高硅电工钢(Fe-6.5wt.%Si合金)具有高磁导率、低铁损和磁致伸缩系数近于零等优异的磁性能,是制造高频电器、节能变压器和电动汽车等的理想软磁材料。然而,高硅电工钢的脆性大、冷加工变形困难,难以采用常规的铸造-轧制工艺进行薄带的工业化生产,严重制约了高硅电工钢的广泛应用。各类金属材料中稀土元素微合金化的大量研究发现,添加稀土元素可引起合金组织结构、相变、力学和物理和化学性能等发生显著变化。针对高硅电工钢的脆性本质,本文提出采用稀土微合金化方法提高高硅电工钢塑性变形能力进而降低薄带的冷轧制备难度,主要研究了稀土元素在高硅电工钢中的键合性质和合金化效应,明确了稀土对高硅电工钢组织结构和力学性能影响的物理本质、稀土改善高硅电工钢变形能力的条件,探究了稀土在降低合金薄带轧制制备难度方面起到的作用与机制。基于密度泛函理论的第一性原理计算结果表明,稀土原子在高硅电工钢中的成键能级和成键轨道相似,与其他原子间存在显著的电子转移,从而引起键合性质的显著变化。其中,稀土 Y使部分Fe原子失去更多电子并转移给Y和其他原子,稀土 La、Ce则将电子显著转移给部分Fe、Si原子。随稀土含量增加,铸态试样在400℃下的拉伸变形能力先增加后降低,Y、La、Ce 和 Gd 的含量分别为约 0.01wt.%、0.01wt.%、0.02wt.%和 0.03wt.%时,变形能力的改善效果较好,最高使拉伸断后伸长率从无稀土试样的约7%增至约22～23%。不同Ce含量高硅电工钢铸锭的组织、结构分析结果表明,Ce含量增至0.021wt.%后合金晶粒尺寸显著降低,超过饱和固溶度的稀土在晶界附近的富集是晶粒细化的主要原因。随Ce含量增加,合金有序度呈降低趋势,稀土的转移电子作用使Fe、Si原子在合金有序化过程中易受到固溶稀土原子的拖曳,使无序-有序转变受阻,B2有序结构的形成受到抑制。但Ce含量超过0.021wt.%后,有序度不再降低。固溶稀土原子通过降低有序度和减弱部分Fe-Fe键、Si-Fe键的共价键作用提升了试样在400℃下的拉伸变形能力。因此,增加稀土固溶含量以充分利用稀土对变形能力的改善作用,同时防止稀土含量超过固溶度,避免稀土显著富集晶界造成沿晶脆性,是利用稀土改善高硅电工钢变形能力的基本条件。通过降低B2有序结构的含量和尺寸,添加0.02wt.%Ce使高硅电工钢热轧板试样的300～500℃拉伸的均匀伸长率显著提高,从而有利于降低温轧带材的制备难度。尽管无稀土、含稀土 Ce铸锭经锻造、热轧和温轧大变形后的组织结构无明显差异,但添加0.02wt.%Ce可使温轧试样的室温拉伸屈服强度σ0.2从1618.5MPa降低至1515.3MPa,抗拉强度由1652.9MPa降低至1552.5MPa,断后伸长率从0.67%增至0.80%。变形抗力降低、室温塑性提高的主要原因是稀土元素减弱了部分Fe-Fe键、Si-Fe键的共价键作用。添加固溶度以下的稀土 Ce有利于降低薄带冷轧制备难度,且对冷轧薄带1200℃退火后的磁性能无显著损害。