钢中织构的控制方法设计.doc

个人收集整理 勿做商业用途攀枝花学院学生课程设计(论文）题 目： 钢中织构的控制方法设计 学生姓名： 李常源 学 号： 200711101015 所在院（系）： 材料工程学院 专 业： 材料科学与工程 班 级： 2007级材料科学与工程 指 导 教 师： 唐代明 职称： 副教授 2010年12 月 17日课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称钢中织构的控制方法设计评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力,具有良好的科学工作态度。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力.06设计（实验)能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整.07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量4509插图（或图纸）质量、篇幅、设计(论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破,或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日1钢中织构的产生原因分析1。1织构的概述 多晶体在其形成过程中，由于受到外界的力、热、电、磁等各种不同条件的影响,或在形成后受到不同的加工工艺的影响，多晶集合体中的各晶粒就会沿着某些方向排列，呈现出或多或少的统计不均匀分布，即出现在某些方向上聚集排列,因而在这些方向上取向几率增大的现象，这种现象叫做择优取向。这种组织结构及规则聚集排列状态类似于天然纤维或织物的结构和纹理,故称之为织构.织构测定在材料研究中有重要作用. 1.2织构的类型以及产生原因 钢中织构按其形成原理课分为形变织构和再结晶织构，其产生原理如下: 1.2。1形变织构：经金属塑性加工的材料，如经拉拔、挤压的线材或经轧制的金属板材，在塑性变形过程中常沿原子最密集的晶面发生滑移。滑移过程中,晶体连同其滑移面将发生转动，从而引起多晶体中晶粒方位出现一定程度的有序化。这种由于冷变形而在变形金属中直接产生的晶粒择优取向称为形变织构。按其加工方式的不同可分为丝织构、板织构和面织构。a.丝织构：在拉拔时形成，其特征是各晶粒的某一晶向与拉拔方向平行或接近平行。其X射线衍射图类似于一束纤维丝给出的X射线衍射图，因此被称为纤维织构或丝织构b.板织构:在轧制时形成，其特征是各晶粒的某一个晶面平行于轧制平面，而某一晶向平行于轧制方向。在轧制过程中,随着板材的厚度逐步减小,长度不断延伸，多数晶粒不仅倾向于以某一晶向u v w 平行于材料的某一特定外观方向，同时还以某一晶面（h k l )平行于材料的特定外观平面(板材表面），这种类型的择优取向称为板织构，板织构的对称性比纤维织构低，一般以(h k l）u v w表示。c.面织构：某些锻压、压缩多晶材料中，晶体往往以某一晶面法线平行于压缩力轴向，此类择优取向称为面织构，常以（HKL）表示.1.2。2再结晶织构: 具有形变织构的冷加工金属，经过退火、发生再结晶以后,通常仍具有择 优取向,称为退火织构或再结晶织构。这种再结晶织构可以不同于形变织构， 由于金属原有变形织构的漫散程度和延伸率、退火温度以及退火气氛等的差 异，实际的再结晶织构的取向不同程度地偏离理论的再结晶织构取向。其定 向成形理论是贝克提出来的,他认为在形变基体内存在着各种取向的晶核，其 中有些晶核,因取向合适，晶界移动本领最大，在退火过程中成长最快,最后 形成再结晶织构。 2 钢中织构的检测方法分析 多晶体的力学性能主要取决于晶粒的取向分布(即织构).研究织构与 板材性能关系的重要前提即是板材织构在线无损检测，随着现代工业生产 的需要，人们也一直在努力开发好的测量和计算方法，以便利用测得的信 息直接计算钢材的性能。目前现有的织构系数测量方法主要有以下几种： 2.1 中子衍射测量 中子衍射测量织构的发展经历了一个漫长的过程，1945年以后核反应堆的出现使得中子衍射成为可能，直到1953年才将它第一次用作织构的测量.中子衍射作为织构的分析方法具有较高的精确度，但对大量的材料进行定量织构的研究还有待于发展，对各种描述织构的变量进行理论上的分析和实验上的测量仍处于初级阶段,目前人们期望它能发展到从统计上完全的描述多相材料的晶粒状态，进而通过组成材料的晶粒以及描述织构变量的性质从理论上推导出材料的性质。 2.2 X射线衍射测量 X射线衍射法是一种常用的织构测量技术，它是利用Bragg效应来测量晶粒的取向。在x射线衍射测量中,为了表示晶粒的取向分布统计信息,人们采用极图来直观表示极图就是将晶粒某一晶面（HKL）的法线在宏观坐标系中的空间取向进行极射赤道平面投影所得到的图,极图能反映材料的一部分取向信息。为适应大规模连续生产的要求，保证金属板材高效优 质生产，已有人开始采用低分辨织构分析方法在线测量金属材料织构。低分 辨织构分析方法只需要较少的极图测量数据，节省了时间,因而可满足高速、 连续的大规模工业生产在线监测与监控的需求，目前己成为材料织构定量分 析最活跃的领域之一。 2。3取向成像电子显微术（OIM) 取向成像电子显微术(OIM） 是一种以EBSD和SEM为基础发展起来的 技术，它能够逐点测量材料的微结构，得到品粒取向分布、品粒尺寸、边界形式、取向差等等信息。由于它足逐点测量，得到的取向信息更加完整,是很好的一种测量手段。由于该方法需要专门的试样，且设备昂贵，不适用于高速连续的大规模工业生产的在线监测与监控需求。 2。4超声波测量方法 超声波在多晶体金属材料中传播，波速受到织构的强烈影响.利用超声波进行无损的织构系数测量也是织构研究人员的研究课题之一.超声波测量方法只能测量出与材料弹性性质相关的织构系数W420,W400,W440 .中国科学家则给出了立方晶粒各向异性集合的多晶体的超声波波速与织构系数之间的关系式。这些理论研究表明，超声波测量材料的部分织构是可行的，此外,超声波方便快捷。在使用电磁传感器时，还具有非接触的优点;在国外，已经开始将超声波用于材料生产加工过程的在线监测。 通过比较几种测量方法的优缺点,说明x射线衍射测量法和超声波测量法在测量钢材料织构方面存在着一定的优势，随着研究的深入，织构的测量将变得更加快捷与方便.3钢中织构对性能的影响分析由于织构的产生，钢材料将表现出不同程度的各向异性,当单晶体结构的对称性较差而且多晶体的织构明显时， 性能的各向异性表现得更加明显。合金钢的线膨胀系数与多晶体试样所具有的织构有很大关系， 因为线胀系数在单晶体的各轴方向上表现出明显的各向异性。研究结果表明, 织构取向与线膨胀系数有良好的对应关系。作为用途极其广泛的钢材料， 织构对力学性能（主要是屈服强度和蠕变性能）的影响尤为重要。 首先对屈服强度：对不同的钢合金的研究发现， 屈服强度比断裂强度表现出更大的各向异性。管材的纵向屈服强度值比横向值平均低7080MPa.按一定工艺轧制的钢板在轧制方向上具有高度集中的基极， 其性能也是高度各向异性的, 屈服强度在轧制方向上为364 MPa，而在与轧制方向成67.5度交角时为497 MPa.其次对蠕变性能:在蠕变中起重要作用的是滑移平面相对于切应力方向的取向，滑移平面的取向取决于材料的织构, 而切应力的方向取决于试验方式。因此改变材料的织构就可以在所需要的方向上调节材料的抗蠕变性能。 按织构的类型形变织构和再结晶织构对钢性能的影响主要为以下几点： 3。1形变织构 它对钢材的不利影响是冲压时容易产生“制耳效应 如下图3。1所示： 有利方面：对于变压器用的硅钢片，为了提高磁性，特地在最易磁化方向110 形成织构。形变织构对金属性能的影响主要是：提高强度，降低塑性并使金 属产生各向异性（顺纤维方向的机械性能优于垂直于纤维方向）；对物理和化 学性质的影响是：降低密度、导电性、导热性、以及耐蚀性，提高电阻、化 学活性溶解性,引起磁性变化等。 3.2再结晶织构 退火织构可改善材料的某些性能,例如对于变压器钢希望得到高斯织构 （110(001）)或立方织构(100（001)）以改善磁导率.但退火织构带来力学性能 各向异性，在某些方面有害，例如板材深拉时可能出现耳子和其他表面缺陷. 3。3织构对冷轧硅钢片的影响 织构对冷轧硅钢片的影响主要表现在磁感应强度和铁损两个方面： 3.3。1电工钢织构对磁感应强度的影响 织构是影响电工钢磁感应强度B25和B50的主要因素之一，理想的晶体 织构为（100)uvw面织构，因为它是各向同性而且难磁化方向(111)不在轧面 上。为改善电工钢的磁性能，控制有利织构的形成是重要的手段之一。在实 际的生产过程中,(100)组分的织构度只占约20，基本属于混乱织构，也就 是磁各向同性.由理论公司推导的结论为：按100和111单晶体的B25值计 算出的理想(100）和uvw面织构具有最高的B25值。 3。3。2电工钢织构对铁损的影响 影响Ph（铁损）的因素也就是阻碍畴壁移动的主要因素，就是晶体织构. 无取向电工钢(100)面织构高，Ph和P15降低,因为在（100)晶面上有两个易磁 化的100轴；其次是(110）面织构，在此晶面上有一个001轴.具有(111) 面织构的P15较高,因为在此晶面上没有轴。 4冷轧硅钢片中织构的控制方法设计 织构控制旨在获得有利的择优取向,以便于材料结晶的物理和机械性能中有效地利用有向性.织构主要影响硅钢的磁感应强度和铁损。多晶体材料中的有向性是其个体组成微晶特性的平均值，因此，取决于单晶的特性和材料中微晶的择优取向。铁晶在磁化作用中具有显著的有向性：最易磁化的方向是与001轴平行的方面。如果获得了择优取向，个体晶粒的排列使其001轴几乎与钢板轧向平行，可降低晶粒取向硅钢的铁损,提高导磁率，增大易磁化方向的磁路,使硅钢材料更适用于发电和配电变压器等应用域。 冷轧硅钢片的织构主要是受轧制工艺的控制，因此为了提高冷轧硅钢的性能必须改善其轧制工艺。通过分析总结出了最佳轧制工艺： 无取向电工钢的磁性主要取决于它的织构。为改善磁性，必须提高(100）或(110)织构的强度和降低（111）织构强度.(100)或(110)由钢平面上易磁化的位向构成。 4.1 控制冷轧压下率对冷轧硅钢织构的影响为降低工序成本，提高产量,大多数生产厂均采用一次冷轧法生产中、低牌号冷轧电工钢.一次冷轧法要求大压下率（75）来保证100（0l1)组分进一步增高，使磁性能提高。根据取向分布函数（ODF）定量计算,电工钢冷轧织构基本分为两类纤维织构，即111轴近似平行于法向(A类或称 纤维织构）和轴平行于轧向并在(100）011位向附近漫散（B类或称a纤维织构）。主要低指数组为：111(112）、111（1l0)、112(1l0)和001(1l0）。也就是说，一类组分为(110)平行于轧向，（001） (112)平行于轧面;另一类为111平行于轧面，而(1l0）与（112）平行于轧向.在冷轧板微观结构分析中,压下率60时，冷轧时微观带与轧向的偏离角逐渐减少，直到与轧向近似平行，其211（0l1）组分逐渐加强,压下率90时，冷轧时微观带的211（0l1）位向是冷轧织构中最强组分，微观带边界已不是(110）面,即已形成明显的切变带.经压下率为50 90冷轧时都存在A和B两类纤维织构组分。压下率60时，冷轧时发生铅笔式的滑动，依靠等量的110（111)和211（110)滑移系统而发展成A类织构组分，但有些偏离。压下率60时,冷轧时211（111)滑移系统起重要作用，使111（121)附近位向分解,并加强了211(111）滑移系统，因此211(011）和100（011)组分进一步提高，而111（112）强度保持不变.随形变量的增加,100（011）组分加强，并绕(011)轧向漫散而形成B类纤维织构,漫散角度可达60,这包括了111（011)位向；A类纤维织构随形变量增高而单调地增高，但分布不均匀。本文为互联网收集，请勿用作商业用途 4。2 控制冷轧轧制形状参数对再结晶织构的影响 为确定冷轧过程中变形的不均匀性,在板材轧制时，采用轧制形状参数RSF：RSF=2R(h1一h0)0。5（h1+h0）式中R为工作辊半径；h0和h1 分别为每道次前、后的带钢厚度。RSF大则表示由轧制过程引起的应变分布较均匀;RSF小则表示变形较不均匀。只考虑轧制形状参数与织构形成之间的分析关系，以不同RSF取得的试样，用Bunge方法测定冷轧后、再结晶退火后以及消除应力退火后试样的ODF分析结论为：RSF大时,表面和中间面织构发展成r纤维,即它的组分111(112),并随着消除应力退火晶粒长大，该组分增强。111（112)取向在钢板平面上具有112轴，而且它接近(111）难磁化取向，于是在消除应力退火之后,ND/（111)织构的增强导致磁感下降。RSF小时，无论是退火再结晶织构,还是消除应力退火晶粒长大织构，ND/（111)织构在表面附近的积聚都受到抑制，织构的主要组分为610（001）和410（001），分别为一个轧向易磁化轴的组分和一个同带钢平面略倾斜的010轴组分，这样RSF小的试样表面织构在其钢板平面上具有两个易磁化(001）取向。因此，虽然中间面上ND/(111）织构增强，但在消除应力退火晶粒长大后，试样B50 值不变.个人收集整理，勿做商业用途 归结而言，对冷轧硅钢片织构的控制就是要使其形成(（110）001)类型的 织构,只有这样才能降低铁损,提高磁感应强度，提高设备效率. 5 结论 钢材料属于多晶体材料，其宏观的力学性能主要取决于晶粒的取向分布即织构,了解织构的测量方法以及织构对钢材性能的影响对于钢材的生产和使用起着至关重要的作用。作为机电工业的关键材料,冷轧硅钢片的机械、物理性能与其织构有着莫大的关系。为了得到优良的冷轧硅钢片,必须改进轧制工艺,控制其形成（HKL)面织构，尤其是(100)面织构，以便提高其磁感应强度和降低铁损，使硅钢达到最佳使用性能。 参考文献1 催忠折，谭耀春.金属学与热处理。第二版.北京：机械工业出版社，20072 余永宁。金属学原理。北京：冶金工业出版社，20003 杨敏.金属材料织构测量方法的探讨：南昌大学工程力学研究所，20104 刘友存。晶粒取向硅钢的织构控制：钢铁译文集，ISIJ International，19895 京德喜，李燕，杨一安。生产冷轧晶粒取向硅钢片时织构的控制：上海第五钢铁厂6 吕庆功,陈光南,唐历.热轧钢板的织构.中国科学院力学研究所,攀枝花钢铁公司，20017 化福安，李建平，刘相华.晶体学织构对金属板材宏观各向异性影响的模拟。金属学报, 20098 金自立，王玉峰，杨慧。冷轧无取向硅钢的织构和组织性能分析。内蒙古科技大学，20049 金自立，徐向琪.轧制条件对冷轧无取向硅钢织构的影响。内蒙古科技大学材料与冶金工 程学院，200510 余永宁,毛卫民。材料的结构。北京：冶金工业出版社，2001