矽鋼片

[拼音]:guigangpian

[英文]:silicon steel sheets

一種含碳極低的矽鐵軟磁合金,一般含矽量為0.5~4.5%。加入矽可提高鐵的電阻率和最大磁導率,降低矯頑力、鐵芯損耗(鐵損)和磁時效。主要用來製作各種變壓器、電動機和發電機的鐵芯。世界矽鋼片產量約佔鋼材總量的1%(見精密合金)。

1900年英國哈德菲爾德(R.A.Hadfield)等首先發現含Si4%的Si-Fe合金有良好磁性。1903年德國和美國相繼生產含Si1.0~4.5%的熱軋矽鋼片。1906年代替低碳鋼用來製造電機和變壓器鐵芯。 1934年美國戈斯(N.P.Goss)採用兩次冷軋法制成 (110)[001]晶粒擇優取向的含 Si3%的冷軋矽鋼片。1968年日本田口悟等採用硫化錳和氮化鋁綜合抑制劑並使用一次大壓下率冷軋法,製成(110)[001]高磁感取向矽鋼,這種材料的晶粒取向更加準確,鐵損和磁性進一步改善。歷年來,矽鋼的鐵損值下降示意曲線見圖1。

矽鋼片

1949年美國製成厚度小於 0.1mm的冷軋(110)[001]取向薄矽鋼帶,用於電子工業。1957年聯邦德國製成了(100)[001]立方取向矽鋼片,其縱橫向磁性都高,但因工藝複雜,至今未正式生產。圖2是(110)[001]和(100)[001]取向矽鋼片中晶粒排列示意圖。含矽6.5%的Si-Fe合金的磁致伸縮約為零,磁導率高、鐵損低、製成的變壓器無噪聲但因加工困難,未得到廣泛應用。70年代採用液態快冷技術製成6.5Si-Fe微晶薄帶,研製了更薄的取向矽鋼片和(100)面織構(晶間無取向)的矽鋼片等新品種。

矽鋼片

中國於1953年開始生產熱軋低矽矽鋼片(Si1~2%);1955年開始生產熱軋高矽矽鋼片(Si3.0~4.5%);1962年開始生產冷軋取向薄矽鋼帶。70年代開始生產冷軋取向矽鋼帶。

對矽鋼效能的要求

主要是:

(1)鐵損低,這是矽鋼片質量的最重要指標。各國都根據鐵損值劃分牌號,鐵損愈低,牌號愈高。

(2)較強磁場下磁感應強度(磁感)高,這使電機和變壓器的鐵芯體積與重量減小,節約矽鋼片、銅線和絕緣材料等。

(3)表面光滑、平整和厚度均勻,可以提高鐵芯的填充係數。

(4)衝片性好,對製造微型、小型電動機更為重要。

(5)表面絕緣膜的附著性和焊接性良好,能防蝕裹a href='http://www.baiven.com/baike/225/315630.html' target='_blank' >透納瞥迤浴Ⅻ/p>

(6)基本無磁時效。典型電磁效能見表1。

矽鋼片

矽鋼片一般隨矽含量提高,鐵損、衝片性和磁感降低,硬度增高(圖3)。工作頻率愈高,渦流損耗愈大,選用的矽鋼片應當愈薄。矽鋼片的主要用途與厚度和含矽量的關係見表2。

矽鋼片

矽鋼片

冶煉和軋製

矽鋼主要用氧氣轉爐冶煉(也可用電弧爐冶煉),配合鋼水真空處理和AOD技術(見爐外精煉,採用模鑄或連鑄法。根據不同的用途,冶煉時改變矽(0.5~4.5%)和鋁(0.2~0.5%)含量以滿足不同磁性的要求。高牌號矽鋼片的矽和鋁量相應提高。碳、硫和夾雜物儘量減少。

冷軋矽鋼片的磁性、表面質量、填充係數和衝片性比熱軋矽鋼片好,並可成卷生產,所以從60年代開始有些國家已停止生產熱軋矽鋼片。中國採用約 900℃低溫一次快速熱軋和氫氣保護下成垛退火方法制造熱軋矽鋼片,成材率較高,成品表面質量和磁性都較好。

冷軋無取向矽鋼片是將鋼坯或連鑄坯熱軋成厚度約2.3mm帶卷。製造低矽產品時,熱軋帶卷酸洗後一次冷軋到 0.5mm厚。製造高矽產品時,熱軋帶酸洗後(或先經800~850℃常化後再酸洗),冷軋到0.55或0.37mm厚,在氫氮混合氣氛連續爐中850℃退火,再經6~10%小壓下率冷軋到0.50或0.35mm厚。這個小壓下率的冷軋可使退火時晶粒長大,鐵損降低。這兩種冷軋板都在20%氫氮混合氣氛下連續爐中850℃最終退火,然後塗磷酸鹽加鉻酸鹽的絕緣膜。晶粒取向矽鋼一般都含Si3%,要求鋼中氧化物夾雜含量低,並必須含有C0.03~0.05%和抑制劑(第二相彌散質點或晶界偏析元素)。抑制劑的作用是阻止初次再結晶晶粒長大和促進二次再結晶的發展,從而獲得高的(110)[001]取向。抑制劑本身對磁性有害,所以在完成抑制作用後,須經高溫淨化退火。採用第二相抑制劑時,板坯加熱溫度必須提高到使原來粗大第二相質點固溶,隨後熱軋或常化時再以細小質點析出,以便增強抑制作用。冷軋成品厚度為0.28、0.30或0.35mm,工藝要點見表3。冷軋取向薄矽鋼帶是將0.30或0.35mm厚的取向矽鋼帶,再經酸洗、冷軋和退火製成。

矽鋼片

參考書目

J.L.Walter, History of Silicon-Iron,Proceedings of the Sorby Centennial Symposium on the History of Metallurgy,Vol.27,pp.519~540,AIME,1963.

田口悟:《電磁鋼板》,新日本製鉄株式會社,八幡, 1979。

F. E. Werner, Electrical Steels:1970~1990,in Energy-Efficient Electrical Steels,TMS-AIME,1980.

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