总第171期 南方金属 Sum．171 2009年12月 SOUTHERNME7n气LS December2009 文章编号：1009—9r700(2009)06—0026一04 6．5％Si电工钢的特性及应用 王东1，王春霖2 (1．武汉科技学院，湖北武汉430073；2．武钢职工大学，湖北武汉430080) 摘要：介绍高硅(6．5％Si)电工钢的特性及生产方式，同时叙述了该牌号电工钢国内外的发展及应用情况．高硅 电工钢的研制和开发具备极其重大的现实意义． 关键词：6．5％Si；电工钢；应用 142．7 中图分类号：TG 文献标识码：A Characteristicsand of electricalsteel 6．5％Si applicationshigh-silicon WANG Chan．1in2 Don91。WANG of (1．Wuhan Science＆Engineering，Wuhan430073，Hubei； College 2．Staff ofWuhanIron＆SteelCo．Wuhan andWbrke玛Institute 430080．Hubei) characteristicsand of its Abstract：The productionhighsilicon(6．5％Si)electricalsteel唧described，andapplications at abroad inthe of and homeand introduced R＆Dofthe siliconelectricalsteelis development paper．The higll prospects greatsignificance． Keywords：6．5％Si，electricalsteel，application 中硅含量达到6．5％时，磁致伸缩系数几乎为零， O前言 因此，6．5％Si电工钢是制作低噪音、低铁损比较 硅钢片亦称硅钢薄板或电工钢板，是电力和电 理想的铁芯材料，国内外一些研究机构对6．5％Si 讯工业用以研制发电机、电动机、变压器、继电器、互 电工钢的研制十分青睐．另一方面，由于硅含量的提 感器以及其它电器仪表的重要磁性材料．众所周知， 高，硅钢片的脆性增加，给钢材迸一步加工带来了 硅钢片中的硅含量对其产品的特性影响很大．现有 一些困难．所以，高硅电工钢的发展受到了一定的 研究表明，随着硅量的增加，钢板中固有的阻抗增大 制约． 而涡流损耗降低，表现出优良的特性． 1 6．5％Si电工钢的特性 目前，国内外大批量生产的硅钢片中硅含量 控制在4％以内，武汉钢铁集团公司生产的高磁感 1．1磁特性 低铁损的HiB钢的硅含量在3．3％左右．当硅钢片 6．5％电工钢与现有电工钢磁性的比较见表1． 表1 6．5％电工钢与现有电工钢磁性的比较 收稿日期：2009—01—12 作者简介：王 东(1963一)，男，1985年燕山大学冶金系毕业，武汉科技学院教授，研究方向：冶金工程及机械． 总第171期 王东，等：6．5％Si电工钢的特性及应用 从表l中看出，6．5％电工钢的铁损约为无取向 度、延伸率、拉伸速度等．日本津制作所用AG— 钢板的1／2，磁致伸缩为1／25．与取向硅板相比，IOTA型拉伸试验机自动记录仪求出的高硅(6．5％) 400 Hz的铁损小，磁致伸缩为1／6．由此可见，有可 能在较高频率领域内实现低铁损化和无噪音化． 机械特性见表2． 1．2机械特性 机械特性重要表现为材料的屈服强度、抗拉强 表2抗拉伸机械特性(h=0．5mill) 从表2中看出，65R—B，80R—B的O．2％屈服 采用小冲剪间隙和温热冲剪等措施．但从加工性考 强度分别为50A400板材的3．9和2．2倍；抗拉强度虑，最好采用在退火处理前精心机加工，然后再进行 则分别为2．8和1．6倍，经退火处理，强度有所下退火．另外，如需要将高硅电工钢板构成有高强度要 降，但也比一般的硅钢板高许多．此外，高硅硅钢板 求的零件，为了尽最大可能避免冲剪裂纹，在目前还不得不采用 的断裂延伸率仅为50A400板材的1／10以下，尤其 电火花加工．从材料的应用上，今后还需从材料本身 是经退火处理过的80R—B最低． 和加工方法两方面来改善其加工性． 高硅硅钢板的拉伸断裂状况也呈现不同的特 2 6．5％Si电工钢的生产方式及结构 征．65R—B不仅在断裂近旁发生塑性滑移，而且在 板厚方向也发生局部收缩．但是80R—B的断裂呈2．1生产方式 晶界裂纹和晶粒开裂的混合状态．它从多个微裂纹 从上述特性知，铁中添加6．5％Si，可使磁致伸 的复合直至引起整体断裂，呈现为脆性折断的模样， 缩几乎为零，阻抗率增加，从而得到优异的磁性材 所以当把高硅板作为高强度材料使用时，必须充分 料．但是，随着Si量的增加，饱和磁通密度逐渐降 考虑到此状况． 低，同时由于脆性，轧制的冲片加工都极其困难，工 1．3加工特性 业生产不易实施． 由于高硅电工钢比一般硅钢板硬而脆，为典型 日本钢管公司(NKK)曾利用轧制法和CVD法 namSUPER 晶间断裂，因此给实际应用带来加工问题…．ASE 成果地制作出厚o．1一O．5lllnl，宽400 分析断口证明存在大量O：，即晶界氧化对6．5％SiECORE牌号的无取向6．5％Si电工钢带．轧制法就 钢冲剪加工性有重大影响．实践证明：O：偏聚量少 是热轧板结晶组织的最佳化和脆性材料轧制技术的 于30 at％，C偏聚量大于0．5at％时加工性好，伸长 开发，CVD法的特点是在易于加工的含少量硅状态 率大于5％．加少量B和晶粒尺寸小于2mm时可改 下轧制，然后通过CVD工艺使硅含量增加到6．5％． 善加工性． NKK生产的这种电工钢带其电阻率比3％Si钢高一 应用通常的冲模冲剪加工时，易在孔槽的四周 倍，磁致伸缩几乎为零，磁晶各向异性常数降低约 形成许多微小的裂纹，这是由剪切力和弯曲力所致． 40％． 为实现稳定的有良好剪切断面的冲剪加工，必需 1993年7月日本钢管公司京浜厂建成月产 南方金属 SOUTHERNMETALS 2009年第6期 100 t的CVD连续快速渗Si生产线．3咖，宽600Ill的产品‘2I，如图1所示．由于半导以钢材渗硅和扩散处理后重量减轻，板厚减薄．0．40 体的发展，使得电器设备在更高频率下工作，1995mm厚的板重量减轻10％～15％，板厚减薄约1％． 年又生产了0．05 trim厚的产品．通过调整制造工 oC快 6．5％Si钢力为B：+DO，有序结构．如果从500 艺，显著改善了产品加工性． 000—70 冷，导磁率最高可达到60 000，在曰：有序 相中存在许多细小DO，相． 2．3国内发展状况 中国是世界上电工钢生产的主要国家之一．近 年来，高硅电工钢的研究工作有了突破性进展．一些 科研单位应用快速冷凝方法成功地研制出了磁致伸 铸态极薄带．其组织呈微晶状态(带表面平均晶粒 图1 CVD连续快速渗Si生产线m)，表面光亮平整，有良好的歪折性，可以 用0．05—0．30mm厚无取向3％Si钢带作为原 顺顺利利地进行50％压下量的冷轧【3J．这种极薄带磁性优 材料，在非氧化性气氛中加热到约1000℃，进入渗 050～l200℃． 硅区大于50℃／rain速度升温到1 ZT50及薄规格无取向硅钢片HTHl50的磁性．可以 通过几组喷嘴向钢带上下表面喷射含5％一30％ 预测，此材料将会在某些场合下取代单取向硅钢极 SiCI。的H2+N2混合气．渗硅处理3～10min．气体 薄带，成为高频电机铁芯的理想材料． m／s． ^．．L r-r 流量为1．5—2．5Nm3／h，气体流速为0．3—3．5 j心用 T，形成 化学反应式为SiCl4+5Fe_+Fe3si+2FeCl2 的FeCI：气体迅速移走．流速越快，渗硅速度也越3．1高速电机 000 快．之后，通过扩散均热区在非氧化性的H：+N：混 试制的高速电机是功率为1．2kW、转速4 rain热处理．扩散处理r／min的三相异步电机．为了比较不同硅钢板的铁 合气中进行l200℃，5—20 时间与板厚平方成正比关系，扩散处理的目的是使 损特性，日本岛津制作所使用65R—B、80R—B两 Si沿板厚方向分布均匀，消除渗硅表面层中残余的 mm 空间和促使晶粒长大到板厚的1．5—2倍．O．30 制成4种规格电机．由于将各铁芯的铁耗作为研究 厚的无取向3％Si钢带经10min渗硅和扩散处理 重点，因此特性试验采用没有时间高次谐波影响的 后，就得到硅均匀分布的6．5％Si钢．钢带最后通正弦波电源，频率范围不大于300Hz．在各频率下 过冷却区，涂绝缘膜和烧结，并在250—300℃卷进行空载试验．端电压自2倍额定电压缓慢降低，测 m／rain．用在线测量钢带 取．钢带运行速度约为32 定其电流和输入功率，由输入功率减去定子铜耗和 电阻换算成si浓度的检测器，及时将si含量控制机械耗就得到铁耗． 在(6．6±0．2)％的范围内．炉内压力控制应小于 热轧后进行退火处理的80R—B高硅钢板的铁 0．98 MPa．CVD工业生产线和纵剪生产线都应尽 量减少钢带弯曲，严格控制压辊和转向辊数量及 硅钢板低20％．而不进行退火处理的65R—B高硅 辊径． 钢板的铁损在工频范围也比50A400硅钢板的低， 2．2织构 单在高频范围，则和353．300硅钢板的大致相当．因 渗硅时表面如果形成Fe，Si(14．3％Si)，由于si 此，从降低铁耗、提高效率出发，高硅钢板的退火处 和Fe的扩散速度差别大，从而形成Kirkendal空洞， 理极为重要．另外，对于65R—B硅钢板，虽然铁耗 对磁性和力学性能不利．上述CVD法预先去掉了3大一些，但因为它有很高的机械强度，能承受超高 ％Si钢表面氧化膜并调节供气量，使渗硅速度低于 速下的超大离心力，适宜于作为超高速电机的转子 零件． 15。3％Si的富si层，基本可消除空洞．由渗硅反应 总第171期 王东，等：6．5％Si电工钢的特性及应用 NKK把这种高硅电工钢的使用瞄准在电动机 铁芯可以实现小型化． 车上，如果电机车仍然靠电池充电作为动力的线结语 么，减少电源损失是十分重要的． 3．2变压器 6．5％Si电工钢具有低损耗、低噪音，可使电气 将3％Si的取向硅钢片放置在叠片铁芯厚度方 电子设备小型化、高速化．为了克服高硅电工钢板脆 向上的中间部位，其两侧所叠放的铁芯是6．5％Si性大的不利因素，近年来，通过添加第三种元素 的硅钢片，共同组成了铁芯，并且该铁芯的铁芯柱 (镍、锰、铝)来改善其加工性能的研究，已取得了一 截面中6．5％Si的硅钢片所占的比率比轭部要大定的效果． 一些． Hz和60 该铁芯的结构可使50 Hz基本周波成 参考文献 分由取向硅钢片所承受．因此，在铁芯柱漏损的高周 波磁通量占主磁通量中的高周波成分比率变得很 [1]王东．用于电力电子设备的软磁材料的研究发展动 小，轭部与铁芯柱的磁通波形的不平衡得以消解，噪 态[J]．电工合金，1995(4)：37—50． 音(变压器铁芯产生的噪音是在磁力循环中由铁芯 [2]Masakia1．6．5％Si素钢板[J]．高速电机，1992 Koga，et 片持续胀缩引起的，即交流磁致伸缩现象)大幅度 (3)：45—50． 减低，例如，在逆变器电源用变压器中，可达到20一 [3]何忠志．高频用电工钢和磁屏蔽用电磁纯铁的最近发 30曲的低噪音．所以，用6．5％Si的硅钢片制作的 展[J]．电工钢，1998(3)：2—8． (上接第17页) 数．钢材质量差，热处理不好，使用一段时间后，也会 眩m 8 产生微量变形．因此为了提高活塞的强度，延长活塞 6 4 的使用寿命，在进行活塞设计的时候，既要考虑材料 2 的强度，还要考虑材料的热处理性能．能够最终靠淬火 q0_l×＼3一dI^ 和回火来保证冲击部件的撞击面具有较高的表面硬 度，另外还要使部件有由表及里的合理的硬度分布 之4巧≈ ∞∞∞∞∞∞0∞∞∞∞ 和金相组织，使部件有稳定的整体一致的强度和抗 冲击疲劳的能力；在进行设计时尽量使活塞的截面 图6底端中心节点应力与时间的关系 积相近，避免部件外形变化的不连续和急剧变化． 4 结 论 参考文献 从上面分析可知冲击活塞的失效形式最重要的包含 撞击面的疲劳损坏、杆身的疲劳断裂及工作表面划
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