1、前言
近终成形技术是金属材料成形的一项前沿技术，是集金属合成、精炼、凝固、成形于一道工序的一次成形技术，它实现了减少工序，缩短生产周期。它打破了传统带钢生产工艺模式，直接将钢水浇铸成薄带钢，实现铸轧一体化，使钢铁生产流程更紧凑、连续、高效、环保。
目前世界范围内，大批量生产的硅钢片中硅含量大都控制在4%以内，并且是以传统方式进行，工序长，工艺复杂。当硅钢片中硅含量达到6.5%时，磁致伸缩系数趋于零，所以，6.5%Si高硅钢片是制作高频率、低噪音、低铁损的理想铁心材料，但是，由于硅含量的提高，硅钢片的脆性增大，这给材料的进一步加工带来了诸多困难，也就使6.5%Si高硅钢的发展受到了制约。本文针对近终成形中的急冷制带法和薄带铸轧法制备硅钢片的进展情况作一阐述。
2、急冷制带法制备6.5%Si高硅钢薄带
N. Tsuya和K.T. Aral利用急冷工艺生产出0.03-0.1mm的6.5%Si高硅钢薄带，极其细小的晶粒组织引起了人们的极大关注。后来者对运用该工艺来制备6.5%Si高硅钢、Sendust合金以及Fe3Si等各种Fe3Si基合金进行了大量的研究。
荒井贤一等首先提出，采用双辊法快淬法制成0.06mm厚的6.5%Si-Fe微晶带，1100℃真空退火后，通过二次再结晶获得强的{100}<ovw>织构，平均晶粒直径为5mm，P1.3/50=0.34-0.38W/kg，比0.3mm厚的Z6H取向硅钢P1.3/50约低35%，比非晶合金P1.3/50约高一倍，ρ=90μΩ·cm，Hc=2.5A/m，B800=1.6-1.7T。
6.5%Si-Fe快淬带不易冷轧，采用4.5%Si-Fe快淬带经冷轧和退火，通过二次再结晶获得磁性更高的(100)[001]织构材料，其[001]平均偏离角为1.5°，0.28mm厚带冷轧到0.08mm厚和1150℃真空退火后，沿轧向加39MPa拉力时的磁性见表1-1。可看出P12.5/50与非晶合金相近，P1.7/50比Z6H约低50%，B800远高于非晶合金，并略低于Z6H。
表1-1：3种材料的电磁性能对比
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材料
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厚度（mm）
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电阻率（μΩ·cm）
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P12.5/50（W·kg-1）
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P1.5/50（W·kg-1）
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P1.7/50（W·kg-1）
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Hc（A·m-1）
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B8（T）
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取向硅钢Z6H
（3%Si-Fe）
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0.30
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45
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0.56
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0.76
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1.04
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5.6
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1.90
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快淬高硅钢带
（4.5%Si-Fe）
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约0.08
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62
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0.23
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0.36
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0.56
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2.2
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1.86
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非晶带
（Fe-B-Si）
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0.04
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120
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0.15~0.3
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0.8~2.4
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1.50
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JFE提出，快淬成0.12-0.15mm厚的6.5%Si-Fe微晶带，350℃温轧到0.1mm厚，涂Al2O3+MgO+TiO2隔离剂，成卷经1150℃X5h真空退火，通过三次再结晶形成4-8mm晶粒尺寸的(100)[001]织构，P12.5/50=0.33W/kg。表面再经酸洗、磨光和等离子喷涂0.5μm厚TiN等应力薄膜，P12.5/50=0.20~0.25W/kg，与非晶合金相近。
住友金属公司提出，快淬成1-2mm厚度（以MnS和(或)AlN作为抑制剂），经大于60%压下率冷轧和1150-1200℃X5h退火，通过二次再结晶形成强的(110)[001]织构。0.4mm厚6.35%Si-Fe板的P1.0/50=0.2W/kg，P1.5/50=0.41W/kg，P1.7=0.65W/kg，比0.23mm厚激光照射的3%Si钢Z5H铁损更低。
新日铁提出，快淬成0.25-0.55mm厚的6.5%Si-Fe板，酸洗后经10%-30%冷轧和1050℃X30s退火，由于柱状晶未完全破坏，形成强的{100}<UVW>织构。环状样品测定0.5mm厚板P1.0/50=0.5W/kg，0.2mm厚板P1.0/50=0.36W/g，B5000=1.55T。
应用单辊快凝方法制备出Fe-6.5%Si微晶极薄带，厚40-60μm，宽10-25mm，磁致伸缩接近零和电阻率达82μΩ·cm，并对其组织和磁性也进行了研究和分析。实验结果表明，铸态薄带表面光亮、平整并具有良好的冷轧延展性。
铸态极薄带组织为微晶纳米晶，电阻率高达94.8μΩ·cm，微晶试样磁场饱和强度太低，难以被磁化。
铸态极薄带经1020-1070℃真空（真空度8×10-4Pa）退火1h，极薄带组织发生再结晶和异常晶粒长大，并出现(100)[ocw]面织构。退火后的极薄带在400-3000Hz内展示出比通常Fe-3%Si薄带更优秀的软磁性能，如表1-2所示。
表1-2：快凝Fe-6.5%Si与通常硅钢片磁性对比
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牌号
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厚度（μm）
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铁损，W/kg
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磁感，T
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矫顽力
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P1.0/50
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P1.0/400
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P1.0/1000
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B40
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B100
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A/cm
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Fe-6.5%Si
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40~60
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0.5~0.75
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6.7
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18.6
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0.95
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1.3
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0.185
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ZT50
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50
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7.4
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19.5~24
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0.97
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0.3
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HTH1150
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150
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11.2
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40
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0.27
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1.5
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0.2
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试验表明，采用通常的单辊快凝装置喷制Fe-6.5%Si合金形成薄带是很困难的，原因是这种合金的熔点很高，液相线为1450℃左右，把如此高温钢水急快地冷却，单辊装置的冷却能力和冷却速度都显得很不够，结果制得的薄带经常严重氧化，甚至碎裂，表面质量极差。
影响Fe-6.5%Si合金快凝成带性能的工艺因素主要有冷却辊表面的材质、冷却辊转速，喷制时钢水的温度、喷嘴狭缝的宽度和喷嘴与冷却辊表面的距离。一般说来，钢水与不同材质的冷却辊表面有不同的浸润性，喷得的薄带贴辊的效果也就不一样，与铜质表面相比，Fe-6.5%Si钢水对不锈钢表面有更好的浸润性，贴辊效果也较好。但是铜的导热性比不锈钢优良，从冷却快的角度看铜质表面的冷却辊是有利的。冷却辊转速和喷嘴狭缝的宽度都直接影响最后薄带的厚度，转速高，宽度大，制得的薄带就薄，容易快冷下来，薄带表面不易氧化，否则相反。喷制对钢水的温度是一个关键又难控制的因素，温度过高，冷却不易，薄带易氧化；温度过低，钢水粘度大，成带不好，实验发现与冷却辊的转速、喷嘴狭缝宽度相配合，钢水温度控制在1550-1570℃很窄的范围。喷嘴与冷却辊表面间的距离是影响簿带表面缺陷的关键因素，一般控制得越小越好，间隙小，薄带贴辊面的点状或条带状孔坑就少，表面平整光滑。
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