Fe-6.5wt.%Si合金(又称高硅电工钢)具有高磁导率、高电阻率、低铁损和几乎为零的磁致伸缩系数等优异的软磁性能,对于提高电器效率、节约能源以及降低设备噪音等具有重要意义。但是该合金中有序结构(B2和D03)的出现,导致其室温脆性和低的加工性能,严重制约了其在工业上的应用。本课题组已经通过逐步增塑法(铸造-锻造-热轧-温轧-冷轧)在实验室成功制备出0.05 mm厚的冷轧薄板。然而,由实验室水平进入中试应用(铸锭尺寸的放大和连续化轧制)的相关工艺探索和研究工作报道的较少,同时也缺乏对Fe-6.5wt.%Si合金变形机制的系统研究。基于逐步增塑法(铸造-锻造-热轧-温轧-冷轧)的工艺和理论研究,本文系统研究了 Fe-6.5wt.%Si合金在连续轧制工艺开发和优化过程中(包括大尺寸铸锭的铸造、免锻造直接热轧、带张力温轧、带张力冷轧和热处理等)的科学问题,并利用此理论指导工艺和生产实际。主要的研究结果如下:(1)优化了大尺寸铸锭的铸造工艺,制备了加工性良好的大尺寸铸锭。在缓慢冷却的炉冷条件下,得到了细小均匀、高等轴晶率的铸态组织,但是有序结构充分生成;在空冷条件下,获得了等轴晶比例低的粗晶组织,但是有序相(尤其是D03)的形成受到抑制。在炉冷条件下,均匀的等轴晶和高的有序度对合金加工性的影响是相互矛盾的。通过对比两种样品的加工性能,发现炉冷试样的中温加工性能和高温加工性能均优于空冷试样。这说明大尺寸铸锭的制备要优先考虑晶粒形貌和残余热应力,浇注后缓慢冷却有利于获得具有良好加工性能的大型铸锭。(2)实现了大尺寸铸锭的免锻直轧,研究了大尺寸等轴晶铸锭在直接热轧过程中的组织和织构演变,分析了具有分层结构的热轧板的力学性能,在热轧板及中心部分的拉伸变形过程中,发现锯齿流变行为,揭示了锯齿流变行为产生的原因。大尺寸等轴晶铸锭在热轧的过程中,中心部分组织逐渐向旋转立方织构{001}<110>转变;过渡层主要是高斯织构{110}<001>;最表层由于受到较大的剪切变形发生动态再结晶,表层主要为高斯织构{011}<100>,铜型织构{112}<111>和黄铜织构{011}<211>。整体产生锯齿流变行为主要是热轧板的中心部分拉长晶粒的贡献。热轧板锯齿流变行为是由溶质与可动位错的相互作用引起的。(3)明确了高硅钢在中温变形过程中的加工软化机理,得到了高硅钢合适的中温变形温度(500-600℃),并开发了连续带张力温轧工艺。随着变形温度的升高,有序相对压缩过程中流变应力的影响逐渐减弱。加工软化行为是动态回复和形变诱导无序的共同作用。考虑到合金的微观组织、有序相的破坏程度、变形后的位错形貌以及压缩过程中的流变应力,提高Fe-6.5wt.%Si合金加工性的最佳变形温度范围为500-600℃。优化了焊接工艺,采用双面焊接,结合焊前预热,焊后保温,缓慢冷却的方法,可以大幅度提高焊接质量和成材率。同时开发并优化了连续带张力温轧工艺,成功制备了 15 kg的连续温轧钢卷,为高硅钢温轧中试奠定了基础。(4)发现了低温(300℃及以下)压缩的软化区间,优化了现有的冷轧工艺,开发了连续带张力冷轧工艺。在变形第一阶段(变形量0%-22%),流变应力迅速增加,有序相已经基本破坏;在变形第二阶段(变形量为22%-43%),存在一个加工软化区间;在变形第三阶段(变形量大于43%),加工硬化进一步加重。引起加工软化的主要原因是形变诱导无序和一种软化的位错结构。利用此理论,优化了冷轧工艺,减少了冷轧边裂,实现了0.2mm厚钢带的带张力冷轧和卷取。(5)分析了有序度、取向、晶粒尺寸、时效(去应力退火)、变形温度和变形速度对高硅钢形变孪生的影响,揭示了形变孪生形成机制,优化了高硅钢热处理工艺。Fe-6.5wt.%Si合金形变孪生特性的研究结果表明:Fe-6.5wt.%Si合金在低有序度和相对较大的晶粒尺寸下可发生形变孪生。沿拉伸方向,具有<001>取向晶粒的孪生Schmid因子值较大,进而促进形变孪生发生。高应变速率和低变形温度可以进一步通过位错塞积和高的加工硬化率来促进孪晶形成。时效去应力退火对形变孪生的影响,本质上主要是有序度对形变孪生的影响,500℃时效和400℃-20 h时效完全抑制了形变孪晶的发生。通过有序度和残余应力的调控优化,得到了相对合适的去应力退火工艺(400℃-10 h),提高了淬火样品的塑性。根据以上的研究结果和认识,本研究工作初步探索了由实验室水平进入中试应用的连续轧制工艺,系统揭示了 Fe-6.5wt.%Si合金的变形机制,为高硅钢的形变机理研究和中试应用提供了理论依据和工艺指导。