硅鋼片普及知識.doc

硅鋼（silicon steel） 含硅量0.54.8的鐵硅合金。是電工領域廣泛使用的一種軟磁材料。電工用硅鋼常軋制成標準尺寸的大張板材或帶材使用，俗稱硅鋼片，廣泛用于電動機、發(fā)電機、變壓器、電磁機構、繼電器電子器件及測量儀表中。 硅是鋼的良好脫氧劑，它與氧結合，使氧轉變?yōu)榉€(wěn)定的不為碳還原的SiO2，避免了因氧原子摻雜而使鐵的晶格畸變。硅在鐵中成為固溶體后使電阻率增加，同時有助于將有害雜質碳分離出來。因此，一般含雜質的鐵加入硅后能提高磁導率、降低矯頑力和鐵損。但含硅量增加又會使材料變硬變脆，導熱性和韌性下降，對散熱和機械加工不利，故一般硅鋼片的含硅量不超過4.5。 硅鋼片分冷軋、熱軋兩種，使用較多的是冷軋硅鋼片。冷軋硅鋼片沿軋制方向有優(yōu)良的磁性能，不僅在強磁場中具有高飽和磁通密度和低鐵損，而且在弱磁場中也有良好的磁性(初始磁導率大)。這是由于冷軋工藝過程使鋼片中雜質含量降低，并在鋼片中造成粗大晶粒，致使磁導率增大，磁滯損耗減小。 硅鋼片的主要品質特性有鐵損值、磁通密度、硬度、平坦度、厚度均勻性、涂膜種類及沖片性等。以下針對各項品質特性加以說明。1.鐵損值 硅鋼片在某一特定頻率的交流磁場下，磁化到特定的磁通密度時，每單位重量之硅鋼片所損失的能量，稱為鐵損值。通常所用的交流磁場頻率為50或60赫茲，而所達到的磁通密度通常為1.5或1.7特斯拉。常用的鐵損值單位是每公斤或每磅硅鋼片所損失的瓦特值，用Watt/kg或Watt/lb表示。硅鋼片的鐵損值來源包括磁滯損、渦電流損和異常渦電流損三部份。硅鋼片在磁化的過程中，會產生磁滯的現(xiàn)象。磁滯損即為B-H磁滯曲線所包涵的面積。硅鋼片的渦電流損起源于在交流變化的磁場，因法拉第定理的影響，硅鋼片內部產生誘導電壓，依照奧姆定律，電壓在硅鋼片內部引起誘導電流，進而造成硅鋼片的焦耳熱，這項能源損失稱為渦電流損。根據古典電磁學理論，渦電流損和鋼片的厚度、電阻系數(shù)、磁通密度和頻率有關。而渦電流損和鋼片厚度的平方成正比，和鋼片的電阻系數(shù)成反比，因此，高級的硅鋼片，其厚度傾向較薄，而為了提高鋼片的電阻系數(shù)，則在硅鋼片中添加硅、鋁等元素。鐵損值減去磁滯損和渦電流損后的能源損失，稱為異常渦電流損。學者認為異常渦電流損是由于磁域移動和轉動所引起的微觀渦電流損失，因此，異常渦電流損和磁域大小有關。若硅鋼片的磁域大，當磁化時，其旋轉較快，微觀渦電流損失增加。鐵損值是硅鋼片最重要的性質指標，也是各種工業(yè)標準對硅鋼片分級的規(guī)格依據。鐵損值愈低，表示品級愈高，其能源效率愈高。2.磁通密度 磁通密度是硅鋼片的另一項重要的電磁特性，它表示硅鋼片被磁化的難易度。在某一特定頻率之磁場強度下，單位面積所通過的磁通量，稱為磁通密度。通常硅鋼片的磁通密度是在頻率50或60赫茲，外加磁場5000A/m的條件下測得，稱為B50，其單位為特斯拉(Tesla)。磁通密度和硅鋼片的集合組織、雜質、內部應力等因素有關。磁通密度直接影響到馬達、變壓器等電機設備的能源效率。磁通密度愈高，單位面積所通過的磁通量愈大，能源效率愈佳，因此，硅鋼片的磁通密度愈高愈好，通常，規(guī)格只要求磁通密度的最低值。3.硬度 硬度是硅鋼片的品質特性之一，現(xiàn)代化的自動沖床進行沖片時，對硬度的要求更為嚴格，硬度太低時，不利于自動沖床的送料作業(yè)，同時容易產生過長的毛邊，增加組裝時的困難。為了滿足上述需求，硅鋼片的硬度必須高于某一硬度值，例如，50AI300硅鋼片之硬度通常以不低于HR30T硬度值47為宜。硅鋼片的硬度隨著品級升高而增加，通常，高品級的硅鋼片，其硅含量添加愈多，合金固溶強化的效果，使得硬度也愈高。4.平坦度 平坦度是硅鋼片的重要品質特性。良好的平坦度有利于沖片作業(yè)和組裝工作。平坦度和軋延及退火技術有直接密切的關系，提升軋延退火技術和制程有利于平坦度，例如使用連續(xù)退火裂程，其平坦度優(yōu)于批式退火制程者。5.厚度均勻性 厚度均勻性是硅鋼片一項非常重要的品質特性。如果的厚度均勻性不良，鋼片中央與邊緣的厚度差異太大，或鋼片長度方向鋼片厚度變異太大，都會影響到組裝后的鐵心厚度。不同的鐵心厚度，其導磁特性變異也大，直接影響到馬達、變壓器的特性，因此，硅鋼片的厚度變異愈小愈好。鋼片的厚度均勻性和熱軋、冷軋技術與制程有密切的開系，提升軋延技術能力才能降低鋼片的厚度變異量。6.涂膜 涂膜是硅鋼片很重要的品質項目。硅鋼片表面經化學涂覆處理，而附著一層薄膜，可提供絕緣、防銹和潤滑的功能。絕緣性使硅鋼片鐵心迭片間的渦電流損失降低;防銹性避免鋼片在加工、儲藏過程中生銹;潤滑性可改善硅鋼片的沖片性及提升模具的壽命。7.沖片性沖片性是硅鋼片很重要的品質特性之一。良好的沖片性使模具的壽命加長，降低沖片的毛邊。沖片性和硅鋼片的涂膜種類及硬度有直接的關系。有機型涂膜的沖片性較佳，新發(fā)展的涂膜種類，主要在改善硅鋼片的沖片性。此外，鋼片的硬度太低會造成較嚴重的毛邊，不利于沖片;但硬度太高，則減少模具的壽命;因此，硅鋼片的硬度必須控制在一適當范圍。硅鋼分類：熱軋硅鋼片： 熱軋硅鋼片是將Fe-Si合金用平爐或電爐熔融，進行反復熱軋成薄板，最后在800-850退火后制成。熱軋硅鋼片主要用于發(fā)電機的制造，故又稱熱軋電機硅鋼片，但其可利用率低，能量損耗大，近年相關部門已強冷要求淘汰。冷軋無取向硅鋼片： 冷軋無取向硅鋼片最主要的用途是用于發(fā)電機制造，故又稱冷軋電機硅鋼。其含硅量0.5%-3.0%，經冷軋至成品厚度,供應態(tài)多為0.35mm和0.5mm厚的鋼帶。冷軋無取向硅鋼的Bs高于取向硅鋼；與熱軋硅鋼相比，其厚度均勻，尺寸精度高，表面光滑平整，從而提高了填充系數(shù)和材料的磁性能。冷軋取向硅鋼片： 冷軋取向硅鋼帶最主要的用途是用于變壓器制造，所以又稱冷軋變壓器硅鋼。與冷軋無取向硅鋼相比，取向硅鋼的磁性具有強烈的方向性；在易磁化的軋制方向上具有優(yōu)越的高磁導率與低損耗特性。取向鋼帶在軋制方向的鐵損僅為橫向的1/3，磁導率之比為6：1，其鐵損約為熱軋帶的1/2，磁導率為后者的2.5倍。涂層： 取向硅鋼表面絕緣涂層分成有機涂層、無機涂層和半無機涂層三大類。無機涂層的基本成分是磷酸鹽涂料 和磷酸鋁基涂料 中添加膠態(tài)二氧化硅、氧化鎂和硼酸。無機涂層具有良好的耐熱和焊接性能，但其沖制性和粘結性不佳。半無機涂層基本成分為磷酸鹽、鉻酸鹽、乳膠樹脂溶液、彌散促進劑和表面活性劑，其中彌散促進劑和表面活性劑對涂層的質量具有重要作用。半無機涂層具有良好的沖制性和粘結性，但其耐熱性和焊接性不及無機涂層。A涂層 A涂層為半有機薄涂層，具有優(yōu)良的沖片性、耐腐蝕性、耐氟利昂性以及高層間電阻，尤其是焊接性能，適應于中、小型電機、家用電器 馬達及小型變壓器EI鐵芯，相當于川鐵的A1涂層及武鋼的T4涂層。H涂層 H涂層為半有機厚涂層，具有優(yōu)良的沖片性、耐腐蝕性、耐氟利昂性以及高層間電阻，適應于中、小型電機。相當于川鐵的A1涂層及武鋼的T4涂層。D涂層 D涂層為無機涂層，這種涂層具有優(yōu)良的焊接性和耐熱性，適應于中、小電機，尤其適應在較高溫度下進行消除應力退火使用。相當于AISI的C-4涂層及武鋼的T3涂層。 除非特殊說明，鋼種設計的表面絕緣涂層均為A涂層。變壓器由于鐵芯而造成的能量損耗稱為鐵損，鐵損包括兩部分，磁滯損耗和渦流損耗磁滯損耗是由于鐵芯在反復磁化過程中，“內摩擦”而造成的損耗，它與鐵芯材料的性質（導磁率，矯頑力）有關渦流損耗是由于鐵芯中產生的感生電流-渦電流產生焦耳熱而造成的損耗，采用涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊成的鐵芯可以大大減少渦流損失鐵損的大小除與鐵芯本身有關外，還與電源電壓的大小有關當電源電壓一定時，鐵損基本上是恒定量，與負載電流的大小、性質無關，因此鐵損基本上等于它的空載損失1、中國牌號表示方法：（1）冷軋無取向硅鋼帶（片）表示方法：DW+鐵損值（在頻率為50HZ，波形為正弦的磁感峰值為1.5T的單位重量鐵損值。）的100倍+厚度值的100倍。如DW470-50表示鐵損值為4.7w/kg，厚度為0.5mm的冷軋無取向硅鋼，現(xiàn)新型號表示為50W470。（2）冷軋取向硅鋼帶（片）表示方法：DQ+鐵損值（在頻率為50HZ，波形為正弦的磁感峰值為1.7T的單位重量鐵損值。）的100倍+厚度值的100倍。有時鐵損值后加G表示高磁感。如DQ133-30表示鐵損值為1.33，厚度為0.3mm的冷軋取向硅鋼帶（片），現(xiàn)新型號表示為30Q133。（3）熱軋硅鋼板熱軋硅鋼板用DR表示，按硅含量的多少分成低硅鋼（含硅量2.8%）、高硅鋼（含硅量2.8%）。表示方法：DR+鐵損值（用50HZ反復磁化和按正弦形變化的磁感應強度最大值為1.5T時的單位重量鐵損值）的100倍+厚度值的100倍。如DR510-50表示鐵損值為5.1，厚度為0.5mm的熱軋硅鋼板。家用電器用熱軋硅鋼薄板的牌號用JDR+鐵損值+厚度值來表示，如JDR540-502、日本牌號表示方法：（1）冷軋無取向硅鋼帶由公稱厚度（擴大100倍的值）+代號A+鐵損保證值（將頻率50HZ，最大磁通密度為1.5T時的鐵損值擴大100倍后的值）。如50A470表示厚度為0.5mm，鐵損保證值為4.7的冷軋無取向硅鋼帶。（2）冷軋取向硅鋼帶由公稱厚度（擴大100倍的值）+代號G：表示普通材料，P：表示高取向性材料+鐵損保證值（將頻率50HZ，最大磁通密度為1.7T時的鐵損值擴大100倍后的值）。如30G130表示厚度為0.3mm，鐵損保證值為1.3的冷軋取向硅鋼帶。、熱軋電工硅鋼片新舊牌號對照表序號 新牌號 舊牌號 厚度/1 DR530-50 D22 0.52 DR510-50 D23 0.53 DR490-50 D24 0.54 DR450-50 0.55 DR420-50 0.56 DR400-50 0.57 DR440-50 D31 0.58 DR405-50 D32 0.59 DR360-50 D41 0.510 DR315-50 D42 0.511 DR290-50 D43 0.512 DR265-50 D44 0.513 DR360-35 D31 0.3514 DR325-35 D32 0.3515 DR320-35 D41 0.3516 DR280-35 D42 0.3517 DR255-35 D43 0.3518 DR225-35 D44 0.3519 DR1750G-35 DG44 0.3520 DR1250G-20 DG44 0.2021 DR1100G-10 DG44 0.10硅鋼片鐵芯沖片消除應力退火 冷軋電工鋼帶片（硅鋼片），在沖剪和彎曲等加工過程中，產生機械應力和應變，導致磁性惡化，鐵損可增大，因此冷軋電工鋼帶片（硅鋼片）在經加工后，進行消除應力退火，可以消除機械應力和應變，恢復材料原有的磁性?，F(xiàn)將消除應力退火有關事項介紹如下：1、 退火溫度溫度不宜選得過高，以能夠恢復到原磁性水平為限。退火溫度偏高，固然可以進一步改善磁性，但相應會影響絕緣涂層或使疊片粘結。冷軋取向電工鋼帶（取向硅鋼片）一般選用80010。冷軋無取向電工鋼片（無取向硅鋼片）選用700-750，退火溫度高于750，應嚴格控制爐內保護氣氛為無氧化氣氛。2、退火時間指爐內溫度達到設定退火溫度后的保溫時間。實際退火時間是根據退火方式、退火爐型、裝爐量、裝爐方式以及鐵芯尺寸等因素而定。為了防止在加熱和冷卻過程中，由于熱應力導致鐵芯沖片變形，必須適當控制加熱速度和冷卻速度。加熱方式最好選用從鐵芯沖片側面加熱，以實現(xiàn)均勻快速加熱。冷卻速度視裝爐量而定，應低于30/時，裝爐量更大時，還應該更低些。3、退火氣氛選用以鐵芯沖片不氧化、不滲碳和電工鋼帶片（硅鋼片）表面絕緣涂層無明顯惡化為原則。最好選用含氫2-10%的氫氮混合氣體。加入少量的氫可確保鐵芯沖片不氧化。保護氣體中的露點一般應在0以下。4、嚴防滲碳和氧化冷軋電工鋼帶片（冷軋硅鋼片）含碳量一般小于0.003%，因此在消除應力退火時，必須嚴防滲碳，以免惡化磁性。爐用材料，如爐罩、底版應選用低碳鋼材，沖片表面的殘余油脂，應在退火前清除