電工鋼

電工鋼除上表品種類別外，還有一些特殊用途的電工鋼板，如0.15和0.20mm厚3%Si冷軋無取向硅鋼薄帶和0.025、0.05及0.1mm厚3%Si冷軋取向硅鋼薄帶，用作中、高頻電機(jī)和變壓器以及脈沖變壓器等；繼電器和電力開關(guān)用的0.7mm厚3%Si高強(qiáng)度冷軋無取向硅鋼板；新型高轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)子用的高強(qiáng)度冷軋電工鋼板；醫(yī)用核磁共振斷層掃描儀等磁屏蔽和高能加速器電磁鐵用的低碳電工鋼熱軋厚板和冷軋板；高頻電機(jī)和變壓器以及磁屏蔽用的4.5%~6.5%Si高硅鋼板等。

一般要求電機(jī)、變壓器和其他電器部件效率高，耗電量少，體積小和重量輕。電工鋼板通常是以鐵芯損耗和磁感應(yīng)強(qiáng)度作為產(chǎn)品磁性保證值[1] 。對(duì)電工鋼板性能的要求如下：

鐵芯損耗（PT）低

鐵芯損耗是指鐵芯在≥50Hz交變磁場下磁化時(shí)所消耗的無效電能，簡稱鐵損，也稱交變損耗，其單位為W/kg。這種由于磁通變化受到各種阻礙而消耗的無效電能，通過鐵芯發(fā)熱既損失掉電能，又引起電機(jī)和變壓器的溫升。電工鋼的鐵損（PT）包括磁滯損耗、渦流損耗（Pe）和反常損耗（Pa）三部分。電工鋼板鐵損低，既可節(jié)省大量電能，又可延長電機(jī)和變壓器工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，并簡化冷卻裝置。由于電工鋼板的鐵損所造成的電量損失占各國全年發(fā)電量的2.5%~4.5%，因此各國生產(chǎn)電工鋼板總是千方百計(jì)設(shè)法降低鐵損，并以鐵損作為考核產(chǎn)品磁性的最重要指標(biāo)，按產(chǎn)品的鐵損值作為劃分產(chǎn)品牌號(hào)的依據(jù) 。

磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）高

磁感應(yīng)強(qiáng)度是鐵芯單位截面積上通過的磁力線數(shù)，也稱磁通密度，它代表材料的磁化能力，單位為T。電工鋼板的磁感應(yīng)強(qiáng)度高，鐵芯的激磁電流（也稱空載電流）降低，銅損和鐵損都下降，可節(jié)省電能。當(dāng)電機(jī)和變壓器功率不變時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度高，設(shè)計(jì)Bm可提高，鐵芯截面積可縮小，這使鐵芯體積減小和重量減輕，并節(jié)省電工鋼板、導(dǎo)線、絕緣材料和結(jié)構(gòu)材料用量，可降低電機(jī)和變壓器的總損耗和制造成本，并且有利于大變壓器和大電機(jī)的制造、安裝和運(yùn)輸。

取向硅鋼設(shè)計(jì)Bm高達(dá)1.7~1.80T，接近B8值，因此以B8作為磁感保證值。電機(jī)設(shè)計(jì)Bm約為1.5T，接近冷軋無取向電工鋼B50值，因此冷軋無取向硅鋼以B50作為磁感保證值。熱軋硅鋼的磁感更低，通常以B25作為保證值。

對(duì)磁各向異性的要求

電機(jī)是在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作，鐵芯是用帶齒圓形沖片疊成的定子和轉(zhuǎn)子組成，要求電工鋼板為磁各向同性，因此用無取向冷軋電工鋼或熱軋硅鋼制造。一般要求縱橫向鐵損差值<8%，磁感差值<10%。

變壓器是在靜止?fàn)顟B(tài)下工作。大中型變壓器鐵芯是用條片疊成，一些配電變壓器、電流和電壓互感器以及脈沖變壓器是用卷繞鐵芯制造，這樣可保證沿電工鋼板軋制方向下料和磁化，因此都用冷軋取向硅鋼制造。

沖片性良好

用戶使用電工鋼板時(shí)沖剪工作量很大，因此要求電工鋼板應(yīng)具有良好的沖片性，這對(duì)微、小型電機(jī)尤為重要。沖片性好可以提高沖模和剪刀壽命，保證沖剪片尺寸精確以及減小沖剪片毛刺。

影響沖片性的因素主要有：1）沖?；蚣舻恫牧?。如硬質(zhì)合金沖模的沖片性比工具鋼沖模提高一倍以上。2）沖頭與沖模的間距。合適的間距一般為鋼板厚度的5%~6%。3）沖片用潤滑油種類。4）沖片形狀。5）鋼板表面絕緣膜種類和質(zhì)量。6）鋼板的硬度等。后兩個(gè)因素與電工鋼板質(zhì)量有關(guān)。

鋼板表面光滑、平整和厚度均勻

要求電工鋼板表面光滑、平整和厚度均勻，主要是為了提高鐵芯的疊片系數(shù)。疊片系數(shù)高可使鐵芯有效利用空間增大，空氣隙減小，使激磁電流減小。電工鋼板的疊片系數(shù)每降低1%相當(dāng)于鐵損增高2%，磁感降低1%。

絕緣薄膜性能好

為防止鐵芯疊片間發(fā)生短路而增大渦流損耗，冷軋電工鋼板表面涂一薄層無機(jī)鹽或無機(jī)鹽 有機(jī)鹽的半有機(jī)絕緣膜。對(duì)絕緣膜有以下要求：1）耐熱性好。在750~800℃消除應(yīng)力退火時(shí)不會(huì)破壞。2）絕緣膜薄且均勻。3）層間電阻高。4）附著性好。5）沖片性好。6）耐蝕性和防銹性好。7）焊接性好。用途不同，對(duì)絕緣膜的要求也有差異。

磁時(shí)效現(xiàn)象小

鐵磁材料的磁性隨使用時(shí)間而變化的現(xiàn)象稱為磁時(shí)效。這種現(xiàn)象主要是材料中碳和氮等雜質(zhì)元素引起的。電工鋼板中碳和氮含量小于0.0035%時(shí)，磁時(shí)效明顯減小。

全世界電工鋼的總產(chǎn)量約700萬噸。當(dāng)前，特別這幾年隨著中國電力、電器工業(yè)的迅猛發(fā)展，中國的硅鋼片需求量快速增加，2004年的消費(fèi)量幾乎已占全世界硅鋼片產(chǎn)量的一半，導(dǎo)致中國的硅鋼產(chǎn)量進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期，但仍然無法滿足國內(nèi)需求，2004年進(jìn)口硅鋼片164萬噸。

電工鋼已有上百年的歷史，電工鋼包括Si<0.5%電工鋼和Si含量 0.5~6.5%的硅鋼兩類，主要用作各種電機(jī)、變壓器和鎮(zhèn)流器鐵芯，是電力、電子和軍事工業(yè)中不可缺少的重要軟磁合金。電工鋼在磁性材料中用量最大，也是一種節(jié)能的重要金屬功能材料。電工鋼，特別是取向硅鋼的制造工藝和設(shè)備復(fù)雜，成分控制嚴(yán)格，制造工序長，而且影響性能的因素多，因此常把取向硅鋼產(chǎn)品質(zhì)量看作是衡量一個(gè)國家特殊鋼制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志，并獲得特殊鋼中“藝術(shù)產(chǎn)品”的美稱。

熱軋硅鋼發(fā)展階段（1882~1955年）

鐵的磁導(dǎo)率比空氣的磁導(dǎo)率高幾千到幾萬倍，鐵芯磁化時(shí)磁通密度高，可產(chǎn)生遠(yuǎn)比外加磁場更強(qiáng)的磁場。普通熱軋低碳鋼板是工業(yè)上最早應(yīng)用的鐵芯軟磁材料。1886年美國Westinghouse電氣公司首先用雜質(zhì)含量約為0.4%的熱軋低碳鋼板制成變壓器疊片鐵芯。1890年已廣泛使用0.35mm厚熱軋低碳鋼薄板制造電機(jī)和變壓器鐵芯。但由于低碳鋼電阻率低，鐵芯損耗大；碳和氮含量高，磁時(shí)效嚴(yán)重。1882年英國哈德菲爾特開始研究硅鋼，1898年發(fā)表了4.4%Si-Fe合金的磁性結(jié)果。1903年美國取得哈德菲爾特專利使用權(quán)。同一年美國和德國開始生產(chǎn)熱軋硅鋼板。1905年美國已大規(guī)模生產(chǎn)。在很短時(shí)間內(nèi)全部代替了普通熱軋低碳鋼板制造電機(jī)和變壓器，其鐵損比普通低碳鋼低一半以上。1906~1930年期間，是生產(chǎn)廠與用戶對(duì)熱軋硅鋼板成本、力學(xué)性能和電機(jī)、變壓器設(shè)計(jì)制造改革方面統(tǒng)一認(rèn)識(shí)、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和提高產(chǎn)量的階段。

冷軋電工鋼發(fā)展階段（1930~1967年）

此階段主要是冷軋普通取向硅鋼（GO）板的發(fā)展階段。1930年美國高斯采用冷軋和退火方法開始進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，摸索晶粒易磁化方向<001>平行于軋制方向排列的取向硅鋼帶卷制造工藝。1933年高斯采用兩次冷軋和退火方法制成沿軋向磁性高的3%Si鋼，1934年申請(qǐng)專利并公開發(fā)表。1935年Armco鋼公司按高斯專利技術(shù)與Westinghouse電氣公司合作進(jìn)行生產(chǎn)。之后，Armco鋼公司采用快速分析微量碳等技術(shù)和不斷改進(jìn)制造工藝及設(shè)備，使產(chǎn)品質(zhì)量逐步提高。直到1958年在掌握MnS抑制劑和板坯高溫加熱兩個(gè)前工序制造工藝后，制造取向硅鋼的專利技術(shù)已基本完善，產(chǎn)品磁性大幅度提高且穩(wěn)定。1959年開始生產(chǎn)0.30mm厚產(chǎn)品，1963年生產(chǎn)0.27mm產(chǎn)品。40年代初，Armco鋼公司開始生產(chǎn)冷軋無取向硅鋼板。1963~1967年期間，英國、日本等國家陸續(xù)停止生產(chǎn)熱軋硅鋼板。熱軋硅鋼板逐步被冷軋無取向電工鋼和冷軋取向硅鋼板所代替。

高磁感取向硅鋼發(fā)展階段（1961~1994年）

1961年，新日鐵在引進(jìn)Armco專利基礎(chǔ)上，首先試制AlN MnS綜合抑制劑的高磁感取向硅鋼。1964年開始試生產(chǎn)并命名為Hi-B，但磁性不穩(wěn)定。經(jīng)過15年的持續(xù)改進(jìn)，Hi-B鋼制造工藝已日臻完善，并于1968年正式生產(chǎn)Z8H牌號(hào)。從1979年開始，新日鐵和川崎公司采用提高硅含量、減薄產(chǎn)品鋼帶厚度和細(xì)化磁疇技術(shù)，陸續(xù)生產(chǎn)了0.30、0.27、0.23及0.18mm高磁感取向硅鋼新牌號(hào)。

電工鋼冶煉

硅鋼主要用氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉（也可用電弧爐冶煉），配合鋼水真空處理和AOD技術(shù)（見爐外精煉，采用模鑄或連鑄法。根據(jù)不同的用途，冶煉時(shí)改變硅（0.5～4.5%）和鋁（0.2～0.5%）含量以滿足不同磁性的要求。高牌號(hào)硅鋼片的硅和鋁量相應(yīng)提高。碳、硫和夾雜物盡量減少。

電工鋼軋制

冷軋硅鋼片的磁性、表面質(zhì)量、填充系數(shù)和沖片性比熱軋硅鋼片好，并可成卷生產(chǎn)，所以從60年代開始有些國家已停止生產(chǎn)熱軋硅鋼片。中國采用約 900℃低溫一次快速熱軋和氫氣保護(hù)下成垛退火方法制造熱軋硅鋼片，成材率較高，成品表面質(zhì)量和磁性都較好。

電工鋼酸洗

通過除鱗機(jī)與鹽酸罐，除去熱軋鋼帶的氧化物，以防止冷軋成品表面的缺陷。

電工鋼冷軋

為了確保不同用途的厚度與材質(zhì)，將減速比例設(shè)在40%-90%，并為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)厚度控制、自動(dòng)形狀控制等先進(jìn)的控制設(shè)備。

電工鋼退火

是軟化冷沖壓工程中硬化了的鋼帶材質(zhì)的工程。通過金屬加熱及急速冷卻，生產(chǎn)深加工用鋼及高張力鋼，并采用裝箱（罩退）退火與連續(xù)退火法。

電工鋼絕緣涂層

將硅鋼板加工成鐵芯時(shí)，為改善其加工性能并防止相當(dāng)于鋼板厚度自乘的渦電流損失，采用連續(xù)涂鍍?cè)O(shè)備，在鋼板上下面噴射絕緣涂液。

化學(xué)成分的影響

電工鋼成分組成基本包括三大類元素。第一類為基本合金元素，如Si、Al、Mn等；第二類為雜質(zhì)元素，如C、S、N、O、Ti、Zr 等；第三類為微量元素如Sb、Sn等。

第一類元素的影響

Si、Al、Mn是有益的合金元素，可使鐵的磁各向異性常數(shù)K1和飽和磁滯伸縮常數(shù)λs值降低，磁化更容易，所以Ph降低。另外這些元素還可提高電阻率，使Pe降低。因此提高第一類元素的含量可以明顯降低鐵損。但當(dāng)這些元素含量太高時(shí)，材料變得既硬又脆而無法冷加工。

第二類元素的影響

C、S、N、O、Ti、Zr等為有害元素，這些元素的存在可在鋼中形成細(xì)小彌散的碳化物、硫化物、氮化物及氧化物，阻礙成品退火時(shí)晶粒長大，對(duì)磁性能不利，因此要求鋼中這類元素的含量越低越好。

第三類元素的影響

在無取向硅鋼中添加少量的Sb、Sn，可以改善無取向電工鋼再結(jié)晶退火后的織構(gòu)，使（100）和（110）有利織構(gòu)組分明顯增加，使（111）不利織構(gòu)組分明顯減弱，從而降低鐵損，提高磁感。添加少量的此類元素，還可以抑制內(nèi)氧化層和氮化層的形成，改善磁性。

晶粒尺寸

晶粒尺寸大，晶界數(shù)量少，疇壁移動(dòng)的阻力小，磁滯損耗降低。另一方面，晶粒尺寸大，磁疇尺寸增大，渦流損耗和反常損耗都增加。因此為了降低總鐵損有一個(gè)合適的臨界晶粒尺寸。

雜質(zhì)、夾雜物和內(nèi)應(yīng)力

無取向電工鋼中夾雜物和雜質(zhì)元素應(yīng)盡量降低，這是提高磁性的最重要措施。它們不僅阻礙疇壁移動(dòng)使磁滯損耗和矯頑力增高，同時(shí)為了降低其周圍靜磁能而產(chǎn)生了閉合疇使磁化困難。它們對(duì)晶粒長大和織構(gòu)組分也有很壞的影響。電工鋼板中存在任何內(nèi)應(yīng)力都使矯頑力增高。

晶體織構(gòu)

在取向硅鋼中，提高B8使磁滯損耗明顯降低。對(duì)無取向電工鋼來說，（100）面織構(gòu)高，磁滯損耗和P15最低，（110）織構(gòu)次之，（111）織構(gòu)最差。

鋼板厚度

一般來說，鋼板厚度減薄，磁滯損耗增高。但厚度減薄，渦流損耗明顯降低。因此對(duì)總鐵損來說也有一個(gè)合適的臨界厚度。

鋼板表面狀態(tài)

鋼板表面平整光潔，表面自由磁極減少，靜磁能降低，疇壁移動(dòng)阻力減小，則磁滯損耗和矯頑力降低。

電工鋼亦稱硅鋼片，是電力、電子和軍事工業(yè)不可缺少的重要軟磁合金，亦是產(chǎn)量最大的金屬功能材料，主要用作各種電機(jī)、發(fā)電機(jī)和變壓器的鐵芯。它的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，制造技術(shù)嚴(yán)格，國外的生產(chǎn)技術(shù)都以專利形式加以保護(hù)，視為企業(yè)的生命。電工鋼板的制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量是衡量一個(gè)國家特殊鋼生產(chǎn)和科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。我國冷軋電工鋼數(shù)量、質(zhì)量、規(guī)格牌號(hào)，還不能滿足能源（電力）工業(yè)發(fā)展的需求，在生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備、管理及科研等方面與日本相比，存在較大差距。

編輯

全世界電工鋼的總產(chǎn)量約700萬噸。當(dāng)前，特別這幾年隨著中國電力、電器工業(yè)的

迅猛發(fā)展，中國的硅鋼片需求量快速增加，2004年的消費(fèi)量幾乎已占全世界硅鋼片產(chǎn)量的一半，導(dǎo)致中國的硅鋼產(chǎn)量進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期，但仍然無法滿足國內(nèi)需求，2004年進(jìn)口硅鋼片164萬噸。

電工鋼已有上百年的歷史，電工鋼包括Si<0.5%電工鋼和Si含量 0.5~6.5%的硅鋼兩類，主要用作各種電機(jī)、變壓器和鎮(zhèn)流器鐵芯，是電力、電子和軍事工業(yè)中不可

缺少的重要軟磁合金。電工鋼在磁性材料中用量最大，也是一種節(jié)能的重要金屬功能材料。電工鋼，特別是取向硅鋼的制造工藝和設(shè)備復(fù)雜，成分控制嚴(yán)格，制造工序長，而且影響性能的因素多，因此常把取向硅鋼產(chǎn)品質(zhì)量看作是衡量一個(gè)國家特殊鋼制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志，并獲得特殊鋼中“藝術(shù)產(chǎn)品”的美稱。

無取向電工鋼板是指晶粒無取向的電工鋼板。這種電工鋼板的軋向和橫向磁性大致相同，主要用于電機(jī)。