近年來，我國取向電工鋼的生產(chǎn)有了長足的進(jìn)步，國產(chǎn)化技術(shù)和裝備水平、品種檔次及磁性能指標(biāo)均達(dá)到世界先進(jìn)水平。但電工鋼的生產(chǎn)處于產(chǎn)能提升較快但技術(shù)滯后的狀態(tài)，其在品種規(guī)格、產(chǎn)品質(zhì)量、成材率與工藝技術(shù)創(chuàng)新方面與代表取向電工鋼世界最高水平的日本企業(yè)尚存在一定差距。
　　我國目前依然是世界最大的電工鋼生產(chǎn)及消費(fèi)國。2011年我國冷軋取向電工鋼的產(chǎn)量為61.91萬噸，其中CGO與Hi-B鋼產(chǎn)量分別為33.11與28.80萬噸，進(jìn)口取向電工鋼高達(dá)31.26萬噸，國產(chǎn)取向電工鋼市場占有量僅約為66%。其中Hi-B鋼進(jìn)口量占取向電工鋼總進(jìn)口量的比例高達(dá)70.21%，即我國Hi-B鋼的生產(chǎn)與國內(nèi)市場的需求還有很大差距，目前依然極大依賴國外進(jìn)口。
　　薄板坯連鑄連軋（TSCR）是20世紀(jì)80年代末在廠鋼鐵制造領(lǐng)域成功開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，是連續(xù)、緊湊、高效的板帶材生產(chǎn)流程之一。采用薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)電工鋼，從節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面都具有流程內(nèi)在的優(yōu)勢，更與開發(fā)高品質(zhì)鋼種、擴(kuò)大其生產(chǎn)品種的國際化趨勢接軌。
　　國內(nèi)技術(shù)研究已獲成功
　　目前，按照抑制劑的不同形成方式，取向電工鋼的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)可分為兩種：一種是“固有抑制劑法”，即冶煉時(shí)加入抑制劑的形成元素，通過板坯高溫加熱（>1300℃）使凝固時(shí)析出的粗大析出物（如MnS，AIN，MnSe等）完全固溶，再使其在隨后的熱軋或常化時(shí)以細(xì)小彌散狀重新析出，起到抑制劑的作用。另一種是“獲得抑制劑法”，即冶煉時(shí)調(diào)整鋼中鋁和氮含量，將板坯在低溫下再加熱（1100℃～1200℃），不要求抑制劑完全固溶，并在高溫退火前采用滲氮處理來獲得新的細(xì)小彌散狀氮化物抑制劑來加強(qiáng)抑制能力。
　　由于薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)取向電工鋼與傳統(tǒng)流程相比具有眾多優(yōu)勢，許多國家都競相開展了此方面的研究。鋼鐵研究總院連鑄中心在實(shí)驗(yàn)室模擬薄板坯連鑄連軋流程，薄板坯加熱溫度1150℃～1180℃，采用“固有抑制劑法”成功試制了CGO和Hi-B鋼，成品磁性能分別達(dá)到27Q140、30Q130、27Q120與30QG130的水平。此外，他們采用“固有抑制劑法”結(jié)合固態(tài)與氣態(tài)滲氮方式的“獲得抑制劑法”，也成功試制了Hi-B鋼，成品磁性能分別達(dá)到30QG120與30QG100的水平。目前，武鋼與該中心合作研發(fā)，采用CSP流程成功進(jìn)行了普通取向硅鋼的試生產(chǎn)，成品磁性能達(dá)到30Q130和27Q140的水平，課題已通過科技部驗(yàn)收。
　　具有提質(zhì)降本等技術(shù)優(yōu)勢
　　與傳統(tǒng)板坯流程（高溫、低溫）相比較，薄板坯連鑄連軋工藝生產(chǎn)取向電工鋼的技術(shù)優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)：
　　一是鑄坯加熱溫度低、時(shí)間短。與傳統(tǒng)板坯流程相比，薄板坯流程的鑄坯厚度（100mm）遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)連鑄坯厚度（200mm～300mm），薄板坯表面溫度>950℃入均熱爐，在1100℃～1200℃溫度下經(jīng)短時(shí)間（1h）加熱后即可確保鑄坯芯部至表層溫度的均勻。薄板坯低溫短時(shí)的加熱可避免或減弱傳統(tǒng)板坯流程高溫加熱（1300℃～1400℃）所帶來的問題，如高溫加熱易導(dǎo)致鑄坯晶粒粗大，在加熱或軋制過程中出現(xiàn)熱裂紋，同時(shí)熱軋板邊裂明顯造成切邊量大，使得產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和成材率降低等等。
　　二是熱軋帶卷厚度可1.2mm，采用一次冷軋法，即可生產(chǎn)0.23mm厚度的超薄取向硅鋼產(chǎn)品。同時(shí)，薄板坯熱軋過程無須粗軋，鑄坯可直接軋制成2.0mm～2.5mm厚度的熱軋帶卷。此外，在控制熱軋板型方面，TSCR工藝的帶鋼厚度和熱凸度控制精度較傳統(tǒng)工藝高一倍以上，這對采用一次大壓下率冷軋的方法生產(chǎn)高磁感取向硅鋼也十分有利。與傳統(tǒng)板坯流程相比，TSCR流程生產(chǎn)取向硅鋼流程大大縮短，生產(chǎn)效率將得到極大提高，生產(chǎn)成本也會大大降低。
　　三是鑄態(tài)組織細(xì)小均勻，有利于組織的控制。由于薄板坯（約50mm厚）在結(jié)晶器內(nèi)的凝固速度與高溫時(shí)（1400℃以上）的冷卻速率分布比傳統(tǒng)厚板坯（約210mm厚）約高1個(gè)數(shù)量級，其原始的鑄態(tài)組織與厚板坯相比更加細(xì)小均勻，而等軸晶尺寸一般小于1.5mm，因此可以省略電磁攪拌工序。

鑄坯經(jīng)短時(shí)低溫加熱，組織也不易粗化，同時(shí)鑄坯晶粒小，成品不易出現(xiàn)線晶，因此更易得到有利的初次晶粒尺寸，并可以提高成材率、降低生產(chǎn)成本。
　　四是第二相析出物細(xì)小，有利于抑制劑的控制。由于薄板坯凝固速度快，其質(zhì)地更加均勻，宏觀偏析和中心疏松較小，各向異性不明顯，使得薄板坯的元素偏析較厚坯的偏析要輕微許多（薄板坯在鑄坯中部的偏析程度只有厚坯的20%），有助于AIN、MnS等析出物尺寸的減小以及分布均勻。

有研究結(jié)果表明，采用CSP流程生產(chǎn)取向硅鋼的鑄坯中第二相析出物細(xì)小彌散，其平均尺寸不大于60nm。同時(shí)，由于薄板坯均熱溫度較低且時(shí)間短，有利于控制析出物的粗化與長大，保持大量的析出物仍能細(xì)小彌散地分布于薄板坯中。
　　五是獲得的抑制劑種類更為有利，抑制劑的抑制能力可能更高。采用低溫板坯加熱工藝（1150℃～1300℃）生產(chǎn)Hi-B鋼時(shí)，由于抑制劑不能充分固溶，為了增強(qiáng)抑制劑的抑制能力，一般在高溫退火前采用約750℃低溫滲氮處理，而薄板坯流程采用約900℃高溫滲氮處理。高溫滲氮處理可以提高氮滲入和擴(kuò)散進(jìn)入鋼片的速率，以直接形成部分所需的AIN抑制劑，而非低溫滲氮處理后以（Al，Si）N為主的最終抑制劑。因此，抑制劑的抑制作用效果與低溫板坯流程相比可能更強(qiáng)，成品的磁性能更優(yōu)良。
　　攻克抑制劑控制這一技術(shù)難點(diǎn)
　　為了實(shí)現(xiàn)薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)取向電工鋼，必須解決的主要技術(shù)難點(diǎn)是保證抑制劑的析出數(shù)量、分布與尺寸來滿足抑制劑的要求，即保證在高溫退火升溫過程中有足夠數(shù)量細(xì)小彌散的抑制劑抑制初次晶粒的長大。
　　由于薄板坯連鑄連軋流程中加熱爐溫度僅1150℃～1200℃，采用傳統(tǒng)抑制劑方案及其控制已不適用于薄板坯連鑄連軋流程。因此，采用“TSCR+固有抑制劑法”生產(chǎn)取向電工鋼研究的核心在于適應(yīng)薄板坯流程抑制劑方案的制訂，必須結(jié)合TSCR流程與取向硅鋼組織、織構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行抑制劑的熱力學(xué)、動力學(xué)分析，保證低溫加熱條件下抑制劑的抑制效果。采用“TSCR+獲得抑制劑法”生產(chǎn)取向電工鋼研究的核心不僅包括滲氮處理前固有抑制劑方案的制訂，而且更為重要的是氣態(tài)滲氮工藝方案的制訂，包括脫碳退火與氣態(tài)滲氮工序的組合順序、滲氮溫度的高低等，使得氮能在短時(shí)間內(nèi)快速滲入鋼帶，得到所需合適的滲氮量與氮化物析出相的種類、尺寸及分布，并在高溫退火升溫階段轉(zhuǎn)化得到合適的種類、數(shù)量、尺寸及分布的有效氮化物抑制劑（AIN或Al，Si）N）來滿足抑制劑的要求。同時(shí)，在脫碳退火、氣態(tài)滲氮與高溫退火工序中滿足合適的初次再結(jié)晶尺寸與晶粒均勻性、合適的滲氮量與有效氮化物抑制劑的體積分?jǐn)?shù)以及合適的二次再結(jié)晶尺寸三者的統(tǒng)一來保證成品磁性能的優(yōu)良與穩(wěn)定。
　　采用高溫滲氮處理是發(fā)展趨勢
　　采用滲氮處理來獲得鋼中所需的抑制劑，由于不要求鋼中固有抑制劑完全固溶，不僅可以大大降低板坯的均熱溫度，還能克服冶煉時(shí)鋼中鋁、氮含量的波動，以穩(wěn)定生產(chǎn)磁性能優(yōu)異的Hi-B鋼。因此，采用薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)取向電工鋼的主要發(fā)展趨勢為采用“獲得抑制劑法”即滲氮處理以穩(wěn)定生產(chǎn)Hi-B鋼。同時(shí)，采用高溫滲氮也成為滲氮處理的發(fā)展趨勢，它不僅可以提高氮滲入和擴(kuò)散進(jìn)入鋼片的速率，從而使氮更好地?cái)U(kuò)散至鋼帶內(nèi)部，影響滲氮過程中氮化物析出的種類與分布，并對最終鋼中抑制劑的存在形式帶來差別，而且在滲氮處理的過程中便可能直接形成部分所需的AIN抑制劑。但采用高溫滲氮須保證初次再結(jié)晶晶粒的尺寸能處于合適范圍，即高溫滲氮過程中晶粒不易長大。
　　采用薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)取向電工鋼，從降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面都具有較大的流程內(nèi)在優(yōu)勢，但其在品種規(guī)格、產(chǎn)品質(zhì)量、工藝技術(shù)創(chuàng)新等方面還需進(jìn)行大量的研究工作。深入開展薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)取向電工鋼的相關(guān)研究，不僅能夠進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，還能推動我國在該技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用與升級。
 

(關(guān)鍵字：取向電工鋼 生產(chǎn) 技術(shù))