鋼中織構(gòu)的控制方法設(shè)計

1、攀枝花學(xué)院學(xué)生課程設(shè)計（論文）題 目： 鋼中織構(gòu)的控制方法設(shè)計 學(xué)生姓名： 李常源 學(xué) 號： 200711101015 所在院(系)： 材料工程學(xué)院 專 業(yè)： 材料科學(xué)與工程 班 級： 2007級材料科學(xué)與工程 指 導(dǎo) 教 師： 唐代明 職稱： 副教授 2010年12 月 17日課程設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師成績評定表題目名稱鋼中織構(gòu)的控制方法設(shè)計評分項目分值得分評價內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項紀(jì)律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)工作態(tài)度。02科學(xué)實踐、調(diào)研7通過實驗、試驗、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實踐等渠道獲取與課程設(shè)計有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平3

2、5%04綜合運(yùn)用知識的能力10能運(yùn)用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題，能正確處理實驗數(shù)據(jù)，能對課題進(jìn)行理論分析，得出有價值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識的能力。06設(shè)計（實驗）能力，方案的設(shè)計能力5能正確設(shè)計實驗方案，獨(dú)立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、操作等實驗工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計算及計算機(jī)應(yīng)用能力5具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力；能運(yùn)用計算機(jī)進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計等。08對計算或?qū)嶒灲Y(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）10具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、

3、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計說明書（論文）質(zhì)量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實驗正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見解。成績指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師簽名： 年月日1鋼中織構(gòu)的產(chǎn)生原因分析1.1織構(gòu)的概述 多晶體在其形成過程中，由于受到外界的力、熱、電、磁等各種不同條件的影響，或在形成后受到不同的加工工藝的影響，多晶集合體中的各晶粒就會沿著某些方向排列，呈現(xiàn)出或多或少的統(tǒng)計不均勻分布，即出現(xiàn)在某些方向上聚集排列，因而在這些方

4、向上取向幾率增大的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫做擇優(yōu)取向。這種組織結(jié)構(gòu)及規(guī)則聚集排列狀態(tài)類似于天然纖維或織物的結(jié)構(gòu)和紋理，故稱之為織構(gòu)。織構(gòu)測定在材料研究中有重要作用。 1.2織構(gòu)的類型以及產(chǎn)生原因 鋼中織構(gòu)按其形成原理課分為形變織構(gòu)和再結(jié)晶織構(gòu)，其產(chǎn)生原理如下： 1.2.1形變織構(gòu)：經(jīng)金屬塑性加工的材料，如經(jīng)拉拔、擠壓的線材或經(jīng)軋制的金屬板材，在塑性變形過程中常沿原子最密集的晶面發(fā)生滑移?；七^程中，晶體連同其滑移面將發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而引起多晶體中晶粒方位出現(xiàn)一定程度的有序化。這種由于冷變形而在變形金屬中直接產(chǎn)生的晶粒擇優(yōu)取向稱為形變織構(gòu)。按其加工方式的不同可分為絲織構(gòu)、板織構(gòu)和面織構(gòu)。a.絲織構(gòu)：在拉拔時

5、形成，其特征是各晶粒的某一晶向與拉拔方向平行或接近平行。其X射線衍射圖類似于一束纖維絲給出的X射線衍射圖,因此被稱為纖維織構(gòu)或絲織構(gòu)b.板織構(gòu)：在軋制時形成，其特征是各晶粒的某一個晶面平行于軋制平面，而某一晶向平行于軋制方向。在軋制過程中，隨著板材的厚度逐步減小，長度不斷延伸，多數(shù)晶粒不僅傾向于以某一晶向u v w 平行于材料的某一特定外觀方向，同時還以某一晶面(h k l )平行于材料的特定外觀平面(板材表面)，這種類型的擇優(yōu)取向稱為板織構(gòu),，板織構(gòu)的對稱性比纖維織構(gòu)低，一般以(h k l)u v w表示。c.面織構(gòu)：某些鍛壓、壓縮多晶材料中，晶體往往以某一晶面法線平行于壓縮力軸向，此類擇優(yōu)

6、取向稱為面織構(gòu)，常以（HKL）表示。再結(jié)晶織構(gòu)： 具有形變織構(gòu)的冷加工金屬，經(jīng)過退火、發(fā)生再結(jié)晶以后，通常仍具有擇 優(yōu)取向，稱為退火織構(gòu)或再結(jié)晶織構(gòu)。這種再結(jié)晶織構(gòu)可以不同于形變織構(gòu)， 由于金屬原有變形織構(gòu)的漫散程度和延伸率、退火溫度以及退火氣氛等的差 異，實際的再結(jié)晶織構(gòu)的取向不同程度地偏離理論的再結(jié)晶織構(gòu)取向。其定 向成形理論是貝克提出來的，他認(rèn)為在形變基體內(nèi)存在著各種取向的晶核,其 中有些晶核，因取向合適，晶界移動本領(lǐng)最大，在退火過程中成長最快,最后 形成再結(jié)晶織構(gòu)。 2 鋼中織構(gòu)的檢測方法分析 多晶體的力學(xué)性能主要取決于晶粒的取向分布(即織構(gòu))。研究織構(gòu)與 板材性能關(guān)系的重要前提即是板

7、材織構(gòu)在線無損檢測，隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn) 的需要，人們也一直在努力開發(fā)好的測量和計算方法，以便利用測得的信 息直接計算鋼材的性能。目前現(xiàn)有的織構(gòu)系數(shù)測量方法主要有以下幾種： 2.1 中子衍射測量 中子衍射測量織構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長的過程，1945年以后核反應(yīng)堆的出現(xiàn)使得中子衍射成為可能，直到1953年才將它第一次用作織構(gòu)的測量。中子衍射作為織構(gòu)的分析方法具有較高的精確度，但對大量的材料進(jìn)行定量織構(gòu)的研究還有待于發(fā)展，對各種描述織構(gòu)的變量進(jìn)行理論上的分析和實驗上的測量仍處于初級階段，目前人們期望它能發(fā)展到從統(tǒng)計上完全的描述多相材料的晶粒狀態(tài)，進(jìn)而通過組成材料的晶粒以及描述織構(gòu)變量的性質(zhì)從理論上推導(dǎo)

8、出材料的性質(zhì)。 2.2 X射線衍射測量 X射線衍射法是一種常用的織構(gòu)測量技術(shù)，它是利用Bragg效應(yīng)來測量晶粒的取向。在x射線衍射測量中，為了表示晶粒的取向分布統(tǒng)計信息，人們采用極圖來直觀表示極圖就是將晶粒某一晶面（HKL）的法線在宏觀坐標(biāo)系中的空間取向進(jìn)行極射赤道平面投影所得到的圖，極圖能反映材料的一部分取向信息。為適應(yīng)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的要求，保證金屬板材高效優(yōu) 質(zhì)生產(chǎn)，已有人開始采用低分辨織構(gòu)分析方法在線測量金屬材料織構(gòu)。低分 辨織構(gòu)分析方法只需要較少的極圖測量數(shù)據(jù)，節(jié)省了時間，因而可滿足高速、 連續(xù)的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)在線監(jiān)測與監(jiān)控的需求，目前己成為材料織構(gòu)定量分 析最活躍的領(lǐng)域之一。 2.3

9、取向成像電子顯微術(shù)(OIM) 取向成像電子顯微術(shù)(OIM) 是一種以EBSD和SEM為基礎(chǔ)發(fā)展起來的 技術(shù)，它能夠逐點(diǎn)測量材料的微結(jié)構(gòu)，得到品粒取向分布、品粒尺寸、邊界形式、取向差等等信息。由于它足逐點(diǎn)測量，得到的取向信息更加完整，是很好的一種測量手段。由于該方法需要專門的試樣，且設(shè)備昂貴，不適用于高速連續(xù)的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的在線監(jiān)測與監(jiān)控需求。 2.4超聲波測量方法 超聲波在多晶體金屬材料中傳播，波速受到織構(gòu)的強(qiáng)烈影響。利用超聲波進(jìn)行無損的織構(gòu)系數(shù)測量也是織構(gòu)研究人員的研究課題之一。超聲波測量方法只能測量出與材料彈性性質(zhì)相關(guān)的織構(gòu)系數(shù)W420,W400,W440 。中國科學(xué)家則給出了立方晶粒各

10、向異性集合的多晶體的超聲波波速與織構(gòu)系數(shù)之間的關(guān)系式。這些理論研究表明，超聲波測量材料的部分織構(gòu)是可行的，此外，超聲波方便快捷。在使用電磁傳感器時，還具有非接觸的優(yōu)點(diǎn)；在國外，已經(jīng)開始將超聲波用于材料生產(chǎn)加工過程的在線監(jiān)測。 通過比較幾種測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，說明x射線衍射測量法和超聲波測量法在測量鋼材料織構(gòu)方面存在著一定的優(yōu)勢，隨著研究的深入，織構(gòu)的測量將變得更加快捷與方便。3鋼中織構(gòu)對性能的影響分析由于織構(gòu)的產(chǎn)生，鋼材料將表現(xiàn)出不同程度的各向異性，當(dāng)單晶體結(jié)構(gòu)的對稱性較差而且多晶體的織構(gòu)明顯時, 性能的各向異性表現(xiàn)得更加明顯。合金鋼的線膨脹系數(shù)與多晶體試樣所具有的織構(gòu)有很大關(guān)系, 因為線脹系數(shù)

11、在單晶體的各軸方向上表現(xiàn)出明顯的各向異性。研究結(jié)果表明, 織構(gòu)取向與線膨脹系數(shù)有良好的對應(yīng)關(guān)系。作為用途極其廣泛的鋼材料, 織構(gòu)對力學(xué)性能（主要是屈服強(qiáng)度和蠕變性能）的影響尤為重要。 首先對屈服強(qiáng)度：對不同的鋼合金的研究發(fā)現(xiàn), 屈服強(qiáng)度比斷裂強(qiáng)度表現(xiàn)出更大的各向異性。管材的縱向屈服強(qiáng)度值比橫向值平均低7080MPa。按一定工藝軋制的鋼板在軋制方向上具有高度集中的基極, 其性能也是高度各向異性的, 屈服強(qiáng)度在軋制方向上為364 MPa，而在與軋制方向成67.5度交角時為497 MPa。其次對蠕變性能：在蠕變中起重要作用的是滑移平面相對于切應(yīng)力方向的取向，滑移平面的取向取決于材料的織構(gòu), 而切應(yīng)力

12、的方向取決于試驗方式。因此改變材料的織構(gòu)就可以在所需要的方向上調(diào)節(jié)材料的抗蠕變性能。 按織構(gòu)的類型形變織構(gòu)和再結(jié)晶織構(gòu)對鋼性能的影響主要為以下幾點(diǎn)： 3.1形變織構(gòu) 它對鋼材的不利影響是沖壓時容易產(chǎn)生“制耳效應(yīng)” 如下圖3.1所示： 有利方面：對于變壓器用的硅鋼片，為了提高磁性，特地在最易磁化方向<110> 形成織構(gòu)。形變織構(gòu)對金屬性能的影響主要是：提高強(qiáng)度，降低塑性并使金 屬產(chǎn)生各向異性（順纖維方向的機(jī)械性能優(yōu)于垂直于纖維方向）；對物理和化 學(xué)性質(zhì)的影響是：降低密度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、以及耐蝕性，提高電阻、化 學(xué)活性溶解性，引起磁性變化等。 3.2再結(jié)晶織構(gòu) 退火織構(gòu)可改善材料的某

13、些性能，例如對于變壓器鋼希望得到高斯織構(gòu) (110(001)或立方織構(gòu)(100(001)以改善磁導(dǎo)率。但退火織構(gòu)帶來力學(xué)性能 各向異性，在某些方面有害，例如板材深拉時可能出現(xiàn)耳子和其他表面缺陷。 3.3織構(gòu)對冷軋硅鋼片的影響 織構(gòu)對冷軋硅鋼片的影響主要表現(xiàn)在磁感應(yīng)強(qiáng)度和鐵損兩個方面： 3.3.1電工鋼織構(gòu)對磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響 織構(gòu)是影響電工鋼磁感應(yīng)強(qiáng)度B25和B50的主要因素之一，理想的晶體 織構(gòu)為(100)uvw面織構(gòu)，因為它是各向同性而且難磁化方向(111)不在軋面 上。為改善電工鋼的磁性能，控制有利織構(gòu)的形成是重要的手段之一。在實 際的生產(chǎn)過程中，(100)組分的織構(gòu)度只占約20%，基本屬

14、于混亂織構(gòu)，也就 是磁各向同性。由理論公司推導(dǎo)的結(jié)論為：按100和111單晶體的B25值計 算出的理想(100)和uvw面織構(gòu)具有最高的B25值。 3.3.2電工鋼織構(gòu)對鐵損的影響 影響Ph（鐵損）的因素也就是阻礙疇壁移動的主要因素，就是晶體織構(gòu)。 無取向電工鋼(100)面織構(gòu)高，Ph和P15降低，因為在(100)晶面上有兩個易磁 化的<100>軸；其次是(110)面織構(gòu)，在此晶面上有一個<001>軸。具有(111） 面織構(gòu)的P15較高，因為在此晶面上沒有<001>軸，具有(112)面織構(gòu)的P15 值 最高，因為在此晶面上有難磁化的<111>軸。

15、 4冷軋硅鋼片中織構(gòu)的控制方法設(shè)計 織構(gòu)控制旨在獲得有利的擇優(yōu)取向，以便于材料結(jié)晶的物理和機(jī)械性能中有效地利用有向性?？棙?gòu)主要影響硅鋼的磁感應(yīng)強(qiáng)度和鐵損。多晶體材料中的有向性是其個體組成微晶特性的平均值，因此，取決于單晶的特性和材料中微晶的擇優(yōu)取向。鐵晶在磁化作用中具有顯著的有向性：最易磁化的方向是與<001>軸平行的方面。如果獲得了擇優(yōu)取向，個體晶粒的排列使其<001>軸幾乎與鋼板軋向平行，可降低晶粒取向硅鋼的鐵損，提高導(dǎo)磁率，增大易磁化方向的磁路，使硅鋼材料更適用于發(fā)電和配電變壓器等應(yīng)用域。 冷軋硅鋼片的織構(gòu)主要是受軋制工藝的控制，因此為了提高冷軋硅鋼的性能必須改善

16、其軋制工藝。通過分析總結(jié)出了最佳軋制工藝： 無取向電工鋼的磁性主要取決于它的織構(gòu)。為改善磁性，必須提高(100)或(110)織構(gòu)的強(qiáng)度和降低(111)織構(gòu)強(qiáng)度。(100)或(110)由鋼平面上易磁化的<1OO>位向構(gòu)成，而(111)由其平面附近的難磁化<111>位向構(gòu)成。 4.1 控制冷軋壓下率對冷軋硅鋼織構(gòu)的影響為降低工序成本，提高產(chǎn)量，大多數(shù)生產(chǎn)廠均采用一次冷軋法生產(chǎn)中、低牌號冷軋電工鋼。一次冷軋法要求大壓下率(75)來保證100(0l1)組分進(jìn)一步增高，使磁性能提高。根據(jù)取向分布函數(shù)(ODF)定量計算，電工鋼冷軋織構(gòu)基本分為兩類纖維織構(gòu)，即<111>軸

17、近似平行于法向(A類或稱 纖維織構(gòu))和<1l0>軸平行于軋向并在(100)011位向附近漫散(B類或稱a纖維織構(gòu))。主要低指數(shù)組為：111(112)、111(1l0)、112(1l0)和001(1l0)。也就是說，一類組分為(110)平行于軋向，(001) (112)平行于軋面；另一類為111平行于軋面，而(1l0)與(112)平行于軋向。在冷軋板微觀結(jié)構(gòu)分析中，壓下率>60時，冷軋時微觀帶與軋向的偏離角逐漸減少，直到與軋向近似平行，其211(0l1)組分逐漸加強(qiáng)，壓下率90時，冷軋時微觀帶的211(0l1)位向是冷軋織構(gòu)中最強(qiáng)組分，微觀帶邊界已不是(110)面，即已形成明顯

18、的切變帶。經(jīng)壓下率為50 90冷軋時都存在A和B兩類纖維織構(gòu)組分。壓下率60時，冷軋時發(fā)生鉛筆式的滑動，依靠等量的110(111)和211(110)滑移系統(tǒng)而發(fā)展成A類織構(gòu)組分，但有些偏離。壓下率>60時，冷軋時211(111)滑移系統(tǒng)起重要作用，使111(121)附近位向分解，并加強(qiáng)了211(111)滑移系統(tǒng)，因此211(011)和100(011)組分進(jìn)一步提高，而111(112)強(qiáng)度保持不變。隨形變量的增加，100(011)組分加強(qiáng)，并繞(011)軋向漫散而形成B類纖維織構(gòu)，漫散角度可達(dá)60º，這包括了111(011)位向；A類纖維織構(gòu)隨形變量增高而單調(diào)地增高，但分布不均勻

19、。 4.2 控制冷軋軋制形狀參數(shù)對再結(jié)晶織構(gòu)的影響 為確定冷軋過程中變形的不均勻性，在板材軋制時，采用軋制形狀參數(shù)RSF：RSF=2R(h1一h0)0.5(h1+h0)式中R為工作輥半徑；h0和h1 分別為每道次前、后的帶鋼厚度。RSF大則表示由軋制過程引起的應(yīng)變分布較均勻；RSF小則表示變形較不均勻。只考慮軋制形狀參數(shù)與織構(gòu)形成之間的分析關(guān)系，以不同RSF取得的試樣，用Bunge方法測定冷軋后、再結(jié)晶退火后以及消除應(yīng)力退火后試樣的ODF分析結(jié)論為：RSF大時，表面和中間面織構(gòu)發(fā)展成r纖維，即它的組分111(112)，并隨著消除應(yīng)力退火晶粒長大，該組分增強(qiáng)。111(112)取向在鋼板平面上具有<112>軸，而且它接近(111)難磁化取向，于是在消除應(yīng)力退火之后，ND/(111)織構(gòu)的增強(qiáng)導(dǎo)致磁感下降。RSF小時，無論是退火再結(jié)晶織構(gòu)，還是消除應(yīng)力退火晶粒長大織構(gòu)，ND/(111)織構(gòu)在表面附近的積聚都受到抑制，織構(gòu)的主要組分為610(001)和410(001)，分別為一個軋向易磁化<001>軸的組分和一個同帶鋼平面略傾斜的<010>軸組分，這樣RSF小的試樣表面織構(gòu)在其鋼板平面上具有兩個易磁化(001)取向。因此，雖然中間面上ND/(111)織構(gòu)增強(qiáng)，但在消除應(yīng)力退火晶粒長大后，試樣B50 值不變。