近年來，我國取向電工鋼的生產有了長足的進步，國產化技術和裝備水平、品種檔次及磁性能指標均達到世界先進水平。但電工鋼的生產處于產能提升較快但技術滯后的狀態，其在品種規格、產品質量、成材率與工藝技術創新方面與代表取向電工鋼世界最高水平的日本企業尚存在一定差距。
我國目前依然是世界最大的電工鋼生產及消費國。2011年我國冷軋取向電工鋼的產量為61.91萬噸，其中CGO與Hi-B鋼產量分別為33.11與28.80萬噸，進口取向電工鋼高達31.26萬噸，國產取向電工鋼市場占有量僅約為66%。其中Hi-B鋼進口量占取向電工鋼總進口量的比例高達70.21%，即我國Hi-B鋼的生產與國內市場的需求還有很大差距，目前依然極大依賴國外進口。
薄板坯連鑄連軋（TSCR）是20世紀80年代末在廠鋼鐵制造領域成功開發的一項新技術，是連續、緊湊、高效的板帶材生產流程之一。采用薄板坯連鑄連軋流程生產電工鋼，從節能降耗、提高產品質量等方面都具有流程內在的優勢，更與開發高品質鋼種、擴大其生產品種的國際化趨勢接軌。
國內技術研究已獲成功
目前，按照抑制劑的不同形成方式，取向電工鋼的工業生產技術可分為兩種：一種是“固有抑制劑法”，即冶煉時加入抑制劑的形成元素，通過板坯高溫加熱（>1300℃）使凝固時析出的粗大析出物（如MnS，AIN，MnSe等）完全固溶，再使其在隨后的熱軋或常化時以細小彌散狀重新析出，起到抑制劑的作用。另一種是“獲得抑制劑法”，即冶煉時調整鋼中鋁和氮含量，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小彌散狀氮化物抑制劑來加強抑制能力。
由于薄板坯連鑄連軋流程生產取向電工鋼與傳統流程相比具有眾多優勢，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驗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，成品磁性能分別達到27Q140、30Q130、27Q120與30QG130的水平。此外，他們采用“固有抑制劑法”結合固態與氣態滲氮方式的“獲得抑制劑法”，也成功試制了Hi-B鋼，成品磁性能分別達到30QG120與30QG100的水平。目前，武鋼與該中心合作研發，采用CSP流程成功進行了普通取向硅鋼的試生產，成品磁性能達到30Q130和27Q140的水平，課題已通過科技部驗收。
具有提質降本等技術優勢
與傳統板坯流程（高溫、低溫）相比較，薄板坯連鑄連軋工藝生產取向電工鋼的技術優勢有以下幾點：
一是鑄坯加熱溫度低、時間短。與傳統板坯流程相比，薄板坯流程的鑄坯厚度（100mm）遠小于傳統連鑄坯厚度（200mm～300mm），薄板坯表面溫度>950℃入均熱爐，在1100℃～1200℃溫度下經短時間（1h）加熱后即可確保鑄坯芯部至表層溫度的均勻。薄板坯低溫短時的加熱可避免或減弱傳統板坯流程高溫加熱（1300℃～1400℃）所帶來的問題，如高溫加熱易導致鑄坯晶粒粗大，在加熱或軋制過程中出現熱裂紋，同時熱軋板邊裂明顯造成切邊量大，使得產品的質量、產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0.23mm厚度的超薄取向硅鋼產品。同時，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工藝高一倍以上，這對采用一次大壓下率冷軋的方法生產高磁感取向硅鋼也十分有利。與傳統板坯流程相比，TSCR流程生產取向硅鋼流程大大縮短，生產效率將得到極大提高，生產成本也會大大降低。
三是鑄態組織細小均勻，有利于組織的控制。由于薄板坯（約50mm厚）在結晶器內的凝固速度與高溫時（1400℃以上）的冷卻速率分布比傳統厚板坯（約210mm厚）約高1個數量級，其原始的鑄態組織與厚板坯相比更加細小均勻，而等軸晶尺寸一般小于1.5mm，因此可以省略電磁攪拌工序。
鑄坯經短時低溫加熱，組織也不易粗化，同時鑄坯晶粒小，成品不易出現線晶，因此更易得到有利的初次晶粒尺寸，并可以提高成材率、降低生產成本。
四是第二相析出物細小，有利于抑制劑的控制。由于薄板坯凝固速度快，其質地更加均勻，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。
有研究結果表明，采用CSP流程生產取向硅鋼的鑄坯中第二相析出物細小彌散，其平均尺寸不大于60nm。同時，由于薄板坯均熱溫度較低且時間短，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Hi-B鋼時，由于抑制劑不能充分固溶，為了增強抑制劑的抑制能力，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散進入鋼片的速率，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，成品的磁性能更優良。
攻克抑制劑控制這一技術難點
為了實現薄板坯連鑄連軋流程生產取向電工鋼，必須解決的主要技術難點是保證抑制劑的析出數量、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量細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”生產取向電工鋼研究的核心在于適應薄板坯流程抑制劑方案的制訂，必須結合TSCR流程與取向硅鋼組織、織構特點，進行抑制劑的熱力學、動力學分析，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滲氮工藝方案的制訂，包括脫碳退火與氣態滲氮工序的組合順序、滲氮溫度的高低等，使得氮能在短時間內快速滲入鋼帶，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化得到合適的種類、數量、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，在脫碳退火、氣態滲氮與高溫退火工序中滿足合適的初次再結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數以及合適的二次再結晶尺寸三者的統一來保證成品磁性能的優良與穩定。
采用高溫滲氮處理是發展趨勢
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，還能克服冶煉時鋼中鋁、氮含量的波動，以穩定生產磁性能優異的Hi-B鋼。因此，采用薄板坯連鑄連軋流程生產取向電工鋼的主要發展趨勢為采用“獲得抑制劑法”即滲氮處理以穩定生產Hi-B鋼。同時，采用高溫滲氮也成為滲氮處理的發展趨勢，它不僅可以提高氮滲入和擴散進入鋼片的速率，從而使氮更好地擴散至鋼帶內部，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取向電工鋼，從降低生產成本、提高產品質量等方面都具有較大的流程內在優勢，但其在品種規格、產品質量、工藝技術創新等方面還需進行大量的研究工作。深入開展薄板坯連鑄連軋流程生產取向電工鋼的相關研究，不僅能夠進一步優化產品結構，提高產品質量，還能推動我國在該技術領域的開發應用與升級。
(關鍵字：取向電工鋼 生產 技術)
