电工硅钢是含碳很低的硅铁软磁合金，硅的加入主要是提高钢板的电阻率、降低铁损、减小磁晶各向异性。被大量用来制作各种电机、发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。据设在布鲁塞尔的国际钢铁研究所统计， 2000年全世界电工钢的总产量为67114 万吨,到2005年已经超过了800万吨的水平。目前国内市场的消费量已远超过300万吨。
冷轧无取向硅钢作为在旋转磁场中工作的电动机和发电机转子铁芯材料，具有良好的磁性能和工艺性能。美国的Armco公司从20世纪40年代初开始生产无取向电工钢，而新日铁公司于1956年开始了冷轧无取向电工钢的生产。近年来，高速马达的高速化和小型化已取得进展，美国Calnetix 公司已经开发出20 万转/分钟高速电机。为顺应这一趋势，无取向硅钢不但要在性能效率上进一步提高,还要开发出特殊性能的无取向硅钢,例如高频下具有低铁损和高磁感强度，及节约能源和原材料、小型机械要求的低铁损高磁感无取向硅钢等不同类型的无取向电工钢。传统的依靠增加硅含量和调整晶粒尺寸以降低无取向硅钢铁损的技术手段已不能满足低铁损高磁感的要求。因此要进一步提高无取向硅钢磁感并降低铁损，不仅要关注一些常规技术的全面改进，而且必须进行优化钢板织构的研究。
人们熟知，冷轧无取向硅钢板的软磁性能主要受钢板中晶粒尺寸、析出物以及杂质的数量和体积、硅以及其他合金元素含量等因素的影响，同时有利织构多少及其锋锐程度也会有重要的影响。无取向电工钢板要在旋转磁场中工作,为了发挥铁硅晶体{100}方向的易磁化特性，人们希望无取向电工钢板内有尽可能多的{100}面平行于板面而且分布均匀的织构。
现代炼钢技术可以满足电工钢的低碳、低硫等对纯净度的要求，允许人们通过电工钢的成分控制及后续的生产工艺控制不断提高无取向电工钢的软磁性能。因此薄规格、高精度轧制技术、表面处理技术等新的加工技术手段层出不穷。另一方面，进一步降低生产成本始终是冶金企业不断追求的目标，因此薄板坯连铸连轧流程在无取向硅钢生产的应用日益受到广泛的重视。
由于硅钢作为电磁材料的特殊性，它不同于占钢铁板材主体的结构钢板的生产，其软磁性能对许多工艺参数和组织结构因素非常敏感，相关的基本原理还没有被完全掌握。因此，实际生产上常会出现产品质量和性能指标不稳定的现象。近几年来，人们在优化传统生产工艺的基础上，不断寻求新的生产技术和工艺流程，包括探索加入硅、铝之外的有益合金、通过脱碳等工艺获得好的综合磁性能等，并已经取得了一些进展。
1 微量元素对无取向硅钢磁性能的影响硅是电工钢的主要合金元素，硅可以提高电工钢的电阻率、使得磁晶各向异性常数降低、促进晶粒长大等;铝的作用与硅相似，铝可以增加电阻、缩小奥氏体相区、促进晶粒长大等，但是铝的作用要
受硅钢中氮含量的影响，铝跟氮易形成AN析出相，使硅钢片的磁性能下降。
磷可以改善铁硅合金的磁性能，被用作开发高磁感、低铁损的合金元素加入到铁硅合金中。磷在晶界处能形成脆的磷化铁，钢质“软而脆”,改善硅钢的冲片性。{111}取向的再结晶晶粒易于在晶界处形核，磷在晶界处的偏聚能阻碍{111}取向的再结晶晶粒的形核及长大，降低{111}组分，提高磁感应强度; 同时磷会增加硅钢的电阻而降低铁损。Tanakad等人的研究表明, Fe – 0.002%C – 2.0% Si- 0.3%Al钢加入0.1% P后可使得磁感值B50=1173T。相应的铁损值可达到P1.5 ≤2.5 W /kg的水平 。另外，一定限制下的微量锡也会促进有利织构的生成，提高磁感、降低铁损。
锰能够增加硅钢的电阻，降低铁损。锰的作用与硫含量有很大关系，锰与硫在热轧时形成MnS析出，当锰和硫的含量降低时，硅钢板的晶粒容易长大。通过工艺控制也能够改变MnS颗粒析出尺寸及分布,从而控制硅钢片的磁性能。热轧加热温度在MnS固溶温度以下可以使MnS粗化;若超过MnS固溶温度则MnS就会固溶，并在随后的冷却过程中弥散析出,进而降低磁性能。Nakayama 等人在未经热轧常化的Fe – 0.3% Si – 0.1% P – 0.3% Al -0.001%C – 0.001%N钢中观察到,热轧加热温度为1000℃的成品钢板磁性能要优于加热温度为1250℃ 。
硫是有害元素，硫与锰形成MnS阻碍最终退火时的晶粒长大，使铁损增加。应该降低硫在无取向硅钢中的含量。但是当硫的含量低于0.001% ，最终退火温度在975℃～1050℃时，硅钢片近表面组织内AN 颗粒的析出量增加，使铁损增加。在10%氢气与90%氮气的混合气体中1050℃退火2分钟,硫含量为4 ppm的硅钢片表层AlN颗粒的含量为1050ppm,硫含量为54ppm的硅钢片表层AlN颗粒的含量为120ppm。最终退火过程中，硫在高牌号硅钢片的表面偏聚会阻止硅钢对氮的吸收。极低硫含量的硅钢在最终退火过程中应尽量避免氮的吸收。NKK公司开发的新型无取向牌号NKB -CORE的硫含量极低，在不使用氮气作为保护气氛防止退火过程中氮化的条件下可得到较低的铁损。若同时降低硅、铝的含量则可提高磁感。
对无取向电工钢，氮易形成细小的AN 颗粒，因而是有害元素。氮也是产生磁时效的元素之一。氮会在高温下固溶,快冷时来不及析出而过饱和于基体内。在硅钢片的使用过程中，特别是当温度升高时,过饱和的氮就会以细小弥散的Fe16N4析出，使磁感降低、铁损升高。所以应减少成品硅钢中的氮含量。Nakayama 等人发现， 在Fe – 013% Si -013%Mn – 011% P – 01001% C钢中，当AN 及Al的含量分别大于010024%和小于011%时,析出的AN 颗粒尺寸小于015 μm;它们钉扎晶界,阻碍晶粒长大，因而增加铁损。当AN及Al的含量分别大于010024%和1%时，析出的AN 颗粒尺寸大于1μm。较大的AN 颗粒对晶界的钉扎作用很轻,因此对样品磁性能影响很小。
电工钢的熔炼过程有时难免造成钢中残存铌、钒、钛等杂质元素,因此它们的作用也引起了人们的注意。钛使硅钢热轧及冷轧后再结晶晶粒尺寸减小，进而使磁感降低、铁损增加。当含钛量低于0.016%时，钛主要以TiCN颗粒形式沿着晶界析出。当含量低于0.016%时,则以( Fe, Ti) P颗粒的形式在晶内和晶界析出。锆对无取向硅钢磁性能的影响也是由于锆析出物的钉扎作用。当锆含量低于0.01%时，锆对硅钢片磁性能影响不大;当锆含量在0.01～0.13%之间时, Zr3 Fe在晶内大量析出钉扎磁畴的运动,导致磁滞损耗的增加。但是Zr3 Fe没有钉扎晶界，阻止晶粒长大， 因此不影响硅钢的磁感 。
2 热轧组织对硅钢磁性能的影响
热轧加工、热轧卷取及常化工艺控制可以调整钢中析出相的分布、尺寸及热轧板组织。Schneider和Fischer的研究表明，低牌号的无取向硅钢在奥氏体区开轧及两相区终轧对提高硅钢片的磁性能是有利的;而中等牌号硅钢热轧经历奥氏体区、两相区及铁素体区变形利于提高钢板性能。采取以上热轧工艺时还可以使硅钢片中立方织构组分有所增强。
Park和Szpunar发现，Goss及立方取向的再结晶晶粒一般在变形晶粒内的剪切带内形核及长大,而冷变形前大晶粒能形成更多的剪切带 。不同的热轧板晶粒尺寸产生不同的冷轧及再结晶织构,控制热轧板常化温度可以改变热轧板晶粒尺寸从而控制成品板的织构。在冷轧板再结晶退火时,热轧板具有大的晶粒尺寸的硅钢板退火后具有相对较强的Goss 织构、立方织构及弱的{ 111 }织构。1.3% Si的无取向硅钢采取较高的热轧卷取温度及热轧板常化温度时，会使铁损低而磁感高 。但是过高的热轧板常化温度使MnS、AN等固溶，在随后的冷却过程中弥散析出，不利于最终退火时再结晶晶粒长大，使铁损增加。所以热轧板常化温度不应当超过1000℃。
采用EBSD技术分析无取向硅钢再结晶过程中的织构演化时发现，具有细小热轧板晶粒的试样在大压下率冷轧后的再结晶退火过程中，形成较多的具有{111}取向的晶粒，它们通常在变形晶粒的晶界附近形核。当热轧板晶粒尺寸较大时，在不同的压下率条件下都形成了较多Goss及立方取向的再结晶晶粒。这些晶粒主要在具有{111} < 112 >取向的变形晶粒内部形核，而且沿着晶内的剪切带。这种再结晶织构的形成与滑移系的开动及位错塞积有关。
