电工钢生产概论

冲片性能

以100kVA变压器为例，铁芯需用0.5mm 厚的1700片硅钢片叠装，电机转子和定 子铁芯的形状较复杂，要求硅钢片冲剪 无毛刺。硅含量相同的冷轧硅钢其冲片 性能比热轧硅钢要好，且冲片模具寿命 能提高4～6倍。热轧硅钢片都是单张供 货，冷轧硅钢片可成卷供货，冲剪材料 的利用率可提高15个百分点。
无取向电工钢的化学成分范围
C
≤0.015
(最好≤0.005)
Si
0.1~1.0
Mn
0.25~0.50
P
0.02
S
≤0.015
(最好≤0.005)
AlS
≤0.02
(最好≤0.005)
N2
≤0.002
提 纲


电工钢概述 电工钢性质 电工钢使用性能 电工钢一般生产工艺
（1）铁芯损耗（PT）低
各元素对硅钢的影响效果



有助于提高铁磁性的元素：Ni、Co； 有助于提高电阻率的元素：Al、P； 引起晶格畸变的有害元素：C、N、O； 形成夹杂物的有害元素：V、Cr、Ti； 扩大奥氏体妨碍二次再结晶的元素：C、N、Mn； 形成有利杂质的元素：Sb、Bi； 有利夹杂物：MnS、AlN。

表. 电工钢板的品种和分类
分 热轧硅钢板 (无取向) 类 公称厚度 /mm 0.50 0.35和0.50 0.50和0.65 0.35和0.50 0.35、0.30、 0.27和0.23 0.05～0.15 低硅热轧钢带，热轧电机钢(1.0%～2.5%Si) 热轧高硅钢，热轧变压器钢 (3.0%～4.5%Si)
低硅含量低牌号冷轧无取向电工钢生产工艺
铁水预脱硫
冶炼
真空处理
连铸
热连轧
冷轧 酸洗 一次冷轧 中间退火 临界变形冷轧 成品退火和 绝缘涂层
高牌号冷轧无取向电工钢生产工艺
铁水预脱硫
冶炼
真空处理
连铸+电磁搅拌
热连轧
常化和酸洗
冷轧 成品退火和 绝缘涂层
酸洗
一次冷轧
中间退火
临界变形冷轧

冷轧电工钢的电磁性能主要取决于内部组织结构， 通过对冶炼、连铸、热轧、冷轧及热处理等各生产 工序的综合控制，确保冷轧电工钢最终的电磁性能。 热轧工序的温度制度控制对改善无取向电机钢的电 磁性能非常重要。在热轧机能力允许的情况下，温 度应尽量低，以防止钢中MnS和AlN等析出物的固 溶、析出，磁性变坏。 一般冷轧无取向电机钢开轧温度为1180℃±20℃， 终轧温度为850℃±20℃。
无取向电工钢 (冷轧电机钢)
冷轧电工 钢板 单取向硅钢 (冷轧变压器钢) 双取向硅钢
低碳电工钢(<0.5%Si) 电机硅钢(0.5%～3.5%Si) 冷轧变压器硅钢 (2.9%～3.3%Si)
高频用冷轧变压器硅钢 (2.9%～3.3%Si)

此外还有特殊用途的电工钢板，如高频 电机和变压器以及脉冲变压器用电工钢； 继电器和电力开关用的高强度冷轧无取 向硅钢；新型高转速电机转子用的高强 度冷轧电工钢；医用核磁共振断层扫描 仪等磁屏蔽和高能加速器电磁铁用的低 碳电工钢；高频电机和变压器以及磁屏 蔽的高硅钢板等。
电工钢的分类及用途

电工钢按其主要合金硅元素的含量可分为工业纯 铁和硅钢两大类；按生产工艺过程硅钢又可分为 热轧和冷轧两大类；冷轧硅钢又分为取向硅钢和 无取向硅钢两种 。
磁各向异性的冷轧取向硅钢片主要用于制作各种 变压器的铁芯，也可冲压制成扇形、制做大型汽 轮发电机的定子；磁各向同性的冷轧无取向硅钢 片主要用于制造容量较大的大中型电机、发电机 以及家用电机、微电机、镇流器和小型变压器等。
电工钢的主要物理性质

电工钢的实际密度与Si和Al的含量有关，按经验公式计算：
7.865 0.065[(%Si) 1.7(% Al )] (g/cm3)

电工钢的电阻率与Si和Al的含量有关，按经验公式计算 ：
12 11(%Si)
0
13.25 [11.3(Si Al )%]
0
(μΩ· cm)
电工钢的主要力学性质




硅钢的屈服强度和抗 拉强度随硅含量增加 而增大。 在3.5％～4.5％Si处达 到最大值。 Si>2.5％时，伸长率和 面伸缩率急剧下降， Si>4.5％时，屈服强度 和抗拉强度也急剧下 降，伸长率和面伸缩 率迅速降为零。


硅钢的硬度随硅 含量增加而增高， Si含量大于4.5％ 的硅钢既硬又脆， 不能进行冷加工， 这是热轧硅钢板 的硅含量上限设 定为4.5％，而冷 轧硅钢硅含量上 限设定为3.3％的 重要原因。

表. 2001～2005年国内主要厂家电工钢产量 （万吨）
时间 （年） 取向 武钢 太钢 宝钢 鞍钢 无取向 无取向 无取向 无取向 2001 12 25.17 11.03 38.5 -86.7 81.6 168.3 2002 12.89 28.26 10.6 44.5 -96.25 82.1 178.35 2003 12.53 27.4 12.4 50.8 -103.13 95.4 198.53 2004 12.7 33.8 14.3 53.5 11.1 125.4 104 229.4 2005 13.21 57.03 17.14 68.6 45.42 201.4 105.2 306.6 “十五” 合计 63.32 171.66 65.45 255.6 56.52 612.57 468.3 1080.87
表. 热轧、冷轧电工钢各项性能指标
项目 磁性能 加工性能 同板差 耗电量 热轧硅钢 同样铁损的热轧硅钢比 冷轧硅钢磁感低0.4～0.5T 热轧硅钢比冷轧硅钢硬度 HV值高20～30MPa 叠装系数≥95％ 铁损比相同硅含量的冷轧钢大 冷轧硅钢 磁感高，磁激电流小， 电机的铜损小，功率高 硬度低，加工模具损耗小， 加工性优良 叠装系数≥98％ 节能

Si：电工钢中加硅主要是提高电阻率，降低涡 流损耗，降低铁损，并促进晶粒长大。

Mn：锰可扩大γ相区，有利于晶粒长大，降低铁损。 可形成 MnS，防止生成 FeS 所引起的热脆，又可降低 相变温度，使退火温度下降，晶粒尺寸变小，影响磁 性，故一般Mn/S≥10。 P：磷与硅的作用相似，缩小γ相区，促使晶粒长大， 提高电阻率和硬度，降低铁损。控制在0.03 %以下。 S ：硫是有害元素，硫使铁损和矫顽力增大。硫与锰 形成细小的MnS质点，阻碍成品退火时晶粒长大。故 S含量越小越好，一般控制在0.015％以下。


连铸坯
平整冷轧后 电工钢带
退火后钢带
谢 谢
无取向 ＋取向
热轧板 合计
冷轧 ＋热轧
提 纲


电工钢概述 电工钢性质 电工钢使用性能 电工钢一般生产工艺
各元素对电工钢性能影响

C：碳对电工钢极有害，碳会提高矫顽力和磁
滞损耗。随碳含量增高， P15 增大；碳也可与
铁形成间隙式固溶体，使晶格畸变严重，引起
很大的内应力，使磁性明显降低，故要求成品 中C<0.015％；
磁感应强度（B）

磁感应强度是铁芯单位截面面积上通过 的磁力线数，也称磁通密度，代表材料 的磁化能力，单位为T。
使用磁感应强度高的硅钢片，铁芯重量 可相应减少。一般变压器铁芯约占设备 总重量的1/3～1/2。冷轧硅钢片的磁感 应强度比热轧硅钢片的高20～30％，变 压器铁芯体积和重量也相应减少30％。
绝缘薄膜性能

为防止铁芯叠片间短路而增大涡流损 耗，现代冷轧电工钢带表面涂有特殊 性能的半有机绝缘膜。
磁时效效应

铁磁材料的磁性随使用时间而恶化的现 象称为磁时效现象，特别是当铁芯长期 在温度50～80℃工作时，磁时效效应更 为明显。对磁时效影响最大的元素是钢 中的碳和氧。
提 纲


电工钢概述 电工钢性质 电工钢使用性能 电工钢一般生产工艺
钢板表面质量


为了保证铁芯的叠片系数，要求电工钢板表面 光滑、平整且厚度均匀。叠片系数高意味着对 于一定的铁芯表观体积，实际电工钢用量更多、 单位面积内磁通量更大。叠片系数提高1％相当 于铁损降低2％，磁感应强度提高1％。 若钢板厚度不均匀，装配铁芯困难，变压器和 电机使用中噪音和震动增大。 冷轧硅钢片表面质量和厚度均匀性都比热轧硅 钢片的好，且叠片系数高，噪音和震动较小。 例如：0.35mm厚硅钢片的叠片系数，冷轧硅钢 片为 97～98％，热轧硅钢片为92～94％。
（2）磁感应强度（B）高
（3）要求磁各向异性
（4）冲片性能良好
（5）钢板表面光滑、平整、厚度均匀
（6）绝缘薄膜性能良好
（7）磁时效性现象小
铁芯损耗（PT）


铁芯损耗简称铁损，其单位为W/kg，是指铁 芯于交变磁场中磁化时，磁通量变化受到各种 阻碍而消耗掉部分电能，这种损耗使铁芯发热， 引起电机和变压器的温度升高。 按我国电工钢生产现状，每发电1kW需配备发 电机和各种变压器共9kVA，其中变压器用钢 占全部电工材料的20～30％。若用10万吨冷轧 硅钢代替热轧硅钢生产变压器，每年可节电约 2亿度，相当于23.4万kW发电机全年的发电量 总和。



N：氮以间隙原子固溶在铁中，是强烈扩大奥氏体的 元素。氮能与铝形成AlN，作用与MnS相同，合理的 生产工艺可有效提高磁性，降低铁损。若控制不好， 则会影响硅钢的各项性能。一般氮含量应控制在 0.002％以下。 O：氧在γ-Fe中形成间隙固溶体，使晶格变形、矫顽 力增加、磁时效效应增加、磁性降低。钢中的氧易形 成SiO2、Al2O3等氧化物夹杂，阻碍晶粒长大，使磁 性降低，故要求硅钢中氧含量越低越好。
生产效率
劳动强度
低
高 低，加工后不需退火 低
高
低 高，需消除应力退火 高
加工应力敏 感度
价格
我国冷轧硅钢生产技术现状

目前，我国生产冷轧硅钢片的大企业主要有武钢、 宝钢、太钢、鞍钢四家。冷轧电工钢的生产能力 有310.9万吨，其中取向硅钢为28万吨。 冷轧硅钢的制造工艺和设备复杂，成分控制严格， 生产工序长，影响性能的因素多，尤其是取向硅 钢被视为钢铁行业中的珍品。因此常把取向硅钢 产品的质量看作衡量一个国家钢铁制造技术水平 的重要标志，也在一定程度上体现了一个国家科 技和国民经济发展状况。

磁各向异性

电机转子在运转状态下工作，铁芯是用带齿圆 形冲片叠成的定子和转子组成的，要求电工钢 板为磁各向同性，一般要求纵横向铁损差值 <8%，磁感差值<10%，因此适合用无取向冷轧 电工钢或热轧硅钢制造。
变压器在静止状态下工作，大中型变压器铁芯 用条片叠成，一些配电变压器、电流和电压互 感器以及脉冲变压器等用卷线铁芯制造，以保 证沿电工钢板轧制方向下料和磁化，因此一般 用冷轧取向硅钢制造。

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铁－硅合金的特性


铁的居里温度为770℃
铁硅二元系含硅量超过 2.5％时，奥氏体区封闭 消失 Si>4.5%时，出现有序相 （Fe3Si）和（FeSi）

碳对铁－硅合金的影响
碳含量小于0.025％ 的3.25％ Fe-Si合金 在任何温度下都为 单一的α相，不会发 生相变


这是采用高温退火发生二次再结晶、制造取向硅钢和高牌 号无取向硅钢的金属学基础
电工钢生产概论
提 纲


电工钢概述 电工钢性质 电工钢使用性能 电工钢一般生产工艺
电工钢是铁基的工业用软磁材料，包 括碳含量很低的工业纯铁和0.5％～4.5％ Si硅钢两类，主要用做各种电机和变压器 的铁芯，是电力、电子和军事工业中不可 缺少的重要磁性材料。电工钢板带在磁性 材料中用量最大，约占磁性材料的90％， 占电工材料的50％。电工钢是重要的能源 用钢，也是一种重要的金属功能材料 。