l 前言
含硅量为0.5%～4.5%极低碳硅铁合金通称为硅钢片，含硅量小于0.5%极低碳钢板称为低碳电工钢板，两者统称为电工钢板。电工钢是一种含碳量极低的硅铁软磁合金，其主要用于制造电动机、发电机、变压器铁芯和各种电讯器材，按质量计占磁性材料用量的90%～95%以上。电工钢的需求量大体上与发电量成正比，我国规划到2010年发电装机容量为5.9亿kW，2020年将达到9.6亿kW，从2010年到2020年的年均增长率为4.6%。此外，我国电网设备老化，改造电网需要大量高质量的变压器，因此我国电工钢需求量将持续增加。
2电工钢的分类
电工钢的发展史实际上是电工钢铁损逐步降低的历史。电工钢的分类见表1[1]。
3电工钢机理
取向电工钢板是将铁易磁化轴的方向方向，即铁的立方晶格棱边方向与成品板卷轧制方向取向一致的极高功能材料。取向电工钢板与一般的由微米多晶体组成的薄钢板完全不同，其是由毫米级单晶聚集体组成，且控制其易磁化轴对轧制方向的偏移在8。以内。取向电工钢板产品的特性多以结晶方位取向性的附带特征——磁通密度B8(磁化力为800A/m的磁通密度)和铁损(如W17/50为磁通密度振幅1.7T、50Hz条件下的单位铁芯重量的能量损失)进行评价。
无取向电工钢板是由100μm的多晶体组成，能进行减小钢板面内磁性的异向性设计;其特：性也可用磁通密度B50(磁化力为5000A/m的磁通密度)和铁损(如w15/50为磁通密度振幅1.5T、50Hz条件下的能量损失)来评价。
4 电工钢的标准
20世纪60～70年代，我国电工钢的标准是以行业标准的形式出现，到80年代才有了国家标准。电工钢的标准变化过程是：YB73→60→YB73→63→YB73→70→GB2521→88→GB2521→1996。我国电工钢标准体系见表2[2]。
5 国内外电工钢的生产现状
目前只有我国还在生产热轧电工钢，而由于冷轧电工钢具有诸多优点，因此热轧电工钢势必被冷轧电工钢取代。冷轧电工钢带在尺寸精度、表面质量方面明显优于热轧电工钢;在内在磁性方面，即使二者铁损相当，冷轧电工钢的磁感仍比热轧电工钢的磁感高0.14～0.15 T.，这可使在同一工作点所需的磁场强度明显降低，为减少线圈匝数、降低铜线消耗创造了条件。而且，在相同的铁损下，冷轧电工钢磁感的激磁电流小，电机铜损少，因而使功率得以提高。冷轧电工钢同板差≤15μm，叠装系数≥98%，而热轧电工钢同板差≤50tμm，叠装系数≥95%;冷轧生产效率高，劳动强度低，而热轧生产效率低，劳动强度大。热轧电工钢靠不均匀的氧化膜绝缘，而冷轧电工钢表面有绝缘层，无论光洁度还是平整度，都优于热轧电工钢。且绝缘可靠性、绝缘电阻要大得多，由此可减少涡流损失，降低铁芯损耗。因而用冷轧电工钢替代热轧电工钢可带来良好的效益。
5.1我国冷轧取向硅钢片
冷轧取向硅钢片主要用于各种变压器的铁芯。目前全球约有16个企业生产取向硅钢片，产量在145万t/a左右。
武钢是我国较少生产冷轧取向硅钢片的企业之一。原有的取向硅钢片有厚0.35、0.30、0.28mm 3个规格8个牌号;高磁感取向硅钢(Hi—B钢)片有厚0.35、0.30mm 2个规格2个牌号。20世纪90年代以来，为顺应市场变化，加大了新品种开发和技术进步的投入力度(引进了高温轧制技术、含铜取向硅钢、新成分Hi-B钢、开发出具有武钢产权的低温取向硅钢板)，在产量、品种、质量等方面都取得了长足进步。然而，同市场需求和国外先进水平相比，还有较大差距。
在武钢生产的部分取向电工钢中，Hi—B取向的有27QG095、27QGl00、27QGll0、27QGl20、27QGl30，一般取向的有30Q120、30Q130、30Q140;在无取向电工钢中，高牌号的有35WW300、35WW360、35WW400，中牌号的有50WW310、50WW350、50WW400、50WW470，低牌号的有50WWl300。
5.2我国冷轧无取向硅钢片
我国冷轧无取向硅钢片的生产情况如下：
(1)1978年武钢由日本引进生产设备，开始生产无取向硅钢片。主要产品有厚0.35、0.50mm 2个规格、12个牌号。通过对引进技术的消化、吸收、创新，取得了显著成效，例如，降低板坯碳含量，由原来的80×10-6降到30×10-6以下;使脱碳退火速度由50m/min提高到120m/min;降低板坯加热温度，提高了磁性;对热轧卷进行常化处理，不但能提高磁性，而且是消除表面瓦楞状缺陷的主要措施之一。1998年7月建成由国内设计的第1条生产无取向硅钢片的退火CA5线，主要生产中、低牌号冷轧无取向硅钢，目前生产线运转良好。
(2)2000年5月宝钢由日本引进1550mm冷轧机，同年又增建了3号连续退火线(tt产能力为23.9万t/a)。目前主要生产中、低牌号无取向电工钢，能生产14个种类的无取向硅钢品种，设计厚度为0.35、0.50、0.65mm 3种规格，宽度为800 1300mm。宝钢充分发挥1550mm轧机的优势，使产品走向世界。近几年又开发出铁损低、磁感高的多种新产品，深受用户欢迎。
(3)太钢冷轧无取向硅钢片生产线是由法国引进的，生产工艺由太钢独立开发，至今已能生产符合标准GB/T2521—1996要求的50W470以下的各牌号冷轧无取向硅钢，其中以生产50w470、50W540、50W600牌号为主。太钢开发出高磁感、低铁损的家电用钢外，2005年又开发出50W350、50W400等牌号产品。主要规格为0.50mmX 1000～1200mm，可成卷或单片交货。
(4)鞍钢冷轧电工钢4条生产线于2005年4月全面投产，年产80万t中、低牌号冷轧无取向电工钢，磁性和厚度精度均优良。
(5)马钢2006年成功试制冷轧电工钢，涟钢、珠钢和本钢也能生产少量电工钢。
5.3日本电工钢水平
JFE公司现行取向电工钢板代表性产品的特性如表3所示.
JFE能生产B8—1.85～1.93T、W17/50—0.78～1.33W/kg的产品，特别是能稳定生产B8≥1.88T的高磁通密度取向电工钢板，是组合了以二次再结晶为首的高级冶金技术韵结果。另外，铁损除与钢板结晶取向相关外，还随薄板化而降低。广泛使用的低铁损产品有厚0.23mm的23JGH(铁损0.88W/kg)和23JGS(铁损0.87w/kg);并且，若使之形成细线状沟槽而将磁畴细分化，就成为超低铁损产品23JGSD，如牌号23JGSD085的铁损就低至0.78W/kg。
JFE无取向电工钢板主要包括低硅含量的50JN系列的4个产品及高硅含量的35JN系列的6个产品、35JNE系列的3个产品和JIA系列的3个产品，合计16个牌号产品。
6电工钢涂层
电工钢铁损是衡量电工钢产品性能的一个主要指标。铁损(PT)主要包括磁滞损耗、涡流损耗、反常损耗三部分。为防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗，需在电工钢表面涂敷绝缘涂层，即在电工钢板表面涂覆一层无机、有机或半有机型涂料，烘烤后形成皮膜。电工钢绝缘涂层除具有绝缘性外，还要有优异的冲片性、焊接性、附着性、耐化学药品稳定性及叠装系数等。
目前半有机涂层被国内外电工钢生产厂家广泛采用。它以无机涂料为主，有机树脂为辅，具有绝缘性和冲片性，能经受消除应力退火700～800℃的涂层。部分厂家所用涂层类别如表4所示[4]。除表4所列外，日本川崎、德国蒂森公司还开发了有机高分子自黏接性涂层。
7 电工钢生产技术的发展
7.1电工钢冶炼技术
为提高硅钢片的电磁性能，首先必须把碳控制在0.06%以下，使硅钢高牌号率稳定提高到98%以上;如Si含量高，则高牌号率高，当Si含量为2.40%～2.70%时，磁性最佳;S对磁性的影响极坏，应尽量减少其含量;Mn可抑制S的影响，但含量不宜过高，Mn/S比应控制在10～18为宜;P能提高电阻率，降低铁损，但会增加硅钢的冷脆性，所以应谨慎使用。
7.2 电工钢传统生产技术
一般情况下，传统工艺连铸得到的板坯厚度约为200 250mm。在炼钢时加入抑制剂，但为了保证获得稳定的高磁性，必须在热轧前使抑制剂完全同溶，因此，要使连铸后缓冷变粗的硫化物和氮化物重新固溶，须在1400℃左右的高温加热板坯。在热轧或热带退火阶段，又希望硫化物和氮化物以弥散状态析出，这一析出物必须保持到冷轧后二次再结晶开始。即使在罩式炉退火过程中，也必须避免抑制剂过早固溶或粗化引起抑制作用降低。但是，在1400℃左右的高温加热板坯会产生许多问题：如氧化铁皮多、烧损大、成材率低;修炉频率高、产量降低;燃料消耗多、炉子寿命短、制造成本高、产品表面缺陷增多等。
7.3固有抑制剂加后添加抑制剂生产技术和后添加抑制剂生产技术[5]
在炼钢时通过调整化学成分，如提高Mn、P
含量，降低S含量，加入Sn、Bi、Cu或Sb，控制Al和N含量等，即可降低板坯加热温度。而在板坯低温加热过程中，通过使抑制剂完全或部分固溶，在热轧或常化退火时再析出，冷轧后，在脱碳退火线上向炉内注入氨气进行渗氮(添加抑制剂)，则可形成固有抑制剂加后添加抑制剂的生产工艺路线。如今最新的方法是将薄板坯连铸连轧技术(板厚50～70mm)和固有抑制剂与后添加的抑制剂联合使用。
如果在硅钢生产的后工序加入抑制剂，原始板坯中因没有高熔点的抑制剂元素，则更容易在1150～1200℃的较低温度加热。目前，这种板坯低温加热工艺的思路是：二次再结晶所必需的抑制剂全部在硅钢片生产的后工序加入，即在脱碳退火线上(脱碳退火的后段)，向退火炉中注入氨气(NH。)进行渗氮，或在涂退火隔离涂层工序中加入含硫或氮的化合物(如MnN、CrN化合物)，或在罩式炉退火气氛中采用较高的N来有效地加强这种抑制作用。通过在二次再结晶之前进行渗氮处理，能形成足够的(Al、Si)N抑制剂，以确保进行完善的二次再结晶。
7.4薄板坯连铸连轧生产技术
薄板坯技术的特殊优势在于：在均热炉中加热板坯，可获得均匀有效的抑制剂，该技术使薄板坯表面和中心的温度梯度低于传统步进式炉中厚板坯的温度梯度，因此较粗的析出物可进一步再固溶。与厚板坯相比，用此工艺，板坯再加热温度远低于1400℃，在相同的表面温度下，薄板坯工艺的固有抑制作用更高，更易形成有利的初级晶粒尺寸。
经浇铸后的薄板坯通过均热炉直接送入热轧精轧机直接轧制，此过程缩短了时间，节约了能源。在均热炉中，板坯的再加热温度限制在1300℃以下，为配合固有抑制剂以及固有抑制剂加后添加抑制剂的混合体系的应用，后添加抑制剂在脱碳退火线上通过渗氮产生。、
生产线传统采用有中间退火的2次冷轧技术。现采用1次冷轧代替2次冷轧可使工艺更紧凑，采用大冷轧压下率和固有抑制剂加后添加抑制剂混合体系可获得高级别产品的(HG0或Hi—B)磁性能。
8结语
(1)冷轧电工钢属于中国国民经济建设急需和短缺的产品。发展冷轧电工钢板，在增加无取向硅钢板产量的同时，应加大取向硅钢板所占比例，以及加大Hi—B钢占取向硅钢板的比例。
(2)缩短与国外的差距，开发厚0.23mm以下的高磁感取向硅钢板，P1.7/50≤0.9W/kg和开发50W230、35W210无取向高牌号硅钢，高效节能电机用钢及电动汽车马达用钢。
(3)开发特殊用途电工钢板，如厚0.1mm以下的三次再结晶取向硅钢薄带，具有高饱和磁感的取向纯铁板以及高绝缘性能无公害绝缘涂层及粘结性涂层是亟待解决的问题。
[参考文献]
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