1、高磁感取向硅钢生产工艺研发进展
1.1、采用薄板坯连铸连轧工艺生产Hi-B钢
薄板坯连铸连轧（TSCR）是20世纪80年代末在钢铁制造领域成功开发并在近年来得到快速发展的一项新技术，是连续、紧凑、高效的板带材生产工艺流程之一。与传统厚板坯连铸–热轧工艺相比，采用薄板坯连铸连轧工艺生产Hi-B钢，在节能降耗、提高生产效率与提升产品质量等方面都具有众多优势。薄板坯在1100~1200℃温度下经短时间（小于1h）加热后即可确保铸坯心部至表层温度的均匀，能够避免或减弱传统板坯工艺流程高温加热所带来的问题。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；热轧带卷厚度还可小于1.2mm，采用一次冷轧法，即可生产小于等于0.23mm厚度的超薄Hi-B钢产品。由于薄板坯凝固速度快，其原始的铸态组织与厚板坯相比更加细小均匀，同时其元素偏析程度要轻微许多，有助于AlN、MnS等析出物尺寸的减小以及分布均匀。薄板坯经短时低温加热后，组织不易粗化，易得到有利的初次晶粒尺寸，也有利于控制析出物的粗化与长大。此外，薄板坯流程采用约900℃高温渗氮处理，以直接形成部分所需的AlN抑制剂，所获得的抑制剂种类更为有利，因此抑制剂的抑制能力可能更强，成品的磁性能更优良。
至今，国外仅意大利AST公司（现已被德国Thyssen钢铁公司收购）曾采用CSP工艺开展过高磁感取向硅钢的生产，并已在此研究领域申请了相关专利。其采用“固有抑制剂法”结合“获得抑制剂法”的抑制剂设计思路，固有抑制剂中以AlN为主抑制剂，Cu2S为辅助抑制剂。薄板坯加热温度1150~1300℃，热轧板经两段式常化、一次冷轧、脱碳退火后进行约900℃高温气态渗氮，生产的Hi-B钢成品磁感可达1.94T，铁损为0.85~1.10W/kg。德国Thyssen也采用相同的抑制剂设计思路与工艺流程，薄板坯加热温度为1150℃，热轧时控制各道次压下率与终轧温度，成品磁感值B8不经渗氮处理可达1.89T，经渗氮处理后增至1.93T。
中国钢铁研究总院连铸中心率先在该方面进行了大量的研究工作。通过在实验室模拟薄板坯连铸连轧工艺流程，薄板坯加热温度1150~1180℃，采用“固有抑制剂法”成功试制了CGO和Hi-B钢，成品磁性能分别达到27Q140、30Q130、27Q120与30QG130的水平。采用“固有抑制剂法”结合固态渗氮方式的“获得抑制剂法”，也成功试制了Hi-B钢，成品磁性能达到30QG120的水平。通过“十一五”国家科技支撑项目“薄板坯连铸连轧生产取向电工钢新技术研究”（编号：2006BAE03A14），武钢与连铸中心进行合作研发，采用CSP工艺成功进行了取向硅钢的试生产，成品磁性能达到30Q130和27Q140的水平，课题已通过科技部验收。目前，实验室模拟薄板坯连铸连轧工艺结合气态渗氮方式的“获得抑制剂法”已成功试制了Hi-B钢，成品磁性能达到30QG110和30QG100的水平。
1.2、采用双辊薄带连铸工艺生产Hi-B钢
双辊薄带连铸工艺是比薄板坯连铸连轧更为高效的板带材生产新工艺。它是以2个相反方向旋转的浇铸辊为结晶器，钢液在2辊间快速凝固，同时承受一定的塑性变形，直接生产出厚度小于5mm的薄带钢，可完全省去热轧工序，大大缩短工艺流程。同时，这种快速凝固和塑性变形的双重作用，有利于取向硅钢的生产。取向硅钢被认为是双辊薄带连铸工艺中最具有发展前途的钢种之一。许多国家都竞相开展了这方面的研究，其中具有代表性的是日本新日铁、意大利特尔尼和美国阿姆柯公司等。目前，中国宝钢、钢铁研究总院、东北大学等也正在进行双辊薄带连铸生产取向硅钢的研究。
经过多年的研究，目前已取得一定的进展，如通过调整化学成分并在线进行热机械处理以获得更高的韧性和冷加工性，通过控制冷却速率、在线形变和常化处理来获得有效抑制剂，并通过高温渗氮处理增强抑制作用等。意大利特尔尼公司在中试试验中，采用上述相关处理方法，成品获得了良好的冷加工性和磁性能，磁感可达1.95T。
2、高磁感取向硅钢生产技术与工艺的发展趋势及方向
采用传统厚板坯流程，为实现板坯低温加热技术来生产Hi-B钢，目前主要呈现出如下发展趋势：1）采用“固有抑制剂法”生产Hi-B钢时，必须改变抑制剂的组成来保证低温加热条件下抑制剂的抑制效果。通过调整冶炼时抑制剂的组成成分，采用AlN、Cu2S等取代MnS作主抑制剂，因为AlN与Cu2S的固溶温度低于MnS，这有利于降低板坯均热温度；或同时向钢中添加微量单元素溶质抑制剂，如Sn、Sb、Bi等来改变抑制剂类型，并加强抑制能力。
2）若抑制正常晶粒长大的固有抑制剂数量不足时，必须在最终高温退火阶段二次再结晶开始之前对钢板进行渗氮处理，来弥补板坯低温加热所带来的抑制剂数量上的不足。采用渗氮处理来获得钢中所需的抑制剂，由于不要求钢中固有抑制剂完全固溶，不仅可以大幅降低板坯的均热温度，还能克服冶炼时钢中铝、氮含量的波动，以稳定生产磁性能优异的Hi-B钢。
3）在脱碳退火后采用NH3进行渗氮处理已成为“获得抑制剂法”的主要方式。通过控制渗氮炉内的气氛条件，合理选择渗氮时间与渗氮温度，使得氮能在短时间内快速渗入钢带，并得到所需合适的渗氮量与氮化物的种类、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。
4）采用NH3进行渗氮处理时，渗氮温度目前有提高的趋势，约为800~900℃。高温渗氮可以提高氮渗入和扩散进入钢片的速率，从而使氮更好地扩散至钢带内部，影响渗氮过程中氮化物析出的种类与分布，并可能对最终钢中抑制剂的存在形式带来差别，即形成更希望的AlN抑制剂，而非低温渗氮处理后以（Al，Si）N为主的最终抑制剂。但采用高温渗氮需保证初次再结晶晶粒的尺寸能处于合适范围，即高温渗氮过程中晶粒不易长大。
薄板坯连铸连轧、双辊薄带连铸等短流程与传统厚板坯流程生产Hi-B钢的差异性主要体现在流程工序与流程热履历等方面。采用短流程工艺生产Hi-B钢，从节能降耗、提高生产效率、提升产品质量（尤其是成品磁感值）等方面都拥有流程内在的优势，将成为Hi-B钢生产工艺的主要发展趋势。
目前，中国采用薄板坯连铸连轧工艺生产取向硅钢处于正在发展阶段，并取得了一定的进展，但在生产工艺参数的优化、产品磁性能的提升与稳定、品种规格的扩大等方面的研究仍需要进一步加强。而实现双辊薄带连铸工艺生产取向硅钢的工业化目前仍有较大距离。除满足产品的磁性能外，要使其外形、厚度公差、表面缺陷、组织均匀性等均达到传统产品水平，今后仍需要进行大量的研究与开发工作。
3、结语
采用低温板坯加热技术制造高磁感取向硅钢目前已成为世界各大取向硅钢生产厂关注的热点技术。其中“获得抑制剂法”低温板坯加热技术是当前研究最多的一种技术，日本新日铁、韩国浦项与中国宝钢已将此技术引入高磁感取向硅钢的工业生产中。随着研究的不断深入，此技术必将在高磁感取向硅钢的生产中得到广泛应用。采用薄板坯连铸连轧、双辊薄带连铸等短流程工艺生产高磁感取向硅钢由于具有较为独特的优势，目前也已成为研究的焦点。经过不断探索与完善后，其工业化的应用将会对高磁感取向硅钢的生产与发展起到革命性的推动作用。
收稿时间：2012年10月
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