1、薄板坯连铸连轧流程生产取向电工钢的技术分析
1.1、薄板坯连铸连轧流程生产取向电工钢的技术优势
薄板坯连铸连轧流程与传统流程生产取向电工钢的工序及热履历的差异分别如表1和图1所示。与传统板坯流程（高温、低温）相比较，薄板坯连铸连轧工艺生产取向电工钢的技术优势表现如下：
1）铸坯加热温度低、时间短。与传统板坯流程相比，薄板坯流程的铸坯厚度（<100mm）远小于传统连铸坯厚度（200~300mm），薄板坯表面温度>950℃人均热炉，在1100~1200℃温度下经短时间（<1h）加热后即可确保铸坯心部至表层温度的均匀。薄板坯低温短时的加热可避免或减弱传统板坯流程高温加热（1300~1400℃）所带来的问题，如高温加热易导致铸坯晶粒粗大，在加热或轧制过程中出现热裂纹，同时热轧板边裂明显造成切边量大，使得产品的质量、产量和成材率降低等等。
2）热轧带卷厚度可<1.2mm，采用一次冷轧法，即可生产≤0.23mm厚度的超薄取向硅钢产品。同时薄板坯热轧过程无需粗轧，铸坯可直接轧制成2.0~2.5mm厚度的热轧带卷。此外，在控制热轧板型方面，TSCR工艺的带钢厚度和热凸度控制精度较传统工艺高一倍以上，这对于生产对一次冷轧大压下率的高磁感取向硅钢也会十分有利。与传统板坯流程相比，TSCR流程生产取向硅钢流程大大缩短，生产效率将得到极大提高，生产成本也会大大降低。
3）铸态组织细小均匀，有利于组织的控制。由于薄板坯（约50mm厚）在结晶器内的凝固速度与高温时（1400℃以上）的冷却速率分布比传统厚板坯（约210mm厚）约高1个数量级，其原始的铸态组织与厚板坯相比更加细小均匀；等轴晶尺寸一般小于1.5mm，因此可以省略电磁搅拌工序。铸坯经短时低温加热，组织也不易粗化；同时铸坯晶粒小，成品不易出现线晶，因此更易得到有利的初次晶粒尺寸，同时可以提高成材率，降低生产成本。
4）第二相析出物细小，有利于抑制剂的控制。由于薄板坯凝固速度快，其质地更加均匀，宏观偏析和中心疏松较小，各向异性不明显，使得薄板坯的元素偏析较厚坯的偏析要轻微许多（薄板坯在铸坯中部的偏析程度只有厚坯的20%），有助于AlN从MnS等析出物尺寸的减小以及分布均匀。有研究结果表明采用CSP流程生产取向硅钢的铸坯中第二相析出物细小弥散，其平均尺寸不大于60nm。同时，由于薄板坯均热温度较低且时间短，有利于控制析出物的粗化与长大，保持大量的析出物仍能细小弥散地分布于薄板坯中。
5）获得的抑制剂种类更为有利，抑制剂的抑制能力可能更高。采用低温板坯加热工艺（1150~1300℃）生产Hi-B钢时，由于抑制剂不能充分固溶，为了增强抑制剂的抑制能力，一般在高温退火前采用约750℃低温渗氮处理，而薄板坯流程采用约900℃高温渗氮处理。高温渗氮处理不仅可以提高氮渗人和扩散进人钢片的速率，以直接形成部分所需的AIN抑制剂，而非低温渗氮处理后以（Al，Si）N为主的最终抑制剂。因此抑制剂的抑制作用效果与低温板坯流程相比可能更强，成品的磁性能更优良。
表1：薄板坯连铸连轧流程与传统板坯流程生产取向电工钢的工序比较
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温度区间
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传统板坯流程
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薄板坯连铸连轧流程
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热区
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冶炼
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冶炼
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炉外精炼
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炉外精炼
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连铸200~250mm
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薄板坯连铸＜100mm
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再加热1150~1400℃×（1~3h）
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均热1100~1200℃×（＜1h）
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粗轧10~80mm
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热轧2.0~2.5mm，可＜1.2mm
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精轧2.0~3.0mm
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（常化）
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（常化）
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冷区
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（一次冷轧）
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（一次冷轧）
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（中间退火）
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（中间退火）
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冷轧0.23~0.35mm
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冷轧0.23~0.35mm
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脱碳退火（渗氮，约750℃）
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脱碳退火（渗氮，约900℃）
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涂隔离剂
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涂隔离剂
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高温退火
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高温退火
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涂绝缘膜
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涂绝缘膜
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热平整
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热平整
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（细化磁畴）
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（细化磁畴）
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图1：传统板坯流程与TSCR流程生产取向电工钢热区热履历的比较
1.2、薄板坯连铸连轧流程生产取向电工钢的技术难点
为了实现薄板坯连铸连轧流程生产取向电工钢，必须解决的主要技术难点是保证抑制剂的析出数量、分布与尺寸来满足抑制剂的要求，即保证在高温退火升温过程中有足够数量细小弥散的抑制剂抑制初次晶粒的长大。
由于薄板坯连铸连轧流程中加热炉温度仅1150~1200℃，采用传统抑制剂方案及其控制已不适用于薄板坯连铸连轧流程。因此，采用“TSCR+固有抑制剂法”生产取向电工钢研究的核心在于适应薄板坯流程抑制剂方案的制定，必须结合TSCR流程与取向硅钢组织、织构特点，进行抑制剂的热力学、动力学分析，保证低温加热条件下抑制剂的抑制效果。采用“TSCR+获得抑制剂法”生产取向电工钢研究的核心不仅包括渗氮处理前固有抑制剂方案的制定，而且更为重要的是气态渗氮工艺的制定，包括脱碳退火与气态渗氮工序的组合顺序，渗氮温度的高低等，使得氮能在短时间内快速渗入钢带，得到所需合适的渗氮量与氮化物析出相的种类、尺寸及分布，并在高温退火升温阶段转化得到合适的种类、数量、尺寸及分布的有效氮化物抑制剂（AlN或（Si，Al）N）来满足抑制剂的要求。同时，在脱碳退火、气态渗氮与高温退火工序中满足合适的初次再结晶尺寸与晶粒均匀性、合适的渗氮量与有效氮化物抑制剂的体积分数以及合适的二次再结晶尺寸三者的统一来保证成品磁性能的优良与稳定。
2、薄板坯连铸连轧流程生产无取向电工钢的技术分析
2.1、薄板坯连铸连轧流程生产无取向电工钢的技术优势
薄板坯连铸连轧流程生产无取向电工钢优势在于以下几点：
1）较好的铸态组织。相比传统厚板坯（210~250mm），高温时采用快速冷却工艺的薄板坯（如50mm厚）其凝固时间仅为传统厚板坯的1/15~1/10。组织均匀细小，改善了成分的波动，从而减少了溶质原子的偏析。对于电工钢生产来说，薄板坯连铸连轧流程可减少连铸坯出现内裂纹；降低元素偏析程度有利于改善铁损和磁时效性。细小柱状晶本身属于（100）[001]即对磁性能有利的立方织构，未被完全破碎遗传至成品，使最终产品磁感应强度较传统产品更高。此外，可采用液芯压下技术，细化晶粒，有利于改善中心偏析和疏松。
2）准确的温度控制。无取向电工钢的生产要求板坯加热温度不能过高，以防止第二相粒子重新固溶并在热轧及后工序热处理过程中再次细小弥散析出，阻碍晶粒长大，恶化成品铁损；然而，又要求终轧温度相对较高，有利于第二相粒子的粗化团聚，促进晶粒的长大，改善铁损。因此，板坯加热温度一般控制在1150℃左右，而终轧温度控制在850~950℃。这对看似矛盾的生产控制原则在传统厚板坯工艺流程中因精轧前粗轧环节带来的大幅温降的影响而难以实现，薄板坯连铸连轧流程在此方面有着天然的优势，并且由于省去了粗轧环节，终轧温度精度也可得到更好的控制，带钢磁性更加均匀。
3）良好的成品板型。电工钢市场尤其是无取向电工钢领域竞争日益激烈，合格的磁性能已无法满足用户的需求，成品的板型及表面质量已成为产品竞争的重要因素。薄板坯连铸连轧流程由于带坯断面温度均匀，纵向温度波动小，热轧板板型和尺寸控制精度更高，热轧原料尺寸质量的提升，为冷轧生产提供优异条件，提升冷轧后产品质量（同板差），最终成品叠片系数提高，更好满足下游用户的需求，提高市场竞争力。
4）能耗低，成材率高。薄板坯连铸连轧流程板坯均直接热装，采用辊底式加热炉均热，有效减少板坯中间冷却和再加热过程浪费的能耗，对任何钢种的生产成本的降低都是有利的。此外，相比传统流程长时间的加热过程导致的氧化烧损严重，薄板坯流程烧损小，同时也降低了轧制中的边裂，减少了切边量，提高了成材率。
2.2、薄板坯连铸连轧流程生产无取向电工钢的技术难点
尽管薄板坯连铸连轧流程有着以上优点，但在国内采用该工艺流程生产无取向电工钢的时间仅有不到十年，仍有不少技术难关尚未攻克，存在可能影响无取向电工钢质量的潜在问题如下：
1）铸坯浇注质量。铸坯易产生边裂；浇注过程辊缝收缩程度大，使铸坯受到夹持力，内部质量不佳。
2）带钢表面氧化铁皮较重。相对比传统工艺，薄板坯流程表面氧化铁皮更难去除，除鳞水压力高达40MPa。对硅含量较高的无取向硅钢，氧化铁皮较其他钢种更难去除。意大利AST公司和中国马钢在生产中均遇到过氧化铁皮严重难以酸洗的问题。
3）瓦楞状缺陷。尽管薄板坯工艺能改善铸态组织，提高等轴晶比例，但总体晶粒细小。尤其是在低碳（<50ppm）、硅较高（≥1.7%）的牌号（约50W470及以上牌号）的无取向硅钢薄板坯连铸过程无电磁搅拌，柱状晶比例高，热轧过程中无相变，细小柱状晶难于被破碎，产生纤维状组织，遗传至后工序乃至成品表面产生几微米宽的瓦楞状缺陷。这也扩大薄板坯连铸连轧流程生产无取向电工钢产品结构过程中巫待解决的一个关键问题。
4）夹杂物尺寸。从目前薄板坯连铸连轧生产的实践经验来看，此流程由于夹杂物含量较高和热轧板中第二相析出物尺寸相比传统流程略小仁川，与无取向电工钢工艺控制过程中希望热轧板中杂质元素尽可能以粗大第二相的形式存在的原则相悖，因此在生产更高级的无取向电工钢（如高牌号及薄规格）将有更大的难度。
收稿时间：2012年
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