与传统硅钢片相比,6.5%Si高硅钢在高频范围内磁化时具有铁损低、导磁率高、磁致伸缩几乎为零等特点。而且使用频率越高,材料的磁性能越突出,因此高硅钢被认为是下一代最具有应用前景的软磁材料。然而,随着Si含量的增加,高硅钢变得又脆又硬,很难采用传统工艺进行制造。目前限制高硅钢采用传统工艺进行制造的一个重要原因是难以获得质量优良的大尺寸铸锭,尤其是大尺寸的扁锭。高硅钢铸锭的凝固组织中,晶粒粗大、柱状晶发达,而且高硅钢在800℃以下有序相逐渐产生,导致其在铸造过程中极易产生裂纹等缺陷。因此,研究高硅钢大尺寸扁锭凝固组织及相结构的形成机理与演变规律,使其满足后续轧制工艺的需求,具有重要的理论和实际意义。本论文首先通过有限元(FE)耦合元胞自动机(CA)的方法建立了适用于6.5%Si高硅钢大尺寸扁锭的凝固模型,应用模型对高硅钢大尺寸扁锭的凝固行为以及影响扁锭凝固组织的主要因素进行了系统地研究,并通过实验结果对模型进行了校正。随后,利用该模型对高硅钢大尺寸扁锭铸造过程中出现的问题进行分析,并提出了高硅钢大尺寸扁锭铸造工艺的改进方案,最终铸造出了质量优良的高硅钢大尺寸扁锭。采用免锻造、直接热轧的制造工艺成功地制备出了大宽幅、板型良好的6.5%Si高硅钢热轧板。高硅钢大尺寸扁锭凝固机理的研究发现,空冷扁锭中晶粒异常粗大,粗大的凝固组织是导致高硅钢在铸造过程中产生开裂的重要原因之一。而缓冷扁锭由近100%的等轴晶晶粒构成,且晶粒尺寸细小。添加稀土元素La和Ce可以有效改善高硅钢扁锭的凝固组织。高硅钢组织及织构演变规律的研究发现,高硅钢组织及织构在热轧过程中发生了明显的分层现象,表层晶粒因动态再结晶而逐渐细化,心部晶粒沿轧向逐渐拉长;高硅钢晶粒在热轧过程中逐渐发生转动,近表层晶粒逐渐演变为{011}<100>高斯织构,心部晶粒逐渐演变为{100}<011>旋转立方织构。随后对高硅钢组织及织构在热轧过程中产生分层现象的原因进行了分析和讨论。高硅钢有序相的研究发现,DSC方法测得的A2-B2有序相转变温度为754℃,B2-D03有序相的转变温度约为582℃;有序相尺寸及有序度在扁锭厚度方向上呈梯度分布,有序相形成及长大主要受热力学条件影响。冷却强度对B2有序相转变的影响较小,对D03有序相转变的影响较大。此外,在有序相的形成过程中稀土元素La和Ce会影响近邻原子的重新排列,进而破坏长程有序结构。高硅钢在热轧过程中,高密度位错造成晶格畸变和原子错排,阻碍有序结构的形成。力学性能研究结果发现,尽管缓冷态高硅钢试样中有序相含量较高,但其力学性能明显优于空冷态高硅钢试样,由此得出,高硅钢扁锭的中温力学性能主要由铸锭的凝固组织决定,而并非有序相含量。