硅钢基础知识及检测方法的介绍

硅钢基础知识及检测方法的介绍

一、硅钢的简介

  硅钢片，英文名称是silicon steel sheets， 它是一种含碳极低的硅铁软磁合金，一般含硅量为0.5～4.5%。加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率，降低矫顽力、铁芯损耗（铁损）和磁时效。

二、用途

 主要用来制作各种变压器、电动机和发电机的铁芯。世界硅钢片产量约占钢材总量的1%（见精密合金）。

三、来历

 1900年英国哈德菲尔德（R.A.Hadfield）等首先发现含Si4%的Si-Fe合金有良好磁性。1903年德国和美国相继生产含Si1.0～4.5%的热轧硅钢片。1906年代替低碳钢用来制造电机和变压器铁芯。1934年美国戈斯）采用两次冷轧法制成 （110）[001]晶粒择优取向的含 Si3%的冷轧硅钢片。1968年日本田口悟等采用硫化锰和氮化铝综合抑制剂并使用一次大压下率冷轧法，制成（110）[001]高磁感取向硅钢，这种材料的晶粒取向更加准确，铁损和磁性进一步改善。(N.P.Goss

四、性能要求

对硅钢性能的要求 主要是：

①铁损低，这是硅钢片质量的最重要指标。

 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最重要指标，按产品的铁损值作为划分产品牌号的依据。

②较强磁场下磁感应强度（磁感）高，这使电机和变压器的铁芯体积与重量减小，节约硅钢片、铜线和绝缘材料等。

 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成本，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作为磁感保证值。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作为磁感保证值。热轧硅钢的磁感更低，通常以B25作为保证值。

③表面光滑、平整和厚度均匀，可以提高铁芯的填充系数。

  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%。

④冲片性好，对制造微型、小型电动机更为重要。

  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，保证冲剪片尺寸精确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。

⑤表面绝缘膜的附着性和焊接性良好，能防蚀和改善冲片性。

 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。

⑥基本无磁时效。

  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。

  总之，硅钢片一般随硅含量提高，铁损、冲片性和磁感降低，硬度增高。工作频率愈高，涡流损耗愈大，选用的硅钢片应当愈薄。

五、硅钢片的分类

A、硅钢片按其含硅量不同可分为低硅和高硅两种。

       低硅片含硅2.8%以下，它具有一定机械强度，主要用于制造电机，俗称电机硅钢片；高硅片含硅量为2.8%-4.8%，它具有磁性好，但较脆，主要用于制造变压器铁芯，俗称变压器硅钢片。两者在实际使用中并无严格界限，常用高硅片制造大型电机。

B、按生产加工工艺可分热轧和冷轧两种，冷轧又可分晶粒无取向和晶粒取向两种。

        冷轧片厚度均匀、表面质量好、磁性较高，因此，随着工业发展，热轧片有被冷轧片取代之趋势(我国已经明确要求停止使用热轧硅钢片，也就是前期所说的"以冷代热")。

        无取向硅钢片是按照一定生产工艺，形成无取向性变形织构结晶结构的硅钢片。

有取向和无取向硅钢片的区别

1、二者都是冷轧硅钢片，但含硅量不同。

冷轧无取向硅钢片含硅量0.5%-3.0%，冷轧取向硅钢片含硅量在3.0%以上。

2、生产工艺及性能的不同：

无取向硅钢片较取向硅钢片工艺要求相对较低。

3、性能及用途：

由于二者性能特点不同，在使用方向上存在差异冷轧无取向硅钢片最主要的用途是用于发电机制造，故又称冷轧电机硅钢。冷轧取向硅钢带最主要的用途是用于变压器制造，所以又称冷轧变压器硅钢。

与冷轧无取向硅钢相比，取向硅钢要比无取向硅钢铁损低很多，磁性具有强烈的方向性；在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率与低损耗特性。取向钢带在轧制方向的铁损为横向的1/3，磁导率之比为6:1，其铁损约为热轧带的1/2，磁导率为后者的2.5倍。

六、硅钢片的牌号

1、中国牌号表示方法：

检测方法：

       在国标中规定了对硅钢片的磁性能检测的方法：主要有爱泼斯坦方圈法和单片磁导计法。

2、日本牌号表示方法： 

硅钢的检测
检测标准：
GB/T3655-2008 《用爱泼斯坦方圈测量电工钢片(带)磁性能的方法》
GB/T13789-2008《用单片测试仪测量电工钢片(带)磁性能的方法》
GB/T10129-1988《电工钢片(带)中频磁性能测量方法》
IEC60404-2、IEC60404-3、IEC60404-6

3、检测设备：

   可参考上海天端实业有限公司开发的GM系列硅钢片磁性能测试系统

   该系列适用于测量不同频率下热轧和冷轧、取向和无取向的硅钢片材料的磁极化强度峰值Jm、比总损耗Ps、磁感应强度Bm、比磁在功率Ss、振幅磁导率μ_a、剩磁Br、矫顽力Hc，并可绘制交流磁化曲线、损耗曲线、磁滞回线和导磁率曲线，该系统利用计算机控制技术和A/D 采样技术，采用爱泼斯坦法测量电工钢片（带），同时在电源中引入一种特殊设计的反馈电路以保持磁路波形正弦，整个测试过程自动完成。

   具体参数及可参考磁测产品中的GM系列硅钢片磁性能测试系统