热
轧
↓

冷
加
工
段
↓ 炼钢             抑制元素（S、N、Al、……）和辅助
合金化         元素（C、Sn、Bi、……）的范围非常狭窄
连续铸造（200~250mm 厚）
预热
开坯    为提供均匀性以控制晶粒结构
均热   1400℃ 保温
粗轧   40~80mm
精轧    2.0~3.0mm           抑制强度∞（颗粒密度/平均粒径）
热轧钢带退火        抑制剂颗粒的弥散析出
一次冷轧                碳化物析出并成形
中间退火
最后冷轧到 0.23~0.35mm
脱碳退火                   初次再结晶，初次再结晶晶粒长大受阻
退火，隔离剂涂层
罩式炉退火，1200℃      避免抑制力不成熟而弱化；
                                          二次再结晶；净化清除抑制剂元素
绝缘涂层
热平整
磁畴细化

图 3  晶粒取向电工钢传统生产流程示意图

在进行罩式炉退火的各个步骤中，几乎每一步都存在一些关键因素，它们的作用是要求抑制剂体系能够阻止正常晶粒长大并控制二次再结晶。最大的抑制强度是通过具有粒径约为 50~100nm 的颗粒在基体中均匀分布实现的。
晶粒取向电工钢常规生产流程中的一个关键点就是对连续铸坯必须施加 1400℃ 的高温。之所以需要如此高的温度和足够长的时间，就是要使那些在必须缓慢冷却的连铸之后已经粗化了的硫化物及氮化物的沉淀颗粒能够完全固溶到基体晶格之中去，使之在后续的热轧及热轧钢带的退火阶段，让那些硫化物和氮化物能够重新变成细小而弥散的沉淀颗粒从基体晶格中析出。基体中的这个细小弥散体系必须保留到正好发生二次再结晶开始长大之时才行。所以，即使在罩式炉退火的初始加热期间，也必须避免因为过早固溶或析出物的粗化而导致抑制力不成熟而弱化；就是因为生产流程的复杂性，当其中某一步骤发生任何的变化，都必须对其后续各步骤进行重新调整。
4. 低温铸坯均热技术
在前些年里，许多晶粒取向电工钢生产厂商取得了成功的竞争力，其主要因素就在于开发出了所谓的低温均热法技术。这些方法的主要技术点都在于铸坯均热温度从铸坯表面约 1400℃ 降低到 1300℃ 以下，图 4 示出了低温铸坯均热晶粒取向电工钢的生产流程。降温的主要理由是要避免在铸坯表面上形成过多的熔渣。

热
轧
↓

冷
加
工
段
↓ 炼钢            
合金化        
连续铸造（200~250mm 厚）
预热+保温（1150~1300℃）
粗轧 
精轧    （2.0~3.0mm）         

热轧钢带退火       
一次冷轧              
中间退火
最终冷轧
脱碳退火                  
退火，隔离剂涂层
罩式炉退火                    
绝缘涂层
热平整
磁畴细化

图 4  低温铸坯均热晶粒取向电工钢生产流程示图

铁氧化物~硅氧化物的相图（见图 1 的右边）有些易熔点，那是在接近 1200℃ 的低温上存在液态氧化物的情况，实际上是非平衡状态。当铸坯表面的温度低于 1300℃ 时就可以避免液渣。过多液渣的形成会降低材料的屈服点并在炉内产生炉渣，这样就要用太多的清渣和维修时间而造成停炉。
低温铸坯均热的更大优点是能够阻止那些不想要的晶粒粗化，同时能够减小铸坯内部晶粒的不均匀性。当然也有一些附加工艺程序，诸如铸坯预加热和开坯对改善均匀性有利，但它们也都是可以取消的。再一个优点是低温均热可以节约能源。
表 2 择要地列出了世界上已开发成功并且是最重要的若干种低温均热工艺技术。对于通常的铸坯由连续铸造加工至 200~250mm 厚的工艺技术，已开发出了两种不同方式来产生适应于低温铸坯的抑制力：第一种方式是往钢液中添加抑制剂元素，但变更了添加量，以致有一小部分抑制剂元素在铸坯低温均热期间溶入基体而且在热轧和热轧钢带退火时形成沉淀析出。这种已经存在于热轧钢带中的抑制剂都被称为“内在的”抑制剂。在有些情况中，可以验证采用 S 和 N 的化合物作为退火隔离剂，或者采用罩式炉退火时，在退火气氛中加大N含量，实践证明，这些都是增强抑制力的有效办法。
另一种方式是在热加工期间避免抑制剂的形成，而这些抑制剂都将由冷轧钢带渗氮时产生。用这种方式生成的抑制剂统称谓“追加”抑制剂。渗氮是在脱碳退火中采用在炉内气氛中喷射氨气实施的。由日本新日铁公司开发成功的这种方法中，渗氮是在低温（如 750℃）发生的并且首先形成（Si、Al）N。为了形成有效的抑制能力，这些氮化物必须在罩式炉退火的加热升温期间形成 AlN。
如今最重要的研发课题是把内在的和追加的抑制剂结合起来用于薄坯技术。内在抑制剂组分对阻止那种不想要的初次再结晶的过分长大是非常重要的。它能在工艺流程控制中比单独使用追加抑制剂的方式更为有效。通过高温（如 900℃）下渗氮，可以直接形成以AlN为主的抑制剂，这就可以得到最终要求的抑制强度。
5. 薄坯技术
目前，在薄坯技术方面，蒂森克虏伯钢铁集团下有两条有价值的生产线：一条在德国的杜伊斯堡，另一条在意大利的特尔尼。杜伊斯堡作业线上生产的典型薄坯的厚度为 50~70mm 量级。在这条生产线上，冷却铸坯、预热、开坯、均热和粗轧等步骤均撤消了（见图 5 所示）。铸坯通过均衡炉之后，薄铸坯直接被送到精热轧机（即所谓的“直接轧制”）。这种基本的工艺短流程、节能省时。铸坯在均衡炉里连续均热与厚铸坯在推进式炉或步进梁式炉中静态均热相比较，则铸坯在均衡炉中的均热是非常均匀的。为此，沿铸坯长度、宽度和厚度方向上，材料性能的波动通常是很小的，这有利于改善钢带的物理状态和几何尺寸。
在辊式隧道炉里，铸坯的均热温度在技术上要求被限止低于 1200℃。所以，低温均热概念必须使用于生成抑制剂体系。已经研制出来了一些方法，它们既能以内在抑制剂工作，也能够以内在与追加抑制剂联合起来工作。在后一种情况中，追加抑制剂是在脱碳退火作业线上先脱碳再通过渗氮方式生成的。薄坯技术在晶粒取向电工钢生产中特有的优点是连续铸坯在均衡炉里均热是非常均匀的，同时对抑制剂也很有效果。钢坯表面和内部的温度梯度要比厚钢坯在步进梁式炉里静态均热时小得多，所以可以使粗大颗粒的固溶度更高。在薄坯技术中，钢坯的均热温度要远低于 1400℃，这样，温度对抑制剂体系的伤害要比常规的厚坯低温均热法还要小。
炼钢→合金化→薄坯铸造（<100mm）→连续退火（1100℃~1300℃）
→精轧（2.0~3.0mm）→ 热轧钢带退火→最终冷轧→脱碳+渗氮退火→退火隔离涂层→罩式炉退火→绝缘涂层→热平整→磁畴细化
热加工段 冷加工段

图5  薄坯工艺技术流程示意图
薄坯工艺与同样的常规铸坯表面温度的厚坯工艺比较，薄坯工艺内在的抑制能力更高，而且初次再结晶的晶粒尺寸得以优化的温度范围更低、更加宽泛。图 6a 所示是在脱碳退火之后，薄坯材料的初次再结晶晶粒尺寸为最终产品磁性能的优化提供了一个优化范围。对材料的生产来说，薄坯的这个范围比厚坯更加宽泛，而且极化值更高。这是因为抑制能力更高而形成了明锐织构。
在冷加工段的流程中也可看到，以一次性冷轧工艺取代带有中间退火的二次冷轧（在以往的生产工艺流程中，中间退火工序是不可缺少的），从而使得工艺流程更为紧凑。以强冷轧变形并加上采用内在和追加抑制体系相结合，就可以达到高磁导率牌号的磁性能水平。

图 6  薄坯技术对内在抑制能力的有利影响
6. 薄钢带的直接铸造技术
图 7 的示意图显示了意大利特尔尼厂的一条试验生产线。这是一种人们所期望的，能够进一步显著地缩短工艺流程的新技术，那就是由钢液直接铸造成厚度约为 2~3mm的热轧钢带技术。这条试验性生产线包括一台对辊铸机和一套在线轧机，它是为了适应宽度为 130mm 的工业性钢带的尺寸要求而定制的。在该生产线上，为了优化热处理的需要，还可以配备一套退火装置。
为了生产晶粒取向电工钢，早在十多年前，日本新日铁就进行过薄带直铸的首次尝试，同时还有 Usinor 和蒂森等公司联合开发的项目——MYOSOTIS 经过了试验。这些早期研究开发的工艺之主要依据是内在抑制剂的使用。近年来，AK 钢铁等公司也具备了使用薄带直铸法生产晶粒取向电工钢的技术。
对于薄带直铸法生产技术来说，温度——时间曲线是关键性的。因为抑制剂必须在恰当的很短时间内以正确的方式沉淀析出，这个时间要短于由铸辊出口到卷取机之间的1分钟左右。为了抑制剂状态稳定和正确，需要进行薄带退火处理。
根据试验和新的理论研究，使用内在和追加抑制剂相结合的概念应该更有前途，可以获得更有效的抑制效果和更稳定的织构形式。正如图 8 的工艺流程示意图所指出的那样，薄带直铸法是热加工段工艺流程最为紧凑的，铸坯均热和多级热轧工序都被完全取消了。即使在冷加工段，也可以免去热钢带退火而直接进行一次冷轧（这还有利于锐化高斯织构），这又进一步缩短了工艺流程。虽然说薄带直铸法有其优越之处，但其在商业性生产中至今尚未成熟，还存在一些问题，例如与铸带一样都是以3%的Si进行合金化的，因而材料会很脆同时冷加工性能差等等，这样，要达到稳定而又有效的内在抑制能力就会很困难。但通过近几年的研发，这些问题已基本得到解决。
为了要得到较好的延展性和更好的冷加工性能，正在开发中贯彻一些新概念，如采取修改化学成分和在线热力学处理等方法来优化奥氏体的体积分数并限制其晶粒尺寸。
为了改善抑制能力，找到的一种方法是采取控制铸带的冷却周期和在线形变，以便使内在化学成分均匀化，进而采用对冷轧钢带高温渗氮的方法来增强抑制能力。

炼钢→合金化→薄带直铸<3mm→在线热力学处理 最终冷轧→（脱碳+渗氮）退火→退火隔离涂层→罩式炉退火→绝缘涂层→热平整→磁畴细化
热加工段 冷加工段

图 8  热加工段采用直接铸带至 3mm 的最紧凑工艺流程

但是，欲以薄带直铸法实现规模化商业性生产晶粒取向电工钢，则还有一些技术问题需要解决。除了要求其磁性能外，用薄带直铸法生产的电工钢材料还必须满足用户的其它有关质量判据。它们包括诸如钢带的截面、厚度公差，无缺陷表面和材料均匀性等等。对于用薄带直铸法生产晶粒取向电工钢而言，如果其性能比不上常规方法生产的材料，那么，市场就不会给它以生产的机会。
图 9 所示为有关薄带直铸材料质量的几个重要影响因素。它们主要在对辊系统本身，浇铸和薄带形成等方面的控制工艺。这些工艺技术问题并不是晶粒取向电工钢特有的。对辊的表面结构、辊型、对钢液液面弯月型的保持以及对辊的定位控制等都对质量产生重要作用。为了获得足够高的生产能力并降低成本，就必须保证生产工艺的稳定，而且要尽可能延长铸造线的寿命，其中侧鼓的寿命具有决定性因素。
7. 二次再结晶连续退火技术
对于以上所论述的工艺技术，有的已经成功地进入了工业性生产，或者至少已进入工业性试验的初级阶段。在此，提出了一个取代罩式炉退火的思路，或许可供所有晶粒取向电工钢生产者们思考。

图9  薄带直铸工艺影响质量的几个重要因素

众所周知，罩式炉退火是用来完成二次再结晶并净化后续抑制剂元素任务的。取代罩式炉退火的基本设计思想是：用一个只是几分钟时间的延续平台来取代需用若干天的时间平台，这种连续退火的设想如图 10 右边部分所示的那样，可能是一种多级热循环，还可能把初次再结晶和脱碳的步骤包括进来，进而还可能把绝缘涂层工艺也加入进来。由于在连续退火法中不再可能形成传统的玻璃膜，可以采用新的高速 CVD 或 PVD 钢带涂层工艺，以便沉积成磁畴细化提供最佳张应力的涂层，例如新近开发出来的类金刚石结构的碳涂层。
对于这个初步的工艺技术设想是否具有现实意义，有人提出了若干质疑。首先是在快速加热和在短时间内是否能够获得满意的磁性能，也就是说能否使高斯织构变得足够明锐，而且在此后的工艺实施中能否足以净化钢质。再一个进一步的质疑是经济上是否有回报能力，它涉及到对长期工作在 1150℃ 或更高一些温度上的连续炉所进行的前期投资，操作和维修的各种投资，它们都是高成本的。另外涉及到连续炉的长度超长的问题，它们要能够适应 10~15 分钟的实际退火时间。这就是说，对于一条速度为 50 米/分的机组，炉长要达到 750 米才能具备 15 分钟退火时间的要求。
解决问题的第一步是为了把图11中的各个变量变成现实的工艺参数。在此，虽然净化钢质仍然是在罩式炉里完成的，但这确实缩短了时间（约10小时）。二次再结晶被移进了先前的连续炉里进行。因此，后续的静态退火就此摆脱了控制二次再结晶的所有繁重任务，从而变成了一项不是太重要的工序。于是，它们的加热速度即使陡增，也不会对明锐织构的形成产生任何伤害。如果要在连续退火炉里也要形成明锐织构，那么，在此期间要将高温渗氮加进去。在这一高温渗氮工序里，一旦初次再结晶的晶粒尺寸达到要求之后，因为直接形成了AlN，故而能迅速产生很强的抑制能力。

热加工段 炼钢
 合金化
 薄带直铸<3mm
在线TMT
冷加工段 最终冷轧
 连续炉：初次再结晶+渗氮+二次再结晶
 净化退火
 PVD/CVD应力退火（张力退火）
 绝缘涂层