硅钢基础知识讲座精选文档

1、1,硅钢基础知识简介,2,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,3,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,4,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,H,导磁率,

2、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,5,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,6,软磁材料的,5,种主要磁特性,1,高的磁导率。磁导率,符号为,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,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

3、阻率,5,高的稳定性,7,二、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,8,1882,1955,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

4、,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,9,2.2,硅钢的分类,10,晶粒无取向,晶粒取向,11,2.3,热轧、冷轧的区别,12,2.4,主要用途,13,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,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,14,铁损曲线,60HZ,50HZ,0.4,0.5

5、,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.7,P(W/kg,B,T,1,0,4,G,s,取向硅钢,30RK100,15,磁化曲线,50HZ,60HZ,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,1,10,

6、100,1000,RMS EXCITING FORCE(A/m,B,T,1,0,4,G,s,取向硅钢,30RK100,16,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,17,1.2,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

7、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,18,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,19,4,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.

8、5/50,可增大,3040,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,20,叠,铁,芯,卷绕铁芯,21,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,700750,22,2,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

9、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,23,3,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,210,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,24,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

10、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,25,二、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,26,2.1,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,T,1,T,2,T,3,T,4,T,5,成分,无机质,无机质,无机质,半有

11、机,有机,颜色,灰色,灰色,透明,淡褐色,淡褐色,涂层厚度m,3,3,1.5,12,3,层间电阻cm,2,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700750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,27,

12、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,28,取向硅钢表面涂层,29,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

13、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,30,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,31,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,32,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

14、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,33,1.2,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,34,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,35,二、硅钢产品的检验,硅

15、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,36,连续在线检测铁损和厚度记录曲线,37,冷轧硅钢片各项性能检验表,注：参考值,保证值,38,2.1,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/T2521-2008,39,2.1.2,各

16、项性能检测执行标准,40,三、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,HiB,0.35mm,0.50mm 0.23mm 0.35mm,特殊规格,0.15,0.20,0.651.00mm,41,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,42,3.3,冷轧硅钢片各牌号用途分类,35WW230,35WW27,0,35WW300

17、,35WW36,0,35WW400,35WW440,50WW250,50WW29,0,50WW290,50WW35,0,50WW400,50WW470,50WW70,0,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,压器,收音机变,压器,焊接变压,器,50WW800,50WW13,00,晶粒无取向硅钢,旋转机,变压器,晶粒取向硅钢,27Q120,27Q130,30Q120,30Q150,27QG100,27QG12,0,30Q

18、G105,30QG12,0,DG1DG6,用,途,43,武钢产品交货严格按用户的使用要求,用户无要求的执行国标或武钢企标,用户有要求的执行双方签定的技术协议或采购规范,质量保证依据给用户开具的产品质量证明书,四、武钢产品交货标准,44,钢带表面应涂绝缘涂层，绝缘涂层应干燥、均匀,不脱落,并应符合,GB/T 2521-2008,的规定,钢带应剪切整齐，毛刺不超过,0.020mm,钢带的不平度不大于,1.0,镰刀弯每,2m,不大于,1.0mm,每卷钢带一般由一条卷成，允许个别卷由两条组,成，但每条最短不得小于,200m,接头处要有明显,标志,钢卷不得带废交货,45,46,47,4.1,武钢无取向硅

19、钢磁性标准,牌号,公称厚度,mm,理论密度,kg/dm,3,最大铁损,P,15/50,W/kg,最小磁感,B,5000,T,最小弯,曲次数,最小叠装,系数,35WW230,7.60,2.30,1.62,2,35WW250,7.60,2.50,1.62,2,35WW270,7.65,2.70,1.62,2,35WW300,7.65,3.00,1.62,5,35WW360,7.65,3.60,1.63,5,35WW400,7.65,4.00,1.64,5,35WW440,0.35,7.70,4.40,1.65,5,95.0,50WW230,7.60,2.30,1.62,2,50WW250,7.60

20、,2.50,1.62,2,50WW270,7.60,2.70,1.62,2,50WW290,7.60,2.90,1.62,3,50WW310,7.65,3.10,1.62,5,50WW350,7.65,3.50,1.62,5,50WW400,7.65,4.00,1.63,10,50WW470,7.70,4.70,1.64,10,50WW600,7.75,6.00,1.66,10,50WW700,7.80,7.00,1.67,10,50WW800,7.80,8.00,1.68,10,50WW1000,7.85,10.00,1.70,10,50WW1300,7.85,13.00,1.72,10,5

21、0WWG800,7.80,8.00,1.72,10,50,WWG,1000,7.85,10.00,1.73,10,50,WWG,1300,0.50,7.85,13.00,1.74,10,97.0,48,4.2,武钢无取向硅钢尺寸公差标准,公称宽度,公称厚度,厚度允许偏差,横向厚度差,宽度允许偏差,长度允许偏差,0.35,0.03,0.02,150,0.50,0.03,0.02,0.3,0,10,0,0.35,0.03,0.02,151,500,0.50,0.03,0.02,0.5,0,10,0,0.35,0.03,0.02,501,1000,0.50,0.03,0.02,1.5,0,10,0,

22、0.35,0.03,0.03,1000,0.50,0.03,0.0,3,1.5,0,10,0,49,4.3,无取向硅钢机械性能标准,牌号,最小抗拉强度,bMPa,伸长率,不小于,牌号,最小抗拉强度,bMPa,伸长率,不小于,35WW230,450,10,50WW290,440,11,35WW250,440,11,50WW310,430,11,35WW270,430,11,50WW350,420,14,35WW290,420,14,50WW400,400,16,35WW300,420,14,50WW470,380,16,35WW360,400,16,50WW600,340,21,35WW400,

23、390,16,50WW700,320,21,35WW440,380,10,50WW800,300,22,50WW230,450,10,50WW1000,290,22,50WW250,450,10,50WW1300,290,22,50WW270,450,10,50,4.4,取向硅钢磁性能（常用牌号,51,4.5,取向硅钢尺寸及允许偏差,52,五、特殊规格和用途的电工钢,5.1,薄规格冷轧无取向硅钢片,53,54,5.3,薄规格冷轧取向硅钢片,55,1,用户使用的要求,除要满足上述介绍的主要性能外，用,户使用重点要求的是外观质量，即板型,厚度同板差（纵、横向）、涂层完好。性,能的,一致性、有害成分

24、符合环保要求,第四部分,用户使用的要求及,应注意的主要问题,56,硅钢作为一种特殊的材料，在,使用中要根据其特性进行使用，否,则，就不能充分发挥其性能的作用,甚至不能满足用户的要求,2,用户使用中应注意的主要问题,57,存放地要铺有木板或橡胶皮，吊运、装卸轻,起轻落，环境干燥通风以防潮,剪切加工不得有毛刺，并严格注意方向性,加工好的片料要轻拿轻放，避免弯曲、磕碰,制作卷铁芯须经退火处理并严格防氧化,2.1,变压器用户对取向硅钢的要求,58,单位铁损低，导磁率和饱和磁感应强度高,较低的磁致伸缩性,涂层附着性好，绝缘电阻高,钢板平整度好，厚度均匀，加工性能好,59,冲剪加工不得有毛刺，存放地最好铺

25、有木,垫或胶皮垫，环境干燥通风以防潮,小型、微型电机铁芯片最好经过消除应力,退火处理并严格防氧化,半工艺型产品冲剪后须经清洗、退火、发,蓝处理,2.2,电机制造对无取向硅钢的要求,60,单位铁损低，导磁率高,优良的冲剪性能,钢板平整度好，厚度均匀,磁各向异性小,涂层厚度均匀，绝缘电阻高,61,第五部分,国内外硅钢的发展动态及,新型功能材料的研发,4.1,取向硅钢的发展,日本,Hi-B,钢占取向钢总量的,80,可大量生产,0.23mm,厚取向硅钢,川崎开发出涂有半有机涂层的取向钢，主要用于,制造,EI,型电源变压器和日光灯中的镇流器，具有,良好的冲片性,62,4.2,非晶薄膜材料,概念：我们日常

26、生活中人们接触的材料一,般有两种：一种是晶态材料，另一种是非,晶态材料。所谓晶态材料，是指材料内部,的原子排列遵循一定的规律。反之，内部,原子排列处于无规则状态，则为非晶态材,料,63,非晶态合金的制造就是采用一种快速凝固,的工艺，将处于熔融状态的高温钢水喷射,到高速旋转的冷却辊上，使钢水以每秒百,万度的速度迅速冷却，仅用千分之一秒的,时间就将,1300,的钢水降到,200,以下，形,成非晶带材,64,非晶材料一个非常具有前景的应用领域,非晶变压器。非晶合金制作铁芯而成的,变压器，它比硅钢片作铁芯变压器的空载,损耗下降,75,左右，空载电流下降约,80,是目前节能效果较理想的配电变压器，特,别

27、适用于农村电网和发展中地区等负载率,较低的地方,65,与硅钢片比非晶合金的特点及使用要求,1,与,S7,配电变压器相比，空载损耗下降,75-80,负载损耗下降,23-27,与,S9,配电变压器相比，空,载损耗下降,74-77,负载损耗基本相近,2,非晶变压器空载功率因数为,0.35,是硅钢片铁,芯配电变压器的,8,倍以上,3,硅钢片铁芯配电变压器的铁损随电压平方变化,而非晶变的铁损不随电压的变化而变化,66,4,SH10,型配电变压器的经济负载率为,20,非常适合,于农村低负载率的用户使用,SH11,型配电变压器的经济,负载率为,45,适合于城市及高负载率的用户使用,5,非晶合金片材料的硬度很

28、高，用常规工具是难以,剪切的，所以设计时应考虑减少剪切量。一般变压器制,造厂只能利用成型铁芯制造非晶合金变压器,6,非晶合金铁芯材料对机械应力非常敏感，无论是,张引力还是弯曲应力都会影响其磁性能。因此，在变压,器器身结构上应考虑尽量减少铁芯受力,67,7,非晶合金的磁畴伸缩程度比硅钢片高约,10,而且不宜过度夹紧，因此，非晶合金变压器的噪,声比硅钢片铁芯变压器高,8,由于非晶合金材料的饱和磁密较低，在产品设,计时，额定磁通密度不宜选得太高，通常选取,1.3,1.35T,磁通密度便可获得较好的空载损耗值,9,非晶合金单片厚度极薄，材料表面也不是很平,坦，则铁心填充系数较低，只能达到,82,86,68,10,为了使用户能获得免维护或少维护的好处,现把非晶合金配电变压器的产品，都设计成全密,封式结构,11,非晶合金对机械应力非常敏感。结构设计时,必须避免采用以铁心作为主承重结构件的传统设,计方案,12,为了获得优良的低损耗特性，非晶合金铁心,片必须进行退火处理,69,非晶合金铁心配电变压器的最大优点是空,载损耗值特低,非晶合金是采用快速急冷凝固生产工艺制,造而成，其物理状态表现为金属原子呈无,序非晶体排列，它与硅钢的