含硅的质量分数3％左右的取向硅钢是一种具有特定位向超大晶粒组织的软磁合金材料，主要用于制造变压器等。由于其生产工艺复杂、控制精度要求高，成为衡量钢铁企业生产技术水平的标志之一。
取向硅钢按照生产工艺特点和电磁性能的不同，分为一般取向硅钢(CGO)和高磁感取向硅钢(Hi-B)两类。不同于早期的CGO取向硅钢采用的高温加热方法，为了推进节能环保、降低碳排放、绿色生产，近年来CGO取向硅钢以使用新型抑制剂的方，式降低了板坯加热温度，并成为主流产品.低温取向硅钢以AlN＋Cu2S为主要抑制剂，降低了板坯加热温度。由于加热温度低，避免了高温加热带来的高能耗、高维护以及低成材率，也减少高温导致的表面问题，提高了表面质量。
目前，国内只有部分国有企业如宝武、首钢等能够全流程生产取向硅钢。一些生产取向硅钢的民营企业由于没有冶炼和热轧能力，需要取向硅钢热轧基料作为原料进行生产，这为取向硅钢热轧基料的发展提供了一定的市场空间。为了填补本钢取向硅钢热轧产品的空白，根据现有产线装备能力，与用户合作开发了取向硅钢热轧基料BRQ，完成了化学成分体系设计、生产路线设计、工艺方案设计，成功开发出专有成分体系的取向硅钢热轧基料产品，并形成了适合本钢产线的专有技术。
1 取向硅钢化学成分设计
取向硅钢成分设计的关键是抑制剂，对该部分产品需求较多的民营企业，绝大部分没有配置后渗氮设备，而低温取向硅钢CGO采用MnS＋Cu2S＋AlN等多种复合抑制剂，降低了板坯加热温度，而由于Cu2S和AlN的固溶和析出温度较低，在热轧和冷轧退火过程中可以析出细小弥散的AlN，替代固溶不充分的MnS起到抑制作用，因此低温取向硅钢CGO采用常规热轧机组加热炉进行加热，加热温度一般控制在1300℃以下。
取向硅钢是以抑制剂的控制为主的产品，成分波动对产品的最终性能有很大影响，因此设计的成分范围较窄，并需要在冶炼过程中通过严格的操作控制.影响抑制剂的元素包含C、Si、Al、N、Mn、S、Cu等。
1.1 C元素和Si元素
取向硅钢中抑制剂要先固溶再析出，而固溶的基础是γ相的比例，因此钢中C元素含量需要设计在合理的范围.当Si的质量分数达到3％及以上时，C的质量分数需控制在0.03％~0.05％之间，以保证20％~30％的γ相便于抑制剂固溶，同时控制含碳量可以防止后续脱碳退火难度的增加。
Si是取向硅钢的主要合金元素，Si含量的提高，可提高钢的电阻率，降低铁损。取向硅钢中Si的质量分数一般在3.0％左右。较高的硅元素会导致钢中无γ相，而C的作用相反，因此要增加一定的C含量，以保证抑制剂固溶需要的γ相比例.Si和C含量设计合理，会使取向硅钢经过热轧工序轧制后，提高热轧板表层{110}‹001›织构密度，降低铁损.硅含量的上限也要控制，避免由于其含量高，造成钢的脆性增大，冷轧过程中容易产生边裂和断带(见图1)。
图1取向硅钢一次冷轧中产生的边裂及断带
1.2 Al元素
AlN是CGO取向硅钢的主要抑制剂，为了获得足够的AlN析出，成分设计中要有充足的Al。CGO取向硅钢中Al的质量分数一般控制在0.010％~0.030％，N的质量分数控制在0.007％~0.012％之间，保证AlN在1270~1280℃时完全固溶，从而生成足够的AlN抑制剂。
1.3 Mn、Cu和S元素
CGO取向硅钢中，除了AlN为主要抑制剂之外，Mn、Cu、S会形成复合型的补充抑制剂，并因其固溶温度更低，能起到降低加热温度的作用，其含量对取向硅钢的二次再结晶有很大影响，因此Mn元素和S元素的控制也非常重要.由于Cu2S更加容易析出，可增加抑制剂析出总量，有利于高斯晶粒的长大。BRQ的成分设计围绕这个目的开展，并控制Ti等有害残余元素在0.003％以下，化学成分设计范围见表1。
2 主要生产工艺流程设计
设计BRQ主要工艺流程包括:铁水预处理→转炉冶炼→RH精炼→连铸→热送热装→加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→入库。
2.1 炼钢工艺
铁水进入转炉前，完成脱硫预处理，避免吹炼中硫的增加.硅钢对钢质纯净度要求非常高，要严格控制脱硫后的扒渣，通常采用CaO-CaF2系列脱硫剂，与铁水中的硫反应，扒渣后保证铁水硫的质量分数小于0.002％，冶炼及出钢过程中加入适量的铜、低碳硅铁和氮化硅锰，减少RH合金加入量，此外生产过程中采取必要措施，如使用带盖钢包生产，减小温降。
采用复吹转炉冶炼，前炉洗炉处理，防止Ti、Nb等有害元素含量超标.复吹转炉冶炼，终点氧的质量分数不超过800×10－6，滑板挡渣转炉冶炼，钢包带渣量不超过40×10－6.冶炼过程重要控制参数包括：出钢温度、终点成分控制等.转炉出钢时要求w(C)大于0.040％、w(P)小于0.015％。控制出钢时间和底吹的气量，避免液面波动。
RH的主要目的是调整钢水成分，提高钢水纯净度，把成分控制在很窄范围内.取向硅钢的关键成分是抑制剂中Al、N、Mn、Cu、S等元素，特别是对N的控制要求更加严格.精炼过程中元素Al、Mn、Cu以及S均可以精确调整，唯有N无法准确控制，因此采用RH二次增氮精确控制方法，精确控制钢水中氮的含量，且生产过程要求N检测快速反应，保证N调整的准确性.为保证成分氮测试稳定性，在RH处理位采用气体取样器取气体样，成分合格后方可离开RH。
采用连铸保护浇铸与恒拉速技术.全程采用保护浇铸，由于CGO取向硅钢的成分控制范围很窄，因此在连续浇铸过程中，一定要做好全程保护浇铸，保证中包密封良好，后期少量补渣，保持中包液面不裸露，防止钢水二次氧化，导致钢水中Als损失和增氮超出成分设计要求.使用取向硅钢专用保护渣，根据保护渣化渣情况，控制氩气流量.控制恒拉速，防止速度波动造成卷渣发生.由于CGO铸坯要求等轴晶40％以上，这需要通过铸机二冷段电磁搅拌来实现.本钢由于设备条件有限，铸机无二冷段电磁搅拌，因此通过设计合理的拉速、低过热度以及冷却速率，使过热度≤10℃(头炉过热度≤15℃)，所生产的BRQ铸坯获得到30％左右的铸坯中心等轴晶粒(见图2)。
图2 BRQ铸坯硫印样低倍组织
2.2 热轧工艺技术
2.2.1板坯加热
取向硅钢含硅量较高，硅钢的热传导率和热膨胀系数较低，铸坯在500℃以下时的加热或冷却速度必须缓慢，否则会增加铸坯柱状晶尺寸而等轴晶数量减少;加热或冷却速度过大时，铸坯还容易产生裂纹，在后续轧制中产生孔洞、断裂等问题，因此热轧工序采用热送热装技术，且低温段要控制加热速度，升温缓慢，保证板坯内外温度均匀，减少热应力的产生。
取向硅钢BRQ设计为以Cu2S和AlN为主要抑制剂的中温取向硅钢，抑制剂构成为MnCu1.8S＋AlN的复合抑制剂，其固溶温度较低，在1275℃左右就可以全部固溶，可以避免由于加热温度过高造成的板坯烧损过大、边部质量恶化等问题.BRQ热轧板坯加热工艺设计如表2。
表2取向硅钢BRQ板坯加热工艺要求
板坯加热工艺执行过程中，关键控制点要求包括:严格控制各段加热时间，保证加热均匀;板坯出一加段温度要求1290℃;板坯在均热及出炉温度控制在1290~1295℃，确保析出物的完全固溶.由于本钢取向硅钢BRQ生产的板坯加热炉宽度有限，坯重小，炉长较长(见图3)，热回收段无烧嘴，不利取向硅钢板坯升温.为应对这种设备情况，将板坯长度控制在8300mm，装炉期间观察装炉位置，防止高温加热板坯变形造成出炉事故;同时，严格执行在炉时间要求，保证升温段板坯在炉时间充足，厚度方向温度均匀;板坯热装温度控制在400℃以上，减小热回收段对板坯升温的影响。
图3加热炉配置情况
2.2.2轧制工艺技术
CGO取向硅钢热轧后的均匀细小抑制剂，有利于抑制一次再结晶晶粒的长大，从而保证二次再结晶时晶粒异常长大的驱动力.为了达到这个目的，粗轧机区采用大压下量轧制方法，提高再结晶的驱动力，特别是第一道次，应高于40％，能够破碎铸坯的粗大柱状晶晶粒，避免瓦楞缺陷，完善粗轧阶段的再结晶过程.高温开轧、低温终轧及卷取轧制技术，为CGO取向硅钢形成热轧后细小均匀的抑制剂，是目前最优并效果显著的热轧工艺。
取向硅钢CGO中Si的质量分数通常在2.8％~3.4％，但同时含有0.035％左右的碳，因而组织为大量铁素体，同时存在一定量的奥氏体.精轧机组出口机架轧制时，极易发生两相区的变形，会造成轧制力剧烈波动，导致厚度波动大、尺寸精度差，同时轧制稳定性变差，极易发生卡钢事故.为了保证轧制稳定性、产品组织均匀性及尺寸精度，采用低终轧温度轧制，目标终轧温度控制在960℃.设计卷取温度在560℃左右，降低抑制剂析出速度，获得细小弥散析出物，在最终高温退火中实现强大的抑制作用，热轧工艺参数设计如表3。
表3取向硅钢BRQ板坯加热工艺要求
目前，本钢的取向硅钢BRQ热轧生产采用3/4热连轧机组，产线长，温降大，具体包括:3架粗轧机配置，轧线较长；精轧机机组能力限制了轧制速度，影响终轧温度提高;输出辊道传动系统问题，带钢起套严重；层冷集管阀门故障及仪表检测受限，带钢无法出F7立即冷却等。
针对这些问题及上述工艺参数的设定，采取了以下有效措施:采用粗轧3＋1＋1道次设定，降低粗轧机轧制力门槛值，减少机架除鳞道次，减少温降;优化精轧机各机架负荷分配，提升机组极限轧制速度；减小或消除上述有限设备条件对温度控制造成的影响，保证取向硅钢抑制剂析出弥散和细小，为再结晶驱动力提供保障.热轧终轧和卷取温度控制情况如图4。
图4 取向硅钢 BRQ 热轧温度控制情况
3生产实践及应用
3.1成品生产流程
热轧原料→酸洗→一次轧制→脱碳退火→二次轧制→涂氧化镁→高温退火→热拉伸平整→激光刻痕→重卷→成品。
3.2BRQ热轧基料生产实践
通过理论和基础研究，不断完善工艺设计参数，于2022年2月开始试制，试制同时开展工艺和生产方案优化，实现稳定的工业化生产，并形成了特定设备条件下取向硅钢热轧基料生产制度，截至目前，累计生产销售量1.5万t，在线工艺温度控制命中率达到92％以上.本钢BRQ热轧基料销往山西、江苏、山东等省，用户使用后对产品质量满意，综合电磁性能达到要求(见图5)，27Q110以上牌号命中率达到90.77％(见表4)，产品质量高于同行业的水平，客户使用后非常满意。
表4本钢取向硅钢BRQ牌号命中率
图5成品铁损在线检测
4结论
1)根据本钢炼钢及连铸工序设备特点，考虑到设备配置局限，设计了更加严格的成分控制范围，配置合理的拉速、过热度等参数，减小或消除无二冷段电搅导致的铸坯组织问题。
2)根据现有热轧机组加热炉设备问题，合理设计板坯加热工艺和生产方案，包括装炉温度、坯长、装炉方式、各段时长和出入口温度等，保证了板坯温度加热质量。
3)针对现有粗轧机组配置(3/4连轧)，设计了特有的轧制道次和轧制力门槛值;为保证目标终轧温度控制精度，对冷却水、除鳞水及除鳞道次做了优化配置，并摸索出适合的轧制速度，保证终轧温度的同时，减小或消除输出辊道起套问题，提高轧制稳定性。
4)通过炼钢、热轧工艺的优化，在有限的设备条件下，形成对应的工艺和生产方案，实现了取向硅钢热轧基料BRQ的稳定生产，温度命中率达到92％，用户使用后成品牌号命中率达到90.77％。
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