硅鋼片普及知識(shí).doc

硅鋼（silicon steel） 含硅量0.54.8的鐵硅合金。是電工領(lǐng)域廣泛使用的一種軟磁材料。電工用硅鋼常軋制成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的大張板材或帶材使用，俗稱硅鋼片，廣泛用于電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、電磁機(jī)構(gòu)、繼電器電子器件及測(cè)量?jī)x表中。 硅是鋼的良好脫氧劑，它與氧結(jié)合，使氧轉(zhuǎn)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(shí)有助于將有害雜質(zhì)碳分離出來。因此，一般含雜質(zhì)的鐵加入硅后能提高磁導(dǎo)率、降低矯頑力和鐵損。但含硅量增加又會(huì)使材料變硬變脆，導(dǎo)熱性和韌性下降，對(duì)散熱和機(jī)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(qiáng)磁場(chǎng)中具有高飽和磁通密度和低鐵損，而且在弱磁場(chǎng)中也有良好的磁性(初始磁導(dǎo)率大)。這是由于冷軋工藝過程使鋼片中雜質(zhì)含量降低，并在鋼片中造成粗大晶粒，致使磁導(dǎo)率增大，磁滯損耗減小。 硅鋼片的主要品質(zhì)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(duì)各項(xiàng)品質(zhì)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(chǎng)下，磁化到特定的磁通密度時(shí)，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(chǎng)頻率為50或60赫茲，而所達(dá)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(huì)產(chǎn)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(chǎng)，因法拉第定理的影響，硅鋼片內(nèi)部產(chǎn)生誘導(dǎo)電壓，依照奧姆定律，電壓在硅鋼片內(nèi)部引起誘導(dǎo)電流，進(jìn)而造成硅鋼片的焦耳熱，這項(xiàng)能源損失稱為渦電流損。根據(jù)古典電磁學(xué)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(guān)。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(jí)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(xué)者認(rèn)為異常渦電流損是由于磁域移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)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(guān)。若硅鋼片的磁域大，當(dāng)磁化時(shí)，其旋轉(zhuǎn)較快，微觀渦電流損失增加。鐵損值是硅鋼片最重要的性質(zhì)指標(biāo)，也是各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)硅鋼片分級(jí)的規(guī)格依據(jù)。鐵損值愈低，表示品級(jí)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(xiàng)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(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)5000A/m的條件下測(cè)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(zhì)、內(nèi)部應(yīng)力等因素有關(guān)。磁通密度直接影響到馬達(dá)、變壓器等電機(jī)設(shè)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(zhì)特性之一，現(xiàn)代化的自動(dòng)沖床進(jìn)行沖片時(shí)，對(duì)硬度的要求更為嚴(yán)格，硬度太低時(shí)，不利于自動(dòng)沖床的送料作業(yè)，同時(shí)容易產(chǎn)生過長(zhǎng)的毛邊，增加組裝時(shí)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(jí)升高而增加，通常，高品級(jí)的硅鋼片，其硅含量添加愈多，合金固溶強(qiáng)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(zhì)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(shù)有直接密切的關(guān)系，提升軋延退火技術(shù)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(xiàng)非常重要的品質(zhì)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(zhǎng)度方向鋼片厚度變異太大，都會(huì)影響到組裝后的鐵心厚度。不同的鐵心厚度，其導(dǎo)磁特性變異也大，直接影響到馬達(dá)、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(shù)與制程有密切的開系，提升軋延技術(shù)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(zhì)項(xiàng)目。硅鋼片表面經(jīng)化學(xué)涂覆處理，而附著一層薄膜，可提供絕緣、防銹和潤(rùn)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(chǔ)藏過程中生銹;潤(rùn)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(zhì)特性之一。良好的沖片性使模具的壽命加長(zhǎng)，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(guān)系。有機(jī)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(huì)造成較嚴(yán)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(dāng)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(jìn)行反復(fù)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(jī)的制造，故又稱熱軋電機(jī)硅鋼片，但其可利用率低，能量損耗大，近年相關(guān)部門已強(qiáng)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(jī)制造，故又稱冷軋電機(jī)硅鋼。其含硅量0.5%-3.0%，經(jīng)冷軋至成品厚度,供應(yīng)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(qiáng)烈的方向性；在易磁化的軋制方向上具有優(yōu)越的高磁導(dǎo)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(dǎo)率之比為6：1，其鐵損約為熱軋帶的1/2，磁導(dǎo)率為后者的2.5倍。涂層： 取向硅鋼表面絕緣涂層分成有機(jī)涂層、無機(jī)涂層和半無機(jī)涂層三大類。無機(jī)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(jī)涂層具有良好的耐熱和焊接性能，但其沖制性和粘結(jié)性不佳。半無機(jī)涂層基本成分為磷酸鹽、鉻酸鹽、乳膠樹脂溶液、彌散促進(jìn)劑和表面活性劑，其中彌散促進(jìn)劑和表面活性劑對(duì)涂層的質(zhì)量具有重要作用。半無機(jī)涂層具有良好的沖制性和粘結(jié)性，但其耐熱性和焊接性不及無機(jī)涂層。A涂層 A涂層為半有機(jī)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(yīng)于中、小型電機(jī)、家用電器 馬達(dá)及小型變壓器EI鐵芯，相當(dāng)于川鐵的A1涂層及武鋼的T4涂層。H涂層 H涂層為半有機(jī)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(yīng)于中、小型電機(jī)。相當(dāng)于川鐵的A1涂層及武鋼的T4涂層。D涂層 D涂層為無機(jī)涂層，這種涂層具有優(yōu)良的焊接性和耐熱性，適應(yīng)于中、小電機(jī)，尤其適應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行消除應(yīng)力退火使用。相當(dāng)于AISI的C-4涂層及武鋼的T3涂層。 除非特殊說明，鋼種設(shè)計(jì)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(fù)磁化過程中，“內(nèi)摩擦”而造成的損耗，它與鐵芯材料的性質(zhì)（導(dǎo)磁率，矯頑力）有關(guān)渦流損耗是由于鐵芯中產(chǎn)生的感生電流-渦電流產(chǎn)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(guān)外，還與電源電壓的大小有關(guān)當(dāng)電源電壓一定時(shí)，鐵損基本上是恒定量，與負(fù)載電流的大小、性質(zhì)無關(guān)，因此鐵損基本上等于它的空載損失1、中國牌號(hào)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(hào)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(shí)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(hào)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(fù)磁化和按正弦形變化的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值為1.5T時(shí)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(hào)用JDR+鐵損值+厚度值來表示，如JDR540-502、日本牌號(hào)表示方法：（1）冷軋無取向硅鋼帶由公稱厚度（擴(kuò)大100倍的值）+代號(hào)A+鐵損保證值（將頻率50HZ，最大磁通密度為1.5T時(shí)的鐵損值擴(kuò)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(kuò)大100倍的值）+代號(hào)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(shí)的鐵損值擴(kuò)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(hào)對(duì)照表序號(hào) 新牌號(hào) 舊牌號(hào) 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(yīng)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(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和應(yīng)變，導(dǎo)致磁性惡化，鐵損可增大，因此冷軋電工鋼帶片（硅鋼片）在經(jīng)加工后，進(jìn)行消除應(yīng)力退火，可以消除機(jī)械應(yīng)力和應(yīng)變，恢復(fù)材料原有的磁性。現(xiàn)將消除應(yīng)力退火有關(guān)事項(xiàng)介紹如下：1、 退火溫度溫度不宜選得過高，以能夠恢復(fù)到原磁性水平為限。退火溫度偏高，固然可以進(jìn)一步改善磁性，但相應(yīng)會(huì)影響絕緣涂層或使疊片粘結(jié)。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(yīng)嚴(yán)格控制爐內(nèi)保護(hù)氣氛為無氧化氣氛。2、退火時(shí)間指爐內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定退火溫度后的保溫時(shí)間。實(shí)際退火時(shí)間是根據(jù)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(yīng)力導(dǎo)致鐵芯沖片變形，必須適當(dāng)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(cè)面加熱，以實(shí)現(xiàn)均勻快速加熱。冷卻速度視裝爐量而定，應(yīng)低于30/時(shí)，裝爐量更大時(shí)，還應(yīng)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(hù)氣體中的露點(diǎn)一般應(yīng)在0以下。4、嚴(yán)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(yīng)力退火時(shí)，必須嚴(yán)防滲碳，以免惡化磁性。爐用材料，如爐罩、底版應(yīng)選用低碳鋼材，沖片表面的殘余油脂，應(yīng)在退火前清除