硅钢基础知识讲座

硅钢基础知识简介介绍提纲第一部分硅钢的基础知识有关概念、发展史及分类第二部分硅钢的主要性能第三部分硅钢的生产、检验、牌号分类及用途1、生产工艺流程2、产品检验3、牌号的分类及用途4、交货标准5、特殊用途的产品第四部分用户使用应注意的主要问题第五部分发展动态及新型材料研发六部分市场简介第一部分硅钢基础知识电和磁是不可分割的，它们始终交织在一起。简单地说，就是电生磁、磁生电。一、有关的基本概念磁场强度H（A/m）：只是表示磁场的强弱和方向，反映磁场来源的属性，与磁场介质没有关系，是为研究磁介质引入的物理量。B=μ*H导磁率μ：是衡量物质导磁性的一个系数。磁感应强度B(T)：是用来定性地描述磁场，与磁场介质有关。硬磁材料（永磁材料）：是指经过外加磁场磁化以后能长期保留其强磁性的磁性材料。软磁材料：是指加磁场既容易磁化,又容易退磁,即矫顽力很低的磁性材料。软磁材料的5种主要磁特性：(1)高的磁导率。磁导率(符号为μ)是对磁场灵敏度的量度；(2)低的矫顽力Hc。显示磁性材料既容易受外加磁场磁化，又容易受外加磁场或其他因素退磁，而且磁损耗也低；(3)高的饱和磁通密度Bs和高的饱和磁化强度Ms。这样较容易得到高的磁导率μ和低的矫顽力Hc；(4)低的磁损耗和电损耗。这就要求低的矫顽力Hc和高的电阻率；(5)高的稳定性。二、硅钢纯铁、硅钢总称电工钢。硅钢是电工钢中的一部分。硅钢片又称矽钢片，它是在铁中加硅而得名。是制作电器产品所用软磁材料。1882～1955年热轧硅钢片发展阶段1903年美国和德国同时生产热轧硅钢片1930～1967年冷轧电工钢片发展阶段1933年美国高斯发明了取向电工钢1957年双取向硅钢片试验成功，1968年HiB硅钢片在日本试验成功1952年太钢试制出低硅热轧硅钢片1974年武钢引进日本生产冷轧硅钢片专利技术，1978年11月开始生产1997年10月、2000年07月、2004年5月太钢、宝钢、鞍钢冷轧无取向分别投产。2008年5月宝钢冷轧取向投产。2010年5月鞍钢开始试制取向硅钢。2.1硅钢的发展史2.2硅钢的分类分类标准类别生产工艺热轧冷轧（全工艺、半工艺）用途电机变压器其它微观织构无取向取向硅含量（%）高（＞3.0）中（0.5~2.9）低（＜0.5）晶粒无取向晶粒取向2.3热轧、冷轧的区别工艺优、缺点比较应用热轧生产、使用成本低，对加工应力敏感度低。性能、板型、表面质量差，厚度偏差大，牌号少。应用范围窄，除我国外，均已淘汰冷轧性能、板型、表面质量优，厚度偏差极小，牌号多。生产成本高，对加工应力敏感度高。广泛用于各种电器产品制造2.4主要用途用途应用实例电机发电机、电动机、磁浮列车轨道变压器大中小型变压器、互感器、电抗器其它军工、航天、通讯、电子加速器轨道第二部分硅钢的主要性能一、主要性能1.1磁性能：硅钢的主要性能是铁损和磁感应强度(磁极化强度J)，标准上规定的磁性能指标如下：（J=B-μ。＊H，在800A/m的磁场下，B比J大0.001T）取向P1.7/50(W/kg)B8(T)无取向P1.5/50(W/kg)B50(T)铁损曲线60HZ50HZ0.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.02.100.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.31.41.51.61.71.81.922.12.22.32.42.52.62.7P(W/kg)B(T),(×104Gs)取向硅钢30RK100磁化曲线50HZ60HZ0.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.71.81.92.02.11101001000RMSEXCITINGFORCE(A/m)B(T),(×104Gs)取向硅钢30RK100铁损（P）：单位重量的铁芯在交变磁场中磁化到一定磁感应强度所耗用的能量，这部分能量以热的形式放出。它包含磁滞损耗（Ph）、涡流损耗（Pe）和附加损耗（Pa）。P=Ph+Pe+Pa磁感应强度（B）：提高铁芯材料的磁感应强度（B）值，可使电器的Bm提高，使输出功率增大或缩小铁芯体积，因此，硅钢片在一定磁场强度下的磁感应强度，是材料的一项重要磁性指标。1.2机械性能（加工性能）：冷轧硅钢在冲击、剪切、振动、冲孔和弯折后，会产生应力和应变，导致磁性能恶化5~30%。因此，硅钢要求有良好的加工性能，对强度、硬度、延伸率等机械性能指标有一定的要求。●应力对性能的影响及应力消除◆应力对电磁性能的影响1、热轧硅钢片对应力不敏感，加工应力对其磁性无明显影响；2、冷轧硅钢片对应力敏感，冲剪应力导致铁损增高，消除应力退火是正确使用的关键；取向对应力的敏感度高于无取向；3、质量证明书上的电磁性能值，无取向钢是试样不进行消除应力退火的测试值，而取向钢是试样经过消除应力退火后的测试值；4、试验表明：冲、剪和弯曲等加工形成的应力和应变，会导致磁性能恶化，恶化程度随冲剪尺寸减小而明显增大。如冲剪宽度由30mm减为3mm时，铁损P1.5/50可增大30~40%。变压器使用的取向硅钢，由于冲片尺寸大，边缘应力区对磁性影响不大，一般不进行退火处理。卷绕铁芯类变压器，由于弯曲产生的形变应力区对磁性影响较大，一般进行退火处理。否则，在设计上就要求选用铁损更低的牌号。叠铁芯卷绕铁芯●消除应力退火及注意事项1.退火温度：退火温度不宜选得太高，以能恢复到原有磁性水平为限，不影响绝缘涂层或使叠片粘结。取向一般选800±10℃无取向选用700~750℃2.退火时间：退火时间是指炉温达到设定退火温度后的保温时间，一般为铁芯均匀热透所需时间。实际退火时间视退火方式、退火炉型、装炉量、装炉方式以及铁芯尺寸等因素而定。为了防止加热和冷却过程中，由于热应力导致铁芯片变形，必须适当控制加热速度和冷却速度。加热方式最好选用从冲片侧面加热，冷却速度视装炉量而定，数吨以内时，应低于30℃/小时；装炉量更大时，还应更低些。3.退火气氛：退火气氛的选择以冲片不氧化、不渗碳和磁性钢带表面绝缘涂层无明显恶化为原则。最好选用含氢2~10%的氮氢混合气体，加入少量的氢可保冲片不氧化。保护气体中的露点一般应在0℃以下。严防渗碳和氧化：硅钢产品出厂含碳量小于0.003%（＜30ppm）。因此铁芯片在消除应力退火时，必须严防渗碳，以免恶化磁性。炉用材料，如炉罩、底板应选用低碳钢。铁芯片表面的残余油脂应在退火前清除。防止铁芯片氧化是消除应力效果的重要措施。除合理选用退火气氛外，在操作时首先要确认炉膛密封是否完好，在送电升温前，先通入氮气或惰性气体进行炉内清扫。二、其它性能为了增大电机铁心叠片间的绝缘，减小叠片中的涡流损耗，同时改善电工钢片的焊接、冲剪性能，电工钢片表面都要求有一层绝缘层。对绝缘层的基本要求是：绝缘电阻高、化学稳定性好、机械强度高、不粘结、耐腐蚀，同时要求绝缘层薄而平整，以提高叠片的叠片系数。2.1涂层的种类及作用高级晶粒取向硅钢一般晶粒取向硅钢涂层种类T1T2T3T4T5成分无机质无机质无机质半有机有机颜色灰色灰色透明淡褐色淡褐色涂层厚度μm331.51~23层间电阻Ω·cm2/片≥30≥30＞3＞3＞5附着性B-E级B-E级B-C级A-B级A-B级冲片性一般优优防锈性良良一般优优耐热性在无氧化气氛中，能经受800℃的消除应力退火在无氧化气氛中，能经受800℃的消除应力退火在无氧化气氛中，能经受750℃的消除应力退火在无氧化气氛中，能经受700~750℃消除应力退火不宜进行消除应力退火耐蚀性晶粒无取向硅钢对于绝缘油漆、机器油和制冷介质均有较高的抗蚀性能钢种一般晶粒取向硅钢晶粒无取向硅钢晶粒无取向硅钢涂层分无机、有机、半有机涂层。主要起绝缘作用，也有防腐、改善性能，以及冲剪加工对模具和刀具起保护的作用。1、热轧硅钢片无涂层，主要以其表面氧化物作绝缘层，层间电阻较低；2、冷轧取向硅钢涂布无机涂层；3、冷轧无取向硅钢涂布有机涂层，有良好的冲片性，不能进行消除应力退火；涂布半有机涂层，能进行连续冲片，适合消除应力退火。4、冷轧半工艺型无取向硅钢不涂层，利用冲片后退火形成氧化膜做绝缘层。取向硅钢表面涂层取向硅钢，其沿轧向的磁性（即钢卷长度方向）磁性要远远好于横向，磁各向异性大。因此，特别适合于制造变压器铁芯。无取向硅钢纵横向性能有一定差异，磁各向异性小。适合用于制造电机一类旋转机铁芯电器。磁各向异性太大会引起电机震动及产生轴向电流烧坏轴承等。磁各向异性的影响可通过加工减少其影响。2.2磁各向异性磁性随时间而变化的现象称为磁时效。主要与钢中的杂质有关，如【C】、【N】等，要求电工钢在使用过程中随时间的增长而磁性不发生明显的变化，就要求钢质纯净。2.3磁时效性磁致伸缩性是磁性材料具有基本特性。即在外加磁场的作用下，材料的外型尺寸发生伸或缩。取向磁致伸缩大于无取向。磁致伸缩在使用中是有害的，它是电器产生噪声的主要因素，特别是对变压器制造。2.4磁致伸缩第三部分硅钢的生产、检验、牌号分类及用途一、硅钢生产的基本工艺流程1.1无取向硅钢铁水脱硫→真空处理→连铸→铸坯加热→热连轧→热轧卷送硅钢厂→酸轧→退火→涂层→精整→成品库*高牌号有两次轧制两次退火1.2取向硅钢铁水脱硫→转炉顶底复吹→真空处理(RH)→连铸(CC)→板坯加热→粗轧→精轧→热轧卷送硅钢厂→酸洗(常化)→冷轧→脱碳退火→涂MgO→高温退火→拉伸平整退火(涂敷绝缘涂层)→(刻痕处理)→剪切→包装入库*一般取向采用两次轧制、两次退火铁矿石煤烧结焦炉高炉钢包....热连轧机组热轧卷脱碳退火酸洗常化轧制转炉连铸高温退火拉伸退火及涂层激光刻痕成品精整分卷武钢HIB钢工艺流程二、硅钢产品的检验硅钢产品的磁性及厚度是通过成品机组在线连续检测，记录整卷性能曲线，并在机组出侧取卷头、尾样或剪切机组重取样送检，根据检测结果，比照在线连续检测曲线，进行硅钢产品的牌号判定。连续在线检测铁损和厚度记录曲线冷轧硅钢片各项性能检验表：类别单位无取向取向磁性能B8T▲B25T●B50T▲P1.0/50W/Kg●P1.5/50W/Kg▲P1.7/50W/Kg▲力学性能强度MPa●●延伸率%●●硬度●反弯次●▲涂层层间电阻Ω/c㎡●●附着性A、B…●●涂层厚度μm●叠装系数%▲▲注：●参考值▲保证值2.1硅钢产品测试的主要性能2.1.1磁性能执行标准：GBT3655-2008爱泼斯坦方圈试样：尺寸30mm*300mm无取向为纵横各半取向为纵向重量0.5公斤左右激光刻痕取向硅钢为500mm*500mm单片密度按牌号给定值※硅钢产品的性能执行GB/T2521-20082.1.2各项性能检测执行标准类别性能执行标准磁性能铁损GB/T3655-2008磁感力学性能强度GB/T228-2002延伸率反弯GB/T235-1999硬度GB/T4340.1-1999涂层层间电阻GB/T2522-2007叠装系数GB/T19289-2003三、武钢硅钢产品牌号分类及常用规格3.1牌号分类及常用规格：冷轧硅钢无取向硅钢取向硅钢高牌号低牌号一般取向钢HiB0.35mm＆0.50mm0.23mm~0.35mm特殊规格0.15、0.20、0.65~1.00mm□□□□G□□□表示公称厚度，数字是公称厚度的100倍WW表示武钢无取向；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铁损值，数字是铁损值的100倍3.2武钢产品牌号含义3.3冷轧硅钢片各牌号用途分类35WW230~35WW27035WW300~35WW36035WW40035WW44050WW250~50WW29050WW290~50WW35050WW40050WW470~50WW700大型电机★★★★★中型电机★★★小型电机★★微型电机★★密封电机★★★间歇电机★★中频电机★★整流器★★★★轭流圈★★继电器★★电磁开关★★大型电源变压器★★中小型电源变压器★★★★配电变压器★★调压器★★★★电抗器和磁放大器★★★★★中频变压器★★★互感器★★电视机变压