【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 藝技術(shù)參數(shù)測(cè)試，磁性能測(cè)試按測(cè)試頻率分為：工頻測(cè)試和中頻測(cè)試，工頻測(cè)試又分為多片和單片測(cè)試 對(duì)于工藝技術(shù)參數(shù)的測(cè)試，將其幾何尺寸的測(cè)試單獨(dú)制定成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。日本電工鋼的標(biāo)準(zhǔn)，從產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)到測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)基本上都采用了IEC的標(biāo)準(zhǔn),但標(biāo)準(zhǔn)體系又不同于IEC。沒(méi)有半工藝標(biāo)準(zhǔn)，只有全工藝標(biāo)準(zhǔn)。但全工藝標(biāo)準(zhǔn)是按取向和無(wú)取向分開制定的，除了全工藝型產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)外，還有一個(gè)磁極用標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)，只有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，除單片測(cè)試方法外將多片磁性能測(cè)試、幾何特性測(cè)試和工藝技術(shù)性能測(cè)試都納入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，更有利于應(yīng)用美國(guó)ASTM 電工鋼的標(biāo)準(zhǔn)自成體系，沒(méi)有采用IEC的標(biāo)準(zhǔn)。其標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量最多，不但有米制標(biāo)準(zhǔn)還有英制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于全工藝型取向產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)來(lái)講。按照硅含量的不同而分成兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。半工藝型產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)基本上和IEC標(biāo)準(zhǔn)相同，也分合金和非合金兩個(gè)。對(duì)于測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)來(lái)講，其標(biāo)準(zhǔn)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(guó)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(guó)和德國(guó)開始生產(chǎn)熱軋電工鋼片以來(lái)，電工鋼經(jīng)歷了三個(gè)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(guó)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(shí)效現(xiàn)象減輕。據(jù)此研究，德國(guó)、美國(guó)和英國(guó)開始大規(guī)模地生產(chǎn)熱軋硅鋼板 各國(guó)學(xué)者也紛紛對(duì)硅鋼力學(xué)性能、雜質(zhì)和晶粒尺寸等因素進(jìn)行了研究。使得電工鋼的軋制、熱處理以及電機(jī)、變壓器設(shè)計(jì)方法不斷改進(jìn)。到20世紀(jì)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(lái)提高磁性，減輕磁時(shí)效，進(jìn)一步降低鐵損和改進(jìn)絕緣膜，以改進(jìn)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(guó)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(shí)間延長(zhǎng)，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(wú)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(guó)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(xì)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(zhǎng)大機(jī)理，即晶界能作為驅(qū)動(dòng)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(jìn)和各國(guó)學(xué)者對(duì)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(diǎn)是沿軋向和橫向的磁性能都高，4方向?yàn)閇1l0]方向，磁性能低。雙取向硅鋼在制作變壓器時(shí)不需氣拼接，可使鐵損進(jìn)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(shí)，硅鋼片表面只涂一層清漆，后來(lái)又發(fā)展到涂有機(jī)絕緣漆在研究開發(fā)冷軋取向硅鋼的同時(shí)，美國(guó)的Armco公司從20世紀(jì)40年代初開始了無(wú)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(wú)取向電工鋼。無(wú)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(jì)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(wú)取向電工鋼磁時(shí)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(lái)冶煉純凈鋼水以后，陸續(xù)生產(chǎn)出H8(RM8)、H7(RM7)、高牌號(hào)3％Si及H6(RM6)最高牌號(hào)無(wú)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(shí)代意義的是高磁感取向電工鋼(HiB)的生產(chǎn)。20世紀(jì)六十年代，日本新日鐵公司在引進(jìn)美國(guó)Armco公司專利的基礎(chǔ)上。田中悟等人對(duì)晶粒長(zhǎng)大抑制劑、軋制、熱處理工藝和玻璃涂層等進(jìn)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(diǎn)是：以AlN+MnS作為有利的夾雜來(lái)抑制初次晶粒的長(zhǎng)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(guò)程中,新日鐵申請(qǐng)了一系列的專利。新日鐵的HiB專利先后賣給美國(guó)Armco(1971年)、前西德Thyssen(1972年)、中國(guó)武鋼、(1974年1及英國(guó)BSC(1975年)等鋼鐵公司。1987年川崎公司采用等離子噴射細(xì)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(xì)化磁疇ZDMH牌號(hào)產(chǎn)品。1992年川崎公司采用化學(xué)浸蝕形成溝槽法制成同樣的耐熱細(xì)化磁疇RGH—HPDR牌號(hào)。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?。骸?并將硅含量提高到上限(％～％Si)，渦流損耗明顯降低，％；(4)采用細(xì)化磁疇技術(shù)降低反常渦流損耗Pe，這使板厚相同的HiB鋼P(yáng)t降低約10％。電工鋼的發(fā)展歷史實(shí)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(guò)程中疊片成本高，且磁感低時(shí)，變壓器尺寸的減小有限。因此進(jìn)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(guò)機(jī)械刻痕、激光刻痕、快速加熱等降低鐵損的技術(shù)進(jìn)步，／kg以下。廣煙和川崎均做出了磁感B800為20T的試驗(yàn)樣品。HiB的發(fā)展趨勢(shì)將是磁感更高B800≥， 鐵損以下，因此，進(jìn)一步提高磁疇控制水平開發(fā)細(xì)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(jìn)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(qiáng)度作為產(chǎn)品磁性保證值的。用戶對(duì)電工鋼的磁性能要求是：(1) 低的鐵損。所謂鐵損是指當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，其峰值為某一標(biāo)定值。變化頻率為某一標(biāo)定頻率時(shí)。單位質(zhì)量的鐵芯在溫度20℃時(shí)所消耗的功率定為標(biāo)準(zhǔn)比總鐵損(簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)電機(jī)和變壓器工作時(shí)間并簡(jiǎn)化冷卻裝置。％～％ ，其中變壓器約占50％，小電機(jī)占30％，鎮(zhèn)流器占15％。因此，各國(guó)生產(chǎn)電工鋼板總是千方百計(jì)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(biāo)。按鐵損值作為劃分牌號(hào)的依據(jù)。由于變壓器鐵芯設(shè)計(jì)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(wú)取向電工鋼板的鐵損保證值一般為。(2) 高的磁感應(yīng)強(qiáng)度。所謂磁感應(yīng)強(qiáng)度是指溫度為20℃，鐵芯試樣從退磁狀態(tài)，在標(biāo)定頻率下磁感應(yīng)強(qiáng)度按正弦規(guī)律變化。當(dāng)交流磁場(chǎng)的峰值達(dá)到某一標(biāo)定值時(shí)。鐵芯試樣磁感的峰值為標(biāo)準(zhǔn)磁感應(yīng)強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)明顯提高，～。比無(wú)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(jī)設(shè)計(jì)B ，接近于冷軋無(wú)取向電工鋼值，因此以B如作為保證值。磁感應(yīng)強(qiáng)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(dāng)電機(jī)或變壓器容量不變時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)輸。(3) 對(duì)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(gè)主軸方向的磁性。[100]方向?yàn)橐状呕S，[110]方向?yàn)榇我谆S，[111]方向?yàn)殡y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(jī)是在運(yùn)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(wú)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?fàn)顟B(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(wú)取向電工鋼制造。大型汽輪發(fā)電機(jī)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(shí)效小。鐵芯的磁性隨使用時(shí)間的變化的現(xiàn)象叫磁時(shí)效。磁時(shí)效主要是由于過(guò)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?jǐn)?shù))和氮含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))％％。 加工性能由于電工鋼還需要進(jìn)一步加工成形。用戶對(duì)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(jī)，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(zhǎng)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(xiàng)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(dāng)于鐵損增高2％和磁感應(yīng)強(qiáng)度降低l％。 絕緣性能冷軋電工鋼產(chǎn)品表面涂有無(wú)機(jī)鹽或半有機(jī)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(duì)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(guò)細(xì)化磁疇使鐵損和磁致伸縮明顯降低不同用途的電工鋼，對(duì)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(duì)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(diǎn)：(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?zèng)_床、利用率高。 影響電工鋼性能的因素磁感應(yīng)強(qiáng)度和鐵損是電工鋼磁性的根本特性。 影響磁感應(yīng)強(qiáng)度的因素影響磁感應(yīng)強(qiáng)度的因素有：(1)無(wú)取向電工鋼的磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)度B50值降低。無(wú)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(qiáng)，(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?jǐn)?shù))基本不變(～％Si的范圍內(nèi)變化)，所以磁感應(yīng)強(qiáng)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?yàn)橛绊懡M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(duì)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(wú)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(dòng)的因素，它們是：(1)晶體織構(gòu)。取向硅鋼(110)[001]提高或無(wú)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(cuò)密度增高，阻礙磁疇壁移動(dòng)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)主要措施(提高硅含量、減薄成品厚度和細(xì)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(dòng)速度加快，而Pa與疇壁移動(dòng)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(xì)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(xì)化，降低Pa。但刻度使鋼板表面不平和疊片系數(shù)降低，故無(wú)實(shí)用價(jià)值。 電工鋼控制技術(shù)的材料學(xué)原理(1) 化學(xué)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(xué)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(shí)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(qiáng)度和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度也降低。隨著硅含量增高，鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度明顯提高。％％的抗拉強(qiáng)度又迅速降低：隨著硅含量增高，伸長(zhǎng)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