 最终产品磁性能、再结晶织构的测定，分析异步轧制取向硅钢薄带在各种工艺下 的初次再结晶机理。通过对不同原料材质的试样进行磁性能检测，结果表明以 h i 。b 钢为原料制得的取向硅钢薄带无论是磁性能还是铁损均为最优。 轧制实验中，通过改变轧制速比来控制异步和同步轧制，主要从异步速比和 试样最终厚度两方面考虑对取向硅钢薄带各项性能指标的影响。轧制过程通过提 高开轧瞬间前张力的办法，克服以往大速比轧制时的不稳定现象。对产品磁性能 的检测结果表明同样工艺条件下，经过异步轧制，特别是大异步速比轧制的试样， 磁性能明显优于同步轧制试样，并且随异步速比的增大，产品的磁性明显增高。 轧制时，成品试样选取o 1 m m 、o 0 8 m m 、0 0 6 m m 三个厚度，经过磁性能检 测发现，厚度越薄，产品的磁感应强度越高，但厚度过薄会导致铁损提高，因而 在取向硅钢薄带的生产中应存在一个最佳厚度值，在该厚度，可以在较低铁损情 况下得到较高的磁感应强度。 初次再结晶实验主要从退火气氛、退火温度、保温时间等方面来考虑取向硅 钢薄带性能的变化，研究退火制度对产品性能的影响规律。在同样工艺条件下， i i 东北大学硕士学位论文摘要 产品最终磁性随温度升高先增大后减小，8 5 0 附近应为初次再结晶退火的最佳 温度。而且通过对h 2 和n 2 + h 2 ( 1 ：3 ) 作保护气氛在8 5 0 。c 退火试样的比较，表明 n 2 + h 2 ( 1 ：3 ) 作保护气氛的试样无论磁性还是铁损都明显优于h 2 气氛的试样。 本实验首次采用外加磁场条件下进行再结晶退火试验，研究在居里温度附近 进行再结晶退火时取向硅钢性能的变化及其再结晶机理。实验表明在居里温度附 近进行再结晶退火的试样性能明显优于同样温度不加磁场退火的试样，为在低温 条件下生产高性能取向硅钢薄带开辟了一条新的道路。 本文通过观测不同工艺制度下得到试样的再结晶织构，分析了取向硅钢薄带 的再结晶机理。实验发现，异步轧制过程的剪切变形提高了基体能量，有利于薄 带再结晶晶核的形成和长大。对于氨分解气体作保护气氛来说，由于h 2 的含量 较大，因此具有一定的还原能力，有利于在再结晶过程中降低保护气氛的露点。 另外，a 1 n 是h i b 钢的主要抑制剂，保护气氛中含有一定量的n 2 有利于钢中游 离的a l 生成a 1 n ，从而抑制初次晶粒的长大而起到使再结晶晶粒细化的作用。 通过本论文研究可知，采用异步轧制成0 1 m m 以下的极薄带，经过保护气氛 的初次再结晶热处理后，可以形成磁性能高于国标要求的初次再结晶硅钢带，为 在低温条件下生产取向硅钢极薄带提供了一条成熟的工艺路线。 关键词：异步轧制取向硅钢极薄带初次再结晶磁场退火织构 i i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h eo 3 m mt h i c kg r a i no r i e n t e ds i l i c o ns t e e l ( h i - b ) a n dc o a r s eg r a i ns i l i c o ns t e e lo r i e n t e d s i l i c o ns t e e li so n eo ft h ei m p o r t a n tf u n c t i o n a lm a t e r i a lt om a k ep o t e n t i a lt r a n s f o r m e r ，e l e c t r i c r e a c t o ra n db a l l a s t i ti sa l s ot h ei m p o r t a n tm a g n e t i c a l l ys o f ta l l o yi ne l e c t r i cf o r c e ，e l e c t r o na n d m i l i t a r yi n d u s t r y i m p r o v i n gt h em a g n e t i c i n d u c t i o na n dc u t t i n gd o w nt h ec o r el o s s ，i s v e r y s i g n a l i t yt oe n e r g yc o n s e r v a t i o n p r e s e n , r e d u c i n gt h e c o r el o s sb yt h i n n i n gs i l i c o ns t e e ls h e e ti s t h em o s te f f i c i e n tm e t h o da n dd e v e l o p i n gan e wt e c h n o l o g yo fp r o d u c i n gu l t r a - t h i ng r a i no r i e n t e d s i l i c o ns t e e li sas i g n i f i c a n tt r e n do ft h ed e v e l o p m e n t t h ee x p e r i m e n to ft h i sd i s s e r t a t i o nt a k e a d v a n t a g eo ft h es u p e rt h i n n i n gc a p a c i t yo fc r o s s s h e a rr o l l i n g ( c s r ) ，a n dc o m b i n e dd i f f e r e n t m i s m a t c hs p e e dr a t i o ( m s r ) t op r o d u c to r i e n t e ds i l i c o ns t e e l a l s o ，t h r o u g ht h ec o m p a r i s o no ft h e c o n v e n t i o n a lr o l l i n g ( c r ) t os t u d yp r i m a r yr e c r y s t a l l i z a t i o no fu l t r a - t h i no r i e n t e ds i l i c o ns t e e l t o s e e kap r o p e rt e c h n o l o g yo fp r o d u c i n gu l t r a - t h i no r i e n t e ds i l i c o ns t e e lt og u i d ei n d u s t r yp r o d u c t i o n ( g 0 9 2 e 、g 0 9 2 、g 11 0 ) w e r et a k e n 嬲t h er a wm a t e r i a l ，a n da n n e a l e dw i t hd i f f e r e n ta n n e a l i n g t e c h n o l o g y a f t e rr o l l e d b y d i f f e r e n t m s r b yi n v e s t i g a t i n g t h e m a g n e t i cp r o p e r t i e s ， r e c r y s t a l l i z , a t i o nt e x t u r eo f t h e f i n a lp r o d u c t ，t h ep r i m a r yr e c r y s t a l l i z a t i o np r i n c i p l eo f t h eu l t r a - t h i n g r a i no r i e n t e ds i l i c o ns t e e lu n d e r d i f f e r e n tp r o c e s s i n 童t e c h n o l o g yw a sa n a l y z e d t h ec o m p a r i s i o no f t h em a g n e t i cp r o p e r i i e so f d i f f e r e n tr a wm a t e r i a ls h o w st h a t t h em a g n e t i ci n d u c t i o na n dc o r el o s so f t h ep r o d u c t i o nm a d ef r o mh i - ba r eo p t i m a l i nt h er o l l i n ge x p e r i m e n t ，c ra n dc s r a r ec o n t r o l l e dm a i n l yb ya l t e r i n gt h em s r t h ee f f e c t o ft h em s ra n dt h ef i n a lt h i c k n e s so ne a c hm a g n e t i cp r o p e r t yi n d e xi sa l s os u r v e y e d a tt h e b e g i n n i n go ft h eh i g hm s rr o l l i n g ，t h e i n s t a n tt e n s i o nw a si m p r o v e di no r d e rt oa v o i dt h e i n s t a b i l i t y a st h ei n v e s t i g a t i o nr e s u l ts h o w s ，t h em a g n e t i cp r o p e r t i e so f t h es a m p l er o l l e db yc s r ， e s p e c i a l l yt h ec s r o fh i g hm s r ，a r eb e t t e rt h a nt h o s er o l l e db yc r ，a n dt h em a g n e t i cp r o p e r t i e s a r ei n c r e a s i n gw i t ht h ei n c r e a s eo f m s r b yt e s t i n gt h em a g n e t i cp r o p e r t i e s o ft h ed i f f e r e n ts a m p l ew h i c ht h i c k n e s sa r e0l m m ， 0 0 8 m m ，a n d0 0 6 r a m ，i ti ss h o w n t h a tt h et h i n n e rt h et h i c k n e s s ，t h eh i g h e rt h em a g n e t i ci n d u c t i o n m e nt h et h i c k n e s si st o ot h i n ，t h ec o r el o s sw o u l dr i s e s o ，t h e r ew o u l db ea no p t i m a lt h i c k n e s so f t h eu l t r a - t h i ns i l i c o ns t r i p ，i nw h i c hh i g hm a g n e t i ci n d u c t i o na n dl o wc o r el o s s c o u l db o t hb e r e a l i z e d 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t t h ep r i m a r yr e c r y s t a l l i z a f i o ni sc o n s i d e r e df r o ms u c hf a c t o r sa s a n n e a l i n ga t m o s p h e r e t e m p e r a t u r ea n dt h e r m a lr e t a r d a t i o nt i m ea n ds oo n t h ee f f e c tr u l eo f t h ea n n e a l i n gs y s t e mo nt h e p r o d u c tp r o p e r t i e si sa n a l y z e d u n d e r t h es a m et e c h n o l o g y , t h ef i n a lm a g n e t i cp r o p e r t i e sr i s ea tt h e b e g i n n i n g b u tf a l lt h e n 8 5 0 * ( 2i st h e p r o p e rp r i m a r yr e c r y s t a l l i z a t i o na n n e a l i n gt e m p e r a t u r e b yt h e c o m p a r i s o no f d i f f e r e n tp r o t e c t i o na t m o s p h e r e ，i ti ss h o w n t h ep r o t e c t i o na t m o s p h e r eo f n 2 + h 2 ( i ：3 ) i sb e t t e rt h a no t h e r a t m o s p h e r e i nt h i se x p e r i m e n t ，a n n e a l i n gi nt h em a g n e t i cf i e l di sf i r s t l ye m p l o y e d t h em a g n e t i cp r o p e r t y v a r i a t i o na n dr e c r y s t a l l i z t i o n p r i n c i p l e n e a rt h ec u r i et e m p e r a t u r ea r e i n v e s t i g a t e d t h er e s u l t s h o w st h a tt h es a m p l ea n n e a l e dn e a rt h ec u r i et e m p e r a t u r ei nt h em a g n e t i cf i e l da c h i e v e sb e r e r p r o p e r t i e st h a nt h o s ea n n e a l e da tt h es a m et e m p e r a t u r ew i t h o u tm a g n e t i cf i e l d ，w h i c hc u tan e w w a y t op r o d u c et h eu l t r a - t h i ns i l i c o ns t r i po f h i g h p r o p e r t i e sa tl o wt e m p e r a t u r e b yo b s e r v i n g t h e r e c r y s t a l l i z e d t e x t u r eo fd i f f e r e n t s a m p l e o b t a i n e du n d e rd i f f e r e n t t e c h n o l o g y ，t h er e c r y s t a l l i z a t i o np r i n c i p l eo ft h eg r a i no r i e n t e ds i l i c o ns t e e l i s a n a l y z e d t h e s h e a r i n gd e f o r m a t i o no f c s r i m p r o v e st h em a t r i xe n e r g ya n d m a k e sf o rt h ef o r m a t i o na n d g r o w t h o f t h er e c r y s t a l l i z a t i o ng r a i n a st h ep r o t e c t i o na t m o s p h e r eo f n 2 + h 2 ( i ：3 ) h a sh i i g hc o n t e n to f h 2 ， w h i c hh a s r e d u c i n gf o r c e ，a n di sp r o p i t i o u st or e d u c et h ed e wp o i n td u r i n gt h ea n n e a l i n gp r o c e s s i n a d d i t i o n a l ，a i ni st h em a i ni n h i b i t o ro fh i - ba n da i nw o u l db ec r e a t e db yt h ec o m b i n a t i o no fa 1 a n dn 2i nt h ep r o t e c t i o na t m o s p h e r e ，w h i c hi n h l b i tt h eg r a i n g r o w t ha n d r e f i n et h e g r a i n t h i st h e s i ss h o w sa p r a c t i c a lw a y t op r o d u c eu l t r a - t h i ns i l i c o ns t e e ls t r i pa tl o w t e m p e r a t u r e k e yw o r d s ：c r o s ss h e a rr o l l i n g ，p r i m a r yr e e r y s t a l l i z a t i o n ，a n n e a l i n gi nm a g n e t i cf i e l d t e x t u r e v 东北大学硕士学位论文声明 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，不包含其他人已经发表或 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已在论文中作了明 确说明并表示谢意。 本人签名： 日期：2 0 0 4 年2 月1 0 日 东北大学硕士学位论文1 文献综述 1 1 取向硅钢的发展 1 1 1 电工钢的发展 1 文献综述 作为金属功能材料的电工钢使用已有一百年历史，主要用作各种电机和变压 器的铁芯以及其它的电器部件，是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合 金。电工钢按生产方式主要包括热轧板和冷轧板两类；冷轧电工钢分为无取向电 工钢和晶粒取向硅钢两大类。无取向电工钢又分为低碳低硅电工钢和硅钢两类， 主要用作制造电机。晶粒取向硅钢是指晶粒按( 1 1 0 ) 0 0 1 位向规则排列，沿轧制 方向的磁性优越，主要用作制造变压器、电抗器。般来说，将磁感应强度b 8 _ 1 8 2 t 左右的硅钢片称为普通取向硅钢( 简称c g o ) 、而b 产1 8 8 t 及以上的称为高磁感取向 硅钢( 简称h i b 钢) 。 普通热轧低碳钢板是工业上最早应用的铁芯软磁材料，但低碳钢电阻率( p ) 低，铁芯损耗( p t ) 大，碳和氮含量高，磁时效严重。1 8 8 2 年英国人哈德菲尔特 ( r a h a d f i e l d ) 等人开始研究硅钢【”。1 8 8 6 年美国w e s t i n g h o u s e 电器公司首先用杂 质含量约为0 4 的热轧低碳钢板制成变压器叠片铁芯。1 9 0 2 年德国古姆利奇 f e g u m l i e h ) 研究指出，加硅使铁的电阻率( p ) 明显增高，涡流损耗( p 。) 和磁 滞损耗( p h ) 降低，磁导率( u ) 增高，磁时效现象减轻【2 j 。1 9 0 3 年美国取得哈 德菲尔特专利使用权，同年美国和德国开始生产热轧硅钢板，将原始碳含量从约 o 2 逐渐降到o 1 以下和硅含量逐步提高到约4 5 后，磁性进一步提高。1 9 0 5 年美国( 英国在1 9 0 6 年) 已经开始大规模生产，在很短时间内全部代替了普通 低碳钢板制造电机和变压器。此后，随着各国学者对硅钢力学性能、杂质和晶粒 尺寸等影响因素研究的深入及轧制、热处理和电机、变压器设计方法的不断改进， 至二十世纪五十年代，热轧硅钢板的工艺逐渐成熟。 冷轧硅钢的研究始于二十世纪三十年代，1 9 3 0 年美国的g o s s 采用冷轧和退 火方法开始进行大量实验研究，探索晶粒易磁化 方向平行于轧向排列的取 向硅钢制造工艺，1 9 3 3 年他采用两次冷轧和退火方法制成沿轧向磁性高的3 s i 东北大学硕士学位论文1 文献综述 钢，并于1 9 3 4 年申请专利f 3 】 4 1 。1 9 3 5 年博佐思( r m b o z o r t h ) 用x 射线检查证 实这种材料具有 1 1 0 织构。其 1 1 0 晶面平行于轧制平面，易磁化方向 晶向平行于轧制方向，沿轧向磁化时磁性高，而横向为较难磁化的 方 向，因此称为单取向或高斯取向冷轧硅钢。g o s s 晶粒取向硅钢较热轧无取向硅钢 磁性能提高3 0 以上，铁损降低一倍，变压器的重量减轻5 。1 9 3 5 年美国的 a r m o c 钢铁公司与w e s t i n g h o u s e 公司合作利用此专利开始了冷轧取向硅钢的生 产。随后a l l e g h e h yl u d l u m ( a l c ) 钢铁公司与g e n e r a le l e c t r i c 电力公司合作也开 始生产。1 9 3 4 1 9 4 0 年间延森和鲁德( w e r u d e r ) 等研究了杂质元素和晶粒尺寸 等因素对冷轧硅钢性能的影响。1 9 4 6 1 9 6 0 年间邓恩( c g d u n n ) 等详细研究了不同 位向的3 s i f e 单晶体的冷轧和退火织构，并提出3 s i f e 多晶体中 1 1 0 织构形成的取向生核和择优长大机理，即晶界能作为驱动力的二次再结晶理论 5 - 7 。1 9 5 7 年前西德a s s m u s 等人利用多次冷轧和高温退火的方法制成具有 1 0 0 立方织构( 也称双取向) 的3 s i 钢薄带们，其特点是沿轧向和横向的 磁性能都高，4 5 。方向为 方向，磁性能低。双取向硅钢在制作变压器时勿需 拼接，可降低铁损，但磁致伸缩值较高，制成的变压器噪音也大。 1 9 5 3 年到1 9 6 8 年的1 5 年间，是高磁感取向硅钢( h i b ) 不断发展成熟的阶段。 新日铁是世界上电工钢片生产最大的厂家，也是最早开发制作h i b 钢的。1 9 5 3 ， 日本新日铁公司田中悟等在八幡制铁所利用该所研究的设备以独特的工艺用小 试样进行二次再结晶试验，使其具有优良的磁性，这便是h i b 钢的雏形。其后 又多次重复该工艺的试验，并于1 9 6 1 年获得了h i - b 钢小试样。同年新日铁引进美 国a r m c o 公司技术，并对材料加以改进，于1 9 6 2 年生产出厚0 3 0 m m 、牌号为z 9 的 钢片。1 9 6 4 年开始试生产并命名为h i b 钢【l ”，但磁性不稳定。随后的三年中，新 日铁公司通过对晶粒长大抑制剂的探索、轧制和热处理工艺的改进、并进一步改 进m g o 隔离剂配方和发展应力绝缘涂层，使h i 。b 钢制造工艺日臻完善并于1 9 6 8 年 开始正式生产。h i b 钢的取向度l l c g o t m ( 普通取向硅钢) 更高，b 8 从1 8 3 t 提 高到1 ，9 2 t ，磁滞损耗p h 明显降低，0 3 m m 厚h i b 钢比0 3 m m 厚c g o 钢的p l7 降低约 1 2 。采用细化磁畴技术降低反常涡流损耗p 。，使板厚相同的h i b 钢p 1 7 降低约 1 0 。h i b 钢生产技术的完善标志着常规厚度的冷轧取向硅钢板的研制已进入了 东北大学硕士学位论文1 文献综述 成熟阶段【1 2 】。 电工钢的发展历史实际上是取向硅钢铁损逐步降低的历史。冷轧电工钢，特 别是取向硅钢的制造工艺复杂，成分控制严格，杂质含量要求极低，制造工序长 和影响性能因素多，因此其产品质量常被认为是衡量一个国家特殊钢制造水平的 重要标志。并且取向硅钢获得钢材中“艺术产品”美称。 1 1 2 中国电工钢板的发展2 】 我国电工钢的发展始于二十世纪5 0 年代，1 9 5 2 年太原钢铁厂首先试制热轧 低硅钢板( 1 0 一2 s i ) ，1 9 5 4 年正式生产。1 9 5 4 年太原钢铁厂与冶金部钢铁研究 院合作试制成热轧高硅钢片( 3 一4 ) ，1 9 5 6 年正式生产。1 9 6 0 年上海矽钢片厂 改变了热轧硅钢传统制造工艺，采用一次加热轧制法；1 9 6 3 年采用氢气退火；1 9 7 8 年采用热轧后快冷工艺并申请了专利。通过这些改进工艺并推广到各厂后，热轧 硅钢产量和质量( 磁性、表面质量和厚度公差) 明显提高。产品磁性达到甚至超 过以前欧美国家生产时的高水平。 冶金部钢铁研究院于1 9 5 7 年初开始试制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高温退火工艺，首先制成了( 1 1 0 ) 【0 0 1 取向硅 钢。但由于当时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 5 9 年钢铁研究院研制成o 0 5 和o 0 8 m m 厚( 1 1 0 ) 0 0 1 取向硅钢薄带。证明冷轧到中间 厚度经高温退火通过二次再结晶形成( 1 1 0 ) 【0 0 1 取向后，再经冷轧和退火，是 生产0 1 m m 厚取向硅钢薄带的技术关键。1 9 6 1 年将此技术推广到上海钢铁研究 所和大连钢厂进行生产。产品质量和产量基本满足军工需要，使这种材料完全立 足于国内。1 9 6 4 年开始采用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 始继续研究取向硅钢中锰、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。o 3 5 m m 厚度b 8 1 7 8 t ，p 1 5 5 m m ， 偏离角为1 2 0 ，b s = 1 9 6 t 。通过细化磁畴技术处理后，铁损 与f e b s i 系非晶材料相近，而b 8 与b s 远高于非晶材料。但是三次再结晶对退 火条件要求极高，且设备复杂和生产成本较高而仍处于实验研究阶段。 1 2 异步轧制技术的发展 异步轧制技术开始于2 0 世纪5 0 年代。所谓异步轧制【2 5 】( c r o s ss h e a rr o l l i n g ) 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 6 】：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 东北大学硕士学位论文l 文献综述 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、 ( c ) 同步轧制 ( a ) 图1 i 异步轧制变形区及切应力分布示意图 f i g 1 1d e f o r m a t i o n z o n eo f c s ra n dd i s t r i b u t i o no f s h e a r i n gs t r e s s 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 i ( b ) ，( c ) 。由于异步轧制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 大延伸，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”1 。 1 9 5 8 年美国通用电气公司的c o f f i n 发明了“c b s ”( c o n t a c tb e n ds t r e t c h ) 轧 机2 8 【2 9 】，如图1 2 。“c b s ”轧机的主要特点是变形量大，一次可以达到9 0 ， 并降低轧制力。但是由于其小浮动辊在轧制过程中难以稳定，变形过程较难控制， 易出现断带，另外穿带麻烦和轧辊冷却不便，因此很难在生产上应用。二十世纪 六十年代初，英国又发明了另外有一种与c b s 轧机工作原理相似的便是英国制盒 公司的s 轧机【3 0 1 ( 图1 3 ) ，其结构原理与“c b s ”轧机相同，只是多了一个浮动 雩西 东北大学硕士学位论文1 文献综述 辊和一个支撑辊，但在实际轧制中，四个变形区关系更为复杂，很难控制。因此， 轧机也只能停留在实验室研究阶段。 七十年代初期前苏联学者b h bb i 且phh 发明了“轧一拔”( 兀一b ) 轧机( 图 1 4 ) 及其相应的轧制技术。这种轧法采用了异步恒延伸技术，两个轧辊的表面速 度比与延伸率相等，取消了小浮动辊，增加了轧制稳定性。采用该轧法轧制时， 可显著的降低轧制压力，并出现“压下不敏感区”，即压下在一定范围变化，但 仍能保证延伸系数恒定( i = “) 。但受张力限制，轧制速比不能过大，故该技术只 适于进行小变形轧制，不适于宽带钢的生产。 v j 图1 2c - b s 轧机示意图 f i g 1 , 2s c h e m a t i c i l l u s t r a t i o no f c b sm i l l 图1 3s 轧机示意图 f i g 1 3s c h e m a t i c i l l u s t r a t i o no f sm 图1 4r i b 轧机示意图 f i g 1 4s c h e m a t i c i l l u s t r a t i o no fi i bm i 八十年代初，又发展了“拉直式大延伸异步轧制”新轧制方式9 1 1 d 2 1 ( 图卜5 ) 。 东北大学硕士学位论文1 文献综述 其轧制特点是延伸系数大于异步速比，有效减少轧制道次和中间退火次数，其延 伸率不受速比的限制，可实现大延伸轧制，且在相同条件f ，产品的精度也比常 规轧制有所提耐”j ，且设备制造简单，节省投资，易于推广。 我国对异步轧制技术的研究，起步于六十年代初，以鞍钢汤富麟工程师设计 制造的五辊式单机架异步轧机为标志【34 1 。1 9 7 4 年北京钢铁研究总院吴隆华等人对 ( 一b ) 轧法进行了研究，并将之应用于板材平整l ”1 1 3 6 1 。七十年代末，东北大学 异步轧制研究组在朱泉教授的带领下，针对拉直式异步轧制过程进行了深入系统 的实验研究和理论分析【3 “4 1 l ，解决了异步轧制中的振动和板形等问题，为异步轧 制技术的推广奠定了基础。该课题组在四辊异步轧机上成功地获得了厚度为千分 之几毫米的产品，打破了常规轧制d h ( 1 5 0 0 - - 2 0 0 0 ) 的极限，达到了2 0 0 0 0 ，并提 出了“弹性塞”理论，完成了异步恒延伸轧制新技术和极薄带材轧制新技术等科 研成果【4 “4 】。东北大学研制的巾1 2 0 中3 2 0 3 0 0 m m 四辊可逆冷轧机及相应的异 步轧制技术已成功的应用于天津带钢厂等企业，用于生产0 0 6 r a m 的极薄带材， 该项目1 9 9 4 年获得冶金部科技进步三等奖。 八十年代末，东北大学刘燕声、赵骧、赵立宏和方淑芳等人采用o d f 研究 图1 5 拉直式异步轧机示意图 f i g1 5s c h e m a t i c i l l u s t r a t i o no f c e c s rm i l l 东北大学硕士学位论文 1 文献综述 了异步轧制对铜、黄铜和0 8 a 1 深冲板冷轧和再结晶织构的影响。研究表明异步 轧制条件下的冷轧织构组份和常规轧制基本相同；沿板厚方向上织构呈现了不对 称分布；织构的散漫程度和强点的位置与常规轧制也有一定差异，为异步轧制的 研究提供了有价值的数据。 1 3 异步轧制取向硅钢的研究 目前，异步轧制理论和工艺已基本成熟，并已成功的应用于结构材料的生产 中，但各国均未对异步轧制取向硅钢进行深入研究。 1 9 7 9 年，前苏联i 玎1 7 b o puc o b 等学者，采用轧辊和平台构成的异步 轧制模型( 平台可认为是直径无限大的轧辊) 研究了厚度为4 5 m m 的3 s i 钢经 过4 5 5 0 变形的冷轧织构，发现与大直径轧辊接触的表面织构的形成与通常情 况下没有大的区别，而小直径轧辊接触表面倾角比较明显。因此认为在变形区金 属的流动特性影响着钢板织构及组织特性，并且对后续的加工有一定影响。 八十年代初，大连钢厂孙泽林等人与东北大学合作，以厚度为0 2 7 r a m 的3 s i 钢为原料，采用异步轧制和同步轧制两种方式，探讨其力学及物理性能。结果 是异步轧制的抗拉强度比同步轧制的要高一些；对于延伸率，同步轧制的轧向较 好，但垂直方向是异步轧制较好，说明异步轧制具有较好的各向异性，认为是由 于异步轧制有搓轧区的缘故。他们用成品电工钢0 2 7 m m 作原料，通过两种轧制 方式分别轧到o 0 8 m m ，经m g o 涂层后进行高温退火( 9 8 0 3 h r ) ，得出异步 轧制与同步轧制相比对磁性能确有影响。 1 9 8 3 年，北京钢铁研究总院马东清用异径轧制法，采用不同速比轧制变压器 电工钢与同步轧制进行比较，得出的结论是未发现因轧制方式的不同而导致所轧 金属在硬化状态下和退火状态下金相组织方面有什么不同；两种轧法所获轧件显 微硬度在接近表面和中心处都无明显差别；不同轧制方式未造成拉伸性能上的不 同，延伸率8 ，强度极限ob ，屈服极限00 2 等性能指标没有明显差别【4 5 1 。 八十年代末，日本学者以厚度为o 3 0 m m 的3 s i 钢为母材，分别采用“c b s ” 轧法、常规轧制和两者配合使用将其轧制成薄带，经1 0 0 0 。c x 6 m i n 高温退火，获 得了良好的磁性能1 4 酊。研究表明异步轧制有利于形成强的冷轧织构，并对成品磁 东北大学硕士学位论文1 文献综述 性能有较大的影响。 1 9 9 3 年以来，东北大学金属压力加工系硅钢课题研究组首先将其异步轧制专 利技术应用于取向和无取向硅钢的研究【4 7 5 3 l 。他们分别选用了不同厚度的一般取 向硅钢和高磁感取向硅钢为原料，采用不同异步速比进行轧制，并在不同工艺制 度下进行再结晶高温退火，制取高磁感的取向和无取向硅钢薄带。实验证明两种 轧制方式下的冷轧织构中，有利织构强弱明显不同；经过退火后，异步轧制较常 规轧制的产品磁性能明显提高。同时，他们对异步轧制条件下的取向硅钢的三次 再结晶行为进行了大量研究，研究表明在相同的热处理工艺条件下，异步轧制较 常规轧制更易发生三次再结晶。实验还总结了一些不同热处理工艺对取向硅钢三 次再结晶的影响规律。 1 4 电工