取向硅钢调研报告资料

取向硅钢调研报告

简介

取向硅钢主要用于制作变压器铁芯和大发电机的定子铁芯，是电力工业发展最为重要的功能材料之一。取向硅钢组织以高度趋于(110) [001」位向，即高斯方向的晶粒为主要特征，是唯一经过二次再结晶得到的钢铁制品，其生产工艺复杂、制造技术严格，被誉为钢铁材料中的“艺术品”。

取向硅钢按{110}<001>取向度和磁性能不同分为普通取向硅钢(Conventional Grain-oriented Silicon Steel,CGO)和高磁感取向硅钢(High Magnetic Induction Grain-oriented Silicon Steel, Hi-B)两类。Hi-B 钢与CGO 钢相比，具有铁损低、磁感应强度高、磁致伸缩小等优点，用它制作的变压器产品具有空载损耗低、噪声低、体积小等优点。近年来，高磁感取向硅钢的产量与使用量逐年增大。两者在性能上的差异见下表1。

表1 CGO和HiB钢的性能比较

取向硅钢生产技术现状

目前，世界上主要的取向硅钢生产工艺有4种，分别是高温加热两次冷轧法、高温加热一次冷轧法、低温加热两次冷轧法、低温加热一次冷轧法。每种工艺的生产流程、工艺特点和优缺点如表2所示。

目前全世界仅有约16家企业可以生产取向硅钢。主要企业有:日本的新日铁和JFE 、韩国的浦项、美国的AK 和AlleghenyLudlum 、俄罗斯的新利佩茨克(简称NLMK)、德国及在法国的蒂森克虏伯、英国的CogentPower 、巴西的Acestita 、波兰的Stalprodukt S.A.、阿赛诺米塔尔收购的捷克ValcovnyPlechuA.S.、中国的武钢、宝钢等。

目前取向硅钢最先进的生产厂为新日铁，主要生产HiB 取向硅钢； 韩国浦项主要是仿照日本新日铁低温渗氮工艺，全部产品采用低温加热一次

冷轧工艺生产，而且绝大部分产品为HiB；

德国蒂森克虏伯开发了以Cu2S+AlN为主，并以MnS+Sn为辅作为抑制剂的低温加热一次冷轧法，生产HiB取向硅钢。其工艺特点是高温常化+一次大压下率冷轧工艺，并采取冷轧时效处理。

俄罗斯采用低温加热两次冷轧法主要生产CGO，采用AlN+Cu2S为抑制剂，其特点是Cu含量(约0.50%)和Mn含量(约0.20)较高，虽然采用AlN为抑制剂，但不需要常化处理，仍采用二次冷轧法，中间退火即将C脱到30ppm以下。

国内目前只有武钢、宝钢够批量稳定生产普通取向硅钢和高温加热HiB取向硅钢。

取向硅钢发展趋势及新工艺

目前取向硅钢主要向高效、节能及低成本这几个方面发展：

1.超低铁损取向硅钢

（1）细化磁畴

硅钢片的铁损由磁滞损耗和涡流损耗组成,涡流损耗又分为经典涡流损耗和反常涡流损耗。在工频下,反常涡流损耗约占铁损的50%。反常涡流损耗是以磁畴壁的移动为基础的涡流损失,与磁畴壁的移动速率成正比,而畴壁的移动速率与移动距离成正比,因此磁畴宽度越大,涡流损失越大。磁畴细化技术就是通过减小取向硅钢主畴宽度来降低其涡流损耗的物理方法。

目前用来细化磁畴的方法主要为激光刻痕法。激光刻痕法是用照射能量为几个毫焦的半宽脉冲式或连续式激光束以点状或线状沿与轧向垂直的方向以大约5mm的间距照射在带有绝缘膜的成品钢带表面。激光束的热量在钢板的表面之下产生弹性-塑性形变区域。磁畴是通过在弹塑性形变区产生的压应力和刻痕间的张应力来细化的。

（2）提高Si含量

Si含量升高会使电阻率升高，进而铁损会降低，然而Si含量增高会使冷加工性变坏，因此通过提高Si含量来降低铁损程度有限。

（3）减薄厚度

板越薄，叠片系数越低，涡流损耗越小；板越薄，所制成薄板内晶粒的[001]

轴与轧向之间的偏离角越小，因而磁感越高。取向硅钢厚度规格的发展历史是由0.35mm→0.30mm→0.27mm→0.23mm→0.20mm→0.15mm发展，目前，0.20mm 厚取向硅钢薄带是应用在400Hz磁场下的一种软磁材料，它具有磁感应强度高、铁损低等特性，是用于军工雷达变压器的理想铁芯材料。

（4）沉积应力涂层

其机制是硅钢片经过高温退火处理后，由于涂层与硅钢片的热膨胀系数差别较大，在冷却时两者收缩率不同，涂层收缩相对较小而使硅钢片基体受到一定的拉力，从而可降低硅钢片单位质量铁损。另外，在取向硅钢表面利用溶胶凝胶技术制备氧化铝薄膜，可以使铁损降低。

2.短流程生产工艺

（1）薄板坯连铸连轧工艺

与传统板坯流程相比,薄板坯连铸连轧省略了初轧工艺,铸坯厚度(<100mm)远小于传统连铸坯厚度(200~300mm),薄板坯经均热炉加热后无需粗轧,直接轧制成2.0~3.0mm厚度的热轧带卷。同时薄板坯流程生产的热轧带卷厚度可以减到小于1.2mm,有利于实现一次冷轧工艺生产取向硅钢。薄板坯连铸连轧流程的抑制剂类型为固有+后添加抑制剂,在初次再结晶和脱碳退火过程后,以相对较高温度用NH3进行渗氮处理,直接形成AlN沉淀。

薄板坯连铸连轧工艺板坯加热温度低、时间短,可避免传统工艺的铸坯高温加热所带来的麻烦并省去保温炉,在很大程度上减少工艺过程,大大降低生产成本。

（2）连续退火取代罩式退火

用连续退火炉取代罩式退火炉完成二次再结晶和净化钢中的抑制剂已经成为生产高端取向电工钢的重要方法。这种退火工艺仅需几分钟，而非几天，大大缩短了退火时间。高温连续退火不仅产量高，而且可以节能20％以上。

3. 含6.5%Si的取向硅钢

目前世界范围内，大批量生产的硅钢片中硅质量分数大都控制在4％以内。当硅钢片中硅质量分数达到6.5％时，磁致伸缩系数趋于零，电阻率增大，涡流损失减小，从而在较高频率下表现出优良的磁性。所以，6.5％高Si硅钢片是制作低噪音、低铁损的理想铁芯材料。然而，由于Si的含量过高，钢成形性变差，

易开裂，因此高硅钢的制备工艺的研制工作受到了广泛的研究和关注。

4.异步轧制生产取向硅钢

减薄取向硅钢片厚度可以大幅度降低铁损,提高其综合性能。常规生产工艺中,当钢板减薄时,由于表面能对二次晶粒长大的驱动力的作用增大,同时抑制剂在高温退火时分解和扩散加剧,二次再结晶发生时抑制剂的数量和分布状态欠缺,导致其抑制能力下降,二次再结晶不易完善,磁性和稳定性极差,因此必须采用加强抑制初次晶粒长大能力等有效措施才能发展完善的二次再结晶。

异步轧制是2个工作辊圆周速度不等使轧制变形区产生一种搓轧变形的轧制技术,具有轧薄能力强、轧制压力低、轧制精度高等特点，可用于超薄取向硅钢的生产（<0.1mm）。

5.双取向硅钢

与一般取向硅钢沿轧向的单一易磁化方向不同,双取向硅钢存在2个相互垂直的易磁化方向,在纵、横两方向的磁感最高,因此可以显著提高硅钢片的磁性能。双取向硅钢由{100}〈001〉立方织构构成,在{100}晶面上有双倍于取向硅钢{110}面的最易磁化方向即〈001〉。此外,具有强旋转立方织构{100}〈011〉的硅钢板,同样也能达到双取向硅钢的效果。与取向硅钢一样,双取向硅钢也需要通过二次再结晶获得准确集中的立方织构。

6.无抑制剂生产取向硅钢

无抑制剂生产取向硅钢技术采用低温板坯加热,无需高温加热设备,加热时产生的氧化铁皮少,成材率高,能耗低,降低了成本,并可获得理想的磁性能。

目前,主要有以下2种无抑制剂生产取向硅钢工艺：

（1）利用表面能的方法。以表面能为驱动力，有意识地使{110}面优先长大,必要条件是板厚很薄,如0.15mm以下,以至于可采用50%～75%的第三次冷轧的技术，之后在一定高温区域、非氧化性保护气氛或真空中进行最终高温退火。（2）高洁净度钢生产取向硅钢。高斯方位晶粒二次再结晶的本质要素是：一次再结晶组织中的高能晶界的分布状态;抑制剂的作用是使高能晶界与其他晶界产生移动速度差,使得二次再结晶成为可能。但是钢中存在不纯元素时,在晶界上特别是在高能晶界上容易产生偏析。当不纯元素含量多时,高能晶界与其他晶界几乎没有移动速度差,钢的洁净度越高,在结晶晶界上析出物和不纯元素越少,高能