·76 工程科学学报，第38卷，第1期 部a晶粒的尺寸达到50μm甚至更大以后，将对柱状 (3)柱状晶的生长速率与退火温度之间并非呈单 晶的生长起钉扎作用，此时很难形成完整的柱状晶组 调的变化关系，而是在900℃时柱状晶的生长速率 织，如图8所示 最大. (4)只有柱状晶“晶核”和相邻心部的α晶粒之 间满足一定的尺寸约束条件，其后续的定向生长过程 才有可能继续进行 参考文献 Mao W M,Yang P.Material Science Principles on Electrical Steels.Beijing:Higher Education Press,2013 (毛卫民，杨平.电工钢的样品学原理.北京：高等教育出版 社，2013) 2] Tomida T.Tanaka T.Development of (100)texture in silicon 图8快速升温条件下930℃保温20min脱碳退火金相 steel sheets by removal of manganese and decarburization.IS// Fig.8 Microstructure of the steel decarburized at 930 C for 20 min t,1995,35(5):548 under rapid heating condition B] Tomida T.(100)-textured 3%silicon steel sheets by manganese removal and decarburization.J Appl Phys,1996,79(8):5443 随脱碳时间的增长，柱状晶的生长速率逐渐减小 4 Tomida T.A new process to develop (100)texture in silicon steel (式(5))，结合不等式(12)可知，R。的最大允许值 sheets.JMater Eng Perform,1996,5(3):316 (R,)则不断增大，这就是说连续生长的柱状晶对其 [5] Kovac F,Dzubinsky M,Sidor Y.Columnar grain growth in non- 界面前沿的α晶粒的尺寸约束条件在逐渐放宽，所以 riented electrical steels.J Magn Magn Mater,2004,269(3): 只要柱状晶前沿的α晶粒（虽然处于不断长大的状 333 态)尺寸小于(R),柱状晶便可以继续向心部生长： Marder A R.Factors affecting the final grain size of decarburized lamination steels.Metall Trans A,1986,17(8):1277 反之，当界面前沿α晶粒的尺寸大于(R,)(如图8 个 Ashbrook R W,Marder A R.The effect of initial carbide morphol- 所示)时，柱状晶便停止生长，但脱碳过程（即反应扩 ogy on abnormal grain growth in decarburized low carbon steel. 散)仍会继续进行.因此综合不等式(11)和(12)，可 Metall Trans A,1985,16(5):897 以分析图2()中P晶粒（即夹在两柱状晶之间的晶 8] Sidor Y,Kovac F,Kvackaj T.Grain growth phenomena and heat 粒)能否继续向心部定向生长的问题.显然，P晶粒只 transport in non-oriented electrical steels.Acta Mater,2007,55 有同时满足式(11)和式(12)所给定的约束条件时，才 (5):1711 有可能继续生长（如图2(a)中R晶粒），否则在后续 9]Huang J H.Diffusion in Metals and Alloys.Beijing:Metallurgica Industry Press,1996 的生长过程中或者保留下来，或者被两侧的柱状晶吞 (黄继华.金属及合金中的扩散.北京：治金工业出版社， 噬而消失. 1996) [10]Mao W M.Zhao X B.Recrystallization and Grain Growcth in Met- 3结论 als.Beijing:Metallurgical Industry Press,1994 (1)两相区脱碳退火柱状晶的形成过程分两个阶 (毛卫民，赵新兵.金属的再结晶与晶粒长大.北京：治金工 段：柱状晶的“形核”阶段和定向生长阶段 业出版社，1994) 11]He ZZ,Zhao Y,Luo H W.Electrical Steels.Beijing:Metallur- (2)柱状晶的生长过程本质上是由反应扩散和再 gical Industry Press,2012 结晶长大共同引起的界面迁移过程，且由反应扩散过 (何忠治，赵宇，罗海文.电工钢.北京：治金工业出版社， 程控制，在动力学上符合抛物线规律. 2012)工程科学学报，第 38 卷，第 1 期 部 α 晶粒的尺寸达到 50 μm 甚至更大以后，将对柱状 晶的生长起钉扎作用，此时很难形成完整的柱状晶组 织，如图 8 所示． 图 8 快速升温条件下 930 ℃保温 20 min 脱碳退火金相 Fig． 8 Microstructure of the steel decarburized at 930 ℃ for 20 min under rapid heating condition 随脱碳时间的增长，柱状晶的生长速率逐渐减小 ( 式( 5) ) ，结合 不 等 式( 12 ) 可 知，Ｒ0 的最 大 允 许 值 ( Ｒ0 ) max则不断增大，这就是说连续生长的柱状晶对其 界面前沿的 α 晶粒的尺寸约束条件在逐渐放宽，所以 只要柱状晶前沿的 α 晶粒( 虽然处于不断长大的状 态) 尺寸小于( Ｒ0 ) max，柱状晶便可以继续向心部生长; 反之，当界面前沿 α 晶粒的尺寸大于( Ｒ0 ) max ( 如图 8 所示) 时，柱状晶便停止生长，但脱碳过程( 即反应扩 散) 仍会继续进行． 因此综合不等式( 11) 和( 12) ，可 以分析图 2( a) 中 P 晶粒( 即夹在两柱状晶之间的晶 粒) 能否继续向心部定向生长的问题． 显然，P 晶粒只 有同时满足式( 11) 和式( 12) 所给定的约束条件时，才 有可能继续生长( 如图 2( a) 中 Ｒ 晶粒) ，否则在后续 的生长过程中或者保留下来，或者被两侧的柱状晶吞 噬而消失． 3 结论 ( 1) 两相区脱碳退火柱状晶的形成过程分两个阶 段: 柱状晶的“形核”阶段和定向生长阶段． ( 2) 柱状晶的生长过程本质上是由反应扩散和再 结晶长大共同引起的界面迁移过程，且由反应扩散过 程控制，在动力学上符合抛物线规律． ( 3) 柱状晶的生长速率与退火温度之间并非呈单 调的变化 关 系，而 是 在 900 ℃ 时 柱 状 晶 的 生 长 速 率 最大． ( 4) 只有柱状晶“晶核”和相邻心部的 α 晶粒之 间满足一定的尺寸约束条件，其后续的定向生长过程 才有可能继续进行． 参 考 文 献 ［1］ Mao W M，Yang P． Material Science Principles on Electrical Steels． Beijing: Higher Education Press，2013 ( 毛卫民，杨平． 电工钢的样品学原理． 北京: 高等教育出版 社，2013) ［2］ Tomida T，Tanaka T． Development of ( 100 ) texture in silicon steel sheets by removal of manganese and decarburization． ISIJ Int，1995，35( 5) : 548 ［3］ Tomida T． ( 100) -textured 3% silicon steel sheets by manganese removal and decarburization． J Appl Phys，1996，79( 8) : 5443 ［4］ Tomida T． A new process to develop ( 100) texture in silicon steel sheets． J Mater Eng Perform，1996，5( 3) : 316 ［5］ Kovac F，Dzubinsky M，Sidor Y． Columnar grain growth in non-o￾riented electrical steels． J Magn Magn Mater，2004，269 ( 3 ) : 333 ［6］ Marder A Ｒ． Factors affecting the final grain size of decarburized lamination steels． Metall Trans A，1986，17( 8) : 1277 ［7］ Ashbrook Ｒ W，Marder A Ｒ． The effect of initial carbide morphol￾ogy on abnormal grain growth in decarburized low carbon steel． Metall Trans A，1985，16( 5) : 897 ［8］ Sidor Y，Kovac F，Kvackaj T． Grain growth phenomena and heat transport in non-oriented electrical steels． Acta Mater，2007，55 ( 5) : 1711 ［9］ Huang J H． Diffusion in Metals and Alloys． Beijing: Metallurgical Industry Press，1996 ( 黄继华． 金属及合金中的扩散． 北 京: 冶金工业出版社， 1996) ［10］ Mao W M，Zhao X B． Ｒecrystallization and Grain Growth in Met￾als． Beijing: Metallurgical Industry Press，1994 ( 毛卫民，赵新兵． 金属的再结晶与晶粒长大． 北京: 冶金工 业出版社，1994) ［11］ He Z Z，Zhao Y，Luo H W． Electrical Steels． Beijing: Metallur￾gical Industry Press，2012 ( 何忠治，赵宇，罗海文． 电工钢． 北京: 冶金工业出版社， 2012) · 67 ·