我國是全球最大的新能源汽車驅動電機及新能效家用電器電機制造市場。我國無取向電工鋼企業(yè)亟需優(yōu)化產(chǎn)品整體結構比例，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量及加大研發(fā)力度。特高壓高能效輸變電裝備用超低損耗取向電工鋼是特高壓、高能效輸變電變壓器的核心材料之一，也是世界各國在取向硅鋼領域競相角逐的技術制高點。針對國家發(fā)展需要，北京科技大學鋼鐵共性技術協(xié)同創(chuàng)新中心高端金屬材料研究項目組承擔了國家科技重大專項、自然科學基金及中央高校專項基金等縱向課題，同時與國家電網(wǎng)、鞍鋼、寶武、馬鋼、寧鋼、建龍、新鋼、普天鐵心等企業(yè)聯(lián)合開發(fā)橫向課題十余項，出版電工鋼及織構方面的專著4部，在國內(nèi)外發(fā)表電工鋼方面論文約400篇。本文將介紹主要研究及進展。

壹

新能源汽車用無取向電工鋼的研究與開發(fā)

1.1 熱軋板分層典型織構研究

熱軋板的典型特征是組織和織構沿板厚方向具有很強的不均勻性，后者可稱為織構梯度。項目組研究了一種薄規(guī)格無取向電工鋼熱軋板在不同正火溫度下的再結晶和晶粒長大行為。揭示了主要再結晶織構{114}<481>的形成和長大行為。發(fā)現(xiàn)熱軋板中存在織構梯度，導致?；蟊韺雍椭行膶拥慕M織和織構存在差異。強{114}<481>再結晶織構起源于熱軋板中心層變形α纖維晶粒的取向過渡區(qū)和晶界附近。{114}<481>晶粒的體積優(yōu)勢源于其低變形儲能、低取向梯度、晶界較高的遷移率以及對周圍變形組織的尺寸優(yōu)勢所帶來的有利生長環(huán)境。在最終板材中，{100}<021>織構是最重要的織構，但{114}<481>晶粒表現(xiàn)出較大的體積分數(shù)。由于最終板材沿厚度方向平均只有4-5個晶粒，因此沿著厚度方向的織構梯度不再存在。

1.2 斜軋工藝下無取向電工鋼織構演變及性能研究

無取向電工鋼一直在追求低鐵損、高磁感的最佳性能，但在傳統(tǒng)的無取向電工生產(chǎn)工藝中，往往只能實現(xiàn)其中一個性能的優(yōu)化，很難二者兼顧。項目組對Fe-0.74wt.%Si無取向電工鋼熱軋板采取了一種特殊冷軋方式，先沿熱軋板軋制方向斜切若干個角度θ，再正常進行冷軋，探索不同斜軋角度對無取向硅鋼組織、織構及磁性能的影響規(guī)律，同時輔以常化、退火工藝參數(shù)研究，最后對中低硅鋼的斜軋工藝全流程組織、織構演變及磁性能變化進行分析。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過不同角度切割后，隨著θ角變大，熱軋板的初始織構發(fā)生了兩種轉變（見圖1）：{100}<110>-{112}<110>→

{100}<021>-{114}<481>→

{100}<001>→{100}<021>→

{112}<111>，以及{110}<001>

-{110}<112>→{110}<110>。經(jīng)常化、冷軋及退火處理后，斜軋樣品的組織形貌與常規(guī)樣品差別不大，但增大了λ織構含量，優(yōu)化了退火板磁性能，其中以θ=30°的斜軋樣品磁性能最優(yōu)，鐵損P15/50達到4.57W/kg，P10/400達到50.10W/kg，磁感B50為1.76T。

1.3 高硅無取向電工鋼軋制過程中剪切帶變化行為研究

無取向電工鋼在冷軋變形過程中，隨著壓下量的增加晶粒逐漸被壓扁伸長，壓下量過高晶粒會變?yōu)槠叫杏赗D方向的條帶狀組織。隨著組織形貌的改變，鋼板內(nèi)部的缺陷密度逐漸升高，大量位錯增殖，這個過程中會形成各種組織，包括胞狀組織、變形帶和剪切帶等。項目組研究了6.5wt.%Si鋼溫軋過程中的組織和織構演變，交叉軋制對成品板組織、織構和磁性能的影響，以及軋制組織中的變形帶和剪切帶。研究發(fā)現(xiàn)6.5wt.%Si鋼工業(yè)熱軋板的組織和織構不均勻性在一次中間退火板中仍然存在。在650℃溫軋過程中存在{112}<110>→{112}<351>的織構演變路徑。交叉軋制的引入提高了成品板的晶粒尺寸，增強了成品板中的λ織構，提高了磁性能。取向靠近<110>//TD線的晶粒具有很強的形成變形帶的傾向。剪切帶的形成受到晶粒取向和壓下量的影響。

貳

超低損耗取向電工鋼開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化

2.1 取向電工鋼二次再結晶異常長大鋒銳高斯織構控制

特高壓高能效輸變電裝備用超低損耗取向電工鋼原材料的充分國產(chǎn)化不僅幫助變壓器行業(yè)提高了供應鏈安全穩(wěn)定性，而且成本占比大幅下降也帶來可觀的經(jīng)濟效益。項目組通過與鞍鋼等企業(yè)合作，利用企業(yè)現(xiàn)有設備，進行成分、全流程工藝路線及半工藝路線設計，實現(xiàn)特高壓高能效輸變電裝備用超低損耗取向電工鋼流程及半工藝的開發(fā)及現(xiàn)有工藝參數(shù)優(yōu)化，同時進行相關的機理性研究，成品板獲得了二次再結晶異常長大晶粒及鋒銳的高斯織構，見圖2，獲得了良好的磁性能。二次再結晶，亦稱為晶粒異常長大，指的是金屬材料在經(jīng)歷初次再結晶后，由于特定抑制因素的影響，導致大部分晶粒的生長速率減緩，唯有少數(shù)晶界遷移率較高的晶粒出現(xiàn)顯著的異常長大現(xiàn)象。這種二次再結晶的過程將顯著改變電工鋼帶材的微觀組織和織構，進而影響其磁性能。在取向電工鋼的生產(chǎn)中，利用鋼材中彌散分布的第二相抑制劑，可以有效抑制大多數(shù)晶粒的正常生長，促使具有較高晶界遷移率的高斯取向（{110}<001>）晶粒吞并其他晶粒，進而實現(xiàn)二次再結晶，獲得所需的強高斯織構。

2.2 低頻超高飽和磁感應強度取向電工鋼研究

柔性低頻交流輸電技術是一種面向未來長距離廣域組網(wǎng)輸電、陸上大規(guī)模新能源匯集送出、中遠距離海上風電送出等應用場景的新技術。項目組特別針對中遠距離海上風電送出應用場景，開發(fā)應用高飽和磁感取向電工鋼是未來低頻變壓器技術發(fā)展迫切需解決的問題。項目組通過調(diào)研鐵磁元素（Fe、Co、Ni）、抑制劑粒子形成元素（Mn、Al、N、S）及其他相關元素（C、Si、P）的作用機制與控制邊界條件，研究Fe、Co、Si、Mn、Al典型元素對內(nèi)稟磁性飽和磁感應強度極限的影響規(guī)律，成功設計一種低頻超高飽和磁感應強度取向電工鋼。結合不同合金元素的作用以及不同類型第二相粒子的析出行為，設計了全流程熱軋和高溫退火階段關鍵工藝參數(shù)設計。