高矽鋼壹般指含4.5 wt%-6.7 wt%的矽鐵合金，壹般高矽鋼為6.5%。
矽鐵合金.6.5wt%高矽鋼是壹種高磁導率、低矯頑力、低鐵損的軟磁合金，6.5 wt%。
Si高矽鋼的電阻率p為82μω×cm，約為3 wt% Si矽鋼(3 wt% Si矽鋼ρ= 48μω×cm)的2倍，飽和磁感應強度Bs=1.80T，低於3 wt%Si矽鋼(Bs=2.03 T)和磁致伸縮系數。高矽鋼的磁性特點是高頻鐵損明顯降低，最大磁導率提高，矯頑力Ho低。高矽鋼具有低鐵損、高磁導率、低磁致伸縮系數等優異的軟磁性能，在高性能發電機、變壓器、繼電器，尤其是微電子元件中具有廣闊的應用前景。然而，高矽鋼室溫脆性大，加工性能差，難以用常規(鑄軋)工藝制備板材和帶材，嚴重影響了這種合金的廣泛應用。
2矽鋼磨削的現狀
2.1高矽鋼的發展現狀
1953日本NKK鋼鐵公司的Takeshi Tanaka采用大壓下率冷軋退火，碳含量明顯增加0。矽含量降低了2 . 05%。94%,鋁減少0。02%.在0中。0062%氮鋼板，{ 110 } < 001 & gt；織構的取向度及其磁性也得到改善。因此，研究人員開始意識到，以AlN為抑制劑，通過壹次軋制工藝可以制備出比普通取向矽鋼磁性更高的板材。因此，1961年，NKK公司在引進美國Armco鋼專利技術的基礎上，開始使用A1N和MnS作為抑制劑制備高取向矽鋼。直到1964年，NKK才試制成功高磁感取向矽鋼，後來被命名為Hi-B鋼。然而，由於對這壹工藝的研究仍處於初級階段，NKK制備的Hi-B鋼的磁性仍極不穩定。同時，d .布朗等人也通過實驗證明了鐵的損失為6。5%矽鐵單晶為0。2W/千克，磁致伸縮約為3%矽鐵單晶的1/10，磁各向異性約為1/3。在1965，DJ。伯爾通過拉伸試驗測得5%矽鐵的延伸率為65438±0% ~ 2%。隨後，在具有添加有Ni的5%Si-Fe的鋼板上進行拉伸試驗。試驗結果表明，加入鎳能明顯提高鋼的延伸率，如加入6%的鎳可提高延伸率9%，加入7.5%的鎳可提高延伸率20%。在1966中，T. IShizaka等人在600℃-750℃以70%的壓下率熱軋6.5%S i矽鋼，然後將其從1mm冷軋至0。修整後厚度為3毫米。到目前為止，生產的普通取向矽鋼磁性能基本穩定，鐵損降低到0。
05W/Kg .因此，研究人員開始致力於6.5%Si制造工藝的簡化、經濟和易操作性的研究。
在1978中，6.5%矽鐵合金薄帶厚度為0。03-0.1 mm由日本N. Tsuya和K.I. Arai通過快速冷卻制備。同年，日本川崎公司采用這種工藝進行試生產，但至今沒有量產。隨後，用該工藝制備的6.5% Si-Fe合金、Sendust合金以及各種Fe3S i基合金也相繼出現。1978年，我國王東等人用快速凝固法成功制備了6.5%Si-Fe鑄態超薄帶材。這種條帶的電阻率非常高，磁致伸縮接近於零。但這些僅限於科學研究和應用基礎研究，用這種工藝還很難大規模生產出來。
1980左右，俄羅斯研究人員采用三軋工藝(熱軋、溫軋、冷軋)制備高矽鋼，但這種工藝過於復雜，需要很長時間才能真正實施。1988年，日本NKK公司的Yoshiichi Takada和Masahiro Abe用CVD法成功地制備了6.5%Si高矽鋼。隨後，日本研究人員對這壹工藝進行了大量的實驗和改進。1993年，NKK正式建成厚度0.1~0.5mm，寬度400mm的連續生產線，月產量100噸。後來，隨著高頻電氣元件的發展，NKK公司在1995之後開始開發高矽鋼板，命名為JNEX-Core和JNHF-Core。這兩種矽鋼片的成功制備不僅改善了高矽鋼的可加工性，而且大大降低了渦流損耗和噪聲汙染。
2.2 6.5% Si高矽鋼應用狀況的代表性事件列舉如下:
1)日本0.35mm厚6.5wt%高矽鋼片制作的高速高頻電機鐵芯，取得了良好的節能效果。與普通3.56.5wt%矽鋼制成的鐵芯相比，正弦波驅動和非正弦波驅動下電機效率顯著提高，鐵損分別降低35%和43%。
2)美國和歐盟已將6.5wt%高矽鋼制成的環形鐵芯應用於汽車GPS系統開關電源的電感濾波器中；
3)日本在8kHz焊機中使用6.5wt%矽鋼代替3wt%取向矽鋼，鐵芯重量從7.5kg降低到3kg；
4)豐田汽車公司率先將6.5wt%高矽鋼用於銷往全球的混合動力車普銳斯的升壓轉換電抗器；
5)在歐洲，使用厚度為0.50mm的6.5wt%高矽鋼帶作為變壓器的鐵芯，在頻率為50Hz的工作環境下，與普通的3.5wt%矽鋼相比，噪音降低6dB
6)NKK 6.5 wt %高矽鋼制成的30kg模擬音頻變壓器與Z7H取向矽鋼制成的變壓器相比，在B=1T時工作噪聲降低21dB，工作鐵損降低約40%。？
2.3國內矽鋼行業的發展
國內矽鋼行業起步落後於世界領先國家近半個世紀。直到1952年，太原鋼鐵廠才首次制備出含矽量約為1%-2%的低矽鋼，並於1954年投產。同時，鋼鐵研究總院與太原鋼鐵廠聯合試制熱軋高矽鋼板材，將矽含量由原來的1%~2%提高到3%~40%左右，兩年後投產。從1960到1978，上海矽鋼片廠對傳統的熱軋矽鋼片制備工藝進行了改進，最終確立了熱軋後快速冷卻的制備工藝。該工藝制備的高矽鋼質量和產量進壹步提高，磁性也高於歐美國家前期制備的同類矽鋼。
1957年，鋼鐵研究總院通過兩次冷軋，慢加熱後快速退火，試制出{110}。
& lt001 & gt；織構化3%矽取向矽鋼。但由於當時設備和技術條件的限制，科研人員沒有認識到MnS、A1N等抑制劑和軋制工藝的重要作用，該工藝制備的矽鋼片磁性能壹直不穩定。從65438到0959，TISCO和鞍鋼幾乎同時開始生產高取向矽鋼，但合格率和成品率都比較低。從65438年到0964年，鋼鐵研究總院進行了連續爐退火、添加隔板、抑制劑作用下的爐退火等壹系列工藝流程，進壹步增強了矽鋼的磁性和穩定性。
1974年，WISCO購買日本NKK專利技術並達成協議，年產11品牌冷軋矽鋼約6.8萬噸，1981年生產4%S i高矽鋼。1983期間，鐵科院從WISCO生產厚度為0.20-0.35mm的取向矽鋼，采用酸洗、冷軋、退火新工藝生產。產量顯著提高並且制造成本降低。
然而，面對國外鋼鐵行業的蓬勃發展，國內矽鋼行業近年來發展十分緩慢。雖然國內研究人員也對6.5%Si高矽鋼做了壹些相應的研究，但成果很少。到目前為止，寶鋼等國內矽鋼行業的龍頭企業還沒有實施甚至設計出壹套完善的制備6.5%S i高矽鋼的工藝，預建壹條制備高矽鋼的生產線更是難上加難。因此，為了適應世界鋼鐵工業的發展，跟上國內現代化的發展，國內鋼鐵工業必須有自己比較完善的工藝路線和生產線來準備6。5%S i高矽鋼，這也將影響國內電工鋼行業未來的發展方向。
3 6.5%Si高矽鋼的性能
3.1物理屬性
3.2磁性特征
矽鋼是由體心立方a-Fe固溶體組成的鐵素體鋼，其磁化特性在三個主晶向不同:[100]方向易磁化，[110]方向不易磁化，[165438+。變形再結晶組織軋制產生大量矽鋼片，從而產生平面織構，大部分晶粒的{110}面平行於軋制面，< 100 & gt；方向與軋制方向平行，且< 100 >方向是鐵的易磁化方向。6.5wt%高矽鋼的磁滯膨脹系數低於其他軟磁材料，鐵損約為1/2，磁滯膨脹系數約為無取向矽鋼的1/25。在400Hz時，6.5wt%高矽鋼的鐵損小於取向矽鋼，磁滯膨脹系數約為取向矽鋼的1/16。影響6.5wt%高矽鋼合金磁性能的因素很多，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。，而且這些因素也是相關的，所以掌握這些因素可以有效的提高或控制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密切相關，其脆性的主要來源是合金中的有序金屬間化合物。金屬間化合物的脆性機制非常復雜，可分為沿晶斷裂、穿晶斷裂和準解理斷裂三種類型。從本質上分為內在脆性和環境脆性。金屬間化合物固有脆性的主要原因是:金屬的獨立滑移系數不足、P-N力高、相應的解理應力低、交叉滑移困難和晶界脆性。
6.5wt%高矽鋼的環境脆性是指由於與周圍環境的相互作用，合金的塑性和韌性降低的現象。根據環境脆性的機理，、劉國棟院士指出，在合金設計中考慮以下四個方面，可以降低金屬間化合物的環境脆性，提高合金的塑性:
1)亞化學計量成分:控制金屬間化合物中活性元素(如Fe3Si中的Si)的含量，使其具有較低的晶界脆性和環境脆性；
2)硼元素(B)的作用:對於晶界強度低的金屬間化合物，適量添加B元素可有效提高晶界結合強度，從而減少環境脆性引起的晶界破壞，減少氫原子沿晶界擴散；
3)降低表面反應的可能性:添加適當的合金元素可以降低表面吸附反應的速率，表面預氧化或塗層也可以有效降低環境脆性；
4)改善顯微組織:通過熱處理工藝改變晶粒形狀，減少低強度的大角度晶界。
壹種4 6.5%Si高矽鋼片的制備方法
由於6.5 wt%高矽鋼合金在室溫下的脆性，很難用傳統的冷軋方法制備薄板。隨著制備技術的發展，生產技術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)軋制工藝等。制備技術的發展和完善以及能否經濟高效地生產是6.5wt%高矽鋼商業化應用的關鍵。軋制法因其經濟、高效、易於推廣等優點，壹直是研究的熱點。
4.1沈積擴散技術
4.1.1化學氣相沈積工藝(CVD法)
CVD法是目前制備6.5wt%高矽鋼片最突出、最成熟的技術之壹，其工藝分為三部分:(1)含Si約3.1 wt%的矽鋼片用普通軋制法生產；(2)矽鋼片表面與矽化物(SiCI4)的高溫化學反應使矽鋼片表面富含Si；(3)對薄板進行1100℃的長時間擴散退火，使表面的矽向中心擴散，生成總矽含量為6.5wt%的矽鋼片。
？CVD技術的核心是將含Si約為3.1 wt%的矽鋼片在非氧化性氣氛(SiCl45%-35%，N2或稀有氣體)保護下加熱到1020-1200℃進行反應，Fe3Si沈積在矽鋼片表面，熱解成活性Si原子，然後在氣體保護下整平。
盡管CVD技術已經成功地制備了6.5wt%高矽鋼薄帶，但仍存在以下問題:
(1)澱積和滲矽過程都是在高溫(高達1320℃)下進行的，對設備要求高，耗能大。
(SiCl4 _ 4腐蝕矽鋼片形成fe3si沈積，導致其表面出現腐蝕坑，後續平整復雜；
(3)沈積的Fe3Si擴散時會形成Kirkendall空洞，沈積後Si濃度分布不均勻，導致後續工藝成品率下降；
(4)產生FeCl2 _ 2，不僅汙染環境，而且造成鐵的損失；
(5)目前6.5wt%高矽鋼為無取向矽鋼。
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(EB-PVD)是壹種先進的工藝，可以制備傳統軋制工藝難以制備的大尺寸、厚度可調的板材。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的鑄錠上熔化材料；(2)在真空低壓環境下，蒸發源在熔池上方氣化，氣相原子從熔池表面向基底表面直線移動，形成沈積層；(3)沈積後冷卻，剝離沈積層得到板材；制備6.5 wt%高矽鋼的工藝流程圖如圖2所示。
EB-PVD法制備6.5wt%高矽鋼，沈積層厚度控制精確，工藝重復性好，避免了基體與塗層之間的氧化和汙染，有利於環境保護；其缺點是設備昂貴，制備成本高，難以工業化生產。
4.1.3溶解鹽電沈積過程
熔鹽電沈積制備6.5wt%高矽鋼的工藝流程圖如圖3所示，其工作原理大致可分為四點:(1)選用LiF、NaF、KF×2h2o、Na2SiF6熔鹽體系；(2) Na2SiF6在750℃以上完全熔化並混合均勻，Si含量
這種工藝的優點是:由於體系中沒有水，陽極電位下溶解鹽電沈積得到的氧的電位被校正，陰極電位下得到的氧的電位更負；缺點是溶鹽電解使電解質溶液容易揮發氧化，耗電多。
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和加工領域發展迅速。利用快速凝固技術制備6.5wt%高矽鋼薄帶已經取得了壹定的成果，並顯示出巨大的發展前景。其生產設備示意圖如圖4所示。快速凝固法生產6.5wt%高矽鋼薄帶有三個主要優點:①合金晶粒組織細小，②制造工藝簡單，③避免了6.5wt%高矽鋼固有的脆性；主要缺點是工藝參數適用範圍窄，生產中易斷帶，控制困難，板形質量差，成品率低。
4.2.1噴射成形制備工藝
噴射成形是壹種涉及粉末冶金、金屬霧化、快速冷卻和非平衡凝固的新型材料制備技術。它的原理是將氣體霧化的液態金屬液滴沈積在某個接收器上，直接制成具有壹定形狀的產品。以工業純鐵和工業純矽為原料，采用噴射成形技術制備6.5wt%高矽鋼，其設備示意圖如圖5所示。其優點是避免了高矽鋼軋制過程中的脆性區，可獲得較薄的帶材；缺點是制備的高矽鋼密度低，合金寬度和厚度受限，難以控制材料在厚度方向的均勻性。
4.3粉末壓延技術
粉末壓延是壹種通過漏鬥將粉末餵入壹對旋轉的輥之間，使其壓實成連續條帶的方法；主要有三個問題:①原料中的鐵粉和矽粉易被氧化，影響後續燒結；②原料顆粒細小，表面積大，導致顆粒間分散性差，密度不均勻的坯體難以均勻混合燒結；③轉L後厚度偏差大，難以精確控制形狀。
4.4軋制方法
軋制方法包括冷軋法和特殊軋制法(包括控溫軋制法和包覆軋制法)。采用軋制法制備高矽取向矽鋼，即采用與制備3%Si取向矽鋼相同的方法，通過抑制劑和二次再結晶，制備出具有強Goes織構的高矽鋼板。
大量研究表明，通過不同的熱處理工藝，改變高矽鋼片的晶粒尺寸和織溝，控制高矽鋼的有序移動性，可以降低鐵損。到目前為止，還沒有用軋制法批量生產取向高矽鋼及生產設備的報道。軋制法制備取向高矽鋼的技術僅在專利中提及，離產業化推廣還很遠，需要進壹步探索和實踐。
5結論與展望
6.5wt%高矽鋼具有近零磁致伸縮系數、大磁導率、低矯頑力、低鐵損等優異的軟磁性能，在降低高頻電器能耗和噪聲汙染方面具有明顯優勢。然而，合金本身顯著的低溫脆性嚴重影響了這種材料的廣泛應用。闡明6.5wt%高矽鋼的脆性本質和塑性變形機理，積極避免和有效控制合金在制備和成形過程中的缺陷。因此，開發短流程、高效率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，研究表明合理設計高熵合金不僅可以提高材料的強度，還可以提高材料的塑性。將高矽鋼的制備與高熵合金的特性相結合，可以合理避免高矽鋼的低溫脆性，進而成功制備高矽鋼。
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