摘要：高硅鋼是一種磁性能優異的軟磁合金。介紹了硅鋼製備工藝的研究現狀，如逐步增塑法、表面納米化、低溫板坯加熱技術等方法，並指出了上述工藝的優勢。
Fe-Si 合金具有優異的軟磁性能，當Si 質量分數為6.5wt%時，性能可達到最佳狀態。但隨硅含量的升高，硅鋼的脆性也隨之增大，對其加工性能產生不利影響，這主要由於Si 的共價鍵會使固溶強化增強，使得熱加工性能和機械加工惡化。傳統軋製法制備的硅鐵合金薄板表面質量好、成分均勻，具有廣闊的應用前景。而諸如CVD 快速連續滲硅法、粉末冶金、熱浸擴散法、快速凝固等方法，由於製備成本高、產量低而難以推廣。因此，在傳統工藝基礎上，開發出了新的製備工藝，目前有逐步增塑法、表面納米化、低溫板坯加熱技術，是目前生產高硅鋼的發展方向。
1 逐步增塑法（熱軋溫軋冷軋）
石板郎等利用熱軋-冷軋法制備出了6.5%Si-Fe硅鋼薄板，但它存在工藝複雜、不經濟等缺陷，給工業化大生產帶來一定困難。俄羅斯研製出了熱軋、溫軋、冷軋三軋法工藝，採用中間溫軋（大於總軋製量75%），可破壞原子有序排列並改善其塑性。有研究人員利用逐步增塑法， 採用常規軋製製得了表面平整、厚度均勻、板型良好的Fe-6.5％Si 硅鋼薄板。
梁永鋒等人利用鍛造、熱軋、溫軋、冷軋的方法，製備出了0.03～0.05mm 厚的Fe-6.5％Si 高硅鋼薄板，在真空感應爐中熔鍊、澆鑄；在1000～900℃下鑄錠鍛造開坯，然後在1050～850℃熱軋至1mm，最後在650℃下溫軋成0.3mm 厚的薄板，熱處理後進行冷軋，得厚0.05mm、寬45mm 的高硅鋼薄板。在1200℃下，冷軋板真空退火1.5 h 後，得到了無取向硅鋼。
逐步增塑法制得的冷軋闆闆型良好，厚度均勻，表面平整，薄板斷裂強度明顯減小，顯微硬度明顯降低，在室溫下具有拉伸塑性，退火後矯頑力降低，磁導率升高，軟磁性能得到大幅度提高，有利於降低鐵損。
2 表面納米化
CVD 法在日本用於高硅鋼小批量生產，但滲硅溫度高和滲硅劑中Cl-限制其大規模生產，表面納米化（SNC）技術有望解決其難題。表面納米化技術能使金屬表面發生往復強烈塑性變形，形成納米-微米梯度材料。將表面納米化處理方法與異步軋製技術結合，在軋製過程中使3%無取向硅鋼板材實現SNC，結合開發出的低溫滲硅，形成一種製備高硅鋼的新方法—CSR/LTS 法。
莫成剛等人採用厚度為2.2mm 的3%無取向硅鋼熱軋板，在真空下對樣品進行表面機械預磨處理（SMAT），彈丸直徑8mm，振動頻率50Hz，處理時間60min。用異步軋製CSR 對SMAT樣品進行冷軋，速比1.05～1.31，壓下量92%，薄帶最終厚度0.2mm。然後釆用粉末包埋法進行固體滲硅，在溫度550～700℃，保溫時間1～8 h，滲劑組成為硅粉和1%～5%鹵化物。SMAT樣品表面得到的滲硅層達數十微米之厚， 說明了表面納米化能降低滲劑中鹵化物的含量和滲硅溫度。
該技術具有工藝簡單，能提高金屬結構件的耐磨、耐蝕、抗疲勞性能、成本低、納米層結構緻密且有梯度結構等優點，並且能延長工件的使用壽命，相信經過科研工作者的努力，表面納米化應用到工業生產上將指日可待。
3 低溫板坯加熱技術
傳統的高溫板坯加熱工藝能耗高、汙染大，因此低成本、節能、環保、經濟型的低溫板坯加熱工藝成為世界各大鋼鐵企業致力追求的目標。低溫板坯加熱工藝是通過調整鋼的化學成分，降低加熱溫度到1300℃以下，利用固溶溫度較低的氮化物和硫化銅作為抑制劑來生產取向硅鋼。
目前主要有兩種低溫板坯加熱技術：第一種是在鍊鋼時加入抑制劑，故稱為“固有”抑制劑法；第二種是通過對冷軋板(卷)氮化得到的抑制劑，故稱為“獲得”抑制劑法。
3.1 添加固有抑制劑低溫板坯加熱技術
在鍊鋼時調整化學成分，可降低板坯加熱溫度，如降低S 含量，提高P、Mn 含量，加Bi、Sb、Sn 或Cu，控制Al、N 含量等。目前主要有俄羅斯系與德國蒂森系2 種工藝：
（1）俄羅斯系：主要以A1N、Cu2S 為主，MnS 為輔的抑制劑生產CGO 鋼。由於AlN 的固溶溫度比MnS 低，更易實現低溫加熱，加熱溫度為1250～1300℃，中間退火時進行脫碳，第二次冷軋後在550～650℃進行回覆處理。N 含量<0.012%，Al 含量為0.0l%～0.065%，以利於形成AlN 抑制劑，保證二次再結晶穩定。
（2）德國蒂森系：主要以Cu2S 為抑制劑生產取向硅鋼，Cu2S 質點是在熱軋過程中析出的，板坯加熱溫度為1260～1280℃，初次晶粒尺寸為15～25μm，介於高溫板坯加熱工藝及低溫板坯加熱工藝之間，採用一次大壓下率冷軋工藝，同時需要進行冷軋時效處理。
3.2 “獲得”抑制劑法低溫板坯加熱技術
原始板坯中沒有高熔點的抑制劑元素，則更易在較低溫度加熱，由此代替了傳統工藝中在1400℃加熱的工藝路線。板坯低溫加熱工藝的思路是：在脫碳退火的後段加入二次再結晶所必需的抑制劑，即向退火爐中注入氨氣滲氮，也可以向MgO 隔離劑中添加MnN、CrN 等氮化物進行滲氮。滲入的活性[N]原子與基板中Al 原子結合形成A1N 抑制劑，抑制正常的晶粒長大，使得高斯晶粒通過優勢長大完成二次再結晶。
（1）新日鐵技術：採用滲氮處理，板坯加熱溫度為1150～1250℃。脫碳退火後在750℃下進行連續滲氮處理30s。脫碳退火後控制初次晶粒尺寸18～30μm，高溫退火升溫階段採用體積分數大於25%的N2+H2氣氛控制氧化率，進行快速滲氮處理。
（2）韓國浦項：在850～950℃進行120～185 s的脫碳氮化處理，加熱溫度1250～1300℃，生產時添加一定量的B，在最終高溫退火中形成BN 和（Al，Si）N，起到抑制作用。與高溫方法相比，採用低溫板坯加熱工藝生產取向硅鋼具有氧化鐵皮燒損少，加熱爐壽命長，能實現與其它鋼種交叉軋製，其維護和製造成本低，對設備性能要求低、節能效果好，因此能節約能源，降低生產成本，減少汙染，提高生產效率。所以，在取向硅鋼的工業化生產中，板坯低溫加熱工藝將得到更廣泛的應用。
4 結論
利用傳統軋製法制備硅鐵合金薄板，成分均勻、表面質量好，一直都是硅鋼的發展方向，近些年，人們嘗試著避開該合金的脆性加工區，開發新的製備工藝來製備該合金薄板。研究人員利用逐步增塑法（熱軋-溫軋-冷軋）代替了熱軋-冷軋，所得冷軋板表面平整，磁導率升高，在室溫下具有拉伸塑性，軟磁性能得到大幅提高； 表面納米化技術有望解決CVD 法中滲硅溫度高和滲硅劑中Cl-的問題，該技術工藝簡單、成本低，能提高金屬結構件的耐磨、耐蝕、抗疲勞性能，相信經過科研工作者的努力，表面納米化應用到工業生產將指日可待；採用低溫板坯加熱工藝代替傳統的高溫板坯加熱工藝生產取向硅鋼，能提高生產效率、節約能源，所以板坯低溫加熱技術將得到更廣泛的應用。
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