硅钢生产工艺基本知识

图 1-21 0.8%Si 无取向低硅钢(0.5㎜)的绝缘层与冲片的关系
2.3 钢板表面光滑、平整和厚度均匀 要求电工钢板表面光滑、平整和厚
度均匀,主要是为了提高铁芯片的叠片 系数.冲片系数是指一定的电工钢板叠 片的理论体积(按叠片重量和密度计算 出)与再一定压力下测定的实际体积比， 以百分数表示也就是净金属占铁芯体 积的百分数。叠片系数是衡量铁心实 际的紧密程度的一个量度。
2.9～ 3.3
0.50和 0.65
0.35和 0.50
0.20， 0.23， 0.27
0.30和 0.35
硅钢片又分为取向硅钢和无取向硅钢。 在化学成分的控制上，其方法各不相同。
取向硅钢对常规元素的含量要求极为 严格。同时对加入的有益夹杂元素要严 格控制在一定的范围之内。从而获得晶 粒取向度高、方向性强的高磁感、低铁 损的取向硅钢。
硅钢是电工用钢，主要用作 各种电机和变压器的铁芯、磁开 关、继电器、磁屏障、镇流器及 其他电器部件是电力、电子和军 工重要的软磁合金材料 。
目前的硅钢片生产中有两个突出的特 点：
一是，对硅钢的化学成分要求极为严 格，苛刻。
二是，生产方法已由60年代的前的热 轧生产转变为冷轧生产
1 电工钢板分类：
电工钢板的铁损pT
磁滞损耗Ph 涡流损耗PC 反常损耗PA
三部分。
电工钢板铁损PT 实测值大于上述 Pa+Pc 计算值，两者之差即为pa。在无取向低碳电 工钢和中抵牌号硅钢中，Ph占PT的75%～ 80%。无取向高牌号硅钢由于Si含碳量和晶 粒尺寸较大，Ph占PT的60%左右，Pa只占 10%～13%。取向硅钢晶粒更大。Ph只占 30%，Pa+Pc约占70%，而Pa可比Pc大1～ 2倍。
项目 热轧硅钢板 （无取向）
冷轧电工钢板
类
别
热轧低硅钢 （热轧电机钢）
热轧高硅钢 （热轧变压器钢） 无取向电工钢 低碳电工钢 （冷轧电机钢）
硅钢
取向硅钢 普通取向硅 （冷轧变压器钢）钢
高磁感取向 硅钢
硅 含 量 公称厚度
%
㎜
1.0～ 2.5
0.50
3.0～ 4.5
0.35和 0.50
≤0.5
0.5～ 3.2 2.9～ 3.3
无取向硅钢要求具有超低碳、超低硫、 高铝含量的纯净钢质，从而获得各向同 性的高磁感、低铁损无取向硅钢。
2. 对电工钢板性能的要求
一般要求电机、变压器和其它 电器部件效率高,耗电量少,体积小 和重量轻。电工钢板通常是以铁 损和磁感应强度作为产品磁性保 证值。电工钢板的性能要求如下：
2.1 铁芯损耗（PT）低 铁芯损耗是指铁芯在≥50Hz交变磁场下磁化 时所消耗的无效电能，称铁损，也称交变损 耗，其单位为 W/㎏。这种由于磁通变化受 到的阻碍而消耗的无耗电能,通过铁芯发热即 损耗的电量,有引起电机和变压器的温升。
4）附着性好。冲剪或消除应力退火后不 脱落 5）冲片性能好。有机或半有机涂层在冲 片时起润滑作用，明显wenku.baidu.com高冲片性。 6）内腐蚀性和防锈性好。与变压器或佛 里昂不起化学反应。 7）焊接性能好。铁芯焊接时焊缝中不产 生气泡。
热轧硅钢表面一般不涂绝缘膜，用户 冲片后再涂涂绝缘漆，但耐热性差，焊接 性差。绝缘膜较厚（每面为2～3μm）， 使叠片系数低1%～2%
叠片系数主要与以下因素有关：
1）钢板的平整度 2）钢板的厚度偏差 3）表面绝缘膜和厚度均匀性 4）选用的钢板厚度（钢板越厚，叠 片系数越高）
5）装配时铁心压紧程度。
2.4 绝缘膜性能好 为防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗，
电工钢板表面涂一层无机盐+有机盐的半有机 绝缘膜。
对绝缘膜的要求： 1）耐热性好。（750～800℃消除应力退火时不 破坏） 2）绝缘膜薄且均匀厚度为1.5μm,此时叠片系 数降低0.5%～1.0% 3）间层电阻高.一般为5～50Ω·cm2/片。取向 钢由于是两层绝缘膜层间电阻在30～ 120Ω·cm2/片范围内（适合用于大变压器和汽 轮发机）
由图1-22可看出，电工钢板中碳氮含量小于 0.0035%时, 磁时效明显减少。硅有排斥碳 原子促进退火时脱碳的作用。硅和铝降低碳 和氮在α- Fe中的扩散速度，并与氮化合成 Si3N4和AIN，所以减轻磁时效。例如含3% Si时，钢板中C≤0.0035% 无磁时效.当 Si≤0.18%时,C≤0.002% 无磁时效。氧可 间接促进磁时效，因为氧使α- Fe中的扩散速 度加快，并与硅和铝形成氧化物，从而减弱 它们固定氮的作用。
冷轧无取向硅钢的铁损比硅含量
相同的热轧硅钢低10%～20%，相 当于硅钢提高0.5～1.0的热轧硅钢铁 损值。
对于国内来说，用1万吨热轧硅钢制 成的电机比1万吨冷轧无取向硅钢制 成的电机，一年约多耗电1亿度。
2.2 冲片性能良好
对电工钢冲片性没有统一的测试方法。 成品的反复弯曲次数可作为间接考核 冲片性能的指标。也可以按照模具磨 损情况，例如以磨损掉0.025㎜为标 准的冲片数来判断.对微小电机用的钢 板以冲片毛刺达到0.05㎜高度为止的 高速冲床实际冲片数来判断.
图1-22 3%Si钢时效后对铁损变坏率(a )和氮对矫顽力增 高( b)的影响
碳和氮在α-Fe中的扩散系数Da与温度的关
系如下
DCa
0.02exp( 20100) RT
a
18200
DN 0.03exp(
)
RT
因为碳和氮在α- Fe中的扩散激活能 低，固溶度小，在冷到700～500℃时 碳变为过饱和状态；而氮在300℃以下 一变为过饱和状态。碳的扩散系数在 720℃时为10-6㎝2/℃，500℃时为 5×10-8㎝2/℃; 而氮的扩散系数在 300℃以下时为10≤10-10㎝2℃比碳低 2～4个数量级.同时在室温下氮在αFe中固溶度比碳低的多,所以氮对磁时 效影响更大。
2.5 磁时效现象小 铁磁材料的磁性随使用时间而变化的现
象称为磁时效。这种现象主要是材料中的 碳和氮等杂质元素引起的。电工钢在高温 下碳氮的固溶度高，而从高温较快冷却时 多余的碳和氮来不及析出而形成过饱和固 溶体。铁芯在长期运转时，特别是在温度 升高到50～80℃时，多余的碳和氮原子就 以小弥散的ε碳化物和Fe16N4质点析出， 从而使H2和Pt增高