中国取向硅钢工艺进展及主要企业发展历程

取向硅钢是我国电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金材料，主要用作各种变压器的铁芯。电工钢的制造技术和产品质量是衡量一个国家特殊钢生产和科技发展水平的重要标志之一。目前我国电工钢数量、质量、规格牌号基本能满足能源（电力）工业发展的需求，其产品的综合技术水平已接近或达到世界同行先进水平，产品质量完全可与国外同类产品媲美。

 

1取向硅钢工艺流程及进展

 

取向硅钢可分为一般取向硅钢和高磁感取向硅钢两大类。其生产工艺流程具有周期长、投资大、工序多、附加值高等特点。

 

1.1普通取向硅钢

 

普通取向硅钢（CGO）的特点是以MnS（或MnSe）为抑制剂和二次中等压下率冷轧法进行生产的。其生产工艺流程包括：铁水预处理 →转炉吹炼 →真空处理→ 连铸 →热轧 →热轧卷酸洗→ 一次冷轧→ 焊接并卷→中间脱碳退火→ 二次冷轧→ （焊接并卷） →脱碳退火及涂MgO→ 高温再结晶退火→ 热拉伸平整及涂绝缘层→ 切边分卷→ 包装入库。

 

1.2高磁感取向硅钢

 

高磁感取向硅钢（HiB）有两种截然不同的生产方式，一种在热轧工序采用板坯高温加热热轧（1380℃以上），另一种采用低温加热热轧（1280℃以下）+后工序渗氮处理。其生产工艺流程包括：铁水预处理→转炉吹炼 →真空处理→连铸→热轧→ 热轧卷常化及酸洗→冷轧（一次轧制）→ （焊接并卷）→ 脱碳退火及涂隔离层→ （渗氮工艺）高温再结晶退火→ 热拉伸平整及涂绝缘层→（激光刻痕）→切边分卷→ 包装入库。

 

薄板坯连铸连轧技术是连续、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高磁感取向硅钢，在节能降耗、提高生产效率与提升产品质量等方面具有众多优势。薄板坯在1100-1200℃温度下经短时间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，铸坯可直接轧制成厚度为2.0-2.5mm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厚度的超薄高磁感取向硅钢产品。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，成品的磁性能更优。

 

双辊薄带连铸工艺是比薄板坯连铸连轧工艺更为高效的板带材生产新工艺。它可以直接生产出厚度小于2mm的薄带钢，大大缩短工艺流程。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。近年来，东北大学RAL基于双辊薄带连铸技术，通过精确控制组织、织构和抑制剂，成功地制备出0.27mm厚的普通取向硅钢（B8=1.85T）及0.23mm厚的高磁感取向硅钢（B8=1.94T）。更重要的是，在超低碳（＜0.003%）成分设计及薄带连铸亚快速凝固条件下，仍可通过调整常化（退火）工艺参数获得大量细小、弥散的抑制剂粒子。新流程彻底省去了传统流程中的高温加热或渗氮处理，以及脱碳工序，使得生产成本大幅度降低。

 

2国内主要取向硅钢生产企业发展历程

 

1974年经国家批准，原武钢股份（现武汉钢铁有限公司）第一次引进了当时世界较先进的冷轧电工钢生产专利技术及全套工艺设备，该项目电工钢设计年产能7万吨，其中取向硅钢2.8万吨（含HiB钢）。从1974年9月开始建设，1978年下半年投产；1996年原武钢股份第二次引进技术，主要引进了以Z8为代表的CGO钢和以Z6H为代表的HiB钢。从1978年11月原武钢股份第一卷取向硅钢下线到2005年，历时27年，产能增加到13.2万吨/年，其中HiB产量不高，只有几百吨，铁损P17/50 高达1.33-1.20W/kg左右，主要原因在于：1）受板坯高温工艺的制约；2）对热轧产量影响太大，加热温度及时间不能保证；3）炼钢工序对Als目标命中和随后对抑制剂行为控制存在问题，致使HiB钢长期依靠进口。2006年原武钢股份第二硅钢厂投产，且用低温工艺生产一般取向钢，解放了热轧厂高温加热炉的能力，因而有时间实现HiB钢高温加热。2006年HiB产量升至2万吨。之后原武钢股份建成专门生产HiB钢的第三硅钢厂，设计产能15万吨，并于2009年全面达产，其生产的产品在规格、磁性上亦有很大进步，基本与原新日铁HiB钢产品系列特别是高端牌号可以相互对应。用原武钢股份生产的HiB钢制造的500kV变压器测试结果显示，其性能与用原新日铁材料制作的相当。经过40年的发展，原武钢股份HiB产能达44万吨/年。

 

近年来，为加快高端电工钢的研发，原武钢股份加大资金投入，增设了表面质量检测和激光刻痕等先进设备，其开发的高端取向硅钢27RK095/27RK090产品主要攻克了磁性、涂层、板形三大技术难点。为实现低铁损和高磁感，主要攻关了成分和工艺流程优化设计、关键元素的高精度控制、高斯织构和抑制剂组合控制、磁畴细化等关键技术难点。开发了新型绝缘涂层，从而使层间电阻大幅提高、涂层光泽度和摩擦系数有效控制、附着性和外观质量一致性大幅改善。此外，为提升板形质量，主要开发了热轧与冷轧板形平直度控制技术、常化温度与冷却均匀性控制技术、边部毛刺和宽度精度控制技术。原武钢股份开发的高端取向硅钢27RK095，其关键技术指标（磁感B800、铁损P17/50）与新日铁住金开发的27ZDKH95相当，优于浦项、JFE等其他进口同类型产品。

 

2004年宝钢股份开始筹备五冷轧厂项目建设，一期电工钢年产能为10万吨（其中HiB钢占55%），经过多年试验研究及工业化大生产试验，其全面掌握了低温板坯加热工艺技术。2008年宝钢取向硅钢投产，到2009年底其产量达11.5万吨（其中HiB钢占50%），同年宝钢HiB钢通过了由国家三峡办组织的用于500kV等级变压器的可行性评审。随着宝钢股份取向硅钢二期、三期先后投产，其取向硅钢的产量迅速增加，到2016年其HiB电工钢产量实现30万吨。

 

为摆脱我国高磁感取向硅钢技术落后和严重依赖进口的局面，首钢在搬迁调整过程中做出战略决策，将高磁感取向硅钢定位为首钢产品结构调整的三大战略产品之一。2008年首钢电工钢项目开始动工兴建，设计年产能120万吨，其中高磁感取向硅钢15万吨。2012年3月，第一卷高磁感取向硅钢卷成功下线，标志着首钢取向硅钢主要生产流程全线贯通。2014年，实现了0.30mm、0.27mm与0.23mm三个规格产品全牌号批量生产。2015年首钢取向硅钢达到设计产能，当年成功生产高磁感取向硅钢15万吨，其中27SQGD090、23SQGD080等高牌号取向硅钢具备批量供应能力。

 

鞍钢取向硅钢项目于2009年投产，由于工艺线路及设备多方面原因，主要生产一般取向硅钢，年产能4万吨，目前正在改造升级中。

 

国内民企于2007年开始涉足取向硅钢生产领域，2008年四川江油市丰威新材料有限责任公司成功生产出一般取向硅钢，随后10年间多家民企纷纷上马取向硅钢项目。截止到2017年，国内民营取向硅钢企业约18家，产能约41万吨，约占国内总产能的30%。

目前，我国取向硅钢已具备约134万吨生产能力。

 

3结语

 

随着电工钢生产工艺流程的不断优化、磁畴细化技术的不断改进以及晶粒取向度控制技术的不断提高，今后将开发制造出性能更加优良的取向硅钢产品，特别是薄规格、低成本、环保型的取向硅钢产品。