硅钢基础知识讲座.ppt

硅钢基础知识简介,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,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,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：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 。,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。,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和高的电阻率； (5)高的稳定性。,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。,18821955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 19301967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,2.2 硅钢的分类,晶粒无取向,晶粒取向,2.3 热轧、冷轧的区别,2.4 主要用途,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),铁损曲线,取向硅钢 30RK100,磁化曲线,取向硅钢 30RK100,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。,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530%。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。,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；,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P1.5/50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。,叠 铁 芯,卷绕铁芯,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80010 无取向选用700750,2.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。,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。,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。,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。,2.1 涂层的种类及作用,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。,取向硅钢表面涂层,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,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,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,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,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,武钢HIB钢工艺流程,二、硅钢产品的检验 硅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。,连续在线检测铁损和厚度记录曲线,冷轧硅钢片各项性能检验表：,注：参考值 保证值,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/T2521-2008,2.1.2各项性能检测执行标准,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, 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,3.3 冷轧硅钢片各牌号用途分类,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,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。,4.1 武钢无取向硅钢磁性标准,2019/11/13,47,4.2 武钢无取向硅钢尺寸公差标准,4.3 无取向硅钢机械性能标准,4.4 取向硅钢磁性能（常用牌号）,4.5 取向硅钢尺寸及允许偏差,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,5.2 厚规格冷轧无取向硅钢片,5.3 薄规格冷轧取向硅钢片,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,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,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,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,冲剪加工不得有毛刺，存放地最好铺有木垫或胶皮垫，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,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,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。,4.2非晶薄膜材料 概念：我们日常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。,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。,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，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低的地方。,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；,（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。,(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1.31.35T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%。,(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。,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，它与硅钢的晶体结构完全不同，更利于被磁化和去磁。典型的非晶态合金含80%的铁，而其它成份是硼和硅。,4.3 无取向电工钢的发展,日本开发出了低铁损的35RM200、高导磁率的RP系列、涂层半工艺型RMA系列、低铁损并且高导磁率的RMHE系列、具有优良高频率特性的RMHF系列、附着性强的B涂层材料等； 新产品为了节能和环保，要求提高电机效率，缩小电机体积和减少噪音，因此无取向电工钢发展方向是高效电机用钢，而且已广泛用于PWM