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⾼硅钢发展及制备技术研究进展

⾼硅钢发展及制备技术研究进展

1⾼硅钢的特点概述

⾼硅钢⼀般是指含4.5wt%-6.7wt%的Si-Fe合⾦，通⽤的⾼硅钢为6.5%Si-Fe。6.5wt%⾼硅钢是⼀种具有⾼磁导率、低矫顽

⼒、低铁损等优异性能的软磁合⾦，6.5%Si⾼硅钢的电阻率p=82µΩ?cm，⽐3wt%Si硅钢约⾼⼀倍(3wt%Si硅钢ρ=48µΩ?

cm)，饱和磁感Bs=1.80T，相对于3wt%Si硅钢较低（3wt%Si硅钢为Bs=2.03T），磁致伸缩系数λs凡近似为零，磁各向异

性常数K1⽐3wt%Si硅钢约低40%。⾼硅钢的磁性特点是⾼频下铁损明显降低，最⼤磁导率伽⾼和矫顽⼒Ho低。正因为具有

低铁损、⾼磁导率和低磁致伸缩系数等优异的软磁性能，所以⾼硅钢在⾼性能发电机、变压器、继电器、特别是微型电器部件

等⽅⾯的应⽤前景⼗分⼴泛。然⽽，⾼硅钢的室温脆性⼤、加⼯性能差，很难⾤⽤常规（铸造轧制）⼯艺制备薄板和带材，严

重影响了该合⾦⼴泛的应⽤。

2硅钢研宄的现状

2.1⾼硅钢的发展现状

1953年⽇本NKK钢铁公司⽥中悟等采⽤⼀次⼤压下率冷轧、退⽕后明显的提⾼了含碳0.05%、硅2.94%,铝0.02%。氮0.

0062%钢板中{110}001织构的取向度，且其磁性能也随之提升。由此研究者们开始逐渐意识到⽤AlN为抑制剂的⼀次⼤压下

率轧制⼯艺可以制备出磁性⾼于普通取向硅钢的板材。因此，NKK公司于1961年在引进了美国Armco钢专利技术的基础上开始

使⽤A1N和MnS混合作为抑制剂来制备⾼取向硅钢。直到1964年NKK才使⽤该⼯艺成功试制了⾼磁感取向硅钢，后被命名为

Hi-B钢，但由于对该⼯艺的研究仍是处于初级阶段，因此其所制备的Hi-B钢磁性还极不稳定。与此同时，D.Brown等通过试验

证明6.5%Si-Fe单晶体铁损⽐普通的3%Si-Fe单晶体要低0.2W/Kg，磁致伸缩也约为3%Si-Fe单晶体的1/10，磁各向异性约降

低1/3。1965年，DJ.Burr通过拉伸试验测得5%Si-Fe的伸长率为1%~2%。随后，其有对加⼊Ni的5%Si-Fe的钢板进⾏拉伸试

验，试验结果表明在钢中加⼊Ni明显的提⾼了钢的伸长率，如加⼊6%的Ni使得伸长率提⾼9%，加⼊7.5%的Ni使得伸长率提⾼

20%。1966年，T.IShizaka等采⽤70%压下率在600℃-750℃对6.5%Si硅钢进⾏热轧，随后对其进⾏剪边处理后冷轧可使其

从1mm轧到0.3mm厚。⾄此，所⽣产的普通取向硅钢磁性能基本稳定，其铁损约下降到0.05W/Kg。由此，研究者们开始着⼿

致⼒于对6.5%Si制造过程简便化、经济化以及易操作化的研究。

1978年，⽇本N.Tsuya和K.I.Arai采⽤急冷制带法制备出0.03-0.1mm厚的6.5%Si-Fe合⾦薄带。同年，⽇本川崎公司采⽤此

⼯艺进⾏了试⽣产，但⾄今也未得到⼤规模化的⽣产。随后由此⼯艺制备的6.5%的Si-Fe合⾦、Sendust合⾦以及各种Fe3Si基

合⾦等也纷纷涌现。1978年国内王东等⼈采⽤快速凝固法成功制备出6.5%Si-Fe铸态极薄带，此薄带电阻率极⾼且磁致伸缩接

近为零，然⽽这些都仅限于科学研究和应⽤基础研究上，要由此⼯艺进⾏⼤规模⽣产还很难。

1980年前后，俄罗斯研究者们采⽤三轧法(热轧、温轧、冷轧)⼯艺制备⾼硅钢，但此法由于⼯艺过于复杂，耗时较长为得到真

正的实⾏。1988年，⽇本NKK公司⾼⽥芳⼀、阿部正弘等⼈⽤CVD法成功由实验制得6.5%Si⾼硅钢。随后，⽇本研究者们对

此⼯艺进⾏了⼤量的试验和改进，于1993年NKK正式建成了⼀条⽤于制备厚为0.1~0.5mm、宽400mm⽉产量可达100吨的连续

⽣产线。其后，随着电⽓元件⾼频化的发展，NKK公司在1995年后⼜开始开发名为JNEX-Core和JNHF-Core的⾼硅钢板，此

两种硅钢板的成功制备不仅提⾼了⾼硅钢的可加⼯性能也⼤⼤降低了涡流损耗和噪⾳污染问题。

2.2对6.5%Si⾼硅钢的应⽤现状具有代表性的事件列举如下：

1)⽇本⽤0.35mm厚的6.5wt%⾼硅钢⽚制作⾼速⾼频电机铁芯获得了良好的节能效果，其与普通3.56.5wt%硅钢制作的铁芯相

⽐，在正弦波驱动和⾮正弦波驱动时，电机效率均显著提⾼，铁损分别降低了35%和43%；

2)美国、欧盟已经在汽车GPS系统开关电源⽤电感滤波器中应⽤6.5wt%⾼硅钢制备的环形铁芯；

3)⽇本⽤6.5wt%