在三峽水電站、西電東輸的各種大型變壓器中，有一種特殊的鋼鐵產品：取向矽鋼。它是變壓器裡的核心製造材料，被稱為鋼鐵產品中“皇冠上的明珠”。2008年之前，世界上只有少數國家的鋼鐵企業有能力製造取向矽鋼。當時，我國是世界上最大的取向矽鋼進口國，尤其是用於高效能變壓器的高等級取向矽鋼，幾乎全部依賴進口。
可喜的是，短短十幾年間，中國在這一領域的發展可謂突飛猛進。如今以寶鋼矽鋼為代表的中國取向矽鋼技術，與國外技術相比，已經領先半個身位。2021年11月3日，2020年度國家科學技術獎勵大會召開。寶山鋼鐵股份有限公司（簡稱“寶鋼股份”）牽頭的“特高壓高能效輸變電裝備用超低損耗取向矽鋼開發與應用”專案榮獲“國家科技進步獎”二等獎。
矽鋼是一種什麼樣的材料？寶鋼這一獲獎專案，在矽鋼生產方面做出了哪些貢獻？解放日報·上觀新聞記者採訪了寶鋼股份參與專案的專家，他們詳細介紹了相關情況。
“鋼鐵之心”為何神奇
矽鋼是含矽為1.0～4.5%，含碳量小於0.08%的矽合金鋼，主要用作電機、變壓器、電器以及電工儀表中的磁性材料。它具有導磁率高、矯頑力低、電阻係數大等特性，因而磁滯損失和渦流損失都小，降低電力運輸過程中的電能損耗。簡而言之，就是省電。
作為矽鋼的一種，取向矽鋼因為晶粒取向與軋製方向高度一致而得名，含矽量在3%左右。晶粒取向偏離越小，矽鋼的電磁效能就越高；含矽量高，則意味著電磁特性、特別是損耗特性優異。據悉，變壓器鐵芯損耗約佔輸變電損耗的20%至30%，在同等條件下，採用更低損耗的取向矽鋼，可以降低變壓器空載損耗。因此，取向矽鋼成了各類變壓器不可或缺的“鋼鐵之心”。
從外觀來看，洗去塗層的取向矽鋼表面結構分佈著一塊塊拼接起來的“地圖”，專家介紹：“這一塊塊不規則的‘地圖’就是取向矽鋼的晶粒，經過酸洗處理後在顯微鏡觀測下會發現一種呈菱形的蝕坑，可以觀察到方向與鋼板軋製方向完全一致。”
十餘年磨一劍，寶鋼對製造取向矽鋼的關鍵技術進行了長期鑽研。作為中國鋼鐵業的領軍者，寶鋼股份經得起千錘百煉。
據悉，用傳統高溫製造工藝生產矽鋼非常困難，要求近1400℃的再加熱溫度，鋼坯熔化，出現“掛渣”，像北方冬天屋簷上掛的一排排冰凌一般。寶鋼人深入研究，經過成百上千次試驗探索，獨闢蹊徑，自主創新出一種低溫製造工藝，將傳統加熱爐溫度降低了200℃以上，大大降低了取向矽鋼的製造難度。
2008年下半年，低溫高磁感取向矽鋼、鐳射刻痕取向矽鋼產品在寶鋼相繼下線，並實現批次生產。此後8年，寶鋼高階取向矽鋼新產品全面替代進口產品，突破了曾經被“卡脖子”的困境，我國高階取向矽鋼進口量下降50％以上，均價降低約60％。寶鋼“低溫高磁感取向矽鋼研發與產業化”專案獲得2013年度國家科技進步一等獎。
突破傳統再獲大獎
儘管已經獲得國家科技進步一等獎，寶鋼人並沒有止步於此，仍然對取向矽鋼生產技術進行不斷改進。取向矽鋼製造原理是透過二次再結晶過程，使僅佔初次再結晶約1%的高斯取向，發展成100%，以獲得軋製方向優良的導磁效能，這一次要攻破的難題正在於此。
“超低損耗取向矽鋼的技術要素是取向偏離角≤4.5°、含矽3.5%、薄規格化，以及優良底層和磁疇細化，控制要求極為苛刻。其中如何降低取向偏離角是全世界都頭疼的難題，各國卡在8°和6°水平，分別停留了30年和50年之久。”專家表示，這些要素遠超出原有的技術體系和產線裝備的能力極限，因此必須從材料設計、製造工藝、產線開發、科學應用四個方面入手，進行全產業鏈系統創新，予以突破。
從材料設計入手，寶鋼在國際上首次提出新型複合抑制劑體系，建立了初次再結晶織構調控模型與多因素耦合二次再結晶動力學模型，實現了取向偏離角的精確控制；在製造工藝方面，寶鋼系統突破了關鍵工藝瓶頸，率先實現了關鍵元素精確控制、高矽取向矽鋼的軋製及線上高速刻痕。
科學應用方面，針對特高壓變壓器工況複雜、沒有系統設計資料與成熟經驗等情況，寶鋼與使用者聯合發明了模擬特高壓工況的測試平臺，建立了超低損耗取向矽鋼工況效能資料庫，成功優化了±1100KV特高壓變壓器設計，建立了全球唯一的特高壓超低損耗取向矽鋼標準。
產線開發方面，寶鋼開發出全球首套、唯一一條0.18mm和0.20mm的專用產線，裝備技術水平及規模化製造能力國際領先，具有高效化、高精度化、智慧化等優點。高效化，是指整條產線從冷軋工序到熱拉伸塗層刻痕工序，所有機組速度均為世界最高，平均生產效率較國外水平提高近20%；高精度化，是指軋製厚度、退火機組氣氛控制、塗層厚度等關鍵工藝指標控制精度均達到世界最高水平；智慧化，即產線具備軋機板形全自動控制、塗料自動配液、帶鋼缺陷智慧識別和判定功能。
根據測算，如果採用該產線生產的超低損耗取向矽鋼新產品，製造新一級能效變壓器替代我國現有配電網高耗能變壓器，年節電可達845億千瓦時。這個數字相當驚人，相當於2020年上海全年用電量（1575.96億千瓦時）的一半！
產品助力重點專案
寶鋼全球首套超低損耗取向矽鋼高效專用產線生產出的產品，已經應用於國內外多個重點工程，其中就有全世界唯一的、電壓等級最高、輸電容量最大、輸送距離最遠、技術水平最先進的±1100kV昌吉-古泉特高壓直流工程。
橫跨三千多公里，穿越大半個中國，昌吉-古泉特高壓直流工程起於新疆準東（昌吉）換流站，止於安徽宣城（古泉）換流站，途經新疆、甘肅、寧夏、陝西、河南、安徽六省區，飽覽祖國的幅員遼闊和壯麗河山。
與常規特高壓直流工程相比，昌吉至古泉工程從電壓等級±800千伏上升至±1100千伏，輸送容量從640萬千瓦上升至1200萬千瓦，經濟輸電距離提升至3000至5000公里。專家表示：“該工程重新整理了世界電網技術的新高度，開啟了特高壓輸電技術發展的新紀元，對於全球能源網際網路的發展具有重大的示範作用。”
中國特高壓技術“走出去”的處女作——巴西美麗山特高壓輸電專案，也使用了寶鋼新產線所生產的取向矽鋼。美麗山二期專案北起“地球之肺”亞馬遜雨林的美麗山水電站，南達“上帝之城”里約熱內盧，工程總長超過2500千米。
“特高壓高能效輸變電裝備用超低損耗取向矽鋼開發與應用”專案由寶鋼股份牽頭，與東北大學、全球能源網際網路研究院有限公司、保定天威保變電氣股份有限公司共同合作完成。
欄目主編：黃海華 文字編輯：侍佳妮 題圖來源：IC photo 圖片編輯：邵競
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