随着国家对电机能效标准要求的提高，家电用电机也必然要走上绿色节能环保的道路，家电用电机能效提高对无取向硅钢提出了低铁损、高磁感的需求。同时，随着国家“双碳”战略的推进，高能耗大排放的钢铁行业面临的环保压力日益严峻，具有节能降耗、降低生产成本特征的薄板坯连铸连轧生产技术成为发展热点。
薄板坯连铸连轧(TSCR，ThinSlabContinuousCastingandRolling)是在连铸和连轧之间采用直接连接并生产的工艺，是现代热轧带钢制造的主要且流行的工艺流程之一。薄板坯连铸连轧产线形式种类主要包括CSP(CompactStripProduction)、ESP(EndlessStripProduction)以及FTSR(FlexibleThinSlabRolling)等，其中CSP和ESP形式较为普遍，国内大型钢铁企业，如武钢等，均建设了CSP和ESP形式连铸连轧产线。
与常规热轧产线相比较，薄板坯连铸连轧产线工艺流程短、生产效率高、生产成本低，在生产无取向硅钢方面具有独特的优势。武钢等企业已经先后在CSP、ESP形式薄板坯产线上开发了无取向硅钢生产工艺和产品，生产的无取向硅钢电磁性能优良，板型良好。
本钢薄板坯连铸连轧机组为FTSR形式，以该形式产线开发无取向硅钢为国内首家。成功开发出的无取向硅钢产品50W1300，产品综合磁性能高于国内同类产品，达到国内先进水平。同时，本钢充分利用了FTSR产线节能和降本的优势，在提升企业硅钢产品竞争力的同时，积极响应国家号召，实现绿色生产，符合国家对钢铁行业“碳达峰”“碳中和”的要求。
1 本钢薄板坯连铸连轧产线介绍
比较传统的常规热连轧机组，FTSR薄板坯具有工艺流程短、生产周期短、节能降耗、尺寸精度高和性能均匀等特点。板坯加热温度低，轧制时间短，烧损小，成材率高；连铸坯完成浇铸，在未冷却状态下，长板坯经过辊底式加热炉保温和均热，直接进入热轧机组，降低能耗。薄板坯产线坯厚小，轧机轧制负荷降低，工序能耗降低，仅为常规热轧的1/3左右；连铸连轧流程使得铸坯和带钢都具有温度均匀的特点，尺寸精度较高，且强度均匀性好于常规热轧。
本钢薄板坯连铸连轧产线为FTSR形式，是达涅利公司设计开发的，建设并投产于2005年，产线设备配置及工艺流程见图1。
图1本钢FTSR生产线工艺流程布置图
本钢FTSR产线建设是以提高生产效率、轧制薄规格以及降低成本为基本目标，产品定位包括汽车用钢、耐蚀钢、低合金结构钢、石油管线钢以及部分牌号无取向硅钢产品(50W600以下级别)。
本钢FTSR产线铸机出口板坯厚度为70mm、85mm和90mm，经摆式剪将板坯切成10~33m长的坯料或最长202.8m的半无头轧制用长坯。板坯通过辊底式加热炉，被加热到约1050~1150℃，经过2架粗轧、5架精轧机配置的轧线完成轧制。精轧机组配置了轧辊动态交叉板及工作辊正弯辊装置，具有较强的板凸度控制能力。
2 FTSR产线生产无取向硅钢实践
2.1 FTSR产线生产无取向硅钢的工艺设计
2.1.1 铝硅含量控制
采用FTSR工艺生产无取向硅钢，可以实现低温加热、高温开轧、高温终轧和高温卷取的工艺要求，产品具有磁感应强度高、性能均匀等优点。
然而，无取向硅钢中部分品种的铝硅含量影响扁水口浇铸，主要原因是无取向硅钢中的Si和Al作为降铁损元素，同时也是炼钢过程中的脱氧剂，易与钢水中的氧反应形成氧化物夹杂[5]，而薄板坯铸机拉速高、断面窄，不利于夹杂物在结晶器中聚集和上浮，控制难度大，同时夹杂物易于富集在水口内壁，容易造成钢水断浇，生产顺行性差。通过调整主体合金元素，调整铝硅含量，减少析出物的同时，改善连铸可浇性，并保证主体合金元素降铁损效率。
2.1.2 瓦楞状缺陷控制
薄板坯铸机拉速快，冷速高，铸坯的柱状晶发达，等轴晶比例低，冷轧后易出现瓦楞状缺陷。本钢FTSR薄板坯产线配置了两架粗轧机，可以实现奥氏体相区高温大压下工艺，提高铸坯动态再结晶，从而细化晶粒。对于含Si量较低的50W1300级别产品，通过热轧轧制工艺调整相变转变温度，改善再结晶程度，减少或避免了瓦楞状缺陷。
2.1.3 有害元素控制
此外，对有害元素的控制也至关重要。无取向硅钢中的有害元素包含C、N、S等，过多的C、N原子在钢中固溶或形成C、N化物，过饱和固溶会使钢卷存放或使用中产生时效，恶化磁性能，因此C、N质量分数应控制在30×10-6以内。而S含量的控制，是为了避免形成细小MnS析出相[7]，恶化磁性能。控制或降低氧含量，减少钢中的氧化物夹杂量。FTSR工艺流程短，加热时间短，不容易使析出相粗化，铁损偏高，因此对有害元素的控制应更为严格。
2.1.4 热轧和退火工艺参数控制
通过控制热轧和退火工艺参数，达到粗化析出物的目的，从而降低对磁性能的影响。包括控制板坯加热温度，防止析出物的固溶；提高终轧和卷取温度，粗化析出物。这种工艺参数设计符合FTSR薄板坯产线工艺特征，可实现性较高。
在轧机能力运行条件下，控制板坯加热温度在1100℃以下，防止铸坯加热过程中第二相析出物固溶到铸坯中，避免后续轧制过程细小弥散析出物的出现，阻碍晶粒长大，有害组分增多，恶化磁性能。
终轧温度对成品磁性能的影响主要有两种方式:
一是影响热轧板的再结晶。在相同的工艺条件下，终轧温度高，卷取温度相应也高，热轧板发生再结晶的驱动力大，有利于热轧板再结晶的发生及再结晶晶粒的长大，而热轧板再结晶晶粒度对成品磁性能影响很大。
二是终轧温度影响带钢成卷过程中夹杂物析出的尺寸和数量。温度高时，析出物尺寸大，且体积分数高。热轧原料带钢中的析出物越多，冷轧成品再结晶退火过程中的析出物就越少，最终成品中有害织构组分也越少，从而提高磁感。
卷取温度高于700℃，可以改善成品组织、织构和磁性。但卷取温度过高，会增加晶界氧化及内氧化层的可能，导致酸洗困难。为保证热轧卷的再结晶驱动力，使晶粒粗化，形成更多对电磁性能有利的织构，本钢薄板坯无取向硅钢50W1300热轧工艺温度设计如表1。
表1 热轧各段工艺温度要求
通过以上热轧工艺设计，获取了理想的热轧原料组织，钢中的组织均为铁素体，夹杂物为球状氧化物，退火板中的氧化物更小且数量更少，热轧板横向晶粒度的分布在29.1~43.1μm，传动侧的晶粒度对比操作侧偏小。
上、下表面为等轴晶组织，中心部分为变形组织+少量等轴晶组织，根据组织遗传性影响，利于冷轧后退火晶粒的均匀长大。热轧板金相组织见图2。
图2热轧板金相组织
2.1.5 冷轧工序工艺控制及成品性能
50W1300采用一次冷轧法生产，用5道次轧成0.5mm。冷轧压下率设定考虑了轧前材料组织状态，由于50W1300级别产品无需常化或预退火处理，如果道次压下量过大，会造成成品晶粒小、铁损高、磁感低的问题。薄板坯热轧原料晶粒度足够，原料厚度控制在2.5mm，对于成品厚度，将压下率控制在80%，达到破碎晶粒，消除剪切应力，有利于{110}<111>织构的形成及综合电磁性能的提高。如表2和图3所示，采用本钢FTSR薄板坯产线生产的无取向硅钢50W1300，电磁性能优良、板型良好，满足标准和用户要求，达到同行业同品类水平。
表2 本钢FTSR产线生产的无取向硅钢50W1300的磁性能
2.2 FTSR产线生产无取向硅钢的节能降碳效果
硅钢材料全生命周期的节能环保以薄板坯连铸连轧机组生产无取向硅钢最为突出。薄板坯连铸连轧产线以更短的生产流程生产无取向硅钢，大幅降低了热轧工序的能耗，同时通过工艺的优化提升材料电磁性能以及电机效率，形成优秀的组织基础，为后面连退工序降低再结晶退火温度或提高退火速度、降低工序能耗等提供了先决条件，实现无取向硅钢从制造到终端应用的全过程节能环保。
本钢FTSR生产线布局紧凑，工艺流程短，加热成本低；生产无取向硅钢时，其热轧板基体组织未经历反复相变，不能借助相变细化晶粒；热轧总变形量小、变形储存能低，再结晶的形核率偏低，这些因素使得FTSR热轧板晶粒较粗大。粗大的热轧晶粒一方面会在冷轧和退火之后因再结晶形核率低而粗化成品板晶粒，降低铁损；另一方面会增强成品板的有利织构，进而提高磁感。因此，FTSR流程生产无取向硅钢具有天然优势。
如图4所示，利用FTSR产线节能优势，通过以上工艺实践，所生产的无取向硅钢50W1300可实现节能降耗达30%。
图3退火后的成品电磁性能
图4薄板坯与常规热轧能耗对比
3 结论
1)FTSR产线生产的无取向硅钢，铁损平均值P1.5达到5.5W/kg以下，磁感B50最大可达1.73T，综合磁性能更优；
2)结合FTSR产线优势，采用合理的热轧工艺，通过低温出炉、高温终轧和卷取，保证了热轧卷发生再结晶的驱动力，形成更多对电磁性能有利的织构；
3)FTSR产线采用1100℃以下的板坯低温加热工艺技术生产无取向硅钢，充分利用了产线特征，在控制第二相粒子的固溶和析出的同时，节约能源、减少排放，节能降碳可达30%。
来源：电工钢
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