摘要：高硅钢是一种磁性能优异的软磁合金。介绍了硅钢制备工艺的研究现状，如逐步增塑法、表面纳米化、低温板坯加热技术等方法，并指出了上述工艺的优势。
Fe-Si 合金具有优异的软磁性能，当Si 质量分数为6.5wt%时，性能可达到最佳状态。但随硅含量的升高，硅钢的脆性也随之增大，对其加工性能产生不利影响，这主要由于Si 的共价键会使固溶强化增强，使得热加工性能和机械加工恶化。传统轧制法制备的硅铁合金薄板表面质量好、成分均匀，具有广阔的应用前景。而诸如CVD 快速连续渗硅法、粉末冶金、热浸扩散法、快速凝固等方法，由于制备成本高、产量低而难以推广。因此，在传统工艺基础上，开发出了新的制备工艺，目前有逐步增塑法、表面纳米化、低温板坯加热技术，是目前生产高硅钢的发展方向。
1 逐步增塑法（热轧温轧冷轧）
石板郎等利用热轧-冷轧法制备出了6.5%Si-Fe硅钢薄板，但它存在工艺复杂、不经济等缺陷，给工业化大生产带来一定困难。俄罗斯研制出了热轧、温轧、冷轧三轧法工艺，采用中间温轧（大于总轧制量75%），可破坏原子有序排列并改善其塑性。有研究人员利用逐步增塑法， 采用常规轧制制得了表面平整、厚度均匀、板型良好的Fe-6.5％Si 硅钢薄板。
梁永锋等人利用锻造、热轧、温轧、冷轧的方法，制备出了0.03～0.05mm 厚的Fe-6.5％Si 高硅钢薄板，在真空感应炉中熔炼、浇铸；在1000～900℃下铸锭锻造开坯，然后在1050～850℃热轧至1mm，最后在650℃下温轧成0.3mm 厚的薄板，热处理后进行冷轧，得厚0.05mm、宽45mm 的高硅钢薄板。在1200℃下，冷轧板真空退火1.5 h 后，得到了无取向硅钢。
逐步增塑法制得的冷轧板板型良好，厚度均匀，表面平整，薄板断裂强度明显减小，显微硬度明显降低，在室温下具有拉伸塑性，退火后矫顽力降低，磁导率升高，软磁性能得到大幅度提高，有利于降低铁损。
2 表面纳米化
CVD 法在日本用于高硅钢小批量生产，但渗硅温度高和渗硅剂中Cl-限制其大规模生产，表面纳米化（SNC）技术有望解决其难题。表面纳米化技术能使金属表面发生往复强烈塑性变形，形成纳米-微米梯度材料。将表面纳米化处理方法与异步轧制技术结合，在轧制过程中使3%无取向硅钢板材实现SNC，结合开发出的低温渗硅，形成一种制备高硅钢的新方法—CSR/LTS 法。
莫成刚等人采用厚度为2.2mm 的3%无取向硅钢热轧板，在真空下对样品进行表面机械预磨处理（SMAT），弹丸直径8mm，振动频率50Hz，处理时间60min。用异步轧制CSR 对SMAT样品进行冷轧，速比1.05～1.31，压下量92%，薄带最终厚度0.2mm。然后釆用粉末包埋法进行固体渗硅，在温度550～700℃，保温时间1～8 h，渗剂组成为硅粉和1%～5%卤化物。SMAT样品表面得到的渗硅层达数十微米之厚， 说明了表面纳米化能降低渗剂中卤化物的含量和渗硅温度。
该技术具有工艺简单，能提高金属结构件的耐磨、耐蚀、抗疲劳性能、成本低、纳米层结构致密且有梯度结构等优点，并且能延长工件的使用寿命，相信经过科研工作者的努力，表面纳米化应用到工业生产上将指日可待。
3 低温板坯加热技术
传统的高温板坯加热工艺能耗高、污染大，因此低成本、节能、环保、经济型的低温板坯加热工艺成为世界各大钢铁企业致力追求的目标。低温板坯加热工艺是通过调整钢的化学成分，降低加热温度到1300℃以下，利用固溶温度较低的氮化物和硫化铜作为抑制剂来生产取向硅钢。
目前主要有两种低温板坯加热技术：第一种是在炼钢时加入抑制剂，故称为“固有”抑制剂法；第二种是通过对冷轧板(卷)氮化得到的抑制剂，故称为“获得”抑制剂法。
3.1 添加固有抑制剂低温板坯加热技术
在炼钢时调整化学成分，可降低板坯加热温度，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。目前主要有俄罗斯系与德国蒂森系2 种工艺：
（1）俄罗斯系：主要以A1N、Cu2S 为主，MnS 为辅的抑制剂生产CGO 钢。由于AlN 的固溶温度比MnS 低，更易实现低温加热，加热温度为1250～1300℃，中间退火时进行脱碳，第二次冷轧后在550～650℃进行回复处理。N 含量<0.012%，Al 含量为0.0l%～0.065%，以利于形成AlN 抑制剂，保证二次再结晶稳定。
（2）德国蒂森系：主要以Cu2S 为抑制剂生产取向硅钢，Cu2S 质点是在热轧过程中析出的，板坯加热温度为1260～1280℃，初次晶粒尺寸为15～25μm，介于高温板坯加热工艺及低温板坯加热工艺之间，采用一次大压下率冷轧工艺，同时需要进行冷轧时效处理。
3.2 “获得”抑制剂法低温板坯加热技术
原始板坯中没有高熔点的抑制剂元素，则更易在较低温度加热，由此代替了传统工艺中在1400℃加热的工艺路线。板坯低温加热工艺的思路是：在脱碳退火的后段加入二次再结晶所必需的抑制剂，即向退火炉中注入氨气渗氮，也可以向MgO 隔离剂中添加MnN、CrN 等氮化物进行渗氮。渗入的活性[N]原子与基板中Al 原子结合形成A1N 抑制剂，抑制正常的晶粒长大，使得高斯晶粒通过优势长大完成二次再结晶。
（1）新日铁技术：采用渗氮处理，板坯加热温度为1150～1250℃。脱碳退火后在750℃下进行连续渗氮处理30s。脱碳退火后控制初次晶粒尺寸18～30μm，高温退火升温阶段采用体积分数大于25%的N2+H2气氛控制氧化率，进行快速渗氮处理。
（2）韩国浦项：在850～950℃进行120～185 s的脱碳氮化处理，加热温度1250～1300℃，生产时添加一定量的B，在最终高温退火中形成BN 和（Al，Si）N，起到抑制作用。与高温方法相比，采用低温板坯加热工艺生产取向硅钢具有氧化铁皮烧损少，加热炉寿命长，能实现与其它钢种交叉轧制，其维护和制造成本低，对设备性能要求低、节能效果好，因此能节约能源，降低生产成本，减少污染，提高生产效率。所以，在取向硅钢的工业化生产中，板坯低温加热工艺将得到更广泛的应用。
4 结论
利用传统轧制法制备硅铁合金薄板，成分均匀、表面质量好，一直都是硅钢的发展方向，近些年，人们尝试着避开该合金的脆性加工区，开发新的制备工艺来制备该合金薄板。研究人员利用逐步增塑法（热轧-温轧-冷轧）代替了热轧-冷轧，所得冷轧板表面平整，磁导率升高，在室温下具有拉伸塑性，软磁性能得到大幅提高； 表面纳米化技术有望解决CVD 法中渗硅温度高和渗硅剂中Cl-的问题，该技术工艺简单、成本低，能提高金属结构件的耐磨、耐蚀、抗疲劳性能，相信经过科研工作者的努力，表面纳米化应用到工业生产将指日可待；采用低温板坯加热工艺代替传统的高温板坯加热工艺生产取向硅钢，能提高生产效率、节约能源，所以板坯低温加热技术将得到更广泛的应用。
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