电机性能与硅钢片关系 武汉青山 无取向电工钢板卷50WW800

基本介绍

无取向硅钢(siIiconsteelwithnon—orientedgrain)

含碳很低的硅铁合金。在形变和退火后的钢板中其晶粒呈无规则取向分布。合金的硅含量为1.5%～3.0%，或硅铝含量之和为1.8%～4.0%。产品通常为冷轧板材或带材，其公称厚度为0.35和0.5mm，主要用于制造电动机和发电机。

生产工艺

生产工艺过程

铁水预脱硫，转炉吹炼时通过加入Ca0+CaF：熔剂或稀土元素和钙二次脱硫。沸腾钢水经真空处理脱碳后再进一步脱硫。选用钛和锆含量低的硅铁进行合金化。连铸时用氩气密封并经电磁搅拌。铸坯热送至热轧厂并放入缓冷坑中。将350C以上的铸坯装入加热炉中加热到1200±20C，热轧终轧温度为850±20C，卷取温度为600±20C。热轧板厚度为2.0～2.5mm。硅含量高于2%的钢一般采用一次冷轧法，冷轧前经900～1050C(1～3min)常化处理，然后采用20辊轧机冷轧。也可采用二次冷轧法，***次冷轧后在5%～20%H2+N2气氛的连续炉中经830～870C(1～3min)中间退火，再经8%～10%临界变形冷轧到成品厚度。***终退火一般在20%H2+N2气氛的连续炉中快速升温至850～860C(2～4min)退火。如果需要脱碳，采用二段式退火，前段在湿气氛中经800～850C脱碳，后段在干气氛中以更高温度短时间退火，促进晶粒长大。退火时炉内张力控制在2.9N/mm以下，可减小钢板的磁各向异性，产品纵横向铁损(P15)比值为1．1～1．3。退火后钢板涂半有机绝缘涂层。要求层间电阻高的大电机也可涂无机盐绝缘涂层。

轧制

冷轧硅钢片的磁性、表面质量、填充系数和冲片性比热轧硅钢片好，并可成卷生产，所以从60年代开始有些国家已停止生产热轧硅钢片。中国采用约 900℃低温一次快速热轧和氢气保护下成垛退火方法制造热轧硅钢片，成材率较高，成品表面质量和磁性都较好。

冷轧

为了确保不同用途的厚度与材质，将减速比例设在40%-90%，并为实现自动厚度控制、自动形状控制等***控制设备。

退火

是软化冷冲压工程中硬化了的钢带材质的工程。通过金属加热及急速冷却，生产深加工用钢及高张力钢，并采用装箱（罩退）退火与连续退火法。

绝缘涂层

将硅钢板加工成铁芯时，为改善其加工性能并防止相当于钢板厚度自乘的涡电流损失，采用连续涂镀设备，在钢板上下面喷射绝缘涂液。

影响硅钢片性能的主要因素

含硅量和杂质硅对硅钢片性能起决定影响。铁中加入硅后，电阻率增高，同时有助于将有害杂质碳分离出来。一般纯铁加入硅后，磁感应强度有所降低，但***降低了铁耗。

随着含硅量的增加，硬度和脆性增高，给轧制、冲裁，剪切以及机械加工带来困难。目前硅钢片的含硅量，一般不超过4.5%。含硅量再高，就很难进行轧制和加工。

厚度。考虑到铁心中涡流损耗与钢片的厚度平方成正比，同一品种的硅钢片，其厚度越薄，铁心损耗越小，但铁心制造工时增加，叠压系数降低。一般电机采用厚0.5毫米的硅钢片，大型汽轮发电机铁心损耗要求很严时，采用厚0.35毫米的硅钢片。

应力在冲剪、叠压或卷绕铁心的过程中，都会产生应力，使磁性能恶化，铁损耗增大。在冲（切）断面线两旁约1毫米范围内，形成可见的黑条带残余应力区。一般可采取退火处理，以消除应力，恢复原来的磁性能；***冷轧硅钢片的磁性能，对应力的影响更为敏感。

性能指标

A、铁损低。质量的***重要指标，***都以铁损值划分牌号，铁损越低，牌号越高，质量也高。

B、磁感应强度高。在相同磁场下能获得较高磁感的硅钢片，用它制造的电机或变压器铁芯的体积和重量较小，相对而言可节省硅钢片、铜线和绝缘材料等。

C、叠装系数高。硅钢片表面光滑，平整和厚度均匀，制造铁芯的叠装系数提高。

D、冲片性好。对制造小型、微型电机铁芯，这点更重要。

E、表面对绝缘膜的附着性和焊接性良好，能防蚀和改善冲片性。

F、磁时效现象小

G、硅钢片须经退火和酸洗后交货。

性能要求

一般要求电机、变压器和其他电器部件***，耗电量少，体积小和重量轻。电工钢板通常是以铁芯损耗和磁感应强度作为产品磁性***值[1] [2]  。对电工钢板性能的要求如下：

铁芯损耗（PT）低

铁芯损耗是指铁芯在≥50Hz交变磁场下磁化时所消耗的无效电能，简称铁损，也称交变损耗，其单位为W/kg。这种由于磁通变化受到各种阻碍而消耗的无效电能，通过铁芯发热既损失掉电能，又引起电机和变压器的温升。电工钢的铁损（PT）包括磁滞损耗、涡流损耗（Pe）和反常损耗（Pa）三部分。电工钢板铁损低，既可节省大量电能，又可延长电机和变压器工作运转时间，并简化冷却装置。由于电工钢板的铁损所造成的电量损失占各国全年发电量的2.5%~4.5%，因此各国生产电工钢板总是千方百计设法降低铁损，并以铁损作为考核产品磁性的***重要指标，按产品的铁损值作为划分产品牌号的依据 [3]  。

磁感应强度（B）高

磁感应强度是铁芯单位截面积上通过的磁力线数，也称磁通密度，它代表材料的磁化能力，单位为T。电工钢板的磁感应强度高，铁芯的激磁电流（也称空载电流）降低，铜损和铁损都下降，可节省电能。当电机和变压器功率不变时，磁感应强度高，设计Bm可提高，铁芯截面积可缩小，这使铁芯体积减小和重量减轻，并节省电工钢板、导线、绝缘材料和结构材料用量，可降低电机和变压器的总损耗和制造***，并且有利于大变压器和大电机的制造、安装和运输。

取向硅钢设计Bm高达1.7~1.80T，接近B8值，因此以B8作为磁感***值。电机设计Bm约为1.5T，接近冷轧无取向电工钢B50值，因此冷轧无取向硅钢以B50作为磁感***值。热轧硅钢的磁感***，通常以B25作为***值。

对磁各向异性的要求

电机是在运转状态下工作，铁芯是用带齿圆形冲片叠成的定子和转子组成，要求电工钢板为磁各向同性，因此用无取向冷轧电工钢或热轧硅钢制造。一般要求纵横向铁损差值<8%，磁感差值<10%。

变压器是在静止状态下工作。大中型变压器铁芯是用条片叠成，一些配电变压器、电流和电压互感器以及脉冲变压器是用卷绕铁芯制造，这样可***沿电工钢板轧制方向下料和磁化，因此都用冷轧取向硅钢制造。

冲片性良好

用户使用电工钢板时冲剪工作量很大，因此要求电工钢板应具有良好的冲片性，这对微、小型电机尤为重要。冲片性好可以提高冲模和剪刀寿命，***冲剪片尺寸***以及减小冲剪片毛刺。

影响冲片性的因素主要有：1）冲模或剪刀材料。如硬质合金冲模的冲片性比工具钢冲模提高一倍以上。2）冲头与冲模的间距。合适的间距一般为钢板厚度的5%~6%。3）冲片用润滑油种类。4）冲片形状。5）钢板表面绝缘膜种类和质量。6）钢板的硬度等。后两个因素与电工钢板质量有关。

钢板表面光滑、平整和厚度均匀

要求电工钢板表面光滑、平整和厚度均匀，主要是为了提高铁芯的叠片系数。叠片系数高可使铁芯有效利用空间增大，空气隙减小，使激磁电流减小。电工钢板的叠片系数每降低1%相当于铁损增高2%，磁感降低1%。

绝缘薄膜性能好

为防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗，冷轧电工钢板表面涂一薄层无机盐或无机盐+有机盐的半有机绝缘膜。对绝缘膜有以下要求：1）耐热性好。在750~800℃消除应力退火时不会破坏。2）绝缘膜薄且均匀。3）层间电阻高。4）附着性好。5）冲片性好。6）耐蚀性和防锈性好。7）焊接性好。用途不同，对绝缘膜的要求也有差异。

磁时效现象小

铁磁材料的磁性随使用时间而变化的现象称为磁时效。这种现象主要是材料中碳和氮等杂质元素引起的。电工钢板中碳和氮含量小于0.0035%时，磁时效明显减小。

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