鋼鐵工業(yè)作為我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)近年來得到迅猛發(fā)展，我國早已成為全世界最大的鋼鐵生產(chǎn)國和消費國。但是，我國只是世界鋼鐵大國而非鋼鐵強國，日益突出的高能耗、高污染、低效益、資源匱乏和環(huán)境負荷重等嚴(yán)峻問題正威脅著鋼鐵工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的安全。然而擺脫當(dāng)前困境的唯一出路就是加快實現(xiàn)由“高消耗高品質(zhì)”生產(chǎn)方式（如過度依賴添加貴重合金元素、生產(chǎn)流程冗長等）向“低消耗高品質(zhì)”（即資源能源節(jié)約型、環(huán)境友好型、低成本、高性能）ECO生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。只有大力開發(fā)節(jié)省能源資源、減少環(huán)境污染、增加循環(huán)利用、實現(xiàn)環(huán)境友好的新一代鋼鐵生產(chǎn)工藝流程，才能保障我國鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。其中，發(fā)展先進短流程、緊湊化生產(chǎn)工藝和技術(shù)是這一轉(zhuǎn)變的重要組成部分，將發(fā)揮重要作用。

近終形薄帶連鑄技術(shù)正是適應(yīng)這種形勢的一種短流程、低能耗、投資省、成本低的綠色環(huán)保新工藝技術(shù)。薄帶連鑄技術(shù)作為當(dāng)今世界上薄帶鋼生產(chǎn)的前沿技術(shù)，不經(jīng)厚板坯連鑄、加熱和熱軋等生產(chǎn)工序，由液態(tài)鋼水直接生產(chǎn)出厚度為1-5mm的薄帶坯。同傳統(tǒng)的薄帶生產(chǎn)流程相比，可節(jié)約設(shè)備投資約80%，降低生產(chǎn)成本30%-40%，能源消耗僅為傳統(tǒng)熱連軋生產(chǎn)流程的1/8。更重要的是，其獨有的亞快速凝固過程在獲得鋼材某些特殊性能方面具有獨特優(yōu)勢，是實現(xiàn)高性能鋼材的短流程生產(chǎn)的重要途徑。正因如此，國外鋼鐵企業(yè)如紐柯、浦項、新日鐵住金等紛紛投入巨資開發(fā)薄帶鋼連鑄技術(shù)。但是，其研發(fā)重點放在了普碳鋼、不銹鋼等品種上，并且已取得了突破，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；而針對硅鋼薄帶連鑄的研究才剛剛起步，研究工作還不深入，研究數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺乏，這為我國開展薄帶連鑄硅鋼研究和引領(lǐng)世界硅鋼生產(chǎn)技術(shù)帶來了重要的歷史機遇。東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室（RAL）一直把雙輥薄帶連鑄技術(shù)作為一個前瞻性、儲備性和戰(zhàn)略性課題進行研究。針對雙輥薄帶連鑄過程中存在的關(guān)鍵冶金學(xué)基礎(chǔ)問題，重點研究了如何發(fā)揮薄帶連鑄亞快速凝固特性和近終形成形過程特點生產(chǎn)一些常規(guī)流程無法生產(chǎn)或者生產(chǎn)難度較大的產(chǎn)品，并賦予產(chǎn)品以常規(guī)流程無法得到的特殊性能，從而為實現(xiàn)高性能鋼鐵材料的減量化生產(chǎn)提供重要支撐。前期的研究工作表明，采用薄帶連鑄生產(chǎn)硅鋼這種高投入、高技術(shù)、高難度、高消耗、高成本的鋼鐵“藝術(shù)品”具有無可比擬的優(yōu)勢。

硅鋼（包括取向硅鋼（GO）、無取向硅鋼（NGO）及4.5%-6.5%Si高硅鋼）作為電力、電子和軍事工業(yè)領(lǐng)域不可缺少的重要軟磁材料，主要用于電動機、發(fā)電機、變壓器的鐵芯和各種電訊器材。硅鋼生產(chǎn)工藝復(fù)雜，制造技術(shù)嚴(yán)格，具有高度的保密性和壟斷性，同時其制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量是衡量一個國家特殊鋼生產(chǎn)和科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。我國冷軋硅鋼在產(chǎn)能、質(zhì)量、規(guī)格牌號等方面，還遠不能滿足相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的需求。所面臨的主要問題是，低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩、產(chǎn)品利潤較低；高端產(chǎn)品如高磁感取向硅鋼（HiB）的生產(chǎn)難度大，產(chǎn)品合格率低于75%。我國在硅鋼制造領(lǐng)域缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的硅鋼制造技術(shù)、工藝裝備及研發(fā)能力。近年來，國外又憑借其積累的技術(shù)優(yōu)勢和嚴(yán)密的專利覆蓋，對我國硅鋼發(fā)展實施了嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，已經(jīng)達到無條件拒絕轉(zhuǎn)讓硅鋼制造新技術(shù)的程度。因此，大力加強自主知識產(chǎn)權(quán)的高品質(zhì)硅鋼制造技術(shù)研究，對于我國鋼鐵工業(yè)的持續(xù)發(fā)展和國家安全具有重大意義。

從上世紀(jì)初期發(fā)明取向硅鋼以來，美國、日本等對硅鋼進行了大量的研究，隨著生產(chǎn)工藝不斷改進，性能水平不斷提高。但是，基本以傳統(tǒng)的厚板坯生產(chǎn)流程為主。近年來，隨著薄板坯連鑄連軋技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了薄板坯生產(chǎn)流程，但薄板坯流程本質(zhì)上與厚板坯流程差別不大。傳統(tǒng)硅鋼生產(chǎn)流程分為熱軋和冷軋—熱處理兩個大的階段。其中，熱軋階段是對熱軋后的晶粒尺寸、析出物尺寸、分布、數(shù)量以及織構(gòu)分布和強度進行精細化控制，為后續(xù)冷軋—熱處理做組織、織構(gòu)方面的準(zhǔn)備。熱軋過程對硅鋼生產(chǎn)的質(zhì)量、產(chǎn)量、效率和穩(wěn)定性具有決定性的影響，冷軋產(chǎn)品的質(zhì)量、成材率均與熱軋帶鋼質(zhì)量密切相關(guān)。在傳統(tǒng)的厚板坯連鑄生產(chǎn)流程中，使用厚度230-250mm的板坯，經(jīng)過9-10道次的熱軋過程，軋制成2-3mm厚的熱軋帶，總壓縮比高達100，不僅流程冗長，能耗高，而且影響參數(shù)眾多，生產(chǎn)穩(wěn)定性差，組織控制難度很大，成材率很低。對于硅鋼生產(chǎn)這種組織控制非常精細的材料而言，復(fù)雜、冗長的常規(guī)流程甚至?xí)硪恍┲旅缘摹o法補救的組織和織構(gòu)缺陷，極大地損害硅鋼的性能。

2薄帶連鑄生產(chǎn)高性能硅鋼的研究進展

在國家自然科學(xué)基金重點項目及973課題等的支持下，RAL系統(tǒng)研究了硅鋼、鐵素體不銹鋼、高P/Cu超高耐候鋼、高N不銹鋼、TWIP鋼、高速鋼、鎂合金等薄帶連鑄的凝固組織特點及材料性能。通過這些研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)厚板坯熱軋流程相比，除了流程緊湊、工序縮短、節(jié)能降耗等短流程優(yōu)勢外，薄帶連鑄的亞快速冷卻過程在微觀組織和織構(gòu)控制上也具有獨特優(yōu)越性，將薄帶連鑄技術(shù)應(yīng)用于硅鋼生產(chǎn)具有無可比擬的優(yōu)勢：

1）雙輥薄帶連鑄凝固組織和織構(gòu)的可控性。在研究體心立方結(jié)構(gòu)的金屬材料（鐵素體不銹鋼和硅鋼均為此種結(jié)構(gòu)）時發(fā)現(xiàn)，通過控制凝固的工藝條件可以獲得不同的結(jié)晶組織，凝固組織具有極強的控制柔性。利用這一特點，可以依據(jù)NGO和GO的織構(gòu)控制要求，控制澆鑄工藝，得到想要的初始凝固組織和織構(gòu)，有利于提高材料的磁性能。

2）雙輥薄帶連鑄直接由鋼水凝固制備帶坯，采用固有抑制劑法生產(chǎn)取向硅鋼時無需高溫加熱，避免了常規(guī)流程高溫加熱的瓶頸問題，更不需要后期滲氮處理。

3）薄帶連鑄為亞快速凝固過程，冷卻速度高達103℃/s以上，通過鑄后冷卻過程與后續(xù)的常化工藝配合，可以靈活控制材料的晶粒尺寸和析出物尺寸，對于增強硅鋼有利織構(gòu)、提高材料的磁性能具有重要意義。

4）取消了傳統(tǒng)流程大壓縮比熱軋過程，抑制了NGO硅鋼有害的析出物和不利的γ-織構(gòu)的產(chǎn)生，避免了GO硅鋼中AlN的過早析出粗化現(xiàn)象，可以在單道次熱軋甚至無熱軋條件下生成位向準(zhǔn)確和數(shù)量足夠的高斯晶核。

5）薄帶連鑄提供了獲得薄規(guī)格鑄坯的可能性。通過減薄鑄帶厚度和優(yōu)化組織織構(gòu)控制，可以提高NGO硅鋼中有利織構(gòu)的比例，保證成品GO硅鋼中抑制劑及高斯晶核數(shù)量、密度和均勻性，有望開發(fā)（超）薄規(guī)格硅鋼，極大地降低鐵損，進一步提高磁性能。

　 綜上所述，可以看出采用薄帶連鑄生產(chǎn)硅鋼是一個極具潛力的發(fā)展方向。在認真分析目前國際上最先進硅鋼生產(chǎn)技術(shù)的成分設(shè)計、組織與織構(gòu)控制原理以及存在的工藝技術(shù)難題的基礎(chǔ)上，結(jié)合薄帶連鑄亞快速凝固、短流程的特征優(yōu)勢，RAL從2008年開始，以國家自然科學(xué)基金鋼鐵研究聯(lián)合基金重點項目為依托，開展了基于雙輥薄帶連鑄的硅鋼制造理論研究并形成了系統(tǒng)的工藝和裝備技術(shù)，旨在突破目前國際上現(xiàn)有硅鋼生產(chǎn)流程的限制，徹底解決其存在的問題，開發(fā)出易控制、高效率、低成本、低消耗的綠色化短流程生產(chǎn)技術(shù)，提供高性能、綠色化的硅鋼產(chǎn)品，為硅鋼生產(chǎn)開辟一條由中國領(lǐng)跑的特色化、綠色化創(chuàng)新發(fā)展道路，為我國在硅鋼制造領(lǐng)域躋身國際前沿作出貢獻。圍繞薄帶連鑄高品質(zhì)硅鋼成套制造工藝與裝備技術(shù)的各類關(guān)鍵問題，本方向?qū)⑸钊攵到y(tǒng)地開展研究及開發(fā)，盡快形成具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代硅鋼先進制造技術(shù)，既符合我國科技發(fā)展的“節(jié)能、高效、促進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展”的總體戰(zhàn)略目標(biāo)，又能在國際硅鋼制造先進技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域占領(lǐng)制高點。

目前，RAL正與我國鋼鐵企業(yè)密切合作開展薄帶連鑄GO、NGO、高硅鋼產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研究。通過在實驗室條件下系統(tǒng)開展薄帶連鑄硅鋼“化學(xué)成分—工藝—組織性能”演變及控制技術(shù)研究，開發(fā)出薄帶連鑄關(guān)鍵單體設(shè)備和核心控制系統(tǒng)，形成了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的薄帶連鑄高品質(zhì)硅鋼成套工藝與裝備技術(shù)，為在國際上率先實現(xiàn)薄帶連鑄硅鋼的工業(yè)化生產(chǎn)提供了重要支撐。已取得的主要研究成果包括：

1）解決了制約薄帶連鑄產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一些瓶頸問題，如研發(fā)出新型低成本—長壽命—高換熱效率鑄輥、低成本—長壽命側(cè)封板材料等。完成了關(guān)鍵裝備的研制和控制系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)了自主集成創(chuàng)新，具備了提供薄帶連鑄工業(yè)化產(chǎn)線成套裝備設(shè)計及系統(tǒng)技術(shù)的能力。工業(yè)化薄帶連鑄生產(chǎn)線設(shè)計如圖1所示。

2）形成了薄帶連鑄高性能無取向硅鋼的全流程系統(tǒng)工藝技術(shù)，成功制備出高磁感、高牌號無取向硅鋼原型產(chǎn)品，磁感指標(biāo)B50優(yōu)于國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品0.03T以上。提供了一條無需加熱、無需常化處理、無需兩步冷軋和中間退火的短流程、低難度、低成本制造高效無取向硅鋼的全新工藝流程，為無取向硅鋼薄帶連鑄產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了技術(shù)原型。

3）形成了薄帶連鑄高性能取向硅鋼的全流程系統(tǒng)工藝技術(shù)，成功制備出0.27mm厚的普通取向硅鋼，磁感指標(biāo)B8達到1.85T，與國內(nèi)外現(xiàn)有普通取向硅鋼（CGO）產(chǎn)品相當(dāng)；成功制備出0.23mm厚的高磁感取向硅鋼，B8達到1.94T，優(yōu)于國內(nèi)外現(xiàn)有HiB產(chǎn)品。提供了一條無需高溫加熱、無需滲氮處理的短流程、低難度、低成本制造取向硅鋼的全新工藝流程，為取向硅鋼薄帶連鑄產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了技術(shù)原型。
 
　 4）形成了基于超低碳成分設(shè)計制造取向硅鋼的全流程系統(tǒng)工藝技術(shù)，成功制備出0.18-0.27mm厚的高磁感取向硅鋼，B8達到1.94T，優(yōu)于國內(nèi)外現(xiàn)有HiB產(chǎn)品。提供了一條無需高溫加熱、無需脫碳、無需滲氮處理的短流程、低難度、低成本制造取向硅鋼的全新工藝流程，為取向硅鋼薄帶連鑄產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了技術(shù)原型。

5）形成了基于超低碳成分設(shè)計制造高硅取向硅鋼的全流程系統(tǒng)工藝技術(shù)，成功制備出0.18-0.23mm厚的4.5%Si、6.5%Si取向硅鋼，B8分別達到1.78T和1.74T，顯著優(yōu)于國外產(chǎn)品。提供了一條利用溫軋、冷軋技術(shù)，無需高溫加熱、無需脫碳、無需滲氮處理的短流程、低難度、低成本制造4.5%Si、6.5%Si取向硅鋼的全新工藝流程，為高硅取向硅鋼薄帶連鑄產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了技術(shù)原型。