电工钢是各种电器元件最重要的金属功能材料。取向电工钢是各类变压器、镇流器、放大器、稳压器、继电器、整流器、电磁开关等定向磁场电器产品制作铁芯的核心材料。利用Goss取向晶粒在轧向上优异的磁化性能，取向电工钢主要应用于制作定向磁场的铁芯，以降低磁致损耗并大幅度提高磁感水平。取向电工钢，尤其是高磁感取向电工钢，是制造大型变压器、发电机和电动机铁芯不可或缺的材料，具有节能并大幅度减小体积和质量的优点，可满足大型核电站、水电站和火电站的需要。近年来，中国发电量较大幅度的增长和制造业的兴起，带动了取向电工钢的强劲需求，为中国研究、生产和开发取向电工钢带来了良好的发展机遇。

　　本文将围绕取向电工钢的生产和开发，着重阐述其生产中的难点和重点以及取向电工钢的生产工艺和产品的发展趋势。

　　1、取向电工钢的发展概述

　　1934年美国的高斯(Goss)发表了取向电工钢片的生产方法的专利，这种方法的主要特点是采用MnS作为抑制剂，利用二次冷轧法。这种方法的难点是必须采取铸坯的高温加热工艺，这是Armco公司在一次热轧事故中发现的。由于热轧事故，铸坯在炉内时间延长，板坯温度上升，结果发现这批料的磁性好且稳定。可以说，Goss取向电工钢的生产方法是由经验与努力而得来的技术诀窍。

　　在取向电工钢的生产开发中，具有划时代意义的是高磁感取向电工钢(Hi-B)的生产。在Hi-B的研究开发中，必须提及东京大学宇航研究所的本多光太郎教授与新日铁公司的田口悟与坂仓昭研究员，他们经过近6000块热轧板的各种试验而摸索出的一次冷轧法生产Hi-B钢，先后花了16a的时间。虽然新日铁公司1958年从美国的Armco公司引进了取向电工钢的生产专利，但他们还是潜心地研究取向电工钢的一次冷轧法。Hi-B钢生产的核心是AIN的控制，包括冶炼成分和热轧板退火条件的控制。

　　2、取向电工钢的现行生产工艺

　　冷轧取向电工钢生产的首要目标是保证产品的质量，获得符合质量要求和技术要求的产品。电工钢生产的另一任务是努力提高产量，这一任务的完成不仅取决于生产工艺过程的合理性，而且取决于时间和设备是否充分利用及操作者的技术素质。此外，在提高产量和质量的同时，还要努力降低成本。

　　取向电工钢的生产组织包括原材料的组织与准备，设备的使用与维护以及技术规程的制定。各种冷轧取向电工钢根据用途的不同，其生产工艺和操作方法也不同。下面主要就国内外冷轧取向电工钢的现行生产工艺进行简要介绍。

　　冷轧取向电工钢的生产包括一次冷轧法和二次冷轧法。二次冷轧法一般用于生产一般牌号的取向电工钢，它是由热轧带钢冷轧至中间厚度并进行退火，然后经过二次冷轧成最终厚度后进行最终退火等工艺组成。其基本特点之一是以MnS或MnSe作为有利夹杂来抑制初次晶粒的长大;其基本特点之二是采用中等压下率的冷轧来形成形变织构(111)[112]。一次冷轧法是用于生产高磁感取向电工钢的方法。它是将热轧带钢通过常化处理后一次冷轧至成品厚度，然后进行脱碳退火。其生产特点是：①以AlN+MnS(以AlN为主)作为有利夹杂来抑制初次晶粒的长大，促进(110)[001]晶粒长大;②以85%的大压下率形成再结晶的(110)[001]的冷轧形变织构。

　　2.1、取向电工钢的生产工艺流程

　　一般取向电工钢的生产工艺流程参见原创图1所示。新日铁、川崎(现在为JFE公司)生产Hi-B钢的工艺流程参见原创表1。

　　2.2、取向电工钢生产过程中的难点和重点

　　1)冶炼方面的难点之一为成分控制范围窄。成分允许波动范围比普通低碳钢和冷轧薄板钢的成分范围窄得多，特别是板愈薄，成分范围变得更窄，用一般的冶炼工艺设备和分析手段是难以达到的。成分的波动直接影响各个工艺过程和最终产品的性能。成分的控制主要是利用真空精炼装置来进行，这涉及合金的称量和成分的快速和准确分析等，减少成分的波动则涉及炼钢和连铸整个工艺过程，尤其是精炼和连铸过程。

　　2)冶炼方面的难点之二是纯净度的控制。纯净度的控制不仅包括减少氧化物夹杂，还包括减少形成稳定碳化物的元素NB、V、Ti和形成硫化物的元素Mg、Ca等，这些元素直接影响抑制剂的析出行为。这些元素主要随废钢、铁合金和耐火材料带入钢水，必须加强这些原辅料的采购和管理。

　　3)冶炼方面的难点之三是铸坯的成分偏析和铸坯裂纹。由于取向电工钢含硫高和锰低，铸坯容易产生内裂与偏析。解决的方法是采用低过热度浇铸、进行电磁搅拌和铸坯轻压下等措施，定期调节铸机状况，以减少由于硫高带来的中心偏析与内裂，降低柱状晶比率。

　　4)热轧工艺的难点为铸坯的高温加热。为了使MnS和AlN等抑制剂尤其是MnS完全固溶，需将铸坯在高温下加热并保温一段时间，因而容易造成铸坯的氧化烧损。新日铁公司在高于300℃的铸坯表面喷涂防氧化剂后再入炉加热。川崎钢铁公司为防止高温加热形成晶界裂纹，改善产品表面质量，在高于500℃的铸坯表面喷涂MoO3或CaMoO4水溶液。有的厂家的做法是铸坯在入炉前涂布防氧化的涂料。

　　5)冷轧工序的重点为高温退火。对于一般取向电工钢，为了取得好的(110)[001]晶粒取向，应采用较慢的加热速度，以保证位向好的(110)[001]晶粒优先长大并发生二次再结晶。对于Hi-B钢，必须控制好高温退火工艺中各个阶段的温度和气氛，以保证磁性和形成良好的底层。

　　2.3、取向电工钢中的低温加热工艺

　　降低取向电工钢板坯加热温度具有避免液渣形成、减少加热炉的维修、得到更高的金属收得率、防止板坯中部不希望的晶粒粗大化等优点。近年来，人们在研究板坯低温加热时，为保证抑制剂强度而加入了除硫化锰以外的其他物质，如氮化物和晶界析出元素等来强化抑制剂。

　　氮化铝的固溶温度比硫化锰的要低，则更适合实现低温加热。目前，工业上采用板坯低温加热工艺的生产方法是以氮化铝为抑制剂，在二次再结晶开始前进行渗氮处理，或者以氮化铝为主抑制剂，以Cu2S和硫化锰为辅助抑制剂。其手段就是向钢中渗氮，使之与钢中原有的元素结合，形成有抑制剂功能的氮化铝析出物。按氮化铝方案可将板坯加热温度降到1150～1200℃，为获得完整的二次再结晶组织、高磁性和好的玻璃膜，还须进行相应的成分调整和工艺改进。新日铁研究的Hi-B新工艺特点是：以氮化铝为抑制剂，板坯加热温度降到1150～1250℃，脱碳退火后在含NH3的H2+N2气氛中进行渗氮处理，采用一次冷轧法可生产0.18～0.50mm厚的产品，且更易制成无玻璃膜的新产品。住友金属提出以氮化铝为抑制剂的低碳1.5%Mn-2.2%Si的取向电工钢工艺来降低板坯加热温度。韩国浦项钢铁公司提出以氮化铝为主抑制剂，Cu2S和硫化锰为辅助抑制剂，板坯在1250～1320℃加热，不锈钢丝316厂家生产一般取向电工钢及高磁感取向电工钢工艺。