鋼鐵工業作為我國國民經濟的支柱產業近年來得到迅猛發展，我國早已成為全世界最大的鋼鐵生產國和消費國。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、資源匱乏和環境負荷重等嚴峻問題正威脅著鋼鐵工業產業鏈的安全。然而擺脫當前困境的唯一出路就是加快實現由“高消耗高品質”生產方式（如過度依賴添加貴重合金元素、生產流程冗長等）向“低消耗高品質”（即資源能源節約型、環境友好型、低成本、高性能）ECO生產方式的轉變。只有大力開發節省能源資源、減少環境污染、增加循環利用、實現環境友好的新一代鋼鐵生產工藝流程，才能保障我國鋼鐵工業的可持續發展。其中，發展先進短流程、緊湊化生產工藝和技術是這一轉變的重要組成部分，將發揮重要作用。
近終形薄帶連鑄技術正是適應這種形勢的一種短流程、低能耗、投資省、成本低的綠色環保新工藝技術。薄帶連鑄技術作為當今世界上薄帶鋼生產的前沿技術，不經厚板坯連鑄、加熱和熱軋等生產工序，由液態鋼水直接生產出厚度為1-5mm的薄帶坯。同傳統的薄帶生產流程相比，可節約設備投資約80%，降低生產成本30%-40%，能源消耗僅為傳統熱連軋生產流程的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勢，是實現高性能鋼材的短流程生產的重要途徑。正因如此，國外鋼鐵企業如紐柯、浦項、新日鐵住金等紛紛投入巨資開發薄帶鋼連鑄技術。但是，其研發重點放在了普碳鋼、不銹鋼等品種上，并且已取得了突破，實現了產業化生產；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，研究數據嚴重缺乏，這為我國開展薄帶連鑄硅鋼研究和引領世界硅鋼生產技術帶來了重要的歷史機遇。東北大學軋制技術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作為一個前瞻性、儲備性和戰略性課題進行研究。針對雙輥薄帶連鑄過程中存在的關鍵冶金學基礎問題，重點研究了如何發揮薄帶連鑄亞快速凝固特性和近終形成形過程特點生產一些常規流程無法生產或者生產難度較大的產品，并賦予產品以常規流程無法得到的特殊性能，從而為實現高性能鋼鐵材料的減量化生產提供重要支撐。前期的研究工作表明，采用薄帶連鑄生產硅鋼這種高投入、高技術、高難度、高消耗、高成本的鋼鐵“藝術品”具有無可比擬的優勢。
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、電子和軍事工業領域不可缺少的重要軟磁材料，主要用于電動機、發電機、變壓器的鐵芯和各種電訊器材。硅鋼生產工藝復雜，制造技術嚴格，具有高度的保密性和壟斷性，同時其制造技術和產品質量是衡量一個國家特殊鋼生產和科技發展水平的重要標志之一。我國冷軋硅鋼在產能、質量、規格牌號等方面，還遠不能滿足相關工業領域發展的需求。所面臨的主要問題是，低端產品產能過剩、產品利潤較低；高端產品如高磁感取向硅鋼（HiB）的生產難度大，產品合格率低于75%。我國在硅鋼制造領域缺乏自主知識產權的硅鋼制造技術、工藝裝備及研發能力。近年來，國外又憑借其積累的技術優勢和嚴密的專利覆蓋，對我國硅鋼發展實施了嚴格的技術封鎖，已經達到無條件拒絕轉讓硅鋼制造新技術的程度。因此，大力加強自主知識產權的高品質硅鋼制造技術研究，對于我國鋼鐵工業的持續發展和國家安全具有重大意義。
從上世紀初期發明取向硅鋼以來，美國、日本等對硅鋼進行了大量的研究，隨著生產工藝不斷改進，性能水平不斷提高。但是，基本以傳統的厚板坯生產流程為主。近年來，隨著薄板坯連鑄連軋技術的發展，又出現了薄板坯生產流程，但薄板坯流程本質上與厚板坯流程差別不大。傳統硅鋼生產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、數量以及織構分布和強度進行精細化控制，為后續冷軋—熱處理做組織、織構方面的準備。熱軋過程對硅鋼生產的質量、產量、效率和穩定性具有決定性的影響，冷軋產品的質量、成材率均與熱軋帶鋼質量密切相關。在傳統的厚板坯連鑄生產流程中，使用厚度230-250mm的板坯，經過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，而且影響參數眾多，生產穩定性差，組織控制難度很大，成材率很低。對于硅鋼生產這種組織控制非常精細的材料而言，復雜、冗長的常規流程甚至會帶來一些致命性的、無法補救的組織和織構缺陷，極大地損害硅鋼的性能。
2薄帶連鑄生產高性能硅鋼的研究進展
在國家自然科學基金重點項目及973課題等的支持下，RAL系統研究了硅鋼、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。通過這些研究發現，與傳統厚板坯熱軋流程相比，除了流程緊湊、工序縮短、節能降耗等短流程優勢外，薄帶連鑄的亞快速冷卻過程在微觀組織和織構控制上也具有獨特優越性，將薄帶連鑄技術應用于硅鋼生產具有無可比擬的優勢：
1）雙輥薄帶連鑄凝固組織和織構的可控性。在研究體心立方結構的金屬材料（鐵素體不銹鋼和硅鋼均為此種結構）時發現，通過控制凝固的工藝條件可以獲得不同的結晶組織，凝固組織具有極強的控制柔性。利用這一特點，可以依據NGO和GO的織構控制要求，控制澆鑄工藝，得到想要的初始凝固組織和織構，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取向硅鋼時無需高溫加熱，避免了常規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的?；に嚺浜?，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、提高材料的磁性能具有重要意義。
4）取消了傳統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-織構的產生，避免了GO硅鋼中AlN的過早析出粗化現象，可以在單道次熱軋甚至無熱軋條件下生成位向準確和數量足夠的高斯晶核。
5）薄帶連鑄提供了獲得薄規格鑄坯的可能性。通過減薄鑄帶厚度和優化組織織構控制，可以提高NGO硅鋼中有利織構的比例，保證成品GO硅鋼中抑制劑及高斯晶核數量、密度和均勻性，有望開發（超）薄規格硅鋼，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硅鋼是一個極具潛力的發展方向。在認真分析目前國際上最先進硅鋼生產技術的成分設計、組織與織構控制原理以及存在的工藝技術難題的基礎上，結合薄帶連鑄亞快速凝固、短流程的特征優勢，RAL從2008年開始，以國家自然科學基金鋼鐵研究聯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的工藝和裝備技術，旨在突破目前國際上現有硅鋼生產流程的限制，徹底解決其存在的問題，開發出易控制、高效率、低成本、低消耗的綠色化短流程生產技術，提供高性能、綠色化的硅鋼產品，為硅鋼生產開辟一條由中國領跑的特色化、綠色化創新發展道路，為我國在硅鋼制造領域躋身國際前沿作出貢獻。圍繞薄帶連鑄高品質硅鋼成套制造工藝與裝備技術的各類關鍵問題，本方向將深入而系統地開展研究及開發，盡快形成具有我國自主知識產權的新一代硅鋼先進制造技術，既符合我國科技發展的“節能、高效、促進循環經濟發展”的總體戰略目標，又能在國際硅鋼制造先進技術研發領域占領制高點。
目前，RAL正與我國鋼鐵企業密切合作開展薄帶連鑄GO、NGO、高硅鋼產業化技術研究。通過在實驗室條件下系統開展薄帶連鑄硅鋼“化學成分—工藝—組織性能”演變及控制技術研究，開發出薄帶連鑄關鍵單體設備和核心控制系統，形成了具有我國自主知識產權的薄帶連鑄高品質硅鋼成套工藝與裝備技術，為在國際上率先實現薄帶連鑄硅鋼的工業化生產提供了重要支撐。已取得的主要研究成果包括：
1）解決了制約薄帶連鑄產業化發展的一些瓶頸問題，如研發出新型低成本—長壽命—高換熱效率鑄輥、低成本—長壽命側封板材料等。完成了關鍵裝備的研制和控制系統的開發，實現了自主集成創新，具備了提供薄帶連鑄工業化產線成套裝備設計及系統技術的能力。工業化薄帶連鑄生產線設計如圖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工藝技術，成功制備出高磁感、高牌號無取向硅鋼原型產品，磁感指標B50優于國內外現有產品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業化生產提供了技術原型。
3）形成了薄帶連鑄高性能取向硅鋼的全流程系統工藝技術，成功制備出0.27mm厚的普通取向硅鋼，磁感指標B8達到1.85T，與國內外現有普通取向硅鋼（CGO）產品相當；成功制備出0.23mm厚的高磁感取向硅鋼，B8達到1.94T，優于國內外現有HiB產品。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業化生產提供了技術原型。
4）形成了基于超低碳成分設計制造取向硅鋼的全流程系統工藝技術，成功制備出0.18-0.27mm厚的高磁感取向硅鋼，B8達到1.94T，優于國內外現有HiB產品。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業化生產提供了技術原型。
5）形成了基于超低碳成分設計制造高硅取向硅鋼的全流程系統工藝技術，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，顯著優于國外產品。提供了一條利用溫軋、冷軋技術，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業化生產提供了技術原型。