摘要
薄板坯连铸连轧(ThinSlabContinuousCastingandRolling,TSCR)可实现低温加热、高温开轧、高温终轧和高温卷取，适用于磁性优良和板形良好无取向电工钢的低能耗短流程生产。由于TSCR铸坯薄、结晶器和浸入式水口(SubmergedEntryNozzle,SEN)窄，夹杂物易在SEN水口结瘤而导致断浇，批量化生产困难。并且TSCR工艺流程短，组织调控能力有限，TSCR制备的无取向电工钢往往存在瓦楞状缺陷和铁损高的问题。本论文设计和制备了一种适合TSCR工艺的“以Si代Al”无铝无取向电工钢(简称无铝钢)，对其TSCR的关键工艺进行了模拟和试验研究;系统分析了“以Si代Al”对冶炼过程中夹杂物演变的影响;探讨了一次再结晶退火、轻压下平整和消去应力退火(StressReliefAnnealing,SRA)等关键工艺对其微观组织及磁性能的调控机制。主要结论如下: (1)通过TSCR工艺，成功制备了“以Si代Al”的无铝无取向电工钢，铁损P1.5/50为5.32W/kg,与现有含铝无取向电工钢相当，磁感B50为1.755T,比现有含铝无取向电工钢高0.044T(440Gs),综合磁性能更优。无铝钢可浇性良好，平均连浇11炉，提高了323％。表面线状缺陷发生率仅为0.48％,降低了96％。 (2)通过大生产取样，系统分析了无铝无取向电工钢从RH(RuhstahlHausen)真空精炼、连铸中间包到铸坯全流程夹杂物的演变规律。无铝钢夹杂物以熔点低于1500℃的Al2O3-SiO2-MnO复合夹杂为主，相较于以熔点高于1700℃的Al2O3-SiO2-CaO和Al2O3-MgO-CaO复合夹杂为主的含铝钢，无铝钢夹杂物不易富集于SEN水口形成结瘤，可浇性好。随着RH冶炼和连铸的进行，除了非稳态浇铸阶段夹杂物增加39.39％外，其它阶段夹杂物逐渐减少，最终夹杂物去除率达95.74％,其中，对磁性能不利的尺寸小于1μm细微夹杂物去除率达90.54％,主要发生在RH冶炼真空循环过程的脱碳、合金化和净循环阶段，该阶段去除率达79.50％。为提高大生产无取向电工钢性能，应增加RH脱碳、脱氧合金化及净循环阶段的真空循环时间，从而提高细微夹杂物去除率，并增强钢水在非稳态浇铸阶段的保护浇铸，以减轻二次氧化而导致的夹杂物增加。 (3)采用热压缩模拟试验，研究了试验钢高温流变应力(变形抗力)与应变速率、应变量以及温度的关系，并建立其数值模型。根据模拟结果确定了α-γ相变温度区间，即890～970℃(2s-1和5s-1)和870～950℃(10s-1),依此制定试验钢热轧工艺关键参数:开轧温度FT0≥980℃和终轧温度FT7≤890℃,第一、二机架F1、F2压下率45％～60％,末机架F7压下率15～25％,避免了瓦楞状缺陷并提升了磁性能。 (4)试验研究了无铝无取向电工钢的一次再结晶退火、轻压下平整和SRA退火对磁性能的影响。一次再结晶退火温度越高，铁损越低，最大磁导率μmax越高，而磁导率μ1.5/50在800℃最高;铁损和磁感随平整压下率增加先降低后升高，压下率8％时铁损最低，而5％时磁感最低;铁损随SRA退火时间延长而降低，退火时间超过15min铁损趋于稳定。磁感随SRA退火时间延长先增加后降低，在3min达到最高值，在15min后趋于稳定。综合而言，一次再结晶退火温度为800℃、平整压下率为8％、且在780℃下进行15min以上SRA退火后，得到的产品综合磁性能最佳。 (5)轻压下平整带来应变梯度和不均匀变形可诱导晶粒由表及里长大,压下率为8％时，经SRA退火后可获得最佳晶粒尺寸，约100μm，铁损最低。随着SRA退火的进行，试验钢由γ织构演变为含微弱Goss织构的复合织构，最终织构趋于散漫。SRA退火时间少于3min时，不利γ织构的强度降低，材料的畸变能降低，使得磁感提高，而当SRA退火时间超过3min时，晶粒粗化导致磁感降低。
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