【文章內(nèi)容簡介】 藝技術(shù)參數(shù)測試，磁性能測試按測試頻率分為：工頻測試和中頻測試，工頻測試又分為多片和單片測試 對于工藝技術(shù)參數(shù)的測試，將其幾何尺寸的測試單獨制定成一個標準。日本電工鋼的標準，從產(chǎn)品標準到測試方法標準基本上都采用了IEC的標準,但標準體系又不同于IEC。沒有半工藝標準，只有全工藝標準。但全工藝標準是按取向和無取向分開制定的，除了全工藝型產(chǎn)品標準外，還有一個磁極用標準。對于測試方法標準，只有兩個標準，除單片測試方法外將多片磁性能測試、幾何特性測試和工藝技術(shù)性能測試都納入一個標準中，更有利于應(yīng)用美國ASTM 電工鋼的標準自成體系，沒有采用IEC的標準。其標準數(shù)量最多，不但有米制標準還有英制標準，對于全工藝型取向產(chǎn)品標準來講。按照硅含量的不同而分成兩個標準。半工藝型產(chǎn)品標準基本上和IEC標準相同，也分合金和非合金兩個。對于測試方法標準來講，其標準非常繁多[5]。 電工鋼的發(fā)展史電工鋼的發(fā)展已有百年歷史。自1903年美國哈德菲爾德(R．A．Hadfield)取得電工鋼專利使用權(quán)，并于同年在美國和德國開始生產(chǎn)熱軋電工鋼片以來，電工鋼經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：（1） 熱軋電工鋼發(fā)展階段(1882～1955年)％的熱軋低碳鋼板制成變壓器疊片鐵芯。1902年德國古姆利奇(E．Gumlich)研究指出。加硅使鐵的電阻率明顯增高，渦流損耗和磁滯損耗降低，磁導(dǎo)率增高，磁時效現(xiàn)象減輕。據(jù)此研究，德國、美國和英國開始大規(guī)模地生產(chǎn)熱軋硅鋼板 各國學者也紛紛對硅鋼力學性能、雜質(zhì)和晶粒尺寸等因素進行了研究。使得電工鋼的軋制、熱處理以及電機、變壓器設(shè)計方法不斷改進。到20世紀五十年代，熱軋硅鋼的工藝逐漸成熟。這一階段主要是考慮降低碳含量和提高硅含量來提高磁性，減輕磁時效，進一步降低鐵損和改進絕緣膜，以改進產(chǎn)品質(zhì)量。（2） 冷軋電工鋼發(fā)展階段(1930～1967年)此階段主要是冷軋普通取向硅鋼(GO)板的發(fā)展階段。1934年美國的高斯(Goss)發(fā)明了取向電工鋼片生產(chǎn)方法的專利，它是高斯在Armoo公司一次熱軋事故中發(fā)現(xiàn)的：由于熱軋事故，鑄坯在爐內(nèi)時間延長，板坯溫度上升，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這批料的磁性好且穩(wěn)定。高斯將晶粒取向硅鋼沿其軋向[001]方向使用。較熱軋無取向硅鋼磁性能提高30％以上，鐵損降低一倍，變壓器的重量減輕5％。同年美國的Armoe鋼鐵公司與Westinghouse公司合作利用此專利開始了冷軋取向硅鋼的生產(chǎn)。1946～1960年間，Dunn等詳細研究了不同位向的3％SiFe單晶體的冷軋和退火織構(gòu)，并提出3％SiFe多晶體中(110)[001]織構(gòu)形成的定向生核和擇優(yōu)長大機理，即晶界能作為驅(qū)動力的二次再結(jié)晶理論。隨后的二十年里，隨著冷軋、退火和后序工藝的不斷改進和各國學者對取向硅鋼二次再結(jié)晶不斷研究和探索。使得普通取向硅鋼的產(chǎn)量和性能均有了較大的提高，1957年前西德Assmus等人利用多次冷軋和退火的方法制造出了具有(100)[001]方織構(gòu)的3％Si雙取向硅鋼薄帶。其特點是沿軋向和橫向的磁性能都高，4方向為[1l0]方向，磁性能低。雙取向硅鋼在制作變壓器時不需氣拼接，可使鐵損進一步降低。取向硅鋼的發(fā)展與涂層技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)最初生產(chǎn)取向硅鋼片時，硅鋼片表面只涂一層清漆，后來又發(fā)展到涂有機絕緣漆在研究開發(fā)冷軋取向硅鋼的同時，美國的Armco公司從20世紀40年代初開始了無取向電工鋼的生產(chǎn)。新日鐵公司也于1958年開始生產(chǎn)冷軋無取向電工鋼。無取向電工鋼的產(chǎn)經(jīng)歷了電弧爐煉鋼、平爐煉鋼和頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼的歷程。20世紀50年代末，由于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐和真空處理等冶煉技術(shù)的發(fā)展。鋼中的C、N、O可降至50以下，故無取向電工鋼磁時效明顯減輕，磁性大幅度提高。從1978年，新日鐵公司和川崎公司采用頂?shù)状缔D(zhuǎn)爐和三次脫硫工藝來冶煉純凈鋼水以后，陸續(xù)生產(chǎn)出H8(RM8)、H7(RM7)、高牌號3％Si及H6(RM6)最高牌號無取向電工鋼。（3）高磁感取向電工鋼發(fā)展階段(1961～至今)在取向硅鋼的生產(chǎn)開發(fā)中，具有劃時代意義的是高磁感取向電工鋼(HiB)的生產(chǎn)。20世紀六十年代，日本新日鐵公司在引進美國Armco公司專利的基礎(chǔ)上。田中悟等人對晶粒長大抑制劑、軋制、熱處理工藝和玻璃涂層等進行深入研究之后，證明以AlN+MnS為主要抑制劑和一次大壓下率冷軋的工藝可以生產(chǎn)出更高磁性能的取向硅鋼，即HiB鋼。HiB鋼生產(chǎn)的核心為AlN的控制，包括冶煉成分和熱軋板退火條件的控制。特點是：以AlN+MnS作為有利的夾雜來抑制初次晶粒的長大，以85％的大壓下率形成再結(jié)晶的織構(gòu)。在高磁感取向硅鋼的發(fā)展過程中,新日鐵申請了一系列的專利。新日鐵的HiB專利先后賣給美國Armco(1971年)、前西德Thyssen(1972年)、中國武鋼、(1974年1及英國BSC(1975年)等鋼鐵公司。1987年川崎公司采用等離子噴射細化磁疇法生產(chǎn)同樣的RGH—PJ產(chǎn)品。1988年新日鐵采用齒狀輥加工法制成耐熱的細化磁疇ZDMH牌號產(chǎn)品。1992年川崎公司采用化學浸蝕形成溝槽法制成同樣的耐熱細化磁疇RGH—HPDR牌號。自1968年到1983年期間，％。其主要原因是：(1)HiB的取向度比GO鋼高，磁滯損耗Ph明顯降低。％：(2)產(chǎn)品厚度按以下順序逐漸減薄：———,并將硅含量提高到上限(％～％Si)，渦流損耗明顯降低，％；(4)采用細化磁疇技術(shù)降低反常渦流損耗Pe，這使板厚相同的HiB鋼Pt降低約10％。電工鋼的發(fā)展歷史實際上是取向硅鋼鐵損逐步降低的歷史。從熱軋硅鋼到取向硅鋼，再到以HiB及RGH為代表的超晶粒取向硅鋼，鐵損逐年降低。到目前為止，GO ／kg以下，：由于薄規(guī)格產(chǎn)品變壓器制造過程中疊片成本高，且磁感低時，變壓器尺寸的減小有限。因此進一步減薄板厚的研究不是主要方向，主要是研究降低鐵損的方法。通過機械刻痕、激光刻痕、快速加熱等降低鐵損的技術(shù)進步，／kg以下。廣煙和川崎均做出了磁感B800為20T的試驗樣品。HiB的發(fā)展趨勢將是磁感更高B800≥， 鐵損以下，因此，進一步提高磁疇控制水平開發(fā)細化磁疇、張力涂層 表面平滑化(鏡面化)、三次再結(jié)晶等工藝技術(shù)的研究和應(yīng)用得到進一步的發(fā)展，日本采用磁疇控制，／／kg[6] 電工鋼的性能要求 磁性能電工鋼是以其鐵損和磁感應(yīng)強度作為產(chǎn)品磁性保證值的。用戶對電工鋼的磁性能要求是：(1) 低的鐵損。所謂鐵損是指當磁感應(yīng)強度隨時間按正弦規(guī)律變化，其峰值為某一標定值。變化頻率為某一標定頻率時。單位質(zhì)量的鐵芯在溫度20℃時所消耗的功率定為標準比總鐵損(簡稱標準鐵損或鐵損)，單位為W／kg。鐵損(Pt)是由磁滯損耗(Ph)、渦流損耗(Pe)和反常損耗(Pa)三部分組成的。鐵損低可節(jié)省大量電力，延長電機和變壓器工作時間并簡化冷卻裝置。％～％ ，其中變壓器約占50％，小電機占30％，鎮(zhèn)流器占15％。因此，各國生產(chǎn)電工鋼板總是千方百計地降低鐵損．并以鐵損作為考核產(chǎn)品磁性能的最重要的指標。按鐵損值作為劃分牌號的依據(jù)。由于變壓器鐵芯設(shè)計選用的最大工作磁感(B)～，頻率為50(或60)Hz，所以冷軋取向硅鋼板規(guī)定的鐵損保證值一般為。(或60)Hz。所以冷軋無取向電工鋼板的鐵損保證值一般為。(2) 高的磁感應(yīng)強度。所謂磁感應(yīng)強度是指溫度為20℃，鐵芯試樣從退磁狀態(tài)，在標定頻率下磁感應(yīng)強度按正弦規(guī)律變化。當交流磁場的峰值達到某一標定值時。鐵芯試樣磁感的峰值為標準磁感應(yīng)強度(簡稱磁感應(yīng)強度或磁感)，單位為T。取向硅鋼沿軋向的磁化曲線很陡，其彎曲點明顯提高，～。比無取向硅鋼縱橫向平均B值高30％以上，制成的壓器鐵芯體積和重量也相應(yīng)減少30％以上。電機設(shè)計B ，接近于冷軋無取向電工鋼值，因此以B如作為保證值。磁感應(yīng)強度高，鐵芯激磁電流(空載電流)降低，導(dǎo)線電阻引起的銅損和鐵芯鐵損降低，可節(jié)省電能。當電機或變壓器容量不變時，磁感應(yīng)強度高可使鐵芯體積縮小和質(zhì)量減輕。節(jié)省電工鋼板、導(dǎo)線等的用量，并使鐵芯鐵損和制造成本降低，有利于制造、安裝和運輸。(3) 對磁各向異性的要求。鐵磁性材料沿不同方向的磁性不相同稱為磁各向異性。磁各向異性可分為磁晶各向異性、應(yīng)力各向異性、形狀各向異性、感生各向異性和交換各向異性。硅鋼是體心立方晶體結(jié)構(gòu)，其晶軸不同，磁化特性也不同。三個主軸方向的磁性。[100]方向為易磁化軸，[110]方向為次易化軸，[111]方向為難磁化軸。這種磁化特性稱為磁各向異性。電工鋼的用途不同，要求磁各向異性不同。電機是在運轉(zhuǎn)狀態(tài)下工作，鐵芯是用帶齒圓形沖片疊成的定子和轉(zhuǎn)子組成，要求電工鋼板為磁各向同性。因此用無取向冷軋電工鋼或熱軋硅鋼制造。一般要求縱橫向鐵損差值8％、磁感差值10％變壓器是在靜止狀態(tài)下工作。大中型變壓器鐵芯是用條片疊成。一些配電變壓器、電流和電壓互感器以及脈沖變壓器等用卷繞鐵芯制造。這樣可保證沿電工鋼板軋制方向下料和磁化，因此都用冷軋取向硅鋼制造。一些小型變壓器鐵芯用E—l型等沖片疊成，只能保證沖片軛部沿軋向磁化，除用取向硅鋼制造外，也常用無取向電工鋼制造。大型汽輪發(fā)電機定子鐵芯也可用取向硅鋼板沖成扇形片并搭疊成圓形鐵芯。使扇形片軛部平行于鋼板軋向，齒部垂直于軋向。(4) 磁時效小。鐵芯的磁性隨使用時間的變化的現(xiàn)象叫磁時效。磁時效主要是由于過飽和碳和氮析出微小碳化物和氮化物而引起的。所以要求電工鋼產(chǎn)品中碳含量(質(zhì)量分數(shù))和氮含量(質(zhì)量分數(shù))％％。 加工性能由于電工鋼還需要進一步加工成形。用戶對電工鋼的加工性能也有一定的要求：(1)好的沖片性。電工鋼成形的沖剪工作量很大。特別是微、小電機，所以要求電工鋼板的片性好。沖片性好能夠提高沖剪片的尺寸精度，延長沖剪工具的使用壽命。(2)表面光滑平整，厚度偏差小和均勻。這項要求主要是為了提高產(chǎn)品的疊片系數(shù)(鐵芯有效利用)空間，保證沖剪片尺寸精度和便于鐵芯裝配。電工鋼板的疊片系數(shù)降低1％，相當于鐵損增高2％和磁感應(yīng)強度降低l％。 絕緣性能冷軋電工鋼產(chǎn)品表面涂有無機鹽或半有機鹽絕緣薄膜，以防止鐵 疊片間發(fā)生短路而增高渦流損耗。對絕緣膜的要求是：(1)耐熱性好；(2)膜薄且均勻；(3)層間電阻高；(4)附著性好；(5)沖片性好；(6)耐腐蝕性和防銹性好。高磁感取向硅鋼表面涂以應(yīng)力涂層。使鋼板中產(chǎn)生拉應(yīng)力，通過細化磁疇使鐵損和磁致伸縮明顯降低不同用途的電工鋼，對磁性、沖片性和絕緣性有不同的要求。不同的最終加工成形方法，對磁性和加工性有不同的影響。冷軋電工鋼比熱軋電工鋼具有如下優(yōu)點：(1)磁性高，可節(jié)省大量電能；(2)表面光滑。疊片系數(shù)高；(3)沖片性好；(4)表面涂絕緣膜，便于使用；(5)成卷供應(yīng)，適用于高速沖床、利用率高。 影響電工鋼性能的因素磁感應(yīng)強度和鐵損是電工鋼磁性的根本特性。 影響磁感應(yīng)強度的因素影響磁感應(yīng)強度的因素有：(1)無取向電工鋼的磁感應(yīng)強度主要與硅含量和晶體織構(gòu)有關(guān)。硅含量提高，磁感應(yīng)強度B50值降低。無取向電工鋼基本為混亂織構(gòu)，但調(diào)整成分和改善制造工藝，可使織構(gòu)中(100)和(110)位向組分加強，(111)組分減弱，B50值提高。鋼中雜質(zhì)和夾雜物含量增高，以及成品晶粒尺寸增大，也使B50值降低。(2)冷軋取向硅鋼的硅含量(質(zhì)量分數(shù))基本不變(～％Si的范圍內(nèi)變化)，所以磁感應(yīng)強度只隨(1l0)[001]晶粒取向度提高或(110)[001]位向偏離角減小而增高。 影響鐵損的因素影響鐵損P的因素多且復(fù)雜，因為影響組成Pt的磁滯損耗Ph、渦流損耗Pe和反常損耗Pa的因素各不相同，而且其中一些因素對這三種鐵損組分具有完全相反的影響，只能最終看表現(xiàn)在Pt值上的綜合效果。無取向電工鋼鐵損Pt中，Ph占60～80％，主要是降低Ph。取向硅鋼鐵損Pt中，磁滯損耗Ph僅占大約30％ ，渦流損耗 +反常損耗約占70％，而反常損耗Pa又比渦流損耗Pe大l～2倍，因此降低鐵損主要應(yīng)降低渦流損耗Pe和反常損耗Pa，特別是反常損耗Pa。(1) 影響磁致?lián)p耗Ph的因素影響Ph的因素就是影響磁疇壁移動的因素，它們是：(1)晶體織構(gòu)。取向硅鋼(110)[001]提高或無取向電工鋼中(100)位向組分增加，則Ph增高。(2)雜質(zhì)、夾雜物和內(nèi)應(yīng)力。它們使晶格發(fā)生畸變，位錯密度增高，阻礙磁疇壁移動，所以Ph增高。(3)晶粒尺寸。晶界的晶格是畸變的。晶體缺陷多，使磁疇壁移動阻力增大。所以晶粒小晶界面大，Ph增高。(4)板厚。成品厚度減薄，表面自由磁極能量(靜磁能)增大，磁疇壁移動阻力增加，Ph增高。(5)表面狀態(tài)。鋼板表面平滑，表面自由磁極減少，磁疇壁移動阻力減小，Ph降低。(2) 影響渦流損耗Pe和反常損耗Pa的因素與電工鋼的電阻率(取決于硅含量)成反比關(guān)系；與板厚t的平方成正比關(guān)系。Pe與電工鋼的磁疇結(jié)構(gòu)有關(guān)。日本近年降低取向硅鋼鐵損的三個主要措施(提高硅含量、減薄成品厚度和細化磁疇)就是以此理論為依據(jù)的。影響磁疇尺寸的主要因素是：(1)晶粒尺寸。晶粒粗大，磁疇尺寸增大，疇壁移動速度加快，而Pa與疇壁移動速度平方成正比關(guān)系，所以Pa增大。(2)(110)[001]位向偏離角。主磁疇尺寸減小，Pa降低。(3)拉應(yīng)力效應(yīng)。沿軋制方向加拉應(yīng)力磁疇細化和。亞磁疇減少，Pa降低。應(yīng)力涂層就是據(jù)此效應(yīng)開發(fā)的。(4)刻痕效應(yīng)。取向硅鋼表面沿橫向刻度可使磁疇細化，降低Pa。但刻度使鋼板表面不平和疊片系數(shù)降低，故無實用價值。 電工鋼控制技術(shù)的材料學原理(1) 化學成分的影響 電工鋼成分組成基本包括三大類元素。第一類為基本合金元素，如Si、Al、Mn等；第二類為雜質(zhì)元素，如C、S、N、O、Ti、Zr 等；第三類為微量元素如Sb、Sn等。第一類元素的影響 硅是影響電工鋼磁性、力學性能最基本的因素。在電工鋼中加硅主要是提高電阻率，降低渦流損耗。同時使矯頑力和磁滯損耗也降低，從而使鐵損下降。但磁感應(yīng)強度和飽和磁感應(yīng)強度也降低。隨著硅含量增高，鋼的屈服強度和抗拉強度明顯提高。％％的抗拉強度又迅速降低：隨著硅含量增高，伸長率顯著降低，硬度迅速增高。因此，％，％ ；隨著硅含量增高，鋼的熱導(dǎo)率下降，鑄造晶粒粗大。Si、Al、Mn是有益的合金元素，可使鐵的磁各向異性常數(shù)和飽和磁滯伸縮常數(shù)值降低，磁化更容易，所以Ph降低。另外，這些元素還可提高電阻率，使Pe降低。因此，高第一類元素的含量可