научная статья по теме ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ НА ТЕКСТУРООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ПОСЛЕДУЮЩИХ ПРОКАТКЕ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ Физика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ НА ТЕКСТУРООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ПОСЛЕДУЮЩИХ ПРОКАТКЕ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ»

ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2012, том 113, № 11, с. 1080-1085

СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ

УДК 669.1'782:548.53

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ НА ТЕКСТУРООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ПОСЛЕДУЮЩИХ ПРОКАТКЕ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ

© 2012 г. В. В. Губернаторов*, В. Д. Соловей**, И. В. Гервасьева*, Т. С. Сычева*, Д. И. Вычужанин**

*Институт физики металлов УрО РАН, 620990 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18 **Институт машиноведения УрО РАН, 620049 Екатеринбург, ул. Комсомольская, 34

e-mail: gervasy@imp.uran.ru Поступила в редакцию 16.02.2012 г.; в окончательном варианте — 30.03.2012 г.

Исследована зависимость количества основных компонент текстуры первичной рекристаллизации от скорости деформации при одноосном растяжении (с сужением), проводимым перед холодной прокаткой полосы электротехнической стали (магнитомягкого ОЦК-сплава Fe—3 мас. % Si) на конечную толщину. Установлено, что наибольшее увеличение объемных долей благоприятных компонент {111}(П2), |112}(351) и |113}(361) в текстуре первичной рекристаллизации имеет место в случае растяжения с наименьшей скоростью деформации в диапазоне 0.00015—1.10 с-1.

Ключевые слова: электротехническая сталь, деформация растяжением и прокаткой, рекристаллизация, кристаллографическая текстура, магнитные свойства.

ВВЕДЕНИЕ

В [1, 2] предложены способы получения электротехнических сталей, в том числе холоднокатаной анизотропной с ребровой текстурой

{110}(001) с повышенным уровнем магнитных свойств. Их отличие от традиционных способов состоит в том, что в технологическую схему производства стали включают деформацию одноосным растяжением (с сужением) на 15—25%.

Так, в частности, применение растяжения полос анизотропной электротехнической стали на 15% перед холодными прокатками снижает удельные потери энергии при перемагничивании примерно на 10% за счет повышения остроты ребровой текстуры (магнитная индукция В2500 возрастает с 1.885 до 1.935 Тл). Положительный эффект от растяжения связан с тем, что увеличивается количество основных компонент {111}(112), {112}(351) и {113}(361) в текстуре первичной рекристаллизации. Именно эти компоненты фор-

Технологическая схема производства анизотропной электротехнической стали на отечественных заводах включает следующие основные операции: горячая прокатка слябов на полосы толщиной 3.0—2.0 мм; первая холодная прокатка полос на толщину 0.8—0.7 мм; промежуточный отжиг на первичную рекристаллизацию и обезуглероживание; вторая холодная прокатка полос на конечную толщину 0.35—0.27 мм; высокотемпературный отжиг на вторичную рекристаллизацию и рафинирование металла; выпрямляющий отжиг с нанесением электроизоляционного покрытия [3].

мируют острую ребровую текстуру в стали при вторичной рекристаллизации, протекающей во время заключительного высокотемпературного отжига, [4—8]. Кроме того, повышению остроты ребровой текстуры способствует то, что применение растяжения увеличивает количество потенциальных центров вторичной рекристаллизации с идеальной ориентировкой {110}(001) в рекри-сталлизованной матрице [5].

В [1, 2] показано, что при растяжении на 15— 25% в стали усиливается ограниченно аксиальная текстура (110). Последующая прокатка увеличивает в текстуре деформации объемную долю компонент {111...112...113}(110), из которых и формируется текстура первичной рекристаллизации {111}(112) + {112}(351) + {113}(361), согласно [9]. Следует заметить, что аксиальная текстура растяжения получается лишь тогда, когда полоса испытывает существенное сужение; если полосу растягивать без сужения, то в ней формируется текстура прокатки [4].

При рассмотрении текстурообразования при комбинированной деформации (одноосное растяжение + прокатка) встает вопрос о скоростях деформации, так как текстура в металлических материалах определяется не только способом, но и скоростью деформации [10]. В [11] исследовано развитие текстур деформации и рекристаллизации в трансформаторной стали при различных скоростях холодной прокатки. Литературные данные о

1

влиянии скорости деформации при растяжении на текстурообразование в электротехнических сталях отсутствуют.

Задача данной работы — изучить влияние скорости деформации при одноосном растяжении (с сужением) на текстурные превращения в электротехнической стали при последующих холодной прокатке и первичной рекристаллизации. Решение этой задачи позволит дать практические рекомендации по использованию деформации растяжением в технологической схеме производства стали для улучшения ее эксплуатационных свойств.

МАТЕРИАЛ, ОБРАБОТКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве материала для исследований были взяты полоски размером 300 х 45 мм, вырезанные вдоль направления прокатки (НП) из листа анизотропной электротехнической стали толщиной 0.7 мм после первой холодной прокатки и промежуточного рекристаллизационного отжига в заводских условиях. Средний размер зерна составлял 17 мкм. Из полосок фрезерованием были изготовлены образцы для растяжения. На рис. 1 представлена схема образца в недеформирован-ном состоянии. Длина и ширина рабочей зоны образцов составляли 110 и 30 мм, соответственно. С образцом связана декартова система координат х, y, z. Растяжение и прокатку образцов осуществляли в направлении оси х. Растяжение проводили на универсальной испытательной машине In-stron-8801 при комнатной температуре на величину ехх = 0.2 с пятью скоростями деформации: ехх = 0.00015, 0.25, 0.50, 0.75 и 1.10 с-1. В процессе растяжения образцов снимали зависимости усилия растяжения в функции времени (диаграммы усилия), а также с помощью видеокамеры с большой частотой проводилась съемка образцов.

Кривые упрочнения строили следующим образом. Процесс растяжения образцов разбивался на шаги деформации. Величина шага деформации принималась равной dexx = 0.01. В начальном и конечном состояниях на произвольном шаге деформирования из диаграмм усилия и снимков образцов определяли усилия, длину и ширину рабочей зоны образцов. Напряженно-деформированное состояние образца на произвольном шаге деформирования определяли при следующих допущениях. Во-первых, деформацию образца на каждом шаге принимали стационарной, однородной, без сдвигов в координатах х, y, z, а напряженное состояние — одноосным. Во-вторых, материал считали пластически несжимаемым. Модуль Юнга и коэффициент Пуассона для сплава Fe—3% Si принимали равными: Е = 200.0 GPa и v = 0.3 [12].

Рис. 1. Схема образца в недеформированном состоянии.

Образцы, вырезанные из наиболее узких участков растянутых образцов, прокатывали на лабораторном прокатном стане "Кварто" с диаметром рабочих валков 45 мм за несколько проходов до толщины 0.30 мм. После прокатки образцы подвергали рекристаллизационному отжигу в вакууме при температуре 800°С с выдержкой в течение 30 мин.

Текстуру на всех этапах — после растяжения, прокатки и отжига — исследовали с помощью анализа функций распределения ориентаций (ФРО). Исходными данными для расчета ФРО по методу Бунге [13] с числом членов разложения ряда 22 служили результаты рентгеновской съемки четырех неполных полюсных фигур {110}, {200}, {112} и {220}. Съемку осуществляли методом "на отражение" в излучении СоКа1 на рентгеновском дифрактометре с автоматизированной текстурной приставкой с шагом по углам наклона и поворота 5°. В работе приведены сечения ФРО при угле ф2 = 45° для некоторых образцов, так как в этом сечении находится большинство ориентировок, характерных для деформации и рекристаллизации ОЦК-металлов. Объемную долю (в %)

1082

ГУБЕРНАТОРОВ и др.

800

0.05 0.10 0.15

Деформация ехх

0.20 0.25

Рис. 2. Кривые упрочнения при растяжении образцов из сплава Бе—3% 81 со скоростями деформации ехх = = 0.00015 с-1 (1) и = 0.25, 0.50, 0.75 и 1.10 с-1 (2).

отдельных текстурных составляющих определяли интегрированием текстурной функции в пределах ±10° от положения соответствующей идеальной компоненты {й£/}(иvw) в пространстве углов Эйлера. При сравнении данных, полученных из вышеуказанного набора полюсных фигур после двух последовательных установок образца в гониометре, получили погрешность в определении объемной доли; она составила 0.2%. Текстуру изучали в приповерхностных слоях образцов, так как именно в этом слое при окончательном высокотемпературном отжиге в результате вторичной рекристаллизации развиваются зерна с ориентировкой {110}(001).

Структуру поперечного сечения образцов после рекристаллизационного отжига исследовали в оптическом микроскопе "№орИо1;" после механической полировки и металлографического травления в 4% растворе азотной кислоты. Определяли средний размер зерна по сечению листа методом секущей. Погрешность в определении среднего размера зерна составляла 5%.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На рис. 2 приведены построенные кривые упрочнения при растяжении. Кривая 1 описывает упрочнение образца при скорости деформации ехх = 0.00015 с-1. Кривые упрочнения при больших скоростях деформации практически совпадают (кривая 2). Кривая 1 находится в согласии с кривой упрочнения для текстурованного поликристаллического образца Бе-3% 81, растягиваемого со скоростью деформации ехх = 6.67 х 10-5 с-1 [14]. Из рис. 2 видно, что при растяжении с малой скоростью деформации требуются меньшие усилия, чем при растяжении с большими скоростями.

Это понятно с точки зрения термодинамики: в первом случае процесс деформации близок к равновесному, а во втором - процессы деформации протекают неравновесно [15, 16]. Такое взаимное положение кривых упрочнения не противоречит известным экспериментальным данным [17-19] и свидетельствует о различии систем скольжения, действующих в этих случаях (во всех растянутых образцах двойников не обнаружено). Действительно, при растяжении образцов с малой скоростью деформации действующими системами скольжения являются системы скольжения с максимальным фактором Шмида, а при растяжении с большими скоростями деформации действующими системами скольжения должны быть также и системы скольжения с факторами Шмида меньшими максимального. Разные системы скольжения в этих случаях должны приводить к различным тек

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком