高矽鋼壹般是指含4.5 wt % - 6.7 wt %的Si-Fe合金，通用的高矽鋼為6.5%
Si-Fe。6.5wt%高矽鋼是壹種具有高磁導率、低矯頑力、低鐵損等優異性能的軟磁合金，6.5%
Si高矽鋼的電阻率p=82μΩ×cm，比3 wt% Si矽鋼約高壹倍(3 wt% Si矽鋼ρ=48 μΩ×cm)，飽和磁感Bs=1.80T，相對於3 wt%Si矽鋼較低（3 wt%Si矽鋼為Bs=2.03 T），磁致伸縮系數λs凡近似為零，磁各向異性常數K1比3 wt%Si矽鋼約低40%。高矽鋼的磁性特點是高頻下鐵損明顯降低，最大磁導率伽高和矯頑力Ho低。正因為具有低鐵損、高磁導率和低磁致伸縮系數等優異的軟磁性能，所以高矽鋼在高性能發電機、變壓器、繼電器、特別是微型電器部件等方面的應用前景十分廣泛。然而，高矽鋼的室溫脆性大、加工性能差，很難釆用常規（鑄造軋制）工藝制備薄板和帶材，嚴重影響了該合金廣泛的應用。
2矽鋼研宄的現狀
2.1高矽鋼的發展現狀
1953年日本NKK鋼鐵公司田中悟等采用壹次大壓下率冷軋、退火後明顯的提高了含碳0. 05%、矽2. 94%,鋁0. 02%。氮0. 0062%鋼板中{110} <001>織構的取向度，且其磁性能也隨之提升。由此研究者們開始逐漸意識到用AlN為抑制劑的壹次大壓下率軋制工藝可以制備出磁性高於普通取向矽鋼的板材。因此，NKK公司於1961年在引進了美國Armco鋼專利技術的基礎上開始使用A1N和MnS混合作為抑制劑來制備高取向矽鋼。直到1964年NKK才使用該工藝成功試制了高磁感取向矽鋼，後被命名為Hi-B鋼，但由於對該工藝的研究仍是處於初級階段，因此其所制備的Hi-B鋼磁性還極不穩定。與此同時，D. Brown等通過試驗證明6. 5% Si-Fe單晶體鐵損比普通的3% Si-Fe單晶體要低0. 2W/Kg，磁致伸縮也約為3%Si-Fe單晶體的1/10，磁各向異性約降低1/3。 1965年，DJ. Burr通過拉伸試驗測得5% Si-Fe的伸長率為1%~2%。隨後，其有對加入Ni的5%Si-Fe的鋼板進行拉伸試驗，試驗結果表明在鋼中加入Ni明顯的提高了鋼的伸長率，如加入6%的Ni使得伸長率提高9%，加入7.5%的Ni使得伸長率提高20%。1966年，T. IShizaka等采用70%壓下率在600℃-750℃對6.5%S i矽鋼進行熱軋，隨後對其進行剪邊處理後冷軋可使其從1mm軋到0. 3mm厚。至此，所生產的普通取向矽鋼磁性能基本穩定，其鐵損約下降到0.
05W/Kg。由此，研究者們開始著手致力於對6.5%Si制造過程簡便化、經濟化以及易操作化的研究。
1978年，日本N. Tsuya和K.I. Arai采用急冷制帶法制備出0. 03-0.1 mm厚的6.5%Si-Fe合金薄帶。同年，日本川崎公司采用此工藝進行了試生產，但至今也未得到大規模化的生產。隨後由此工藝制備的6.5%的Si-Fe合金、Sendust合金以及各種Fe3S i基合金等也紛紛湧現。1978年國內王東等人采用快速凝固法成功制備出6.5%Si-Fe鑄態極薄帶，此薄帶電阻率極高且磁致伸縮接近為零，然而這些都僅限於科學研究和應用基礎研究上，要由此工藝進行大規模生產還很難。
1980年前後，俄羅斯研究者們采用三軋法(熱軋、溫軋、冷軋)工藝制備高矽鋼，但此法由於工藝過於復雜，耗時較長為得到真正的實行。1988年，日本NKK公司高田芳壹、阿部正弘等人用CVD法成功由實驗制得6.5%Si高矽鋼。隨後，日本研究者們對此工藝進行了大量的試驗和改進，於1993年NKK正式建成了壹條用於制備厚為0.1~0.5mm、寬400mm月產量可達100噸的連續生產線。其後，隨著電氣元件高頻化的發展，NKK公司在1995年後又開始開發名為JNEX-Core和JNHF-Core的高矽鋼板，此兩種矽鋼板的成功制備不僅提高了高矽鋼的可加工性能也大大降低了渦流損耗和噪音汙染問題。
2.2對6.5%Si高矽鋼的應用現狀具有代表性的事件列舉如下：
1)日本用0.35mm厚的6.5wt%高矽鋼片制作高速高頻電機鐵芯獲得了良好的節能效果，其與普通3.56.5wt%矽鋼制作的鐵芯相比，在正弦波驅動和非正弦波驅動時，電機效率均顯著提高，鐵損分別降低了35%和43%；
2)美國、歐盟已經在汽車GPS系統開關電源用電感濾波器中應用6.5wt%高矽鋼制備的環形鐵芯；
3)日本用6.5wt%矽鋼取代3wt%取向矽鋼用於8kHz電焊機中，鐵芯重量由7.5kg減輕到3kg；
4)豐田汽車公司率先在全世界銷售的混合動力汽車PRIUS用升壓轉換反應堆上使用了6.5wt%高矽鋼；
5)歐洲用0.50mm厚的6.5wt%高矽鋼帶材作為變壓器的鐵芯與普通3.5wt%矽鋼相比，在頻率為50Hz的工作環境下，噪音降低了6dB;
6) NKK用6.5wt%高矽鋼片制作的重量30kg模擬音頻變壓器與牌號Z7H取向矽鋼制的變壓器相比，在B=1T時工作噪音降低了21dB，工作鐵損降低約40%。?
2.3國內矽鋼行業的發展
國內矽鋼行業的起步落後於世界領先國家近半個世紀，直到1952年才由太原鋼鐵廠第壹次制備出含矽量約為1%-2%的低矽鋼板，並於1954年投入生產。與此同時，鋼鐵研究院與太原鋼鐵廠聯手試制熱軋高矽鋼板，將矽含量由原本的1%~2%提升到3%~40%左右，兩年後投入生產。1960~1978年上海矽鋼片廠對傳統的熱軋矽鋼板制備工藝進行了改進，並最終確立了熱軋後快冷的制備工藝。由此工藝制備出的高矽鋼的質量和產量進壹步得到提高，且磁性也超過了歐美國家前期所制備的類似水平的矽鋼。
1957年，鋼鐵研究院采用兩次冷軋和緩慢升溫後極速退火的方式試制了{110}
<001>織構的3%S i取向矽鋼。但由於當時設備和技術條件的限制，研究者們並未意識到MnS和A1N等抑制劑以及軋制工序的重要作用，由該工藝制備的矽鋼板磁性壹直得不到穩定。1959年太鋼和鞍鋼幾乎同時開始生產高取向矽鋼，但合格率和成材率相對較低。1964年，鋼鐵研究院在抑制劑作用下進行連續爐退火、加隔離劑、爐內退火等壹系列工藝過程後進壹步增強了矽鋼的磁性和穩定性。
1974年武鋼購買了日本NKK專利技術並達成了年生產11個牌號冷軋矽鋼約6.8萬噸的協議，並於1981年生產了4%S i高矽鋼。1983年，鋼鐵研究院用武鋼生產的0.20-0.35mm厚取向矽鋼，經酸洗後再冷軋和退火的新工藝進行生產，其成材率顯著提升且制造成本下降。
然而，面對著國外鋼鐵行業的蒸蒸日上，近年來國內矽鋼行業卻發展極為緩慢。盡管國內研究者們也對6.5%Si高矽鋼進行了壹些相應的研究，但收效甚微，截至目前為止，國內矽鋼行業中像寶鋼這樣的龍頭企業都還沒有實施甚至是設計出壹套完善的制備6.5%S i高矽鋼的工藝過程，預建成制備高矽鋼的生產線更是難上加難。因此，為了適應世界鋼鐵行業的發展，緊隨國內現代化的發展，國內鋼鐵行業要想處於世界領先地位就必須擁有壹套自己的比較完善的制備6. 5%S i高矽鋼的工藝路線及其生產線，這也將影響國內電工鋼行業的未來發展方向。
3 6.5%Si高矽鋼的性能
3.1物理性質
3.2磁特性
矽鋼是由體心立方的a鐵(a-Fe )固溶體構成的鐵素體鋼，在三個主晶向上磁化特性不同：[100]方向為易磁化晶向，[110]方向為次易磁化方向，[111]方向為難磁化晶向，這種磁化特性稱為磁各向異性。大量生產的矽鋼片就是通過對變形再結晶組織進行軋制，使其產生平面織構，大多數晶粒的{110}必面平行於軋面，<100>方向平行於軋向，而<100>方向正是鐵的易磁化方向。6.5wt%高矽鋼的磁滯伸縮系數比其它的軟磁材料要低、鐵損約為無取向矽鋼的1/2，磁滯伸縮系數約為無取向矽鋼的1/25。在400Hz時，6.5wt%高矽鋼的鐵損要比取向矽鋼小，磁滯伸縮系數約為取向矽鋼的1/16。許多因素顯著影響6.5wt%高矽鋼合金的磁性能，如合金中的雜質、微合金元素、晶體織構、有序轉變、晶粒尺寸、內應力和鋼板厚度等，這些因素之間也是有壹定關聯的，因此掌握這些因素就能有效地改進或控制6.5wt%高矽鋼的磁性能。
3.3 6.5%Si高矽鋼的脆性機理
6.5% Si高矽鋼合金的脆性機理與金屬間化合物關系密切，其脆性的主要來源是合金中存在的有序金屬間化合物。金屬間化合物的脆性機理很復雜，表征上分沿晶斷裂、穿晶斷裂和準解理斷裂三類；從本征上分為本征脆性和環境脆性。造成金屬間化合物本征脆性的主要原因有：金屬獨立滑移系數不足、高的P-N力、對應低解理應力、交滑移困難和晶界脆性。
6.5wt%高矽鋼的環境脆性是指其與周圍環境相互作用而導致合金塑性和韌性降低的現象。根據環境脆性的機理，陳國良院士和G.T.Liu指出，如果在合金設計時考慮以下四個方面的作用，可以降低金屬間化合物的環境脆性，提高合金的塑性：
1)亞化學計量比成分：控制金屬間化合物中活性元素的含量(如Fe3Si中的Si)，使其具有較低的晶界脆性和環境脆性；
2)硼元素(B)的作用：對於晶界強度較低的金屬間化合物，適量加入B元素可以有效提高晶界結合強度，從而降低環境脆性導致的晶界失效，並降低氫原子沿晶界的擴散；
3)減少表面反應的可能：添加適當的合金元素可以降低表面吸附反應的速率，表面的預氧化或者塗層也可以有效減弱環境脆性；
4)改善顯微組織：通過熱處理工藝改變晶粒形狀，減少強度較低的大角度晶界。
4 6.5%Si高矽鋼薄板的制備方法
由於6.5 wt%高矽鋼合金的室溫脆性，用傳統的冷軋方法難以制備成薄板。隨著制備工藝的發展，生產工藝，主要包括以下四個方面:（1）沈積擴散技術；（2）快速冷凝技術；（3）粉末壓延技術；（4）軋制技術等。制備技術的開發、完善以及能否經濟高效地生產是6.5wt%高矽鋼走向商業應用的關鍵，由於軋制法具有經濟高效、易於推廣等優點，壹直是人們研究的熱點。
4.1沈積擴散技術
4.1.1化學氣相沈積工藝(CVD法)
CVD法是目前6.5wt%高矽鋼板材制備方面最為突出和成熟的技術之壹，其工藝分三部分:（1）普通軋制法生產出含Si約3.1 wt%的矽鋼片;（2）矽鋼片表面和矽化物(SiCI4)間的高溫化學反應使其表面產生Si富集；（3）薄板在1100℃下進行長時間擴散退火，使表面的矽擴散到中心生成整體含矽6.5wt%的矽鋼片。
?CVD技術的核心是：將含Si約3.1 wt%的矽鋼片在無氧化氣氛( SiCl45%-35%, N2或稀有氣體)保護條件下加熱至1020-1200℃進行反應，生成Fe3Si沈積在矽鋼片表面，熱解成活性Si原子，再進行氣體保護下的平整軋制，以消除Si原子沈積帶來的凹凸不平。
盡管CVD技術在制備6.5wt%高矽鋼薄帶上已經取得了成功，但仍存在如下問題:
（1）沈積和滲矽過程均在高溫下進行(最高達1320℃ )，設備要求高、能耗大；
（2）依靠SiCl4腐蝕矽鋼片形成Fe3Si沈積，導致其表面產生腐蝕坑窪，要後續平整，工序繁瑣；
（3）沈積形成的Fe3Si擴散時會形成Kirkendall空洞，沈積後Si濃度分布不均勻，導致後續工序成材率降低；
（4）產生廢氣FeCl2，既汙染環境又造成Fe的流失；
（5）目前生產的6.5wt%高矽鋼均為無取向矽鋼。
4.1.2電子束物理氣相沈積工藝(EB-PVD法)
電子束物理氣相沈積法(EB-PVD)是壹種能制備傳統軋制工藝難以制備的大尺寸、厚度可調板材的先進工藝，其原理包括三個方面：（1）電子束通過磁場或電場聚焦在蒸發源錠料上使材料熔化;（2）在真空的低氣壓環境中，蒸發源在熔池上方氣化，氣相原子從熔池表面以直線運動到基片表面形成沈積層;（3）沈積完後冷卻，剝離沈積層得到板材;其制備6.5 wt%高矽鋼工藝簡圖如圖2所示。
用EB-PVD法制備6.5wt%高矽鋼，其優點是可精確控制沈積層厚度、工藝重復性好，可避免基板和塗層間的氧化和汙染、有利於環保；其缺點是設備價格昂貴、制備成本高、難以工業化生產。
4.1.3溶鹽電沈積工藝
熔鹽電沈積法制備6.5wt%高矽鋼的工藝簡圖如圖3所示，其工作原理大致分為四點:（1）選用LiF，NaF，KF×2H20、Na2SiF6熔鹽體系;（2）在溫度大於750℃的條件下使Na2SiF6完全熔化並混合均勻，以Si含量<3.1 wt%的矽鋼為陰極，石墨為陽極;（3）在直流電作用下Si不斷在陰極沈積，並在濃度梯度的作用下向機體內部擴散，發生反應:3Si+Fe——FeSi;（4）在1050℃下擴散退火。
此工藝的優點是由於體系中沒有水，溶鹽電沈積在陽極電位獲得的氧的電位更正，在陰極電位獲得的氧的電位更負；缺點是溶鹽電解使得電解質溶液容易揮發氧化、耗電量大。
4.2快速冷凝技術
4.2.1快速凝固制備工藝
近年來，快速凝固技術在金屬材料制備加工領域中獲得了飛速發展。利用快速凝固技術制備6.5wt%高矽鋼薄帶己取得了壹些成果，並且顯示出巨大的前景，其生產設備示意圖如圖4所示。快速凝固法生產6.5wt%高矽鋼薄帶主要有三個優點:①合金晶粒組織細密，②制造工藝簡單，③避開了6.5wt%高矽鋼的本征脆性;主要缺點是工藝參數適用範圍窄、生產容易斷帶、難以控制、板形質量差、成品率低等。
4.2.1噴射成形制備工藝
噴射成型法是壹種涉及粉末冶金、金屬霧化、快速冷卻和非平衡凝固等多領域的新型材料制備技術，其原理是將經氣體霧化的液態金屬熔滴沈積到壹定的接收器上，直接制成壹定形狀的產品。噴射成形技術制備6.5wt%高矽鋼是以工業純鐵和工業純矽為原料，其設備示意圖如圖5所示。其優點是避開了高矽鋼在軋制過程中的脆性區，能夠獲得比較薄的板帶;缺點是制備的高矽鋼致密度低、合金在寬度和厚度上受到限制，並且在厚度方向上難以控制材料的均勻性。
4.3粉末壓延技術
粉末壓延法是將粉末通過漏鬥餵入壹對旋轉軋輥之間使其壓實成連續帶坯的方法；其存在的主要問題有三點：①原料中的鐵粉和矽粉易被氧化，影響後續的燒結；②原料顆粒細小、表面積大，導致顆粒之間分散性差、很難均勻混合燒結後坯料致密度不均勻；③車L制後厚度偏差大，板形難以精確控制。
4.4軋制法
軋制法包括冷軋軋制法和特殊軋制法（包括溫控軋制法和包套軋制法）。軋制法制備高矽取向矽鋼，即采取與制備3%Si取向矽鋼相同的方壹法，通過抑制劑及二次再結晶，制備出強Goes織構的高矽鋼板。
大量研究表明，通過對高矽鋼采用不同的熱處理工藝改變高矽鋼薄板的晶粒尺寸壹與織溝、同對控制高矽鋼的有序化移度，可以降低鐵損。到目前為止，還沒有完全采用軋制法大批量生產取向高矽鋼及生產裝備的報道，軋制法制備取向高矽鋼技術僅在專利上提到，距離產業化推廣仍有很大差距，還需要進壹步探索和實踐。
5結論與展望
6.5wt%高矽鋼具有磁致伸縮系數接近零、磁導率大、矯頑力低和鐵損低等優異的軟磁性能，在降低高頻電器的能源損耗、噪音汙染等方面優勢明顯;但是合金自身顯著的低溫脆性嚴重影響了該材料的廣泛應用。明確6.5wt%高矽鋼的脆性本質和塑性變形機制，井在制備和成形加工過程中對該合金的不足施加積極的避免和有效的控制，所以研究開發壹種流程短、效率高的制備加工方法，是實現6.5wt%高矽鋼工業化生產的關鍵問題。
近年來隨著高熵合金的發展，研究表明合理的設計高熵合金不但可以在提高材料強度還可以提高材料的塑性。將高矽鋼的制備和高熵合金的特點相結合可以合理的避免高矽鋼的低溫脆性問題進而順利的制備出高矽鋼。
參考文獻
[1] 安治國，侯環宇.高矽矽鋼片制備工藝進展[J1.南方金屬，2012, 4: 13-30.
[2] 李慧. Fe-6.5wt%Si合金中有序相的形成規律及其對力學性能的影響[D].北京:北京科技大學，2015.
[3] 付華棟.高矽電工鋼帶材組織結構精確控制高效制備加工基礎研究獷[D].北京:北京科技大學，2012
[4] 劉璐.高矽鋼磁性能優化研究獷[D]，北京:北京科技大學，2013.
[5] 蔡宗英，張莉霞，李運剛.電化學還原法制備Fe-6.5%Si薄板[J]。濕法冶金，2005.24(2):83-87.
[6] 福佳.熔鹽電化學法制備Fe-6.5wt%Si合金的研究[D] .唐山:河北理工大學，2009.
[7] 李運剛，梁精龍，李慧，等.滲矽制備Fe-6.5wt%Si矽鋼表面Fe-Si，過渡梯度層的特性明.中國有色金屬學報，2009,1 9(4)：714-719.
[8] 李慧，梁永鋒，賀睿琦，等。快速凝固Fe-6.5wt%Si合金有序結構及力學性能研究明.金屬學報，2013, 49(11):1452-1456.
[9] 賀睿奇.快速凝固制備Fe-6.5wt%Si合金薄帶及其性能研究[D].北京:北京科技大學，2012.
[10] 秦鏡. 輒制法制備低鐵損高磁感高珪鋼及其塗層研究[D].北京:北京科技大學，2015.?
[11] 王旭. CVD法制備高矽鋼的工藝過程研究[D].上海:華東理工大學，2013.?
[12] 姬帥. 6.5wt%高矽鋼薄板復合技術制備研究[D]. 北京:北京科技大學，2015.