硅鋼基礎(chǔ)知識講座

關(guān)于硅鋼基礎(chǔ)知識講座介紹提綱第一部分硅鋼的基礎(chǔ)知識有關(guān)概念、發(fā)展史及分類第二部分硅鋼的主要性能第三部分硅鋼的生產(chǎn)、檢驗、牌號分類及用途1、生產(chǎn)工藝流程2、產(chǎn)品檢驗3、牌號的分類及用途4、交貨標準5、特殊用途的產(chǎn)品第四部分用戶使用應(yīng)注意的主要問題第五部分發(fā)展動態(tài)及新型材料研發(fā)六部分市場簡介第2頁,共78頁，2024年2月25日，星期天第一部分硅鋼基礎(chǔ)知識

電和磁是不可分割的，它們始終交織在一起。簡單地說，就是電生磁、磁生電。一、有關(guān)的基本概念第3頁,共78頁，2024年2月25日，星期天

磁場強度H（A/m）：只是表示磁場的強弱和方向，反映磁場來源的屬性，與磁場介質(zhì)沒有關(guān)系，是為研究磁介質(zhì)引入的物理量。B=μ*H

導磁率μ：是衡量物質(zhì)導磁性的一個系數(shù)。

磁感應(yīng)強度B(T)：是用來定性地描述磁場，與磁場介質(zhì)有關(guān)。第4頁,共78頁，2024年2月25日，星期天硬磁材料（永磁材料）：是指經(jīng)過外加磁場磁化以后能長期保留其強磁性的磁性材料。軟磁材料：是指加磁場既容易磁化,又容易退磁,即矯頑力很低的磁性材料。第5頁,共78頁，2024年2月25日，星期天

軟磁材料的5種主要磁特性：

(1)高的磁導率。磁導率(符號為μ)是對磁場靈敏度的量度；

(2)低的矯頑力Hc。顯示磁性材料既容易受外加磁場磁化，又容易受外加磁場或其他因素退磁，而且磁損耗也低；

(3)高的飽和磁通密度Bs和高的飽和磁化強度Ms。這樣較容易得到高的磁導率μ和低的矯頑力Hc；

(4)低的磁損耗和電損耗。這就要求低的矯頑力Hc和高的電阻率；

(5)高的穩(wěn)定性。第6頁,共78頁，2024年2月25日，星期天二、硅鋼

純鐵、硅鋼總稱電工鋼。硅鋼是電工鋼中的一部分。硅鋼片又稱矽鋼片，它是在鐵中加硅而得名。是制作電器產(chǎn)品所用軟磁材料。第7頁,共78頁，2024年2月25日，星期天1882～1955年熱軋硅鋼片發(fā)展階段1903年美國和德國同時生產(chǎn)熱軋硅鋼片1930～1967年冷軋電工鋼片發(fā)展階段1933年美國高斯發(fā)明了取向電工鋼1957年雙取向硅鋼片試驗成功，1968年HiB硅鋼片在日本試驗成功1952年太鋼試制出低硅熱軋硅鋼片1974年武鋼引進日本生產(chǎn)冷軋硅鋼片專利技術(shù)，1978年11月開始生產(chǎn)1997年10月、2000年07月、2004年5月太鋼、寶鋼、鞍鋼冷軋無取向分別投產(chǎn)。2008年5月寶鋼冷軋取向投產(chǎn)。2010年5月鞍鋼開始試制取向硅鋼。2.1硅鋼的發(fā)展史第8頁,共78頁，2024年2月25日，星期天2.2硅鋼的分類第9頁,共78頁，2024年2月25日，星期天晶粒無取向晶粒取向第10頁,共78頁，2024年2月25日，星期天2.3熱軋、冷軋的區(qū)別第11頁,共78頁，2024年2月25日，星期天2.4主要用途第12頁,共78頁，2024年2月25日，星期天第二部分硅鋼的主要性能一、主要性能1.1磁性能：

硅鋼的主要性能是鐵損和磁感應(yīng)強度(磁極化強度J)，標準上規(guī)定的磁性能指標如下：（J=B-μ。＊H，在800A/m的磁場下，B比J大0.001T）

取向P1.7/50(W/kg)B8(T)

無取向P1.5/50(W/kg)B50(T)第13頁,共78頁，2024年2月25日，星期天鐵損曲線取向硅鋼30RK100第14頁,共78頁，2024年2月25日，星期天磁化曲線取向硅鋼30RK100第15頁,共78頁，2024年2月25日，星期天鐵損（P）：單位重量的鐵芯在交變磁場中磁化到一定磁感應(yīng)強度所耗用的能量，這部分能量以熱的形式放出。它包含磁滯損耗（Ph）、渦流損耗（Pe）和附加損耗（Pa）。P=Ph+Pe+Pa磁感應(yīng)強度（B）：提高鐵芯材料的磁感應(yīng)強度（B）值，可使電器的Bm提高，使輸出功率增大或縮小鐵芯體積，因此，硅鋼片在一定磁場強度下的磁感應(yīng)強度，是材料的一項重要磁性指標。第16頁,共78頁，2024年2月25日，星期天1.2機械性能（加工性能）：

冷軋硅鋼在沖擊、剪切、振動、沖孔和彎折后，會產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，導致磁性能惡化5~30%。因此，硅鋼要求有良好的加工性能，對強度、硬度、延伸率等機械性能指標有一定的要求。第17頁,共78頁，2024年2月25日，星期天●應(yīng)力對性能的影響及應(yīng)力消除◆應(yīng)力對電磁性能的影響

1、熱軋硅鋼片對應(yīng)力不敏感，加工應(yīng)力對其磁性無明顯影響；

2、冷軋硅鋼片對應(yīng)力敏感，沖剪應(yīng)力導致鐵損增高，消除應(yīng)力退火是正確使用的關(guān)鍵；取向?qū)?yīng)力的敏感度高于無取向；

3、質(zhì)量證明書上的電磁性能值，無取向鋼是試樣不進行消除應(yīng)力退火的測試值，而取向鋼是試樣經(jīng)過消除應(yīng)力退火后的測試值；第18頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4、試驗表明：沖、剪和彎曲等加工形成的應(yīng)力和應(yīng)變，會導致磁性能惡化，惡化程度隨沖剪尺寸減小而明顯增大。如沖剪寬度由30mm減為3mm時，鐵損P1.5/50可增大30~40%。變壓器使用的取向硅鋼，由于沖片尺寸大，邊緣應(yīng)力區(qū)對磁性影響不大，一般不進行退火處理。卷繞鐵芯類變壓器，由于彎曲產(chǎn)生的形變應(yīng)力區(qū)對磁性影響較大，一般進行退火處理。否則，在設(shè)計上就要求選用鐵損更低的牌號。第19頁,共78頁，2024年2月25日，星期天疊鐵芯卷繞鐵芯第20頁,共78頁，2024年2月25日，星期天●消除應(yīng)力退火及注意事項

1.退火溫度：退火溫度不宜選得太高，以能恢復(fù)到原有磁性水平為限，不影響絕緣涂層或使疊片粘結(jié)。取向一般選800±10℃

無取向選用700~750℃第21頁,共78頁，2024年2月25日，星期天2.退火時間：退火時間是指爐溫達到設(shè)定退火溫度后的保溫時間，一般為鐵芯均勻熱透所需時間。實際退火時間視退火方式、退火爐型、裝爐量、裝爐方式以及鐵芯尺寸等因素而定。為了防止加熱和冷卻過程中，由于熱應(yīng)力導致鐵芯片變形，必須適當控制加熱速度和冷卻速度。加熱方式最好選用從沖片側(cè)面加熱，冷卻速度視裝爐量而定，數(shù)噸以內(nèi)時，應(yīng)低于30℃/小時；裝爐量更大時，還應(yīng)更低些。第22頁,共78頁，2024年2月25日，星期天3.退火氣氛：退火氣氛的選擇以沖片不氧化、不滲碳和磁性鋼帶表面絕緣涂層無明顯惡化為原則。最好選用含氫2~10%的氮氫混合氣體，加入少量的氫可保沖片不氧化。保護氣體中的露點一般應(yīng)在0℃以下。第23頁,共78頁，2024年2月25日，星期天

嚴防滲碳和氧化：硅鋼產(chǎn)品出廠含碳量小于0.003%（＜30ppm）。因此鐵芯片在消除應(yīng)力退火時，必須嚴防滲碳，以免惡化磁性。爐用材料，如爐罩、底板應(yīng)選用低碳鋼。鐵芯片表面的殘余油脂應(yīng)在退火前清除。防止鐵芯片氧化是消除應(yīng)力效果的重要措施。除合理選用退火氣氛外，在操作時首先要確認爐膛密封是否完好，在送電升溫前，先通入氮氣或惰性氣體進行爐內(nèi)清掃。第24頁,共78頁，2024年2月25日，星期天二、其它性能

為了增大電機鐵心疊片間的絕緣，減小疊片中的渦流損耗，同時改善電工鋼片的焊接、沖剪性能，電工鋼片表面都要求有一層絕緣層。對絕緣層的基本要求是：絕緣電阻高、化學穩(wěn)定性好、機械強度高、不粘結(jié)、耐腐蝕，同時要求絕緣層薄而平整，以提高疊片的疊片系數(shù)。第25頁,共78頁，2024年2月25日，星期天2.1涂層的種類及作用第26頁,共78頁，2024年2月25日，星期天

涂層分無機、有機、半有機涂層。主要起絕緣作用，也有防腐、改善性能，以及沖剪加工對模具和刀具起保護的作用。

1、熱軋硅鋼片無涂層，主要以其表面氧化物作絕緣層，層間電阻較低；

2、冷軋取向硅鋼涂布無機涂層；

3、冷軋無取向硅鋼涂布有機涂層，有良好的沖片性，不能進行消除應(yīng)力退火；涂布半有機涂層，能進行連續(xù)沖片，適合消除應(yīng)力退火。

4、冷軋半工藝型無取向硅鋼不涂層，利用沖片后退火形成氧化膜做絕緣層。第27頁,共78頁，2024年2月25日，星期天取向硅鋼表面涂層第28頁,共78頁，2024年2月25日，星期天

取向硅鋼，其沿軋向的磁性（即鋼卷長度方向）磁性要遠遠好于橫向，磁各向異性大。因此，特別適合于制造變壓器鐵芯。無取向硅鋼縱橫向性能有一定差異，磁各向異性小。適合用于制造電機一類旋轉(zhuǎn)機鐵芯電器。磁各向異性太大會引起電機震動及產(chǎn)生軸向電流燒壞軸承等。磁各向異性的影響可通過加工減少其影響。2.2磁各向異性第29頁,共78頁，2024年2月25日，星期天

磁性隨時間而變化的現(xiàn)象稱為磁時效。主要與鋼中的雜質(zhì)有關(guān)，如【C】、【N】等，要求電工鋼在使用過程中隨時間的增長而磁性不發(fā)生明顯的變化，就要求鋼質(zhì)純凈。2.3磁時效性第30頁,共78頁，2024年2月25日，星期天磁致伸縮性是磁性材料具有基本特性。即在外加磁場的作用下，材料的外型尺寸發(fā)生伸或縮。取向磁致伸縮大于無取向。磁致伸縮在使用中是有害的，它是電器產(chǎn)生噪聲的主要因素，特別是對變壓器制造。2.4磁致伸縮第31頁,共78頁，2024年2月25日，星期天第三部分硅鋼的生產(chǎn)、檢驗、

牌號分類及用途一、硅鋼生產(chǎn)的基本工藝流程

1.1無取向硅鋼鐵水脫硫→真空處理→連鑄→鑄坯加熱→熱連軋→熱軋卷送硅鋼廠→酸軋→退火→涂層→精整→成品庫

*高牌號有兩次軋制兩次退火

第32頁,共78頁，2024年2月25日，星期天

1.2取向硅鋼鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)吹→真空處理(RH)→連鑄(CC)→板坯加熱→粗軋→精軋→熱軋卷送硅鋼廠→酸洗(?；?→冷軋→脫碳退火→涂MgO→高溫退火→拉伸平整退火(涂敷絕緣涂層)→(刻痕處理)→剪切→包裝入庫

*一般取向采用兩次軋制、兩次退火第33頁,共78頁，2024年2月25日，星期天武鋼HIB鋼工藝流程第34頁,共78頁，2024年2月25日，星期天二、硅鋼產(chǎn)品的檢驗硅鋼產(chǎn)品的磁性及厚度是通過成品機組在線連續(xù)檢測，記錄整卷性能曲線，并在機組出側(cè)取卷頭、尾樣或剪切機組重取樣送檢，根據(jù)檢測結(jié)果，比照在線連續(xù)檢測曲線，進行硅鋼產(chǎn)品的牌號判定。第35頁,共78頁，2024年2月25日，星期天連續(xù)在線檢測鐵損和厚度記錄曲線第36頁,共78頁，2024年2月25日，星期天冷軋硅鋼片各項性能檢驗表：注：●參考值▲保證值第37頁,共78頁，2024年2月25日，星期天2.1硅鋼產(chǎn)品測試的主要性能2.1.1磁性能執(zhí)行標準：GBT3655-2008愛潑斯坦方圈試樣：尺寸30mm*300mm

無取向為縱橫各半取向為縱向重量0.5公斤左右激光刻痕取向硅鋼為500mm*500mm單片密度按牌號給定值※硅鋼產(chǎn)品的性能執(zhí)行GB/T2521-2008第38頁,共78頁，2024年2月25日，星期天2.1.2各項性能檢測執(zhí)行標準第39頁,共78頁，2024年2月25日，星期天三、武鋼硅鋼產(chǎn)品牌號分類及常用規(guī)格

3.1牌號分類及常用規(guī)格：冷軋硅鋼無取向硅鋼取向硅鋼高牌號低牌號一般取向鋼HiB

0.35mm＆0.50mm0.23mm~0.35mm特殊規(guī)格0.15、0.20、0.65~1.00mm第40頁,共78頁，2024年2月25日，星期天□□

□□

G

□□□表示公稱厚度，數(shù)字是公稱厚度的100倍WW表示武鋼無取向；QG表示高磁感取向；Q表示一般取向；QR表示一般取向刻痕；RK高磁感取向刻痕表示高磁感表示鐵損值，數(shù)字是鐵損值的100倍3.2武鋼產(chǎn)品牌號含義第41頁,共78頁，2024年2月25日，星期天3.3冷軋硅鋼片各牌號用途分類第42頁,共78頁，2024年2月25日，星期天武鋼產(chǎn)品交貨嚴格按用戶的使用要求用戶無要求的執(zhí)行國標或武鋼企標用戶有要求的執(zhí)行雙方簽定的技術(shù)協(xié)議或采購規(guī)范質(zhì)量保證依據(jù)給用戶開具的《產(chǎn)品質(zhì)量證明書》四、武鋼產(chǎn)品交貨標準第43頁,共78頁，2024年2月25日，星期天鋼帶表面應(yīng)涂絕緣涂層，絕緣涂層應(yīng)干燥、均勻、不脫落,并應(yīng)符合GB/T2521-2008的規(guī)定。鋼帶應(yīng)剪切整齊，毛刺不超過0.020mm。鋼帶的不平度不大于1.0%，鐮刀彎每2m不大于1.0mm。每卷鋼帶一般由一條卷成，允許個別卷由兩條組成，但每條最短不得小于200m，接頭處要有明顯標志。鋼卷不得帶廢交貨。第44頁,共78頁，2024年2月25日，星期天第45頁,共78頁，2024年2月25日，星期天第46頁,共78頁，2024年2月25日，星期天474.1武鋼無取向硅鋼磁性標準第47頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.2武鋼無取向硅鋼尺寸公差標準第48頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.3無取向硅鋼機械性能標準第49頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.4取向硅鋼磁性能（常用牌號）第50頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.5取向硅鋼尺寸及允許偏差第51頁,共78頁，2024年2月25日，星期天五、特殊規(guī)格和用途的電工鋼

5.1薄規(guī)格冷軋無取向硅鋼片第52頁,共78頁，2024年2月25日，星期天5.2厚規(guī)格冷軋無取向硅鋼片第53頁,共78頁，2024年2月25日，星期天5.3薄規(guī)格冷軋取向硅鋼片第54頁,共78頁，2024年2月25日，星期天1、用戶使用的要求：除要滿足上述介紹的主要性能外，用戶使用重點要求的是外觀質(zhì)量，即板型、厚度同板差（縱、橫向）、涂層完好。性能的一致性、有害成分符合環(huán)保要求。第四部分用戶使用的要求及應(yīng)注意的主要問題第55頁,共78頁，2024年2月25日，星期天

硅鋼作為一種特殊的材料，在使用中要根據(jù)其特性進行使用，否則，就不能充分發(fā)揮其性能的作用，甚至不能滿足用戶的要求。2、用戶使用中應(yīng)注意的主要問題第56頁,共78頁，2024年2月25日，星期天存放地要鋪有木板或橡膠皮，吊運、裝卸輕起輕落，環(huán)境干燥通風以防潮剪切加工不得有毛刺，并嚴格注意方向性加工好的片料要輕拿輕放，避免彎曲、磕碰制作卷鐵芯須經(jīng)退火處理并嚴格防氧化2.1變壓器用戶對取向硅鋼的要求第57頁,共78頁，2024年2月25日，星期天單位鐵損低，導磁率和飽和磁感應(yīng)強度高較低的磁致伸縮性涂層附著性好，絕緣電阻高鋼板平整度好，厚度均勻，加工性能好第58頁,共78頁，2024年2月25日，星期天沖剪加工不得有毛刺，存放地最好鋪有木墊或膠皮墊，環(huán)境干燥通風以防潮小型、微型電機鐵芯片最好經(jīng)過消除應(yīng)力退火處理并嚴格防氧化半工藝型產(chǎn)品沖剪后須經(jīng)清洗、退火、發(fā)藍處理2.2電機制造對無取向硅鋼的要求第59頁,共78頁，2024年2月25日，星期天單位鐵損低，導磁率高優(yōu)良的沖剪性能鋼板平整度好，厚度均勻磁各向異性小涂層厚度均勻，絕緣電阻高第60頁,共78頁，2024年2月25日，星期天

第五部分國內(nèi)外硅鋼的發(fā)展動態(tài)及

新型功能材料的研發(fā)

4.1取向硅鋼的發(fā)展日本Hi-B鋼占取向鋼總量的80%，可大量生產(chǎn)0.23mm厚取向硅鋼；川崎開發(fā)出涂有半有機涂層的取向鋼，主要用于制造EI型電源變壓器和日光燈中的鎮(zhèn)流器，具有良好的沖片性。第61頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.2非晶薄膜材料

概念：我們?nèi)粘Ｉ钪腥藗兘佑|的材料一般有兩種：一種是晶態(tài)材料，另一種是非晶態(tài)材料。所謂晶態(tài)材料，是指材料內(nèi)部的原子排列遵循一定的規(guī)律。反之，內(nèi)部原子排列處于無規(guī)則狀態(tài)，則為非晶態(tài)材料。第62頁,共78頁，2024年2月25日，星期天

非晶態(tài)合金的制造就是采用一種快速凝固的工藝，將處于熔融狀態(tài)的高溫鋼水噴射到高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥上，使鋼水以每秒百萬度的速度迅速冷卻，僅用千分之一秒的時間就將1300℃的鋼水降到200℃以下，形成非晶帶材。第63頁,共78頁，2024年2月25日，星期天非晶材料一個非常具有前景的應(yīng)用領(lǐng)域——非晶變壓器。非晶合金制作鐵芯而成的變壓器，它比硅鋼片作鐵芯變壓器的空載損耗下降75％左右，空載電流下降約80％，是目前節(jié)能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負載率較低的地方。第64頁,共78頁，2024年2月25日，星期天■與硅鋼片比非晶合金的特點及使用要求：（1）與S7配電變壓器相比，空載損耗下降75-80%，負載損耗下降23-27%。與S9配電變壓器相比，空載損耗下降74-77%，負載損耗基本相近；（2）非晶變壓器空載功率因數(shù)為0.35，是硅鋼片鐵芯配電變壓器的8倍以上；（3）硅鋼片鐵芯配電變壓器的鐵損隨電壓平方變化；而非晶變的鐵損不隨電壓的變化而變化；第65頁,共78頁，2024年2月25日，星期天（4）SH10型配電變壓器的經(jīng)濟負載率為20%，非常適合于農(nóng)村低負載率的用戶使用；SH11型配電變壓器的經(jīng)濟負載率為45%，適合于城市及高負載率的用戶使用。（5）非晶合金片材料的硬度很高，用常規(guī)工具是難以剪切的，所以設(shè)計時應(yīng)考慮減少剪切量。一般變壓器制造廠只能利用成型鐵芯制造非晶合金變壓器。（6）非晶合金鐵芯材料對機械應(yīng)力非常敏感，無論是張引力還是彎曲應(yīng)力都會影響其磁性能。因此，在變壓器器身結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮盡量減少鐵芯受力。第66頁,共78頁，2024年2月25日，星期天(7)非晶合金的磁疇伸縮程度比硅鋼片高約10%，而且不宜過度夾緊，因此，非晶合金變壓器的噪聲比硅鋼片鐵芯變壓器高。(8)由于非晶合金材料的飽和磁密較低，在產(chǎn)品設(shè)計時，額定磁通密度不宜選得太高，通常選取1.3～1.35T磁通密度便可獲得較好的空載損耗值。(9)非晶合金單片厚度極薄，材料表面也不是很平坦，則鐵心填充系數(shù)較低，只能達到82%～86%。第67頁,共78頁，2024年2月25日，星期天(10)為了使用戶能獲得免維護或少維護的好處，現(xiàn)把非晶合金配電變壓器的產(chǎn)品，都設(shè)計成全密封式結(jié)構(gòu)。(11)非晶合金對機械應(yīng)力非常敏感。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須避免采用以鐵心作為主承重結(jié)構(gòu)件的傳統(tǒng)設(shè)計方案。(12)為了獲得優(yōu)良的低損耗特性，非晶合金鐵心片必須進行退火處理。第68頁,共78頁，2024年2月25日，星期天

非晶合金鐵心配電變壓器的最大優(yōu)點是空載損耗值特低。非晶合金是采用快速急冷凝固生產(chǎn)工藝制造而成，其物理狀態(tài)表現(xiàn)為金屬原子呈無序非晶體排列，它與硅鋼的晶體結(jié)構(gòu)完全不同，更利于被磁化和去磁。典型的非晶態(tài)合金含80%的鐵，而其它成份是硼和硅。第69頁,共78頁，2024年2月25日，星期天4.3無取向電工鋼的發(fā)展日本開發(fā)出了低鐵損的35RM200、高導磁率的RP系列、涂層半工藝型RMA系列、低鐵損并且高導磁率的RMHE系列、具有優(yōu)良高頻率特性的RMHF系列、附著性強的B涂層材料等；新產(chǎn)品為了節(jié)能和環(huán)保，要求提高電機效率，縮小電機體積和減少噪音，因此無取向電工鋼發(fā)展方向是高效電