取向硅钢被誉为钢铁中的“工艺品”，其制造技术和产品质量反映了一个国家特殊钢的生产技术水平。传统取向硅钢工业生产中钢板经过H2-N2-H2O气氛中连续脱碳退火将基体中碳脱到0.003%以下，并在钢带表面形成合适氧化层，然后表面涂布MgO隔离剂，在高温退火过程中MgO与钢板表面氧化层发生固态扩散反应2MgO+SiO2→Mg2SiO4，形成Mg2SiO4玻璃膜底层。硅酸镁底层硬度高，导致传统取向硅钢的加工性能差，不管是规模化的轧制还是冲制，对工装和工具都消耗极大，严重影响了加工效率，增加了制造成本，且底层与基体的粗糙界面对磁畴移动具有阻碍作用，不利于铁损降低。 研发无硅酸镁底层取向硅钢，可有效解决取向硅钢加工性能差的行业难题，无底层取向硅钢能直接用于轧制极薄规格取向硅钢（厚度≤0.12mm）。极薄规格取向硅钢是将传统的晶粒取向硅钢经过冷轧和退火而获得，主要用作高频变压器、大功率磁放大器、脉冲变压器、脉冲发电机、通讯的轭流圈、电感、储存和记忆元件，以及在振动和辐射条件下工作的变压器，在频率为400Hz～1000Hz范围显示出极低的铁损，被视为较高频率用的变压器铁芯材料，当前国内高端极薄取向硅钢带材仍以进口为主。采用无底层取向硅钢成品制作极薄规格取向硅钢减少去除硅酸镁底层工序，大大降低生产成本，提高生产效率。

项目属于金属材料制造工艺技术与材料应用技术领域，产品主要应用于制造新能源汽车驱动电机铁心。新能源汽车驱动电机铁芯使用高端无取向硅钢，其使用需求是高效率、高功率密度及安全性，决定了铁芯导磁材料高磁感、极低损耗、高强度特性。汽车驱动电机铁芯工作于高速转动的工况，为了提高效率，要求中频极低铁损；为了提高安全性，要求导磁材料强度高；同时，鉴于汽车的民用属性，涂层材料的环保化将成为趋势等。本项目研究了高端无取向硅钢磁畴行为及表面富集元素作用机理，形成提高面织构、夹杂物无害化、化学成分及组织优化控制等平台技术，解决研制高端无取向硅钢系列产品的共性技术问题。依据高端无取向硅钢强度、磁性能耦合关系，研究强度和电磁性能的统一；同时研发了无铬环保涂层、应用于汽车驱动电机整体增强技术的自粘接涂层。

本项目属于金属材料冶炼加工制造领域，具体是取向硅钢的研发、制造及应用领域。取向硅钢被称为 “钢铁皇冠上的明珠”，主要用作变压器铁芯，是制造工艺最复杂的钢铁产品。本项目应电机行业发展和市场迫切需求，开展了新型无底层绿色环保涂层高磁感取向硅钢的开发及规模化制造，产品主要用作大型发电机铁芯，工序更漫长、工艺更复杂，是取向硅钢中的“专精特新”产品。 本项目历时五年，行业内首次成功实现无底层绿色环保涂层高磁感取向硅钢的大批量生产及应用，取得四个方面创新成果： 1）发明了一种新的含铋及独有脱碳退火工艺生产取向硅钢的制造技术，可抑制取向硅钢硅酸镁底层的生成，生产出可满足于电机行业使用的新型低成本无底层高磁感取向硅钢，该技术独创了无底层取向硅钢制备工艺，为全球领先技术； 2）攻克了含铋无底层取向硅钢的铋元素添加、稳定热轧技术，解决了铋元素的均匀、稳定添加，以及热轧板边裂的控制难题，全球取向硅钢领域内首次实现了含铋无底层取向硅钢的稳定、批量生产； 3）以含铋无底层取向硅钢为基材，创新了表面处理技术，研制出一种新型低表面硬度、附着性等级高的特殊涂层取向硅钢产品，并实现全球首发，该产品可有效解决电机行业采用取向硅钢制作电机铁芯时存在的冲片毛剌大、模具损耗严重的难题； 4）以含铋无底层取向硅钢为基材，创新了表面处理技术，研制出另一种新型可自粘接成型的特殊涂层取向硅钢产品，并实现全球首发，该产品可有效解决风电电机铁芯粘接端板不能用取向硅钢制造（无法整体成型）的难题。 项目产品短时间内一举通过东方电机火电（核电）、中车株洲电机风电产品质量认证，累计销售1.50万吨，实现销售收入2.06亿元，直接经济效益3383万元，利税3290万。项目获发明专利33项（授权22项、受理11项），论文10篇，核心技术秘密2项，制定行业标准1项，开发出5个牌号新产品，其中2项全球首发。项目产品应用于中车株洲电机海外风电项目、东方电机“大国重器”项目——大型百万千瓦级火电发电机组，国内市场占有率100%，彻底解决了困扰电机制造行业多年取向硅钢制作铁芯冲片毛剌大、加工成本高的“卡脖子”问题（冲片加工效率可提高10～15倍、模具成本降至1/100），经济和社会效益显著。项目产品助力电机企业满足电机能效的更高要求，可更好的实现技术降本与产品创新，为我国“双碳”目标推进提供有力支撑，为国家和社会绿色低碳发展作出贡献。

为提高首钢高牌号无取向硅钢同板差控制水平，北京首钢股份有限公司、首钢智新迁安电磁材料有限公司、北京科技大学及北京科技大学设计研究院有限公司建立联合研发团队，进行“高牌号无取向硅钢超低同板差控制技术”项目攻关，在硅钢热轧工序重点开展了热轧工序断面轮廓控制成套工艺装备开发、“凸度-平坦度-楔形”协同优化控制技术，突破传统的控制边降和磨损技术手段，实现良好断面轮廓与小凸度的热轧产品；在冷轧工序重点开展了多辊轧机高精度同板差协同控制技术、UCMW酸轧机组高精度边降控制技术。 通过上述技术攻关及应用，热轧工序高牌号无取向硅钢C25命中率控制精度由26%提升到90.2%，在此热轧工序C25提高基础之上，下游硅钢成品指标显著提升，部分高端产品如无人机等指标达到新日铁3μm以内的同等控制水平。项目的实施，极大提高了国有企业关键技术的自主创新能力、高端产品自主开发能力和市场竞争能力，同时为国家机电产业与能源发展战略深化改革及高质量发展提供了重要物质基础，同时带来直接经济效益达3.5262亿元。

极薄取向电工钢是我国现代化建设的关键性材料，极薄取向电工钢的厚度为：0.1mm、0.08mm、0.05mm、0.03mm，应用频率为400Hz以上，主要制作各种电抗器（阳极饱和电抗器、融冰电抗器）、中频变压器、各种电子变压器、快速加速器、脉冲电源等电子产品的铁芯。长期以来，该产品主要依赖进口，其生产关键技术一直受国外企业的技术封锁或严格保密，属于“卡脖子”产品。本项目通过联合北京市联研院电工新材料研究所共同攻关国家重点研发计划“大功率电力电子装备用中高频磁性元件”项目（项目研发周期为2017年3月-2020年6月），并对包头市威丰公司原有常规取向电工钢大生产所具备的原材料条件进行分析及技术论证。对极薄取向电工钢的关键技术，包括取向电工钢原料制备工艺技术，即无底层取向电工钢高温退火二次再结晶Goss织构控制技术；取向电工钢表面不形成硅酸镁玻璃膜底层技术；解决极薄带材脆性大的表面清洗技术；多道次精密超薄轧制技术及表面涂层技术进行联合攻关，重点开发0.08mm、0.05mm极薄取向电工钢取得了成功，实现了产业化批量生产。

项目首次提出极低损耗取向硅钢广义复合抑制剂理论，创建了极低损耗取向硅钢制造核心工艺技术体系，自主设计集成专用功能装备及全套高效产线，确立了复杂工况下特高压输变电变压器选型设计原则。项目开发技术成功应用于宝钢取向硅钢三期、四期工程，推广应用于一期、二期产线升级改造；项目研制的10个极低损耗高磁感取向硅钢产品全球首发，8个极低损耗新产品填补国内空白。其中，B30R090、B27R080、B23R070、B20R060、B18R060为所有常规厚度规格世界最高等级产品；除0.23mm规格外，其余规格均领先日、韩等国际一流企业同规格产品一个牌号以上，实物质量达到国际领先水平。在大型特高压电力变压器上，自2014年成功应用于灵绍±800KV直流特高压工程以来，已累计制造1000kV交流、±800KV等特高压工程变压器560台套，国内市场占有率71.7%，性能指标全面优于进口同类产品的实绩水平；2018年，B23R075率先成功制造出1100kV直流换流变，并在世界首条、全球最高电压等级的1100kV特高压直流输电（昌吉-古泉）工程示范应用。在高能效配电变压器上，薄规格极低损耗取向硅钢制造S15型配电变压器800多台套，空载损耗较目前国家一级能效降低约30%，节能降耗示范效益显著。2013年以来，累计制造极低损耗取向硅钢新产品近百万吨，新增产值120多亿元；其中，2017-2019年，制造新产品40.29万吨，新增产值49.15亿元，新增利润10.18亿元，新增税收7.46亿元。极低损耗取向硅钢新产品出口欧、美、日、韩高端市场，近三年出口总量17.16万吨，2018年出口占比30%，创汇3.01亿美元。

项目完成单位通过分析和摸索在线激光刻痕技术的特点和难点，自主集成连续退火线上全套激光刻痕装备。全球首次将光纤式激光器应用于取向硅钢激光刻痕，利用不同波长对不同性质材料吸收率差异的机理，将基板热吸收效应提升5倍，实现更好的磁畴细化效果、提高改善率。设计出扩展式多振镜扫描盒光路系统，采用分时并行扫描技术实现全球最高的150mpm激光刻痕速度。通过关键参数交互联动设计以及采用大包角三辊聚焦稳定系统等，实现更精准的参数匹配和控制。

（1）项目开发出一种圆形上升管-椭圆下降管的RH新型真空槽装置，循环流量显著提升，脱碳效率大幅提升，RH脱碳至30ppm的时间缩短3分钟，RH脱碳至13ppm的时间缩短4分钟，并开发模型实现了RH精炼过程脱碳反应的准确预报，为RH高效化提供了保障。 （2）建立了RH精炼过程渣-钢-夹杂物反应热力学和动力学精准控制模型，开发了RH精炼氧含量控制和深脱硫技术，实现了IF钢铸坯全氧稳定控制在15ppm以下，高牌号无取向硅钢[S]≤15ppm的比例由30%提高至80%。 （3）建立了精炼过程“钢液-渣相-夹杂物-合金-耐火材料-空气”多元反应耦合成分预报动力学模型，搭建了RH精炼钢液窄成分控制大数据平台，取向硅钢产品[Al]±15ppm和[N]±5ppm的命中率从90%提升至98%以上，显著提升了RH精炼过程钢液成分的稳定控制，为RH成分精准稳定化生产提供了技术支撑。

针对西南地区冷轧取向电工钢生产的空白，项目通过与国内钢铁企业紧密合作，建立了符合环保要求的冷轧取向电工钢后工序生产线。主要技术创新点： ①通过合理控制工作辊辊型和支撑辊系统，有效改善了冷轧钢带板形； ②CP、CA、CT等生产工序均利用烟气余热，以节约能源，降低烟气排放温度； ③罩式炉外罩吸风口安装了冷却风机，提高了冷却速度，缩短退火周期10小时，大大提高了罩式炉生产效率。

冷轧高牌号无取向硅钢作为一种重要的软磁合金，广泛应用于大中型电机、精密电机、高频电机、压缩机电机以及汽轮发电机、水轮发电机等制造。其生产工艺窗口窄，工序长，装备复杂，其生产和装备技术是一个国家钢铁产业与装备制造业发展水平的重要标志之一。2005年左右，我国在高牌号无取向硅钢相关领域的理论研究不够深入、完善，且关键工艺装备技术等都尚属空白。国内冷轧高牌号无取向硅钢年产量仅能满足表观需求量的约15%，大量需要进口，因此迫切需要建设新的高牌号无取向硅钢冷轧生产线。本项目突破了高牌号无取向硅钢冷轧各生产线（包括常化酸洗机组、工作辊无偏距小辊径六辊冷轧机、退火涂层机组）关键技术及装备，形成了具有我国自主知识产权的成套装备及工艺技术，在多个企业获得了广泛应用，效益显著。