涟钢电工钢知识讲座讲解课件

,电工钢产品介绍 技术中心：周峰,1.1 电工钢（硅钢）概况,电工钢是一种重要的金属功能材料,是电力（发电和输变电）、电机、家电和电子工业不可缺少的软磁合金；主要用于各种电机和变压器铁芯及其他电器部件，在磁性材料领域中产量和用量最大。,电工钢分类 （按硅含量）,无取向电工钢 低碳（0.5%Si）低硅（1%Si）电工钢 硅钢（1.5%-3.0%Si） 主要用作电机 取向硅钢(3%Si) 普通取向硅钢（CGO） 高磁感取向硅钢（HiB） 主要用作变压器,源于何忠治“电工钢”一书,电工钢板分类 (生产方法、硅含量对应的规格),热轧硅钢国家已经禁止生产！,冷轧电工钢的优点,与热轧硅钢相比，冷轧电工钢： 表面平整光滑，厚度偏差小，叠片系数高； 铁损低和磁感高； 成卷供货，适用于连续高速冲剪，钢板利用率高（95%），且冲剪加工性好； 表面有绝缘膜，便于用户使用； 应力对磁性能的影响较小。,国内外电工钢标准对照,武钢公司企业标准与新日铁标准一致，生产的无取向冷轧电工钢总计17个牌号； 国标在铁损方面比企业标准有所放宽。,武钢企业牌号标准与实际供货磁性能水平,牌号对应标准与实物性能存在一定差异： 最小磁感实物与企业标准基本一致（50W800）； 最大铁损实物比企业标准有所降低。,CGO和Hi-B的比较,用途,取向电工钢主要应用于各种类型变压器、整流器、电抗器及大电机等行业，用于制造各类变压器的铁芯； 高牌号无取向电工钢主要用于大电机； 中低牌号无取向电工钢及半工艺电工钢主要应用于小型及微型电机，如电动工具、空调压机电机、压机电机、冰箱压机电机、洗衣机电机、汽车电机等。,用途,标准及牌号,3.1 标准 GB/T 17951.2-2002 半工艺冷轧无取向电工钢带(片)。 GB/T 2521-2008 冷轧取向和无取向电工钢带(片)。,3.2 牌号表示方法 电工钢的牌号按照下列给出的次序组成： 1) 以mm为单位，材料公称厚度的100倍； 2) 特征字符 Q为普通级取向电工钢； QG为高磁导率级取向电工钢； W为无取向电工钢； WB为无取向半工艺电工钢； 3) 取向电工钢，磁极化强度在1.7T和频率在50Hz，以瓦特每公斤为单位及相应厚度产品的最大比总损耗值的100倍； 4) 无取向电工钢，磁极化强度在1.5T和频率在50Hz，以瓦特每公斤为单位及相应厚度产品的最大比总损耗值的100倍； 5) 半工艺无取向电工钢，在经过标准退火后，磁极化强度在1.5T和频率在50Hz，以瓦特每公斤为单位及相应厚度产品的最大比总损耗值的100倍。,例如： 30Q130表示公称厚度为0.30mm、比总损耗P1.7/50为1.30W/kg的普通级取向电工钢。 30QG110表示公称厚度为0.30mm、比总损耗P1.7/50为1.10W/kg的高磁导率级取向电工钢。 50W400表示公称厚度为0.50mm、比总损耗P1.5/50为4.0W/kg的无取向电工钢。 50WB400表示公称厚度为0.50mm、比总损耗P1.5/50为4.0W/kg、以半工艺状态交货的无取向电工钢。,涟钢牌号表示方法,LWB*系列：L代表涟钢，W代表无取向，B代表半成品或半工艺，*为经后续处理后的铁损的100倍。 LGW*系列：LG代表涟钢，W代表无取向，*为经后续处理后的铁损的100倍。 CRML-64和S85分别为腾普和艾默生的牌号。 LWBT*中的T代表经罩式退火处理。,技术要求,在硅钢的技术标准中，冶炼成分一般不做规定，但各牌号硅钢的化学成分必须满足性能要求（磁感应值、铁损、平均弯曲次数）。 随硅钢牌号的不同，对硅、铝含量及杂志含量要求也不同。但基本上包括三大类元素，即：C、Si、Mn等；杂质元素：P、Al、S、N、Cu等；特殊用途合金元素：B、Sb、Sn等。在生产过程中，硅、锰和铝冶炼时要严格控制元素；而碳、硫、氮和氧等有害元素应尽量低。主要元素影响如下表：,硅：,1、 硅有一种特性，即：能提高钢板的电阻率。硅钢中加入Si就能降低铁损，铁损由P磁 、 P涡、 P附加组成，由于Si的添加降低了P涡；但也降低了B值。 2、 Si元素缩小了相区， Si在较高时，退火容易脱C， Si有利于钢中C的石墨化， Si可提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率，其作用仅次于P。 3、 硅对超低碳钢的脆性转变温度的影响（见图1.） 4、 硅极大降低钢的导热率，加热和冷却速度过快将会造成内外温差较大，易形成裂纹。,碳：,1、 碳钢的强度和其他性能主要取决于碳的存在形式和碳化物的形状、大小以及分布状态等，即：取决于钢的金相组织。 2、 碳对冷轧低牌号无取向硅钢的主要影响 碳的增加将使铁损P15增加，碳在钢中以间隙状态存在。增高则引起磁时效，如消除磁时效现象，要求C在0.003%以下。 C元素是扩大相区，使-相变温度降低，如C含量过高成品退火时，温度就要降低，晶粒长不大，铁损降不下来，如果不降温，就会有相存在。而C的扩散系数在与相内相差250多倍，原因何在？点阵密度不一样。 C低可以降低AlN的固溶度， AlN的固溶度与相量的多少有关。,锰：,该元素是良好的脱氧剂，同时与S有极强的结合能力，因此能消除和减弱S引起的热脆性。 锰是扩大相区的元素，降低共析温度，同时也降低共析体中的碳含量，也就是说铁碳平衡图中的共析点S向左下方移动。 锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用，原因在于Mn降低了钢共析点的C含量，根据杠杆原理，相同C 含量的C钢，Mn高的铁素体所占的比例就会少。 Mn和S形成的MnS，可防止沿晶界形成的低熔点的FeS所引起的热脆现象（MnS的熔点高，同时比Fe与S的结合力强），因而改善热轧时的塑性， Mn可改善热轧板的组份和结构。可使（100）和（110）组份增强，（111）组织减弱，改善磁性能。 总之，最理想的是将S进一步降低才能尽可能的少形成MnS夹杂物。,磷：,P提高电阻率，因此与Si有相同之处，同时P也缩小相区，促进晶粒长大，降低铁损（涡流）。 P对提高钢的抗拉强度有显著作用。P是所有元素中提高冷加工变形硬化率作用最强的，但是这些作用是对含C很低的软钢才有，如果 C含量增加，这种作用就消失了。同时可提高硬度，改善冲片性能。 P是向晶界偏聚元素，它可提高（100）的组份，减少（111）组份，因此可提高B50值。 P与Si 有相似之处，可部分的取代Si。目前我们生产的50W600就是一例。,铝：,铝和硅的作用相近（对硅钢而言），它能提高电阻率 ，可降低涡流损失，降低矫顽力。 铝与氧的结合力极强，是强脱氧剂，但脱氧后形成的Al2O3在硅钢中是最有害的夹杂物。因其是极细小的，对晶粒的长大非常有害，同时也影响铁损和磁感。 铝除了Al2O3形式存在于钢中，还有AlN和固溶Al，固溶Al是我们所希望的。,硫：,S对冷轧无取向硅钢是有害元素，其存在导致材料的P15增加，同时和Mn形成MnS，而MnS一旦以细小弥散的状态存在于钢中，可强烈的阻止晶粒长大。因此在整个生产过程中，必须防止析出细小的MnS，而设法使其粗化。 我公司的产品晶粒度比宝钢和武钢的都小的原因恐怕就在于MnS和AlN的析出状态。,电工钢产品性能要求,铁芯损耗（PT）低 ； 磁感应强度（B）高 ； 对磁各向异性的要求； 冲片性良好； 钢板表面光滑、平整和厚度均匀； 绝缘薄膜性能好； 磁时效现象小；,普通级取向电工钢的磁特性和工艺特性 （1）牌号：23Q110130、27Q110140、30Q120150、35Q135155 （2）厚度：0.23mm、0.27mm、0.30mm、0.35mm （3）磁感应强度（H=800A/m）： 1.75T（1.78T） （4）叠装系数：0.950 高磁导率级取向电工钢的磁特性和工艺特性 （1）牌号：23QG085100、27QG090110、30QG105120、35QG115135 （2）厚度：0.23mm、0.27mm、0.30mm、0.35mm （3）磁感应强度（H=800A/m）： 1.85T（1.88T） （4）叠装系数：0.950 无取向电工钢的磁特性和工艺特性 （1）牌号：35W230440、50W2301300、65W6001600 （2）厚度：0.35mm、0.50mm、0.65mm （3）磁感应强度（50Hz，H=5000A/m）： 1.70T（1.68T） （4）叠装系数：0.950,二、对电工钢板性能的要求,一般要求电机、变压器和其他电器部件效率高，耗电量少，体积小和重量轻。电工钢板通常是以铁芯损耗和磁感应强度作为产品磁性保证值。对电工钢板性能要求如下： 铁芯损耗低 电工钢的铁损包括磁滞损耗、涡流损耗和反常损耗三部分。电钢工铁损低，既可节约大量电能，又能延长电机和变压器工作运转时间，并可简化冷却装置。 磁感应强度（B）高 电工钢板的磁感高，铁芯的激磁电流降低，铜损和铁损都下降，可节省电能；在电机和变压器功率不变时，还可减小铁芯体积和重量，降低制造成本。,对磁各向异性的要求 电机在运转状态下工作，要求电工钢板为磁各向同性，用无取向冷轧电工钢或热轧硅钢制造。变压器在静止状态下工作，用取向硅钢制造。 冲片性良好 冲片性好可以提高冲模和剪刀寿命，保证冲剪片尺寸精确以及减小冲剪片毛刺。 钢板表面光滑、平整和厚度均匀 要求钢板表面光滑、平整和厚度均匀，主要是为了提高铁芯的叠片系数。叠片系数降低1%相当于铁损增高2%，磁感降低1%。,产品尺寸、外形及其允许偏差,注：其他尺寸需经供需双方协商。,注：所有产品根据用户需求，允许以不切变状态交货，基宽度允许偏差为+1.5mm; 横向厚度差是指板中心与距边部15mm的厚度差。,绝缘薄膜性能好 要求：1）耐热性好2）绝缘膜薄且均匀3）层间电阻高4）附着性好5）冲片性好6）耐蚀性和防锈性好7）焊接性好 磁时效现象小 磁时效主要是材料中碳和氮等杂质元素引起的。为降低磁时效，应尽量减少钢中碳和氮的含量。,三、影响电工钢铁损的因素,化学成分的影响 Si+Al可以提高电阻率，降低涡流损耗。应尽量降低钢中有害元素C、S、N、O等的含量。 织构的影响 在无取向电工钢中，（100）面织构高，Ph和P15低；（111）和（112）织构强度越大，铁损越高，磁感越低。 杂质、夹杂物和内应力 晶粒尺寸 随着晶粒的长大，晶界数量减少，畴壁移动的阻力减小，磁滞损耗降低；另一方面，随着晶粒的长大，磁畴尺寸增大，涡流损耗增加。因此，为了降低总的铁损，应有一个合适的临界晶粒尺寸。 钢板厚度 钢板表面状态,表面质量,钢带（片）表面应光滑、清洁，不应有锈蚀，不允许有妨碍使用的孔洞、重皮、折印、分层、气泡等缺陷。分散的擦伤、划伤、气泡、沙眼、裂缝、结疤、麻点、凹坑、凸包等缺陷，如果它们在厚度公差范围之内并不影响所供材料的正确使用时是允许的。 对于全工艺电工钢，材料表面的绝缘涂层应牢固地，以使它们在剪切操作中和在生产方推荐的消除应力退火条件下退火时不脱落，涂层颜色就均匀。,其它影响质量指标,氮 氮是有害元素，易形成细小AlN质点抑制晶粒长大。N20.0025%时使P15明显增高。氮也是产生磁时效的元素。 氮的含量高，P15增高。因此规定1.5-2.5%Si钢中N20.003%，3%Si高牌号N20.0015%。 氧 氧是有害元素。氧形成SiO2，Al2O3和MnO等氧化物夹杂，使磁性降低。MnO等细小氧化物可阻碍晶粒长大。 氧含量增高，磁损增大。高牌号的氧含量应控制在O0.002%。 夹杂物 无取向电工钢中的夹杂物和杂质元素应尽量降低，这是提高磁性的最重要措施。它们不仅阻碍畴壁移动使Ph和Hc增高，同时为了降低其周围静磁能而产生了闭合畴使磁化困难。它们对晶粒长大和组分也有很坏的影响。特别是0.1m细小弥散状的MnS、AlN、TiN、TiC和ZrN等析出物明显阻碍退火时的晶粒长大。夹杂物数量增多，P15明显增高。,典型缺陷,技术关键点,1) HMPTBOF冶炼低硫钢水； 2) 转炉炉料结构控制； 3) 转炉出钢钢水中氧含量及温度控制； 4) 填充好钢包水口引流砂，保证钢包自开率； 5) RH钢水脱氧合金化与铝合金化（高酸溶铝含量）控制及RH单联工艺的顺行； 6) 钢水中O、N含量及夹杂物控