取向硅钢抑制剂的行为与控制

本项目通过抑制剂析出热力学、动力学计算分析研究，阐明取向硅钢抑制剂全流程演变规律；结合取向硅钢连铸、轧制、热处理等工序特点，提出抑制剂行为的控制优化策略；建立取向硅钢抑制剂作用效果评价体系，初步形成取向硅钢抑制剂理论体系；根据抑制剂行为控制研究结果，结合相关织构、组织分析，试制典型牌号（27Q120、27QG110）取向硅钢，提出典型流程取向硅钢制造关键工艺参数。主要研究内容包括：抑制剂方案选择；取向硅钢抑制剂行为研究；取向硅钢抑制剂析出控制与工艺优化研究；抑制剂作用效果评价体系。

取向硅钢主要用于制作变压器的铁芯，是电力工业发展中最为重要的功能材料之一。在取向硅钢的生产过程中，需添加Al、Mn、S、Cu、N等元素，在加工环节中形成AlN、MnS、Cu2S等抑制剂粒子，抑制正常的晶粒长大，使少数位向准确的Goss晶粒可以通过二次再结晶的方式形成锋锐的高斯织构，获得沿轧向优异的磁性能。传统取向硅钢生产过程中，一般将铸坯进行高温加热，使析出物重新固溶，然后在随后的热轧和常化工艺中析出。但传统取向硅钢高温加热带来的高能耗、高污染以及成材率低的生产方式严重限制了取向硅钢的发展。本项目基于板坯低温加热工艺，以取向硅钢中的主抑制剂和辅助抑制剂为研究对象，围绕抑制剂的析出特征及其对关键工序的组织、织构和磁性能的影响开展大量的理论和实验研究工作。实验研究了C及相关元素含量及温度变化对取向硅钢γ相的影响，在温度为900℃～1300℃范围内，取向硅钢中γ相含量随温度的变化基本呈现倒C形状，且最大γ相含量所对应的温度约为1150℃～1200℃。同时，取向硅钢中C、Si元素含量的变化对γ相含量的影响最大；建立了主抑制剂在取向硅钢生产过程中的析出热力学和动力学模型，观察并统计了抑制剂在取向硅钢生产全流程各个工序中的析出形态、尺寸及析出量，模型计算结果与实验结果类似，说明建立的析出热力学和动力学模型对于计算和预测抑制剂在生产取向硅钢全流程中的析出行为具有较好的适用性；分析了不同生产流程、不同均热温度、不同脱碳退火制度等工艺变化以及组成元素Cu、Al含量对抑制剂析出行为的影响；研究了CGO钢中VN、TiN以及Hi-B钢中的晶界偏聚元素Sn的辅助抑制作用，研究证明加入适量辅助抑制剂不仅能增强抑制能力，还能提高产品的磁性能；系统分析了抑制剂在脱碳退火、高温退火过程中对组织、织构的影响规律及其综合作用效果，探索了二次再结晶机理；通过对抑制剂析出行为的定量控制实现了生产取向硅钢全流程工艺优化，提出了基于低温板坯加热工艺的普通取向硅钢和高磁感取向硅钢短流程、低能耗的工业化制造技术。