日前，从国网智能电网研究院获悉，该研究院高端超薄取向硅钢技术取得重大突破。中国金属学会委员会评审鉴定后认为，该成果总体达国际领先水平，解决了“卡脖子”问题。

硅钢又叫电工钢，是一种添加了硅元素的钢材产品。变压器、电机、发电机这些设备的制造都离不开硅钢。专家指出，高端硅钢在能源领域应用潜力巨大，仅用于升级存量变压器，一年就能省出接近三峡电站的发电量。据了解，一直以来，我国超薄取向硅钢年进口量约3000吨，价值超6亿元，不仅在特高压直流工程中受制于人，在航空航天、军工等高端领域也长期被国外垄断，国内大功率中频电工装备的发展受到严重制约。

高端超薄硅钢用途多

硅钢分为取向硅钢和无取向硅钢。取向硅钢主要用于制造变压器、继电器、整流器等。它又分为一般取向硅钢和高磁感取向硅钢两种，这两种取向硅钢都可以用作变压器的铁芯，但高磁感取向硅钢能减少电能损失，属于高端产品。

目前，我国存量变压器还有不少是使用一般取向硅钢的低效变压器。不久前，国家发改委等9部门联合制定了《电力变压器更新改造和回收利用实施指南（2023年版）》，提出了变压器能效提升的目标。冶金工业规划研究院院长范铁军说，变压器更新改造有望支撑高端取向硅钢的需求。

范铁军说：“我们现在全国变压器的自耗电量大概相当于三峡电站发电量的2倍至2.5倍。如果采用高磁感的取向硅钢来升级我们现在的变压器，大概每年可以节约900亿度以上的电，这个电量其实也接近我们三峡电站每年的发电量。”

特高压是高端取向硅钢的另一大应用领域。特高压变压器体积巨大，有的主变压器大小甚至接近一栋两层小楼，这样的庞然大物节能降噪也很重要。中国电力科学研究院博士孙建涛说，使用高端取向硅钢，可以显著降低特高压变压器的体积、能耗和噪声。“与普通的硅钢片相比，高等级硅钢片的磁感可能再增加8%以上，可以降低铁芯的损耗，降低变压器的体积。相对于普通变压器硅钢，它的噪声可以降低5个分贝。它的容量非常大，相当于500千伏单相变压器容量的3倍至4倍。”

数据显示，今年国家电网投资额预计增加到5200亿元，其中特高压投资有望超过1000亿元。范铁军说，特高压项目建设提速，能源转型步伐加快，都将拉动高端取向硅钢需求增长。“比如建设了大型的风电光伏基地之后，其实新能源的消纳就需要有高磁感取向硅钢来减少中间传输过程中电的损耗。所以这几年，新能源对取向硅钢的需求越来越大。”

无取向硅钢主要用于生产电机和发电机，比如电动汽车的驱动电机。去年以来，新能源汽车销量爆发式增长，国内高端无取向硅钢越来越抢手。未来几年时间，高端取向硅钢和高端无取向硅钢的市场规模都有翻倍增长的空间。据预测，从2023年至2030年，国内新增取向硅钢的需求大概是250万吨至300万吨。根据电力的增长，包括一些产业政策，针对高牌号无取向硅钢的预测是到2025年达到470万吨，比2020年增加270万吨。

实现“从0到1”的突破

在“双碳”目标的战略指引下，我国新能源行业蓬勃发展，但其远距离传输和并网消纳成为技术瓶颈，构建以特高压输电线路为骨干载体的新型能源电力网络迫在眉睫，实现以核心材料引领高端电工装备技术革新，大幅提升新能源汇集、远距离输送及高效并网消纳能力具有重要意义。

厚度≤0.10mm超薄取向硅钢适用于100~1000Hz中频工况，是特高压输电及新能源并网装备核心材料，但长期被发达国家垄断，成为我国先进电工装备技术提升的“卡脖子”问题。制约我国高端超薄取向硅钢开发的技术瓶颈体现在以下几个方面：

1）超薄取向硅钢专用母材缺失。采用工频变压器用常规取向硅钢作为母材制备超薄取向硅钢是国内外通用的技术路线，但常规取向硅钢做母材有两个困局：(1)组织形态（晶粒尺寸及分布）不利于超薄取向硅钢组织、织构均匀性，尤其难以获得易磁化织构锋锐化，导致损耗与磁感呈现“倒置”关系，无法制备出高性能超薄取向硅钢；(2)常规取向硅钢做母材需要酸洗或机械的方法去除表面附带的绝缘涂层和硅酸镁底层，严重污染环境和损伤钢板表面，恶化超薄硅钢质量。因此，如何改善母材组织形态、开发超薄取向硅钢适用的绿色环保型高性能母材成为技术难题。

2）超薄取向硅钢基础研究薄弱。中频用超薄取向硅钢应兼备锋锐的易磁化织构（{0kl}<100>）和均匀细小的晶粒尺寸，但超薄厚度下易磁化取向晶粒竞争长大机制复杂，易磁化织构与晶粒尺寸匹配窗口窄，高磁感与低损耗协同提升难度极大；同时，国内缺乏适用于超薄取向硅钢的绝缘涂层体系，现有绝缘涂层无法同时耐800℃高温和A级附着性。因此，如何突破超薄取向硅钢磁感与损耗“倒置”关系、耐高温高附着性绝缘涂层体系成为技术难题。

（3）工业化生产线技术及装备落后。从母材到超薄取向硅钢成品生产工序长，控制难度大，工艺窗口窄，工序协同要求极高，现有的产线设备精度、工艺控制无法完全满足制备要求，产品磁性能差、波动大、成材率低。因此，如何在理论和核心技术突破的基础上进行产线升级和改造集成，实现高性能超薄取向硅钢批量稳定生产成为技术难题。

（4）材料及铁心复杂工况应用评价技术空白。现有的评价技术为正弦磁化测试，无法有效评价特高压输电、新能源并网等服役工况下材料及铁心的应用可靠性，制约了国产材料服役性能提升及应用。因此，如何构建复杂磁场、温升、应力等多工况耦合条件下应用可靠性评价方法，提升复杂工况测量精度成为技术难题。

国网智能电网研究院电工新材料所所长韩钰介绍，在≤0.10mm厚度超薄限缩空间下形成锋锐的Goss织构难度极大，对带材轧制、高温退火、涂层等技术提出巨大挑战。项目组揭示储能分配调控Goss取向核依存规律及Goss晶粒大角度形核机制；开发了0.23mm—0.30mm等系列规格的无硅酸镁底层高磁感超薄取向硅钢母材、无机耐热涂层及高压制比轧制与一次再结晶加工工艺；建立百吨级超薄硅钢带材工业化生产线，材料损耗、磁感等指标大大提升等，实现我国高端超薄取向硅钢产品“从0到1”的突破。

历时5年攻关，国网智能电网研究院联合钢铁研究总院有限公司、宝山钢铁股份有限公司、武钢钢铁有限公司、包头市威丰稀土电磁材料股份有限公司等单位，在超薄取向硅钢的基础理论、无底层母材、核心工艺、涂层配方等方面取得重大突破，研发出0.08mm超薄取向硅钢带材及铁心，并成功应用于两条±800kV特高压直流输电工程，助力特高压直流换流阀国产化率迈上新台阶。

硅钢技术突破意义重大

我国高端超薄取向硅钢技术取得了重大突破，这一技术的研究是我国在应对全球气候变化以及推动产业升级方面所做的努力之一。对于我国的电力设备效率提升、智能制造推进、能源结构转型升级以及科技创新都具有积极意义。这也充分展示了我国在应对全球气候变化和推进可持续发展中所展现出的积极态度和实力。

它可以有效提高电力设备效率，电力设备在输送过程中会存在电流损耗、热损耗等问题，而该技术开发出的高效超薄取向硅钢可以大幅度降低损耗，从而提高输电效率。这对于我国电力系统的运行和发展具有极为重要的意义，既可以缓解电网压力，提升供电能力，也可以减少不必要的能源浪费，为国家节约成本。

技术的开发需要运用到大量的数据分析、精准加工和智能控制等先进技术手段，这一过程不仅提升了我国在材料科学领域的研发和应用水平，也促进了智能制造、数字化工厂等高新技术的推广和应用。这将有力地推动我国产业升级，增强了我国在全球市场的竞争力。它是以可再生能源为基础实现清洁能源消纳的关键技术，与此同时也具有推进我国能源结构向低碳、环保方向转型的重要作用。

我国在科技创新方面积极探索，不断投入资金和人力，通过自主创新推动产业升级和经济转型。高端超薄取向硅钢技术的突破，体现了我国在材料科学领域中的实力和人才储备，技术逐推广和应用也将为我国科技创新和产业发展提供更多有力的支持，未来该技术产业会更加明朗。