硅钢是军事工业和电子电力行业不可或缺的重要软磁合金。因生产工艺复杂、制造技术严格，硅钢质量成为一个国家钢铁产业发展水平的标志。分别从无取向硅钢和取向硅钢两个方面进一步概括了硅钢的理论研究、取向硅钢抑制剂的研究改进及新品种的开发，综述了硅钢先进生产工艺在国内外主要生产厂家的应用现状。在此基础上，指出了目前硅钢研究和生产存在的问题，并对其今后的研究方向作简单展望。
硅钢亦称“电工钢”，是一种含碳极低的硅铁软磁合金。硅的加入可提高铁的电阻率和最大磁导率，降低矫顽力、铁芯损耗（铁损）和磁时效，主要用作各种电机和变压器的铁芯，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金。硅钢生产工艺复杂，比普通钢更加严格，曾被称为“钢铁产品中的工艺品”。尤其是取向硅钢，更是被誉为现代钢铁业“皇冠上的明珠”。
近年来，中国硅钢产量连年攀升。进口方面，日韩钢厂是进口比重最高的国家。但由于宝钢等国内钢厂迅速崛起，日韩钢厂区域策略相应调整，硅钢进口量逐年下滑，但整体处于贸易逆差。据报道，中国政府自２０１６年４月１日起进行反倾销调查，确定涉案进口的钢材对中国钢铁行业造成重大损害。中国政府做出了如对从韩国进口的晶粒取向钢在未来５年征收３７．３％的反倾销税的最终裁定。２０２０年前后，中国将逐渐开始对日韩欧盟进行反倾销复审来保护国内市场。
硅钢是通过变压器等输变电产品在最终的电力消费市场发挥价值，作为末端的电力需求直接影响硅钢的市场景气程度。前期新增发电装机大量上马及近年电力需求减少导致电力供应过饱和，继而影响新增电源装机及干网建设，进而影响到高端硅钢的需求。综上所述，中国硅钢市场整体供大于求，中低牌号市场尤其明显。市场对产品的要求将不断提高，促进了高牌号、高附加值产品的研究开发和应用。
１ 硅钢的分类
硅钢按生产工艺分为热轧硅钢和冷轧硅钢，热轧硅钢是用电炉将Ｆｅ－Ｓｉ合金熔融，反复热轧成薄板，在８００～８５０℃退火后制成。因其可利用率低，能量损耗大，现已逐步开始淘汰。冷轧硅钢分为冷轧无取向硅钢和冷轧取向硅钢。
１．１ 冷轧无取向硅钢
冷轧无取向硅钢硅质量分数为０．５％～３．０％，生产工艺较取向硅钢要求相对较低。经冷轧制成的成品厚度多为０．３５和０．５ｍｍ厚的钢带。冷轧无取向硅钢的Ｂｓ高于取向硅钢；与热轧硅钢相比，其厚度均匀，尺寸精度高，表面光滑平整，从而提高了填充系数和材料的磁性能。冷轧无取向硅钢又称冷轧电机硅钢，其主要用于发电机制造。
１．２ 冷轧取向硅钢
冷轧取向硅钢硅质量分数在３．０％以上，碳质量分数为０．０３％～０．０５％。钢中氧化物夹杂含量低且需要抑制剂。相对于冷轧无取向硅钢，取向硅钢铁损更低，其磁性具有强烈的方向性，并且在其轧制方向上具有优越的高磁导率与低损耗特性。冷轧取向硅钢又称冷轧变压器硅钢，主要用于变压器制造。冷轧取向硅钢分为普通取向硅钢（ＣＧＯ）和高磁感取向硅钢（Ｈｉ－Ｂ）两类。高磁感冷轧取向硅钢均为单取向钢带，主要用途是用于制造电子仪表中的各类扼流圈、变压器等电磁元件。
２ 硅钢国内外研究进展
２．１ 硅钢的理论研究
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。Ｓａｎｊａｒｉ Ｍ等使用准原位电子背散射衍射（ＥＢＳＤ）技术研究了在０．８８％的偏斜冷轧变形硅钢退火期间的组织和显微组织的演变。分析变形的｛００１｝〈１３０〉晶粒与其相邻的再结晶晶粒之间的取向差，表明｛１１３｝〈ｕｖｗ〉晶粒的优先生长的原因可这些晶粒相对于变形基体的高晶界流动性。ＨＥＹｏｕ－ｌｉａｎｇ等提出并试验了一种新的轧制方案，将含有０．８８％质量分数硅的无取向电工钢用传统路线进行热轧并退火，通过电子背散射衍射和Ｘ射线衍射技术来表征热轧、热带退火、冷轧和最终退火期间的织构演变。研究人员在对无取向硅钢织构演变研究的同时，还对磁性能加以研究。ＣＨＥＮ Ａｉ－ｈｕａ等采用高斯和Ｘ纤维织带连铸工艺成功制造了高渗透性、质量分数为０．７５％的硅无取向硅钢，并着重研究了热轧温度对０．７５％质量分数硅的无取向硅钢组织、织构和磁性的影响。Ｐｉｒｇａｚｉ Ｈ等研究了微观结构参数对无取向电工钢磁感应强度的影响。表明磁自由极密度可以作为研究磁畴与晶界相互作用的参数。ＬＩＵ Ｈａｉ－ｔａｏ等使用双辊带铸造生产２．１ｍｍ厚的０．７１％质量分数硅＋０．４４％质量分数铝ＮＯＥＳ铸态带钢，详细研究了整个加工路线的显微组织和织构，重点研究了热轧后卷取温度对无取向电工钢带材连铸生产线结构、织构和磁性能的影响，努力优化基于带材连铸技术的ＮＯＥＳ生产路线。取向硅钢按｛１１０｝〈００１〉取向度和磁性能的不同分为普通取向硅钢（ＣＧＯ）和高磁感取向硅钢（Ｈｉ－Ｂ）两类。Ｒｉｃｈｅｒｔ Ｈ等使用磁光指示器膜（ＭＯＩＦ）的磁光成像获得了晶粒取向电工钢磁畴的动态磁光成像。任意取向的晶粒表面的磁化总是平行于表面，以避免表面磁极。通过接近表面、磁化不断向表面弯曲这种方式，避免了纯粹的表面极点，从而节省了杂散场能量。ＺＨＡＮＧ Ｎｉｎｇ等通过对含有不同尺寸｛１１０｝〈２２９〉和｛１１０｝〈１１２〉取向晶粒的电工钢样品进行冷轧退火，重点分析了重结晶样品中｛１１０｝〈２２９〉和｛１１０｝〈１１２〉晶粒的起源和分布，并讨论它们与冷轧前预先存在｛１１０｝〈２２９〉和｛１１０｝〈１１２〉区域之间的关系，研究了这些晶粒对变形和再结晶织构演变的影响。ＹＡＮＧ Ｐｉｎｇ等讨论并比较了再结晶｛００１｝〈１２０〉－｛１１３｝〈３６１〉晶粒的可能来源。澄清｛００１｝〈１２０〉－｛１１３｝〈３６１〉重结晶组织的起源和相关的重要电工钢的组织演变，讨论了｛００１｝〈１２０〉－｛１１３｝〈３６１〉晶粒对Ｈｉ－Ｂ晶粒取向电工钢二次再结晶的可能影响。
２．２ 取向硅钢的抑制剂进行研究改进
除对取向硅钢继续进行更深入的理论研究之外，研究人员还对取向硅钢的抑制剂进行了研究改进。ＭＡＯ Ｗｅｉ－ｍｉｎ等对钢中高斯织构形成理论进行了研究，分析晶粒生长前的多晶基体初始晶粒状态，探索了抑制剂颗粒对晶粒取向电工钢二次再结晶前正常晶粒生长的影响。
２．３ 硅钢新品种的开发
不仅如此，研究人员在新种类硅钢的开发上不懈努力，Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ科技公司推出了一种新的软磁电子钢合金，帮助客户提高电机、变压器、发电机和电磁设备的效率。它也可以在更高的频率下使用，发热量更少。根据美国不锈钢和特种合金生产商的说法，即使在低应用磁场下，ＣａｒＴｅｃｈＨｙｐｏｃｏｒｅ合金也可以提供更低的铁损和更高的感应强度。欧洲ＡｒｃｅｌｏｒＭｉｔｔａｌ在２０１７年６月２０—２２日于德国柏林举行的２０１７年线圈、绝缘及电气制造展览会上正式推出第二代ｉＣＡＲｅ电工钢。这些产品是专门为电动汽车设计的，其第二代产品可以提高功率密度，从而使更轻的电机产生相同的性能。美国ＡＫ钢铁公司获得美国能源部（ＤＯＥ）１８０万美元奖励，以开发下一代先进的无取向电工钢（ＮＯＥＳ）。
３ 硅钢先进生产技术应用现状
３．１ 硅钢生产技术在国外的应用
目前，国外生产硅钢的主要厂家有德国及在法国的蒂森克虏伯、日本新日铁、韩国浦项钢铁、美国ＡＫ和ＡｌｌｅｇｈｅｎｙＬｕｄ－ｌｕｍ、俄罗斯新利佩茨克（ＮＩＭＫ）和维兹等，但日本、韩国和德国仍是高端硅钢产品的主要分布地。
新日铁目前采用的主要生产工艺为高温加热两次冷轧ＣＧＯ、高温加热一次冷轧Ｈｉ－Ｂ和低温加热一次冷轧Ｈｉ－Ｂ；韩国浦项主要采用低温加热一次冷轧，大部分产品为Ｈｉ－Ｂ；美国ＡＫ生产取向硅钢的工艺为高温加热两次冷轧获ＣＧＯ、高温加热一次冷轧Ｈｉ－Ｂ；俄罗斯新利钢和维兹均采用低温加热两次冷轧ＣＧＯ，其中新利钢只生产ＣＧＯ产品，维兹的热轧卷通过外购获得。
除世界几大主要生产厂家外，其他钢铁企业也在积极地进行技术的开发和应用。中国钢铁印度有限公司（ＣＳＣＩ）与日本ＪＰ Ｓｔｅｅｌ Ｐｌａｎｔｅｃｈ Ｃｏ．（ＳＰＣＯ）签订合同，负责为印度古吉拉特邦Ｄａｈｅｊ的ＣＳＣＩｐｌａｎｔ提供并建造了一条最先进的２０万ｔ的安装、调试退火和涂层线（ＡＣＬ）。俄罗斯长材产品生产商阿宾斯克电工钢厂与普锐特冶金技术公司签署合同，将该公司的微型电弧炉中的电弧炉、钢包炉和６股连续钢坯连铸机进行现代化改造。在提高产量的同时，还将生产更高质量的钢种，如用于钢丝和弹簧钢的高碳钢。印度ＢＭＭ Ｉｓｐａｔ有限公司也对普锐特冶金技术公司颁发了为ＢＭＭ Ｉｓｐａｔ提供的电工钢厂和商业棒材厂的最终验收证书（ＦＡＣｓ）。该厂生产设施每年可生产８５万ｔ的商业棒材，并扩大了ＢＭＭ Ｉｓｐａｔ的结构钢产能。
３．２ 硅钢生产技术在国内的应用
中国冷轧取向硅钢生产的四大企业中，武钢引入新日铁技术，生产工艺为低温加热两次冷轧ＣＧＯ、高温加热一次冷轧Ｈｉ－Ｂ；宝钢自２０１３年全部切换生产Ｈｉ－Ｂ，生产工艺为低温加热一次冷轧；鞍钢为低温加热两次冷轧ＣＧＯ、高温加热一次冷轧Ｈｉ－Ｂ，主要生产低牌号ＣＧＯ产品；首钢主要工艺为高温加热两次冷轧ＣＧＯ、高温加热一次冷轧Ｈｉ－Ｂ。宝钢以高牌号无取向硅钢酸连轧技术为突破方向，通过不懈的科研攻关，将宝钢１ ５５０酸轧机改建成国内首条具备３．１％硅质量分数以上硅钢批量生产能力的酸连轧机组。这是世界上唯一一条同时具备高等级汽车板和高牌号硅钢生产功能的两用机组，代表了当今世界硅钢轧制技术的领先水平和发展方向。宝钢成功突破了高等级取向硅钢的核心技术并完成了产线自主集成，实现了高等级取向硅钢的种类齐全、批量稳定的生产。
４ 结论
随着市场需求的拉动，特别在“十三五”期间，国家对电力工业如各类电站、电网的建设与改造等，使硅钢的需求快速增长，但同时暴露出了一些问题：
（１）产品结构不合理。在国内硅钢需求不断提高的同时，硅钢产量大幅增长。但是高端产品大部分仍需依靠国外进口，而大多数中低牌号无取向产品又产能过剩，利润空间被压缩得极为严重。
（２）高端产品生产仍然有待提高。２１世纪以来，虽然中国硅钢产业取得了长足的进步，但是在超低铁损取向硅钢、高牌号无取向硅钢、高效电机硅钢等领域仍有待提高。
（３）创新性技术开发缺乏。中国硅钢生产技术大部分从日本引进，厂家直接进行硅钢产品的生产。而对产品生产的进一步工艺优化和创新性生产技术的研发还需大力投入。
随着对硅钢研究的不断深入、生产工艺流程的不断优化，性能更为优良的硅钢产品才能更好地迎合市场需要，特别是高性能、宽板幅、薄规格、低成本、环保型的硅钢产品。这就要求硅钢研发和生产中尽力达到如下几点：
（１）不断降低取向硅钢铁损。改善取向硅钢产品的磁性能，可以采用磁畴壁移动均匀化和细化磁畴等方法来降低取向硅钢铁损、减小磁滞伸缩系数，从而降低能耗并使变压器的噪声得到有效控制。
（２）铸坯低温加热生产。采用像双辊薄带连铸和薄板坯连铸等低温加热工艺，意味着能降低热耗，进一步降低生产成本，在保证获取更高效益的同时，使产品具有市场竞争力。
（３）短流程生产。为进一步节能减排、降低成本，可采用短流程生产，这将节省人力物力，节约时间，在降低生产成本的同时提高生产效率。
来源：《中国冶金》
原文链接：http://1guigang.com/news/1777.html，转载请注明出处~~~
