宝钢无取向电工钢发展历程及生产技术进步的分析论文

　　1 引言
　　电工钢是利用Si元素的某些特性，添加Mn、Al、P、B、Sn、Sb、Ca、Mg、RE 等有益元素，去除 C、S、O、N、V、Nb、Ti、Zr 等有害元素，并采用匹配热轧、冷轧、热处理工艺生产的具有优良电磁性能的特殊钢。电工钢市场前景广阔，利润空间大，但生产工艺复杂，工艺控制严格。因此，相关生产企业均采取了严格的专利垄断和技术封锁形式加以保护。具有批量、稳定、合理成本的电工钢生产能力，被业界认为是掌握尖端技术的＂名片＂。
　　统计表明，全球范围内的电工钢产品，无取向电工钢占90%以上，主要用于制作发电机以及各类电机、EI铁芯等用电设备，这些用电设备每年会消耗当年发电量的60% 70%。因此，在大力提倡高效、节能、环保的背景下，有效提升无取向电工钢的磁性能以提高其用电效率，具有很重要的现实意义。宝山钢铁股份有限公司(以下简称宝钢)是生产无取向电工钢的后起之秀，最早通过引进专利、消化吸收，后期通过技术创新、自主研发，逐渐掌握了电工钢核心制造技术，并跻身于全球电工钢标杆行列，其电工钢产量、实物质量均达到了世界先进水平。本文简要介绍了近年来宝钢无取向电工钢的发展历程及生产技术进步。
　　2 发展历程
　　1996 年，宝钢从川铁(今 JFE)引进中低牌号无取向电工钢的专利技术和生产设备。2000年，两条连续退火、涂层线投产，设计产能37.9万吨。投产之初，限于一贯制生产技术和生产设备能力，只能生产从B50A1300至B50A470的14个中低牌号电工钢产品。
　　2005 年，宝钢自主集成建设的第三条退火、涂层线投产，设计产能23.8万吨。期间，为了开发高牌号电工钢，优化、新增了配套的炼钢电磁搅拌设备、热轧带钢常化机组等。经过技术人员不懈努力，宝钢电工钢产品综合质量已达到国外先进企业同牌号水平，产品大纲也扩展到了34个牌号，涵盖中低、高效、高牌号三大系列，但仍不能满足用户市场品种、规格、订货量需求。
　　2008 年，宝钢自主集成建设的第四条退火、涂层线投产，设计产能22万吨，其配套设备为五冷轧常化酸洗机组、可逆轧机。该生产线设计产品为高效、高牌号电工钢20万吨，其余为部分中低牌号无取向电工钢。产品规格主要为0.35 mm、0.50 mm，并能够生产最薄0.15 mm、最厚0.65 mm的电工钢产品。
　　2013 年，宝钢自主集成建设的第五条退火、涂层线投产，设计产能 21万吨，主要定位于生产高、精、尖无取向电工钢产品。至此，宝钢无取向电工钢具备了140万吨的生产规模。
　　2.1 产品大纲
　　2006 年起，随着相关设备、机组陆续投入运行，宝钢开始具备高牌号电工钢生产能力;2007年，在系统解决有害元素、低倍缺陷、低温加热、酸连轧等技术问题之后，宝钢开始批量生产B50A350产品;
　　2009 年，开始批量生产 B50A270 产品;2010 年，开始具备生产B50A250产品能力，并实现向三峡大型水电机组供料。为了尽可能满足用户需求以及提高市场综合竞争力，宝钢在提高电工钢产量的同时，其产品大纲也在不断优化。与2005年相比，2010年的产品大纲更加丰富。低牌号产品减少了13.7%，取而代之的是附加值更高的高效、高牌号产品,分别增加了23.1%和 12.4%。这些高效、高牌号产品被供往国内外上千家用户，其中不乏知名企业，例如日立、美芝、三菱、松下、海尔、长虹等。
　　2.2 电磁性能
　　低牌号电工钢要求具有低铁损、高磁感，以降低铁芯的铁耗、铜耗。以低牌号产品B50A1300为例，为了获得优良的电磁性能，技术人员进行了大量的技术优化，使该产品的电磁性能得以逐年提升。根据市场需求和宝钢产品市场定位，以及三大系列产品实物质量要求不同，有针对性地优化了部分产品的铁损、磁感应强度。
　　2.3 新产品开发
　　2.3.1 高效产品
　　宝钢高效电工钢分为AR、AH两大系列。AR系列具有良好的冲片性能，消除应力退火后铁损大幅度降低，同时磁感应强度较高，主要用于对冲片性要求高、同时对转子和定子进行消除应力退火处理的电机铁芯，如空调压缩机、冰箱压缩机、EI铁芯等。AH系列出厂状态具有低铁损、高磁感应强度的＂优异磁性，力学性能满足冲片要求，主要用于制造高效率电机和EI铁芯，消除应力退火后使用效果更佳。
　　2.3.2 高牌号产品
　　2005 年起，宝钢依靠自身技术力量，开始了高牌号无取向电工钢技术开发，先后进行了大量的实验室实验和工业试制，掌握了冷轧电工钢生产工艺技术，为产品质量的提高和品种的扩充奠定了坚实的基础。在短时间内，高牌号无取向电工钢产品开发和生产均实现了大的飞跃，自主开发经历了从无到有、从小批量到大批量试制生产、从国际牌号到＂用户个性化＂产品生产的过程。自此，宝钢高牌号无取向电工钢进入了一个全新的发展阶段。高牌号无取向电工钢优异性能的获得主要依靠如下生产工艺控制：
　　(1)进一步提高Si、Al添加量，增加钢的电阻率以降低铁损;
　　(2)进一步提高钢的纯净度，降低钢中C、S、N、O 等有害元素的含量，对夹杂物类型和尺寸进行控制，降低最终退火时晶粒长大的阻力，使铁损降低;
　　(3)基于主要合金元素对电阻率和饱和磁感的影响，采取多元合金的优化设计，缓解电磁性能与可制造性的矛盾，降低轧钢的断带风险;
　　(4)热轧和常化工艺的优化设计，获得粗大的热轧板组织，进而获得有利织构(0vw)的最终组织，使磁感提高、铁损降低;
　　(5)通过热轧加热和轧制温度控制，避免硫化物和氮化物的固溶和析出，降低对铁损的影响。宝钢在高牌号无取向电工钢的研发初期就对行业进行了细分，主要产品应用领域为水轮发电机、汽轮发电机、风力发电机、交直流大电机。
　　2.3.3 车用电机用钢产品
　　＂十五＂期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度，设立了＂电动汽车重大科技专项＂，并通过组织企业、高等院校和科研机构，集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量联合攻关。车用电机对电工钢的性能要求严格，电机需要具有高转矩、高效率并保持在高速下稳定运行[1]，如图3所示。
　　近年来，宝钢还开发了超高磁感系列、超低铁损高磁感系列、铁氧体直流变频压缩机用低成本0.35 mm 系列、低成本 AR 系列、高强度型 AR 系列、低成本高牌号系列产品以及0.15 mm、0.20 mm薄带系列、高频薄带系列、超高强度系列产品。这些产品在满足用户使用要求的同时，其品种、规格、性能、竞争力等逐渐与国际标杆企业NSC、JFE等接轨，部分产品填补了国内空白，并出口海外。
　　3 生产技术进步
　　3.1 夹杂物控制技术
　　无取向电工钢的磁性能主要取决于铁素体的晶粒尺寸、晶体织构和钢中的夹杂物[2]。尤其是钢中的夹杂物，它们的存在不仅抑制晶粒长大、促使晶格畸变，还会阻碍磁畴转动和畴壁移动，劣化成品带钢的磁性能[3]。生产过程中，需要尽可能将其去除或使其无害化。
　　3.2 连轧机生产高牌号
　　受工艺特点限制，连轧机组一般轧制中、低牌号无取向电工钢，而高牌号无取向电工钢通常采用可逆轧机轧制，生产效率很低、制造成本较高。2007 年起，宝钢开始在连轧机上试验轧制高牌号无取向电工钢，并先后解决了轧制高牌号无取向电工钢时易断带、易边裂、穿带难、通板难及易产生表面质量缺陷等问题，摸索出了包括来料控制、工艺设定、操作技术及生产组织等在内的56项特殊控制方法和技术，并于2008年取得连轧机生产高牌号无取向电工钢产品的技术突破，具备轧制Si含量超过3.1%的无取向电工钢的能力。目前，宝钢1550轧机平均每日可轧制超过3000吨Si含量为3.1%的高牌号无取向电工钢，标志着该机组具备批量稳定轧制该规格产品的能力。至此，宝钢成为目前国内唯一具备在酸连轧机组上生产此类无取向硅钢的企业[7]。与可逆轧机生产的高牌号无取向电工钢相比，连轧机轧制的电工钢产品具有能耗低、成材率高、板形及表面质量好等优势，有效降低了产品的生产成本。
　　4 结束语
　　本文简要介绍了宝钢无取向电工钢的发展历程及主要技术进步。目前，宝钢无取向电工钢已具备年产140万吨的生产规模，产品具有优良的钢质纯净度、同板差、电磁性能和环保涂层，可以覆盖低、中、高三大系列钢种，能够实现向高端用户批量、稳定、连续供货。