宝钢无取向电工钢发展与产品特点
2008-08-07 16:16:33
来源：《国际电子变压器》2008年8月刊
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1 前言
无取向电工钢（Non-oriented Silicon Steel）是一类含硅含量在 0.5%～6.5% 的铁基合金磁性材料。由于其晶粒结构排布无取向性，因此在各个方向上，性能表现基本一致，主要被用作旋转电机，如大、中、小及各类微型电机的定转子铁芯。另外，还被应用于对磁性能方向性要求不高的静止电机，如小型变压器的铁心等。
为了便于了解和合理使用宝钢无取向电工钢产品，本文将简要介绍两类无取向电工钢的发展及技术特点，重点介绍宝钢无取向电工钢的发展、品种、牌号及产品特点。
2 无取向电工钢的发展
从 1882 年英国 R.A. Hadfield 开始研究电工钢以来，经历了从热轧电工钢到冷轧电工钢的发展[1]。相比热轧电工钢，冷轧电工钢制造工艺相对复杂，成分控制严格，制造工序长，而且影响因素多，因此获得钢铁产品中“工艺品”的美称。同时，冷轧电工钢具有(1)相同铁损水平下，磁感高；(2)表面质量好，同板差小，叠片系数高；(3)表面绝缘涂层比热轧电工钢用氧化膜绝缘效果好；(4)冲片性能好；(4)成卷供应，适用于高速冲床，利用率高等优点[2-3]， 1960～1967 年后，美国、日本开始淘汰热轧硅钢；20 世纪末，我国的电工钢产业得到了快速的发展，国家也制定了相应的“以冷代热”政策，开始逐渐淘汰热轧电工钢[3-4]。
为适应国家节能降耗政策，提高电机、变压器等机电产品的效率，要求所使用的冷轧电工钢具有更低铁损、更高磁感的特性[5]。而对目前普通冷轧无取向电工钢而言，铁损和磁感是一对相互矛盾的指标，很难使这两个指标同时趋优。高效无取向电工钢通过创新成分设计和生产工艺，在保证力学性能同样优异的情况下，磁性能全面提升，一般来说，同级别牌号铁损降低 15-25%，磁感提高 200-400Gs。
3 无取向电工钢的性能指标体系
表征无取向电工钢的指标主要可以分为电磁性能、力学性能、涂层性能和板形尺寸指标等，下面将分别介绍四大类指标的构成及其意义。
3.1 电磁性能指标
3.1.1 磁化特性
磁化特性反映铁芯材料的磁感应强度（磁通密度）随外加磁场变化的规律，用磁化曲线表示。为方便起见，一般用铁芯材料在一个特定磁场强度下的磁感应强度值来表征该材料的磁化特征。
无取向电工钢一般用 B50 来表征，表示频率在 50Hz、磁场强度为 5000A/m（峰值）时的磁感应强度值，单位为：特斯拉（T）。
3.1.2 铁损
铁损是指铁芯材料加上一定交变磁场时以热能形式损耗掉的能量；在市电频率为 50Hz 的国家，用 P15/50 来表征无取向电工钢的铁损特征。其表示在频率 50Hz 下磁化到磁感应强度值 1.5T 时，每 kg 铁芯材料的铁损值，单位为：瓦/千克（W/kg）。
铁损是区分无取向电工钢牌号等级的重要参考指标，在磁感达到一定水平范围内，根据铁损指标可以直接判定无取向电工钢的牌号等级。
3.1.3 测试方法
与无取向电工钢的使用特点一致，规定 B50 和 P15/50 等电磁性能指标的测试试样在钢带的轧制方向和垂直方向各半，用爱泼斯坦方圈测试。试样标准可以参见 GB/T 3655-2000。
3.2 力学性能指标
无取向电工钢的力学性能直接影响用户的分条、冲片、叠装等加工性能，其指标主要包括钢板纵横向的屈服强度、抗拉强度；纵横向的延伸率、反复弯曲次数；硬度等。一般来说，如果材料偏软，可以延长模具的使用寿命，但容易使毛刺增大；而如果材料偏硬，则可以减小毛刺，但比较费模。
3.3 涂层性能指标
为防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗，需在电工钢表面涂敷绝缘涂层。随着用户要求的不断提高，电工钢绝缘涂层除了需具有绝缘性外，还要有优异的冲片性、焊接性、附着性及耐化学药品稳定性等，以满足用户对绝缘、冲片、铁芯紧固和铁芯运转环境的要求。评价涂层性能的指标主要包括涂层厚度、涂层附着性、层间电阻等。
3.4 板形尺寸指标
电工钢的厚度偏差、同板差等尺寸精度对用户的加工和成品性能均有较大的影响，必须对生产过程进行严格控制，满足用户的使用要求。
4 宝钢无取向电工钢发展与产品特点
4.1 宝钢无取向电工钢发展历程
宝钢在 1996 年从 JFE 引进了中低牌号无取向电工钢一贯制制造技术，三菱提供了电工钢连续退火涂层机组（SACL）设备，设计年产中低牌号无取向电工钢 35 万吨。该机组不仅采用了先进的制造工艺技术，而且拥有许多先进的机械、电气、仪表及计算机设备，机组整体装备具有当代国际先进水平。
自从 2000 年 1#SACL、2#SACL 机组投产以来，宝钢通过工艺优化、新产品研发和设备改造，牌号从引进的 14 个拓展到了目前的 34 个。产品质量稳定，产量逐年增加，2004 年实现了创纪录的 53.5 万吨，超设计能力 52.9%。2005 年工艺和设备由宝钢自主集成的年产 23 万吨 3#SACL 机组投产，机组产品覆盖中低牌号无取向电工钢 B50A470～B65A1600 的所有牌号及规格。为了更好地满足市场需求，提高宝钢电工钢市场地位和产品竞争力，2005 年开始，宝钢自主研发与集成高效、高牌号无取向电工钢一贯制制造技术。2006 年，凭借一流的装备、先进的技术和严格的管理，试制高效无取向电工钢获得成功，当年实现批量生产。2007 年 5 月，随着无取向电工钢常化生产线的建成投产，宝钢高效、高牌号无取向电工钢产品品质大幅提升，产量也随之节节攀升，2007 年，宝钢无取向电工钢总产量达到了 90 万吨，预计 2008 年将再创新高。
4.2 产品牌号的表示方法
宝钢无取向电工钢牌号的表示采用了国际通用的字母加数字的牌号表示方法，如图 1 所示，每个牌号有 7-8 位代码构成，其中，第一位是字母 B，为宝钢（Baosteel）的缩写；第二、三位数值项，代表产品的厚度规格，为公称厚度（mm）的 100 倍；第四位字母 A 表示无取向电工钢；随后的字母项表示产品的类型，无此项表示为一般无取向电工钢，H 表示高效产品，R 表示需用户消除应力退火使用产品；最后三位为数字项，表示该牌号铁损的保证值，数值是铁损值（W/kg）的 100 倍。如 B50A310 表示公称厚度为 0.50mm 的一般无取向电工钢，铁损的保证值 P15/50 不大于 3.10W/kg；B50AH470 表示公称厚度为 0.50mm 的高效无取向电工钢，铁损的保证值 P15/50 不大于 4.70W/kg；B50AR350 表示公称厚度为 0.50mm 的无取向电工钢，用户经过 750℃ 保温 2 小时后，铁损的保证值 P15/50 不大于 3.50W/kg。
另外，宝钢还可以根据用户的需求针对性的开发，如马达专用电工钢 B50A470M，B50A1300M；空调压缩机专用电工钢 B50AY-1，B50AY-2 等。
4.3 典型磁性能
宝钢电工钢经过十几年的发展，电磁性能的实物水平已明显高于标准值，而且性能非常稳定，波动小。下表 1 为宝钢无取向电工钢产品磁性能标准值与典型值。
4.4 典型力学性能
表 2 宝钢无取向电工钢产品力学性能标准值与典型值。
4.5 涂层性能
宝钢的绝缘涂层可以分为：A、H、D 和 K 涂层四种，其中除 D 涂层是无机涂层外，其余均为半有机涂层。各涂层的性能如下表 3 所示。
4.6 板形尺寸
宝钢无取向电工钢现阶段可供板宽为 800mm~1290mm，钢卷内径 508mm，外径范围 700mm~1550mm。
表 4 宝钢无取向电工钢产品尺寸公差。
5 结语
宝钢无取向电工钢按系列主要分为一般无取向电工钢 A 系列；保证交货状态下高磁感、低铁损的 AH 系列和保证用户退火使用性能的 AR 系列。其产品以稳定出色的磁性能、良好的加工性能、优异的涂层性能和极佳的尺寸精度等特点，广泛应用于空调压缩机、冰箱压缩机、EI 铁芯和电机等行业领域，在节能降耗方面已初显优势。
此外，宝钢积极组织力量，对内开展精益运行管理，在提升产品实物质量水平的同时，有效降低制造成本。对外加大开展用户使用技术研究的力度与深度，提升终端用户产品的综合竞争力。争取使宝钢无取向电工钢为整个产业链带来经济效益的同时，收获更大的社会效益。
参考文献
[1] 何忠治:《电工钢》， 北京， 冶金工业出版社. 1996.
[2] 潘纯久:《二十辊轧机及高精度冷轧钢带生产》， 北京， 冶金工业出版社. 2007.
[3] 魏天斌: 电工钢“以冷代热”的现状与思考， 冶金管理， 2006， 8: 16-19.
[4] 朱文英: “以冷代热”—我国硅钢片发展的必然趋势， 冶金信息导刊， 2003， 1:8-10.
[5] 邹而联: 电工钢的的节能技术， 太钢译文， 2002， 3: 81-86.
无取向电工钢（Non-oriented Silicon Steel）是一类含硅含量在 0.5%～6.5% 的铁基合金磁性材料。由于其晶粒结构排布无取向性，因此在各个方向上，性能表现基本一致，主要被用作旋转电机，如大、中、小及各类微型电机的定转子铁芯。另外，还被应用于对磁性能方向性要求不高的静止电机，如小型变压器的铁心等。
为了便于了解和合理使用宝钢无取向电工钢产品，本文将简要介绍两类无取向电工钢的发展及技术特点，重点介绍宝钢无取向电工钢的发展、品种、牌号及产品特点。
2 无取向电工钢的发展
从 1882 年英国 R.A. Hadfield 开始研究电工钢以来，经历了从热轧电工钢到冷轧电工钢的发展[1]。相比热轧电工钢，冷轧电工钢制造工艺相对复杂，成分控制严格，制造工序长，而且影响因素多，因此获得钢铁产品中“工艺品”的美称。同时，冷轧电工钢具有(1)相同铁损水平下，磁感高；(2)表面质量好，同板差小，叠片系数高；(3)表面绝缘涂层比热轧电工钢用氧化膜绝缘效果好；(4)冲片性能好；(4)成卷供应，适用于高速冲床，利用率高等优点[2-3]， 1960～1967 年后，美国、日本开始淘汰热轧硅钢；20 世纪末，我国的电工钢产业得到了快速的发展，国家也制定了相应的“以冷代热”政策，开始逐渐淘汰热轧电工钢[3-4]。
为适应国家节能降耗政策，提高电机、变压器等机电产品的效率，要求所使用的冷轧电工钢具有更低铁损、更高磁感的特性[5]。而对目前普通冷轧无取向电工钢而言，铁损和磁感是一对相互矛盾的指标，很难使这两个指标同时趋优。高效无取向电工钢通过创新成分设计和生产工艺，在保证力学性能同样优异的情况下，磁性能全面提升，一般来说，同级别牌号铁损降低 15-25%，磁感提高 200-400Gs。
3 无取向电工钢的性能指标体系
表征无取向电工钢的指标主要可以分为电磁性能、力学性能、涂层性能和板形尺寸指标等，下面将分别介绍四大类指标的构成及其意义。
3.1 电磁性能指标
3.1.1 磁化特性
磁化特性反映铁芯材料的磁感应强度（磁通密度）随外加磁场变化的规律，用磁化曲线表示。为方便起见，一般用铁芯材料在一个特定磁场强度下的磁感应强度值来表征该材料的磁化特征。
无取向电工钢一般用 B50 来表征，表示频率在 50Hz、磁场强度为 5000A/m（峰值）时的磁感应强度值，单位为：特斯拉（T）。
3.1.2 铁损
铁损是指铁芯材料加上一定交变磁场时以热能形式损耗掉的能量；在市电频率为 50Hz 的国家，用 P15/50 来表征无取向电工钢的铁损特征。其表示在频率 50Hz 下磁化到磁感应强度值 1.5T 时，每 kg 铁芯材料的铁损值，单位为：瓦/千克（W/kg）。
铁损是区分无取向电工钢牌号等级的重要参考指标，在磁感达到一定水平范围内，根据铁损指标可以直接判定无取向电工钢的牌号等级。
3.1.3 测试方法
与无取向电工钢的使用特点一致，规定 B50 和 P15/50 等电磁性能指标的测试试样在钢带的轧制方向和垂直方向各半，用爱泼斯坦方圈测试。试样标准可以参见 GB/T 3655-2000。
3.2 力学性能指标
无取向电工钢的力学性能直接影响用户的分条、冲片、叠装等加工性能，其指标主要包括钢板纵横向的屈服强度、抗拉强度；纵横向的延伸率、反复弯曲次数；硬度等。一般来说，如果材料偏软，可以延长模具的使用寿命，但容易使毛刺增大；而如果材料偏硬，则可以减小毛刺，但比较费模。
3.3 涂层性能指标
为防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗，需在电工钢表面涂敷绝缘涂层。随着用户要求的不断提高，电工钢绝缘涂层除了需具有绝缘性外，还要有优异的冲片性、焊接性、附着性及耐化学药品稳定性等，以满足用户对绝缘、冲片、铁芯紧固和铁芯运转环境的要求。评价涂层性能的指标主要包括涂层厚度、涂层附着性、层间电阻等。
3.4 板形尺寸指标
电工钢的厚度偏差、同板差等尺寸精度对用户的加工和成品性能均有较大的影响，必须对生产过程进行严格控制，满足用户的使用要求。
4 宝钢无取向电工钢发展与产品特点
4.1 宝钢无取向电工钢发展历程
宝钢在 1996 年从 JFE 引进了中低牌号无取向电工钢一贯制制造技术，三菱提供了电工钢连续退火涂层机组（SACL）设备，设计年产中低牌号无取向电工钢 35 万吨。该机组不仅采用了先进的制造工艺技术，而且拥有许多先进的机械、电气、仪表及计算机设备，机组整体装备具有当代国际先进水平。
自从 2000 年 1#SACL、2#SACL 机组投产以来，宝钢通过工艺优化、新产品研发和设备改造，牌号从引进的 14 个拓展到了目前的 34 个。产品质量稳定，产量逐年增加，2004 年实现了创纪录的 53.5 万吨，超设计能力 52.9%。2005 年工艺和设备由宝钢自主集成的年产 23 万吨 3#SACL 机组投产，机组产品覆盖中低牌号无取向电工钢 B50A470～B65A1600 的所有牌号及规格。为了更好地满足市场需求，提高宝钢电工钢市场地位和产品竞争力，2005 年开始，宝钢自主研发与集成高效、高牌号无取向电工钢一贯制制造技术。2006 年，凭借一流的装备、先进的技术和严格的管理，试制高效无取向电工钢获得成功，当年实现批量生产。2007 年 5 月，随着无取向电工钢常化生产线的建成投产，宝钢高效、高牌号无取向电工钢产品品质大幅提升，产量也随之节节攀升，2007 年，宝钢无取向电工钢总产量达到了 90 万吨，预计 2008 年将再创新高。
4.2 产品牌号的表示方法
宝钢无取向电工钢牌号的表示采用了国际通用的字母加数字的牌号表示方法，如图 1 所示，每个牌号有 7-8 位代码构成，其中，第一位是字母 B，为宝钢（Baosteel）的缩写；第二、三位数值项，代表产品的厚度规格，为公称厚度（mm）的 100 倍；第四位字母 A 表示无取向电工钢；随后的字母项表示产品的类型，无此项表示为一般无取向电工钢，H 表示高效产品，R 表示需用户消除应力退火使用产品；最后三位为数字项，表示该牌号铁损的保证值，数值是铁损值（W/kg）的 100 倍。如 B50A310 表示公称厚度为 0.50mm 的一般无取向电工钢，铁损的保证值 P15/50 不大于 3.10W/kg；B50AH470 表示公称厚度为 0.50mm 的高效无取向电工钢，铁损的保证值 P15/50 不大于 4.70W/kg；B50AR350 表示公称厚度为 0.50mm 的无取向电工钢，用户经过 750℃ 保温 2 小时后，铁损的保证值 P15/50 不大于 3.50W/kg。
另外，宝钢还可以根据用户的需求针对性的开发，如马达专用电工钢 B50A470M，B50A1300M；空调压缩机专用电工钢 B50AY-1，B50AY-2 等。
4.3 典型磁性能
宝钢电工钢经过十几年的发展，电磁性能的实物水平已明显高于标准值，而且性能非常稳定，波动小。下表 1 为宝钢无取向电工钢产品磁性能标准值与典型值。
4.4 典型力学性能
表 2 宝钢无取向电工钢产品力学性能标准值与典型值。
4.5 涂层性能
宝钢的绝缘涂层可以分为：A、H、D 和 K 涂层四种，其中除 D 涂层是无机涂层外，其余均为半有机涂层。各涂层的性能如下表 3 所示。
4.6 板形尺寸
宝钢无取向电工钢现阶段可供板宽为 800mm~1290mm，钢卷内径 508mm，外径范围 700mm~1550mm。
表 4 宝钢无取向电工钢产品尺寸公差。
5 结语
宝钢无取向电工钢按系列主要分为一般无取向电工钢 A 系列；保证交货状态下高磁感、低铁损的 AH 系列和保证用户退火使用性能的 AR 系列。其产品以稳定出色的磁性能、良好的加工性能、优异的涂层性能和极佳的尺寸精度等特点，广泛应用于空调压缩机、冰箱压缩机、EI 铁芯和电机等行业领域，在节能降耗方面已初显优势。
此外，宝钢积极组织力量，对内开展精益运行管理，在提升产品实物质量水平的同时，有效降低制造成本。对外加大开展用户使用技术研究的力度与深度，提升终端用户产品的综合竞争力。争取使宝钢无取向电工钢为整个产业链带来经济效益的同时，收获更大的社会效益。
参考文献
[1] 何忠治:《电工钢》， 北京， 冶金工业出版社. 1996.
[2] 潘纯久:《二十辊轧机及高精度冷轧钢带生产》， 北京， 冶金工业出版社. 2007.
[3] 魏天斌: 电工钢“以冷代热”的现状与思考， 冶金管理， 2006， 8: 16-19.
[4] 朱文英: “以冷代热”—我国硅钢片发展的必然趋势， 冶金信息导刊， 2003， 1:8-10.
[5] 邹而联: 电工钢的的节能技术， 太钢译文， 2002， 3: 81-86.
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