硅钢占磁性材料用量的90%以上，其中取向硅钢组织以高度趋于(110)[001]位向，即高斯方向的晶粒为主要特征，是唯一经过二次再结晶得到的钢铁制品，其生产工艺复杂、制造技术严格。
1、取向硅钢的分类和生产工艺技术对比
取向硅钢按{110}<001>取向度和磁性的不同分为两大类，即普通取向硅钢（CGO）和髙磁感取向硅钢（Hi-B）。由于Hi-B钢的易磁化轴在轧制方向上的取向度比CGO钢高，而且Hi-B钢铁损和磁致伸缩λS值比CGO钢明显降低，且应力敏感性更小，故其铁损比CGO钢至少降低15%，相当于提高3~4个牌号，两者在性能上的差异见表1。
表1：CGO和Hi-B钢的性能比较
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硅钢
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BS
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[001]平均偏析角/°
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[001]偏离角＜10°所占的比例/%
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二次晶粒直径/mm
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晶粒取向度/%
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CGO
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1.82~1.85
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约7
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75
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3~5
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85~90
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Hi-B
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1.92~1.95
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约3
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100
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10~20
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95
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取向硅钢按制造工艺特点和铸坯加热温度的不同可分为高温加热法（1380℃以上）和低温加热法（1280℃以下）。目前，世界上主要的取向硅钢生产工艺有4种，分别是高温加热两次冷轧法、高温加热一次冷轧法、低温加热两次冷轧法、低温加热一次冷轧法（表2）。
表2：4种主要取向硅钢生产工艺技术
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工艺流程和特点
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高温加热两次冷轧法
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高温加热一次冷轧法
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低温加热两次冷轧法
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低温加热一次冷轧法
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流程
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转炉-RH-连铸
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转炉-RH-连铸
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转炉-RH-连铸
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转炉-RH-连铸
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铸坯加热
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高温（1380℃）
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高温（1400℃）
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高温（1260℃）
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高温（1150℃）
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热轧后常化
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–
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常化
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–
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常化
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冷轧
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一次
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一次
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一次
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一次
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成品退火
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脱碳
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脱碳
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低温回复
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脱碳
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渗碳
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–
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–
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–
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渗碳
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工艺特点
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高温加热二次冷轧
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高温加热+常化一次冷轧
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低温加热二次冷轧
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低温加热+常化一次冷轧
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优缺点
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抑制剂
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MnS
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MnS+AIN
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CuS+AIN
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AIN
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成品厚度
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脱碳
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脱碳
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无需脱碳
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脱碳+渗氮
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冶炼
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容易
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难度大
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难度不大
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难度大
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热轧
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难度大，作业率和成材率低，裂边严重，能耗高，需专用加热炉
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难度大，作业率和成材率低，裂边严重，能耗高，需专用加热炉
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容易，作业率和成材率高，能耗低，不需要专用热轧加热炉
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容易，作业率和成材率高，能耗低，不需要专用热轧加热炉
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冷轧
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容易断带
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容易断带
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断带很少
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断带很少
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脱碳退火
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效率高，工艺简单
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效率较高，工艺较简单
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效率低，工艺较简单，中间厚度脱碳退火
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效率较高，工艺复杂，增加渗氮工序
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高温退火
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工艺简单
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工艺简单
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工艺复杂
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工艺复杂
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表面质量
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容易控制
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较难控制
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最难控制
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难控制
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产品磁性能
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CGO产品，性能最差
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Hi-B产品，性能好
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CGO产品，性能较好
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Hi-B产品，性能好，也可以生产CGO产品
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生产成本
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高
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最高
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低
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最低
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技术难度
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最简单
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难度大
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较难
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难度最大
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产品竞争力
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最弱
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强
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较强
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最强
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注：成品退火后各工艺均进行涂敷MgO+烘干，罩式炉或环形炉高温退火，平整拉伸退火，涂敷绝缘涂层（或激光刻痕）等。
2、取向硅钢理论研究
取向硅钢的制造流程设计和工艺参数调控的核心目标是在高温退火中通过二次再结晶过程形成全Goss织构（{110}<001>），这需要3个前提条件：（1）初次再结晶组织中有足够强度的Goss取向晶粒，作为二次再结晶晶核；（2）具有可促进Goss取向晶粒异常长大的环境，如细小的初次再结晶晶粒、有利的初次再结晶织构（特别是Goss晶粒毗邻的晶粒取向），如{111}<112>、{554}<225>织构等；（3）具有合适数量和尺寸的弥散分布的抑制剂（通常为MnS、AlN），以保持高温退火时升温阶段二次再结晶开始前初次再结晶晶粒细小，并在约1200℃均热使抑制剂粗化分解将S、N去除。
2.1、取向硅钢中Goss晶核的起源与发展
研究表明由二次再结晶形成的高斯织构继承于热轧板表层1/10处的Goss晶粒，而其形成是由于热轧时板面与轧辊之间强烈的摩擦作用所产生的剪切应变而引起。从(100)[001]至(100)[011]位向的单晶，在热轧压下率超过85%时，就可以稳定产生(110)[001]位向Goss晶粒，随热轧温度的降低，热轧板面与轧辊之间摩擦系数增加，再结晶率减小，Goss位向强度增加。在热轧板次表层下沿轧向伸长并具有(110)[001]位向的粗大形变铁素体晶粒内，有一些长100~1000μm，宽100μm的无应变区域，其(110)[001]位向比周围晶粒更为准确，如图1所示，这就是初次再结晶组织中Goss位向二次晶核的发源地。
图1：热轧板表面Goss晶粒取向
目前，对于在高温退火升温过程的二次再结晶，具有(110)[001]位向G0SS晶粒选择性长大机理的研究尚无统一的认识，至今已发展出4种主要理论：①尺寸优势理论；②同位点阵晶界CSL（Coincident Site Lattice Boundaries）理论；③高能晶界HE（High Energy Boundaries）理论；④取向钉扎OP（Orientation Pinning）理论。目前最著名的是同位点阵CSL理论与高能晶界HE理论。但德、法和韩国一些研究都通过实验基本不支持同位点阵晶界机理。
2.2、取向硅钢中抑制剂的研究现状
为了在取向硅钢中获得(110)[001]位向的二次再结晶晶粒，必须在脱碳退火和最终高温退火（900-1100℃）升温过程中有力地抑制初次再结晶晶粒的正常生长和促进(110)[001]取向晶粒迅速长大。因此，取向硅钢中需要有一些称为抑制剂的细小、弥散析出相质点或晶界偏聚元素，其作用是为了抑制初次晶粒正常长大，使具有{110}<001>位向的初次晶粒（二次晶核）能够吞并周围的其它初次晶粒而发生异常长大，即发生二次再结晶。
硅钢中的主要抑制剂有化合物MnS、Cu2S、AlN、MnSe、MnTe等，单元素B、N、S、Se、Te、Sb等。抑制相（化合物或单元素）本身对磁性有害，还可能抑制二次再结晶晶粒长大，因此抑制相的选用必须具备两个条件：①细的弥散抑制相均匀地分布或富集于初次晶粒晶界；②二次再结晶开始后（950℃左右），随着温度的升高，抑制相质点先通过Ostward效应粗化，随后溶解丧失抑制作用，从而促进二次晶粒进一步长大，最终在1180~1200℃纯干氢气下去除对磁性有害的S和N等元素，即所选用抑制剂应为亚稳定性的。
MnS是制造取向硅钢最早采用的抑制剂，AIN作为抑制剂在生产取向硅钢中应用首先是从日本开始的，与MnS用于生产Hi-B钢。在取向硅钢生产中，作为抑制剂的化合物还有VN、MnTe、MnSe、TiN和VC等。表3和表4给出了部分抑制剂的特征参数。
表3：化合物抑制剂有关工艺参数
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抑制剂
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固溶温度/℃
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沉淀析出处理
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净化气氛
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净化温度/℃
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抑制剂形态和有效尺寸
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抑制剂元素合适含量/%
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MnS
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1280~1350
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900~1000℃热轧和随后冷却
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干氢
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＞1200
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球形26nm，1012~1014个/cm3
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Mn=0.06~0.10
S=0.018~0.025
|
|
AIN
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1250~1300
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950~1200℃（950~1400℃）急冷
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干氢中性还原
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1150~1200
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针状、杆状100nm，1022个/cm3
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AI=0.003~0.025
N=0.006~0.013
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Cu2S
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1200~1250
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热轧和随后急冷
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干氢
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1180~1200
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球形50nm
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Cu=0.1~0.7
S=0.018~0.025
|
|
VN
|
＞1000
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热轧和随后急冷
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2/3N2+1/3H2干氢
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1100~1150
|
–
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V=0.10~0.15
N=0.002~0.003
|
|
MnTe
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1150~1200
|
热轧和随后急冷
|
干氢
|
1150
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球形80~100nm
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Mn=0.04~0.15
Te=0.035~0.018
S/Te=0.1~0.6
|
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MnSe
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1360
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冷轧前1050℃沉淀处理
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干氢还原气体
|
1150
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–
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Mn=0.045~0.07
Se=0.02~0.08
|
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TiN
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1250~1350
|
热轧和随后急冷
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N2+H2
|
1000~1300
|
球形100nm
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Ti=0.01~0.10
N＞0.005
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表4：化合物抑制剂有关特征参数
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抑制剂
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初次晶粒平均直径（d）/mm
|
二次晶粒平均直径（D）/mm
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最佳磁性（BS）/T
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(100)[001]取向度/%
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[001]与轧向平均偏角/°
|
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MnS
|
0.01~0.03
|
3~5
|
1.82
|
84~90
|
7
|
|
AIN
|
0.01~0.02
|
10~20
|
1.92
|
95
|
3
|
|
MnTe
|
0.01~0.03
|
3~4
|
1.89
|
93
|
3.5
|
|
MnSe
|
0.01~0.03
|
2~4
|
1.90
|
93
|
3.5
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