我國(guó)是全球最大的新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及新能效家用電器電機(jī)制造市場(chǎng)。我國(guó)無(wú)取向電工鋼企業(yè)亟需優(yōu)化產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)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(guó)在取向硅鋼領(lǐng)域競(jìng)相角逐的技術(shù)制高點(diǎn)。針對(duì)國(guó)家發(fā)展需要，北京科技大學(xué)鋼鐵共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心高端金屬材料研究項(xiàng)目組承擔(dān)了國(guó)家科技重大專項(xiàng)、自然科學(xué)基金及中央高校專項(xiàng)基金等縱向課題，同時(shí)與國(guó)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(xiàng)，出版電工鋼及織構(gòu)方面的專著4部，在國(guó)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(jìn)展。

壹

新能源汽車用無(wú)取向電工鋼的研究與開發(fā)

1.1 熱軋板分層典型織構(gòu)研究

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

1.2 斜軋工藝下無(wú)取向電工鋼織構(gòu)演變及性能研究

無(wú)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(wú)取向電工生產(chǎn)工藝中，往往只能實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)性能的優(yōu)化，很難二者兼顧。項(xiàng)目組對(duì)Fe-0.74wt.%Si無(wú)取向電工鋼熱軋板采取了一種特殊冷軋方式，先沿?zé)彳埌遘堉品较蛐鼻腥舾蓚€(gè)角度θ，再正常進(jìn)行冷軋，探索不同斜軋角度對(duì)無(wú)取向硅鋼組織、織構(gòu)及磁性能的影響規(guī)律，同時(shí)輔以?；?、退火工藝參數(shù)研究，最后對(duì)中低硅鋼的斜軋工藝全流程組織、織構(gòu)演變及磁性能變化進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)不同角度切割后，隨著θ角變大，熱軋板的初始織構(gòu)發(fā)生了兩種轉(zhuǎn)變（見(jiàn)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)?；?、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(gòu)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(dá)到4.57W/kg，P10/400達(dá)到50.10W/kg，磁感B50為1.76T。

1.3 高硅無(wú)取向電工鋼軋制過(guò)程中剪切帶變化行為研究

無(wú)取向電工鋼在冷軋變形過(guò)程中，隨著壓下量的增加晶粒逐漸被壓扁伸長(zhǎng)，壓下量過(guò)高晶粒會(huì)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(cuò)增殖，這個(gè)過(guò)程中會(huì)形成各種組織，包括胞狀組織、變形帶和剪切帶等。項(xiàng)目組研究了6.5wt.%Si鋼溫軋過(guò)程中的組織和織構(gòu)演變，交叉軋制對(duì)成品板組織、織構(gòu)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(gòu)不均勻性在一次中間退火板中仍然存在。在650℃溫軋過(guò)程中存在{112}<110>→{112}<351>的織構(gòu)演變路徑。交叉軋制的引入提高了成品板的晶粒尺寸，增強(qiáng)了成品板中的λ織構(gòu)，提高了磁性能。取向靠近<110>//TD線的晶粒具有很強(qiáng)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(jié)晶異常長(zhǎng)大鋒銳高斯織構(gòu)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(guó)產(chǎn)化不僅幫助變壓器行業(yè)提高了供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定性，而且成本占比大幅下降也帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。項(xiàng)目組通過(guò)與鞍鋼等企業(yè)合作，利用企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備，進(jìn)行成分、全流程工藝路線及半工藝路線設(shè)計(jì)，實(shí)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(shí)進(jìn)行相關(guān)的機(jī)理性研究，成品板獲得了二次再結(jié)晶異常長(zhǎng)大晶粒及鋒銳的高斯織構(gòu)，見(jiàn)圖2，獲得了良好的磁性能。二次再結(jié)晶，亦稱為晶粒異常長(zhǎng)大，指的是金屬材料在經(jīng)歷初次再結(jié)晶后，由于特定抑制因素的影響，導(dǎo)致大部分晶粒的生長(zhǎng)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(zhǎng)大現(xiàn)象。這種二次再結(jié)晶的過(guò)程將顯著改變電工鋼帶材的微觀組織和織構(gòu)，進(jìn)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(zhǎng)，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(jìn)而實(shí)現(xiàn)二次再結(jié)晶，獲得所需的強(qiáng)高斯織構(gòu)。

2.2 低頻超高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度取向電工鋼研究

柔性低頻交流輸電技術(shù)是一種面向未來(lái)長(zhǎng)距離廣域組網(wǎng)輸電、陸上大規(guī)模新能源匯集送出、中遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電送出等應(yīng)用場(chǎng)景的新技術(shù)。項(xiàng)目組特別針對(duì)中遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電送出應(yīng)用場(chǎng)景，開發(fā)應(yīng)用高飽和磁感取向電工鋼是未來(lái)低頻變壓器技術(shù)發(fā)展迫切需解決的問(wèn)題。項(xiàng)目組通過(guò)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(guān)元素（C、Si、P）的作用機(jī)制與控制邊界條件，研究Fe、Co、Si、Mn、Al典型元素對(duì)內(nèi)稟磁性飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度極限的影響規(guī)律，成功設(shè)計(jì)一種低頻超高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度取向電工鋼。結(jié)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(shè)計(jì)了全流程熱軋和高溫退火階段關(guān)鍵工藝參數(shù)設(shè)計(jì)。