2026冶金科学技术奖一等奖丨高牌号硅钢高效连轧技术开发及应用

来源：市场资讯

（来源：中国冶金报社）

项目名称：高牌号硅钢高效连轧技术开发及应用

完成单位：首钢智新电磁材料(迁安)股份有限公司

完成人：徐厚军

PART 01

研究背景

能源转换效率与使用效率是中国达成2050年“双碳”战略目标的核心要素。能源的转换及使用效率与电力元器件的损耗紧密相关。高磁感低铁损的高牌号电工钢是降低驱动电机、变压器等元器件损耗的关键材料，其性能直接影响效率和损耗水平。为最大化实现目标，市场主流需求转向厚度薄、铁损低、磁感高的高牌号无取向硅钢和高磁感取向硅钢。这类材料硅铝含量较高，导致塑性低、冷轧变形困难。

2022年，首钢六机架轧机成功投产，同步开展轧制工艺研发，颠覆了高牌号硅钢只能使用20辊轧机轧制的传统模式，但如何使用连轧生产出稳定合格的产品，尤其是超薄规格产品，对于操作是个极大的挑战。首钢六机架六辊连轧机的工作辊辊径设计为300～340mm，在轧制室温脆性、高变形抗力的超薄高牌号硅钢时，工艺适应性差，这成为限制生产效率的关键瓶颈。主要体现在：

1）连轧稳定性受原料合金成分含量、常化工艺、边部质量及环境温度等因素影响，宽薄极限规格稳定轧制这一行业共性难题尤为突出，0.20mm及以下厚度高磁感取向硅钢、高牌号无取向硅钢等超薄产品无法稳定连轧。

2）原料板启车及换辊启车过程中，带钢需从室温状态启动，极易发生材料脆性断裂、辊缝内跑偏或打滑现象。任一机架控制不当均可能导致启车环节异常，造成启车失败。

3）连续生产不同合金成分、宽度及厚度规格产品时，必须进行动态变规格操作。传统变规格方式仅适用于材料成分相近或规格相似的品种，对材料规格差异显著、力学性能差异明显的情况难以实现平稳过渡，无法适配多规格批量生产。

4）轧机启停过程中，轧辊热凸度剧烈变化易引发局部冷却不均或热量堆积，导致轧辊局部偏心，进而使轧制厚度产生周期性波动，降低厚度精度，±3μm的比例不足99%。

5）产品的横向厚差控制受边部质量制约，在操作上难以平衡稳定性难题。

作为国内首条采用连轧工艺生产高牌号硅钢的冷轧产线，若无法在生产过程中有效攻克上述难题，将严重制约产线的连续稳定运行。

PART 02

项目研究思路

高牌号硅钢连轧主要技术难题是：

1）材质本征特性导致轧制稳定性极差。

高牌号硅钢硅含量增至3.1%～3.75%后，常温脆性高、塑性差，110℃以下时几乎无塑性，轧制时易产生边部裂纹和脆断，断带率超10%，轧制稳定性严重恶化。随轧制道次增加和材料减薄，变形抗力剧增至1100~1500MPa，导致轧辊弹性变形严重，不仅使带钢减薄困难，还增大了板形调控难度。材料对温度敏感，变形热、摩擦热和冷却速率波动会引发力学性能突变，加剧振动和断带风险。

图1 高牌号硅钢力学性能

2）原料板启车作业、换辊启车作业对操作人员技能水平要求极高。

原料板启车是高牌号硅钢连轧中最难控制的环节，核心问题是摩擦状态变化导致机架间张力不稳、带钢温度不均，带钢在短时间内从原料厚度轧至目标厚度，使材料力学性能突变。启车断带表现：

①末机架出口带钢启车瞬间失张断带；

②启车初期变形热不足造成板宽方向温差，轧制力控制失当引发边裂；乳化液喷射导致带钢温降，温度波动进一步加剧材料脆性，引发脆断；

③带钢启车时单侧跑偏形成不对称板形而断带；若过度增大张力，又会导致应力集中，引发断带。

因此，原料板启车过程中参数匹配窗口极窄，需同时满足张力、温度、板形、厚度等条件，任一参数调整滞后均导致启车失败。

3）动态变规格的可变规格范围窄。

高牌号硅钢进行动态规格切换时，需同步精准调整压下率、张力、辊缝、速度等参数，容错率极低，传统方法难以实现合金成分差异大、规格变化大的不同牌号之间动态变规格，不满足多规格钢种批量生产的要求。

4）产品纵向厚度精度易受轧辊温度波动的影响，横向厚差控制与轧制稳定性直接冲突。

高牌号硅钢采用升温轧制工艺改善材料塑性，轧制温度高会使轧辊在温度波动时产生明显的热凸度，造成带钢厚度不良。带钢的横向厚差控制在操作上难以平衡稳定性难题。

针对上述突出难点问题，本项目立足产线特点、材料特性及实际生产条件，通过大量现场实践验证，从操作方法、轧制工艺进行优化，围绕超薄高牌号硅钢“轧得薄、转换快、轧得准”开展操作层面的技术攻关，实现超薄高牌号硅钢在六机架连轧机组的高效稳定生产，全方位补齐连轧能力短板。

图2 项目思路

PART 03

项目主要创新点

创新点一：开发出基于温控精度提升、机架板形、张力-压下率-前滑协同控制的超薄高牌号硅钢连轧工艺和操作方法，攻克轧制脆性断裂、边部裂纹、均匀减薄等难题。

创新点二：首创适用于六机架连轧机的启停车作业法、产线动态变规格技术及操作法，解决轧机启停车失败、变规格范围窄等共性难题。

创新点三：发明了轧辊热凸度监控系统及厚度波动控制方法，解决了轧机启停导致的厚度波动问题；基于新的工作辊和中间辊辊型，开发了横向厚差精准控制操作法，实现高厚度精度。

PART 04

项目实施效果

本项目成果在首钢六机架六辊连轧上全面实施和应用，效果包括：

1.高牌号硅钢连轧稳定性及轧制能力实现突破，产能大幅提升：

1）六机架轧机年产量从设计产能56.3万吨提升至2025年的70.2万吨，近3年产量较设计增长12.6%。

2）实现0.15~0.20mm超薄高牌号无取向硅钢和高磁感取向硅钢的稳定连轧，行业内高牌号硅钢连轧产量最高，规格最薄。

2.薄规格轧制速度与产量

六机架连轧0.20mm厚度取向与无取向硅钢轧制速度达到1020m/min。首钢0.2mm及以下薄规格高牌号硅钢连轧机年产量11.2万吨。

图3 首钢六机架0.2mm及以下超薄规格年产量

3.高牌号硅钢启停车成功率从不足40%提升至95%。可在硅含量2.1%～3.75%、宽度±150mm、厚度0.15～0.5mm宽区间范围内自由切换规格，断带率降至0，完全满足多品种连续生产要求。

4.高牌号硅钢纵向厚度精度±3μm指标合格率由98.3%提升至99.4%，0.2mm及以下厚度产品横向厚差精度均值3.6μm，均优于对标企业。

PART 05

应用情况及效益

1.本项目自2023年起在首钢六机架六辊连轧产线上应用，在轧制能力提升、产量增量、提高产品尺寸精度等方面创造效益合计7530.5万元。

2.项目带动六机架连轧产线综合制造能力提升，生产的产品批量供应国内并出口到日本、韩国等23个主要国家，首钢≤0.20mm超薄规格无取向电工钢、高磁感取向硅钢市场占有率多年保持第一，18SQGD060等牌号获海外用户一致好评。巩固我国在高端电工钢制造领域的领先地位，支撑国内外绿色低碳交通和特高压工程建设，提升中国制造国际形象。

3.推广应用价值

项目补齐了国内六机架连轧实操技术短板，打造超薄规格高牌号硅钢连轧标杆产线，可复制推广至同类机组，契合“双碳”目标下高端硅钢市场需求。