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打破国外长期“技术封锁” 从追赶到超越 宝钢硅钢的硬核本领是如何炼成的？

　　7月上旬的上海，夏日炎炎。证券时报·e公司记者在宝钢相关工作人员带领下，走进了宝钢硅钢事业部第四智慧工厂，与室外天气形成对比的是，这里却相对“清凉”、“明净”。

　　厂房内宽敞高挑、鲜见人影，智能化设备、多功能机器人高效运行，智慧集控室远程操控着各道工序，颠覆了传统的生产模式，作为目前全球最先进的取向硅钢产品生产基地，第四智慧工厂主要生产极薄规格（0.18mm-0.23mm）顶级取向硅钢，已实现了多种高等级取向硅钢的全球首发。

　　目前，宝钢自主研发和生产的高等级取向硅钢产品已用于昌吉-古泉±1100千伏（世界电压等级最高的直流输电工程）、白鹤滩-江苏±800千伏等我国大型特高压直流工程……保障了国家重点项目建设，助推国家“双碳”战略，完全替代了进口取向硅钢。同时，这一技术还有力支撑了我国特高压输电技术和装备产业链企业“走出去”，仅宝钢取向硅钢产品就出口至38个国家和地区，海外用户达200余家。

　　从关键核心技术被“卡脖子”，到“十年磨一剑”自主研发出高端取向硅钢，再到如今引领全球，宝钢硅钢的硬核本领是如何炼成的？未来又有何新目标？近日，证券时报·e公司记者正常采访了宝钢取向硅钢研发领域的带头人——现任宝武首席科学家、宝钢股份硅钢事业部首席技术官和首席研究员李国保，细数过往岁月峥嵘、详解当下及未来机遇。

　　在剖析取向硅钢前，先要了解何为硅钢？由于制造难度大、工艺要求苛刻，硅钢也被称为钢铁皇冠上的明珠，其是一种含硅1.0-4.5%，含碳量小于0.08%的硅合金钢，具有导磁率高、矫顽力低、电阻系数大等特性，因而磁滞损失和涡流损失都小，所以降低了能量转换过程中的电能损耗。

　　按晶粒取向、制造工艺、性能和用途等不同，硅钢又分为了取向硅钢和无取向硅钢，其中，无取向硅钢大多数都用在制造电动机和发电机，比如目前电动汽车的驱动电机等；取向硅钢则主要使用在于变压器以及大型电机（水电、风电）等领域。

　　取向硅钢于电力行业重要性几何？我国西部的电能通过一级一级变电站向东输送时，变压器会造成40%到50%的能量损耗，降低电力输送损耗关键就在于变压器的核心材料——取向硅钢，尤其是高等级取向硅钢是电力传输中必备的尖端功能材料。如同芯片之于手机、电脑这些电子科技类产品，取向硅钢能够说是电力行业的“芯片”，也曾是全球钢铁行业封锁最严密的一项技术。

　　从北京科技大学金属物理专业研究生毕业后，李国保长期从事着硅钢新技术与新产品研究开发、生产与质量管理工作，如今已成为该领域国内乃至全球公认的顶尖人才。

　　回忆往昔，李国保向证券时报·e公司记者阐述了当时的背景：20世纪90年代，国家真正开始启动三峡电站等一批大型水电工程，电力行业对取向硅钢，特别是高等级取向硅钢的需求急剧增长，但国内尚不具备供应能力，几乎全部依赖进口。相关工程建设期间，曾多次遭遇外商涨价、限供、甚至断供等行为，这极度影响了国家电力的发展与安全。

　　为了尽快突破“卡脖子”难题，2003年，宝钢正式成立了大硅钢项目领导小组，建立了硅钢研发团队，李国保作为核心研发骨干倾力投入其中。

　　“相关初步研究从97年就开始了，我是03年加入到研发团队。最初，公司领导带领我们遍访全球所有具备取向硅钢技术的企业，希望以引进国外技术的模式入手，但都遭到拒绝。团队非常快就意识到，最先进的技术是买不来的，一切只能从零开始，走自主研发的道路。”李国保说。

　　彼时，有三条研发路径摆在眼前。但李国保团队没选风险相对小、发展的潜在能力低的技术，而是经过数个月的论证，选择了Hard模式，瞄准研发难度最大，但如能实现突破将彻底改变我国取向硅钢技术长期落后局面的低温HiB（高磁感应取向硅钢）技术。

　　研发工作的开展，专业设备是前提。由于国外竞争对手的干涉，成熟的设备供应商在谈判的最后一刻决定终止合作。“设备买不到，我们就自己研究了造。”李国保带领团队从零开始，逐步自主创新设计出30余套实验室试验装备，并且自主开发了数十项关键工艺参数检测技术，由此建成了世界上最好的硅钢实验室，也为后来的研发工作顺利开展坚定了坚实的基础。

　　不过，由于技术难度极大、控制要求极高，试验过程困难重重。“从铁水到产品，影响生产稳定的关键要素有300余种。每一次试验结果出现异常，我们都需反复核查每一个工艺参数。有一次，试验失败，怎么也找不到原因，团队陷入困境。直到张丕军院长提出彻底解剖钢坯，通过成分分析，发现钢中酸溶铝数据异常，纠正后问题才迎刃而解。”李国保举例说。

　　为了能够尽快取得突破，技术团队群策群力，锁定“瓶颈”工序，采用穿插统筹的重叠实验方法，最大限度地提高效率、节约时机。实验过程中炉子从不停机，即便在春节也不例外。团队“白加黑”“5+2”，日夜守护在炉子边上，调节参数、采集数据，讨论实验结果，优化工艺方案。用一年功夫完成了正常情况下三年才能完成的实验量。正是这样的拼搏精神和大胆创新，让他们的实验进展突飞猛进。

　　历经数千轮实验，李国保带领研发团队攻克了渗氮导入取向硅钢抑制剂、全流程工艺参数控制以及底层形成关键技术，2005年10月，技术团队形成了完整的低温取向硅钢自主知识产权体系。

　　百炼成钢，一个合格的取向硅钢，至少需要经过一千多个工艺节点，且每个工艺点的控制范围非常狭窄，任何一处稍有差池，就会前功尽弃。

　　从实验室到量产的生产车间，虽然只有短短两公里，但是对于宝钢的取向硅钢来说，却需要一次飞跃。第一轮试制以失败告终，铸坯在运往热轧板坯库的途中，发出噼里啪啦的爆裂声音，铸坯裂纹纵横交错，根本没办法轧制。技术团队全流程查找原因，每天持续工作十几个小时，通过不断地试错验证，才解决了铸坯开裂问题。多轮试制后，终于，宝钢取向硅钢第一卷合格卷在2008年5月15日成功下线，实现了高等级取向硅钢制造技术从无到有的跨越。

　　2008年下半年，低温高磁感取向硅钢、激光刻痕取向硅钢产品在宝钢相继下线，并实现批量生产。此后8年，宝钢高端取向硅钢新产品率先应用于“三峡”“西电东送”等国家重大工程，先后打破了进口产品在超高压、特高压交流和直流变压器领域的垄断地位；实现了进口替代，我国高端取向硅钢进口量下降50%以上，均价降低约60%。期间，宝钢“低温高磁感取向硅钢研发与产业化”项目还获得2013年度国家科学技术进步一等奖。

　　“从2004年至今的研发过程，前半段是追随，后半段是领跑。”李国保介绍说，“近年来，我们团队相继开发出4个系列58项高等级取向硅钢新产品，填补国内空白；其中15项世界首发，领先国际同行1-2个牌号；最高牌号达到055等级，关键损耗指标较国际同行低15%。这些成绩离不开整个团队齐心协力的付出。”

　　取向硅钢牌号的迭代升级速度意义何在？根据测算，如果全国电力网变压器普遍提升一个牌号取向硅钢，每年可节电870亿度，超过白鹤滩水电站一年的发电量，同时二氧化碳减排贡献可达8670万吨。

　　不过，提升取向硅钢牌号（等级）并非易事。例如，一款超低损耗取向硅钢要求含硅量高达3.5%，且高斯晶粒偏离角≤4.5°。如何减小取向偏离角是全世界都头疼的难题。对此，李国保团队在国际上首次提出新型复合抑制剂体系，实现了取向偏离角的精确控制；开发出全球首套0.18mm和0.20mm取向硅钢的专用产线；建立了全球唯一的特高压超低损耗取向硅钢标准，成为了行业的引领者。

　　未来已来，时不我待。在李国保团队于硅钢领域大展拳脚之际，宝钢同期开展了智慧制造下基层组织变革，实现决策管理一体化、数字化和网络化。2019年7月，作为基层组织变革试点，历时两年的宝钢股份硅钢事业部第四智慧工厂建成投运，由此推动硅钢产品完成了历史性跨越。

　　作为李国保团队智慧的结晶，第四智慧工厂主要生产极薄规格顶级取向硅钢，目前已实现了多种高等级取向硅钢的全球首发。在产品应用方面，该工厂首套超低损耗取向硅钢高效专用产线生产出的产品已在国内外重点项目中起到及其重要的作用。从全世界唯一的、电压等级最高、输电容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的±1100kV昌吉-古泉特高压直流工程，到中国特高压技术“走出去”的处女作——巴西美丽山特高压输电项目中，均有宝钢硅钢的身影。

　　“虽然起名是第四智慧工厂，但其实是第四期工厂，也是硅钢产品的首座智慧工厂。这其中有倒逼过往一二三期产线加快智慧化改造之意。”现场工作人员向记者介绍，第三和第二、第一智慧工厂也已分别在2020年底和2021年投入了使用。

　　产能方面，宝钢取向硅钢从2008年年产量仅2.6万吨，到2022年实现产销量均突破100万吨（叠加宝武整合影响）；从能够生产，到如今开发出4个系列58项高等级取向硅钢新产品；从国外技术垄断，到宝钢硅钢产品批量出口欧、美、日、韩等38个国家和地区，超过200多家国内外用户。

　　回到本文开头对硅钢定义的拆解，取向硅钢还有个兄弟产品——无取向硅钢，后者已大范围的应用于家电及工业大中小型电机等领域，但主要以低牌号为主。近年来，随着新能源汽车市场加快速度进行发展，其驱动电机高频工作环境下，对无取向硅钢也提出更高要求；市场需求明显增长之际，降低铁损成为当前无取向硅钢发展重点。

　　对于宝钢而言，早于2013年，李国保团队就对高等级无取向硅钢着手了研究。彼时，该团队牵头“十三五”国家重点研发专项“高效率、低损耗及特殊用途硅钢开发与应用”，统筹高性能硅钢材料和高端无取向硅钢等两大类先进硅钢制造技术理论基础、重大共性技术、产品研制与规模化生产及示范应用等全产业链技术。

　　从当前行业格局来看，由于新能源汽车驱动电机用无取向硅钢产品工序流程长、工艺窗口窄、生产难度大，全球具备大批量稳定生产顶级高牌号产品能力的企业较少，供应长期处在“紧平衡”。宝钢自研发新能源汽车驱动电机用硅钢以来，深度参与新能源汽车全产业链的建设与发展，合作用户基本覆盖整个新能源汽车行业。如今，宝钢股份已成为新能源汽车驱动电机用无取向硅钢全球供应量最大、牌号最齐全的企业，至今累计供货60余万吨，装备全球近800万辆新能源汽车。

　　今年3月，宝钢股份的无取向硅钢产品结构优化项目正式建成投产。作为一条面向新能源汽车行业的高等级无取向硅钢专业产线，该项目每年将为新能源汽车用户更好的提供50万吨顶级高牌号无取向硅钢产品。据介绍，该项目代表着无取向硅钢先进的生产的基本工艺，可生产高效型、新能源汽车专用等四大类60余个牌号产品，完全满足电动汽车电机、压缩机、工业电机等高强度、高磁感、极低铁损的应用需求，每年可为约400万辆新能源汽车提供高等级无取向硅钢用材，每年可减少碳排放360万吨，相当于33万公顷森林的吸收量。

　　据宝钢股份硅钢事业部产品设计技术首席工程师王志成介绍，宝钢无取向硅钢在自主创新的路上已经走了很多年，当前是全球“Tier One”品牌。“我们要抓住这几年下业需求出现重大变化的机遇，让宝钢硅钢成为‘Best One’。” 他说。

　　从1997到2023年，宝钢硅钢完成了“从零到有”、从“追赶者”到“引领者”的蜕变，公司不仅已是全球最大的硅钢供应商。如今，宝钢“全球硅钢第一品牌”的形象，已在国际市场进一步落地生根。

　　“ABB公司的Kropp老先生曾多次来宝钢进行质量体系认证，他以客户身份去过全球很多取向硅钢制造厂，行业经验很丰富。每次认证期间，他都很专业地提出改进建议，同时，每次都会感叹宝钢取向硅钢的进步速度，赞赏团队的创造性。听到他由衷地对产品作出肯定，我既感到自豪，更觉得要对得起这份信任，有责任把产品做到最好。”宝钢股份硅钢事业部产品制造技术首席工程师章华兵这样说。

　　“对内而言，要做到产品卓越需要研发人员和技术人员不断地开发新产品，并持续提高现有产品的实物质量，做到硅钢行业内的领先，才可以说我们产品卓越；对外而言，无论是取向硅钢的变压器用户，还是无取向硅钢的电机用户，用户在生产铁芯时通常会用到不同硅钢厂家的产品，用户会作比较，包括硅钢产品的性能水平、使用效果和技术服务，长时间建立起来的口碑就形成了品牌卓著。”李国保说。

　　他指出，目前，国内外用户已充分信任宝钢硅钢品牌，但是卓越品牌的树立也不是一劳永逸的，要更加珍惜、用不断的进步来维护这来之不易的品牌形象，更加充分的发挥产销研团队的作用，以更卓越的产品和更精湛的服务不断的提高硅钢品牌的含金量和影响力。

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