090251李振— 电工硅钢的轧制技术

电工硅钢的轧制技术摘要电工硅钢是含碳很低、含硅1%～5％的铁基合金，具有非常小的磁滞损耗。

一种含碳量极低的硅铁软磁合金。

电工硅钢片主要用作各种变压器、电动机和发电机的铁芯。

硅钢片性能指标：铁损低；表面光滑，平整，厚度均匀；磁感应强度高。

冷轧硅钢被称为钢铁行业上的“瑰宝,奇葩,明珠”,以其流程控制长,工艺技术复杂,窗口窄著称,一向被认为钢铁公司技术水平的象征.而二十辊机组作为取向硅钢生产关键步骤。

冷轧的作用在于保证轧出产品具有“尺寸精确、板形好、表面光洁、性能高”。

尺寸精确即严格控制产品厚度精度，按厂下达的各作业线半成品标准执行。

板形好指轧出成品平直、浪形小。

表面光洁指轧出半成品表面光滑，无各种辊印、孔洞、划伤等缺陷。

同时要求冷轧时严格按照标准要求控制冷轧压下率（变形量），这样才能保证轧出产品有较高的性能。

硅钢的板型控制可以通过一中间辊窜辊、AS-U调节板型、主液压缸调平。

关键词：电工硅钢片；工艺技术；二十辊；轧程；板形；表面性能；AS-U；调平一、生产硅钢的历史Hadfield出生在英国Sheffield的一个钢铁世家中，在1882 年,一个有决定性影响的偶然事件发生了。

Hadfield 钢厂的铸钢车间为一个轧钢厂生产一对行星齿轮,不久后就接到用户的反映说这对齿轮运转费力，“好象轮齿间有砂子一样”。

化学分析指出，钢中含有 1.15 %Si，可能是由于脱硅不充分而造成的。

Hadifeld从这次事故联想到用硅钢制造砂面轮的可能性，分别研究硅和锰对钢的影响,在1882 年9 月发明了高锰耐磨钢(又称Hadfield 高锰钢) ,在1884 年发明了制做硅钢片的硅钢,可以说是一箭双雕。

硅钢虽有优良的电磁性能,但是从Hadfield 在1884 年取得专利权到1906 年Hadfield 钢厂售出第一吨硅钢，Hadfield 与各种习惯保守势力进行了近四分之一世纪的顽强斗争---“为什么用点高炉就能冶炼的硅铁就卖得那么贵?”今天的电能消耗及硅钢质量都大大提高了,每年节约的资金当以数十亿美元计。

1934年Goss发表了生产取向硅钢的专利，这是一种包括中间退火在内的2次冷轧法。

1952年前后日本引进美国硅钢的生产技术，并对其进行系统研究，新日铁1964年开始工业性试验，1968年开始正式销售，即 ORIENTCORE*Hi-B。

冷轧硅钢被称为钢铁行业上的“瑰宝,奇葩,明珠”,以其流程控制长,工艺技术复杂,窗口窄著称,一向被认为钢铁公司技术水平的象征.而二十辊机组作为取向硅钢生产关键步骤。

电工硅钢片主要用作各种变压器、电动机和发电机的铁芯。

电工硅钢的生产对我们国民生活有着重要作用。

所以提高电工硅钢的轧制技术和产品的质量，降低生产成本颇为重要。

国内一些生产硅钢的企业做出了很大成绩，但是我们同国际相比仍然存在很大差距。

武钢是我国目前唯一能生产冷轧无取向硅钢和冷轧取向硅钢的最大专业化工厂。

1974年经国务院批准，从日本引进全套设备及工艺技术，成为国内第一家冷轧硅钢片厂，年生产能力7万t（其中取向硅钢2.8万t，无取向硅钢4.2万t），经过20多年来的不断引进、消化、改造、扩建和新建，现可生产9个厚度规格75个牌号的硅钢产品，生产能力已达到40万t，形成了取向硅钢10万t，无取向硅钢30万t 的综合能力。

“十五”期间，武钢将规划年产硅钢108万t 的目标，其中取向硅钢20万t，无取向硅钢88万t，预计在2006年该项目全部竣工宝钢1550㎜冷轧无取向电工钢生产技术及设备于1996年与日本川崎和三菱签订合同，川崎负责电工钢生产工艺，三菱电气负责电工钢机组的机械设备、三菱重工负责电机部分。

成套设备已于2000年5月开始热试车，同年12月正式投产。

两条退火热（湿气线和干气线）具备20世纪90年代世界先进水平。

该项目设计电工钢年产能力为35万t，14个中低牌号冷轧无取向硅钢，厚度为0.35㎜、0.50㎜和0.65㎜，宽度800～1300㎜，是目前国际上最宽水平。

预计2003年电工钢产量达到50万t，超设计能力142%。

近期宝钢正在酝酿扩建规划，预计未来3～4年将超过现产能的1倍以上，同时具备生产取向硅钢和高牌号无取向硅钢的能力。

二、电工硅钢（一）电工硅钢的概述电工硅钢是含碳很低、含硅1%～5％的铁基合金，具有非常小的磁滞损耗。

一种含碳量极低的硅铁软磁合金。

按化学成分可分为低硅钢(含 1.0%～2.5%硅)和高硅钢(含 3.0%～4.5%硅)。

加入硅可提高和最大电阻率导磁率，降低矫顽力、铁芯损耗(铁损)和磁时效。

主要用作各种变压器、电动机和发电机的铁芯。

根据不同用途，冶炼时改变硅和铝的含量以满足不同磁性要求。

碳、硫和夹杂物量应尽量减少。

硅钢在工业上主要用来生产热轧或冷轧硅钢片。

电器工业用硅钢主要用来制造电器工业用硅钢片。

硅钢片是电机和变压器制造中用量很大的钢材。

按化学成分硅钢可分为低硅钢和高硅钢。

低硅钢含硅量Wsi1.0%-2.5%，主要用来制造电机；高硅钢含碳量Wsi3.0%-4.5%，一般用来制造变压器。

他们的含碳量Wc ≤ 0.06%-0.08%。

（二）硅钢片的分类1、硅钢片按其含硅量不同可分为低硅和高硅两种。

低硅片含硅2.8%以下，它具有一定机械强度，主要用于制造电机，俗称电机硅钢片；高硅片含硅量为2.8%-4.8%，它具有磁性好，但较脆，主要用于制造变压器铁芯，俗称变压器硅钢片。

两者在实际使用中并无严格界限，常用高硅片制造大型电机。

2、按生产加工工艺可分热轧和冷轧两种。

冷轧又可分晶粒无取向和晶粒取向两种。

冷轧片厚度均匀、表面质量好、磁性较高，因此，随着工业发展，热轧片有被冷轧片取代之趋势(我国已经明确要求停止使用热轧硅钢片，也就是前期所说的”以冷代热”)。

（三）硅钢片性能指标1、铁损低（单位质量的铁心在50赫兹的磁场反复磁化所消耗的能量）；2、表面光滑，平整，厚度均匀（主要为了提高铁芯的叠片系数）；3、磁感应强度高（是铁芯在磁场作用下被磁化时单位面积的磁通量）。

（四）取向硅钢硅含量3%脆性大，具有{110}，〈001〉织构即高斯织构的软磁在高温退火过程中取向硅钢发生二次再结晶获得单一{110}，〈001〉结构。

抑制剂作用高温退火中抑制了初次再结晶的正常晶粒的生长方向促进高斯织构形成。

（五）通取向硅钢的通用生产工艺热轧卷酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→脱碳退火及涂氧化镁→高温退火→热平整退火及涂绝缘层→剪切包装。

（六）高磁感应取向硅钢工艺常化酸洗→冷轧→脱碳退火及涂氧化镁→高温退火→热平整退火及涂绝缘层→剪切包装。

（七）常化酸洗常化温度是1050℃—1150℃，这个温度下钢中部分氮化铝固溶，然后在冷却过程中通过奥氏体相变中析出，常化时间一般在4-5分钟常化温度过高或时间过长热轧板中细小硫化锰聚焦粗化，造成初次再结晶晶粒之间不均二次再结晶不完善，使磁性降低。

（八）中间退火目的：消除冷轧的内应力的加工硬化，便于第二次冷轧；均匀成分，组织；使硫化锰析出量增加；进行部分脱碳。

中间退火温度在850-950℃温度过低结晶不完全，温度过高再结晶晶粒过大，使冷轧和脱碳退火初次晶粒不均匀，不利于二次再结晶发展。

（九）脱碳退火1、用空气中的水蒸气和碳反应生成氢气和一氧化碳，在流动的气氛中将一氧化碳排除炉外，从而达到脱碳。

2、目的：次再结晶，获得{110}，〈001〉；将钢中脱碳至0.003%以下，消除磁时效；在钢带表面形成均匀致密的二氧化硅薄膜。

（十）高温退火（退火气氛氢气和氮气的混合气体）1、目的:加热到850-1050通过二次再结晶形成单一的{110}，〈001〉织构；在升温过程中形成良好的玻璃质硅酸镁底层；2、净化钢质，在1200+-20℃温度下保温进行净化退火，去除钢中硫和氮，同时使二次再结晶吞并分散的残余次晶粒，二次晶粒组织更完整晶界更平直。

（十一）取向硅钢和无取向硅钢的关系1、硅含量不同，冷轧取向硅钢含硅量在3%以上，无取向硅钢硅含量0.5%-3%。

2、工艺和性能不同，无取向硅钢比取向硅钢工艺要求相对较低，取向硅钢要求钢中氧化物夹杂含量低，比无取向硅钢铁损低很多，磁性具有强烈的方向性，在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率与低损耗特性。

取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的三分之一，磁导率之比为6:1。

3、用途不同，冷轧无取向硅钢最主要的用途是用作发电机制造，冷轧取向硅钢最主要的用途用作变压器制造。

三、二十辊轧制硅钢（一）取向硅钢的核心是二次再结晶，二次再结晶的基本条件，有4条：1、良好的基体（一次再结晶晶粒尺寸细小、适中、均匀）2、有（110）[001]织构存在（称为高斯织构）3、钢中要有抑制一次再结晶晶粒长大的抑制剂（如 MnS、AlN、CuS等）4、合适的温度（二次再结晶晶核长大的能量是晶粒边界能）图1 生产取向硅钢的工序流程图（二）冷轧硅钢被称为钢铁行业上的”瑰宝,奇葩,明珠”,以其流程控制长,工艺技术复杂,窗口窄著称,一向被认为钢铁公司技术水平的象征.而二十辊机组作为取向硅钢生产关键步骤，以操作技能要求高，工艺技术复杂，板形要求苛刻，技术诀窍多为特点，成为很多硅钢厂家在生产冷轧取向硅钢的无法跨越的一道次。

（三）二十辊机组目的及工艺原理：二十辊可逆冷轧机的英文简写采用RCM 表示，其主要承担着将酸洗后的热轧卷轧制到客户需要的目标厚度。

根据轧制品种的工艺要求，其有一次轧程和二次轧程之分。

冷轧的作用在于保证轧出产品具有“尺寸精确、板形好、表面光洁、性能高”。

尺寸精确即严格控制产品厚度精度，按厂下达的各作业线半成品标准执行。

板形好指轧出成品平直、浪形小。

表面光洁指轧出半成品表面光滑，无各种辊印、孔洞、划伤等缺陷。

同时要求冷轧时严格按照标准要求控制冷轧压下率（变形量），这样才能保证轧出产品有较高的性能。

具体主要任务有：1、保证轧制的稳定性，尽量减少断带，从而提高成材率；2、保证板形指标，如平直度及凸度；3、保证厚度指标；4、保证带钢表面质量；5、合理设定道次压下率，提高高斯织构（针对取向）。

图2 二十辊设备分布图（四）机组工艺原理：硅钢随着硅含量的增加，钢的屈服强度和抗拉强度明显提高（硅含量小于 3.5%时），延伸率显著降低，硬度迅速增高。

硅钢的轧制比其他钢种困难，而且硅钢特别要求要有精确的成品厚度及压下率，同时要有好的板形。

因此，较难轧制规格的硅钢都是采用二十辊轧机进行可逆轧制的。

硅钢冷轧不仅使钢带减薄从而获得所需要的厚度，同时还为获得理想的初次再结晶组织及织构创造有利条件，因此冷轧分为一次冷轧法和二次冷轧法（根据不同牌号钢种而分别采用）。

（五）时效轧制所谓的时效轧制就是采用粗面工作辊、大压下、闭油、快速轧制。

由轧制时产生的变形热使钢板温度升高（有效温度为100~300℃）。