硅钢薄带是一种厚度小于0.2mm的硅钢带(片),属软磁材料,广泛用于高频率的各种电讯、仪表等磁性元件,如精密高频电机、汽车(电动汽车,混合动力车)IT产业中的高速电机、步进电机、各种数控精密机床上的高频变频电机、电源变压器、脉冲变压器等磁性器件的铁心,是新兴制造业必备的高性能材料。随着科学技术的发展,节能减排的需要,要求器件有高的性能、小的体积,为此,器件所选用的频率也越来越高,如用于高速旋转和变频电机的铁心制造。铁心工作状态频率愈高,要求硅钢片越薄。
硅钢薄带分无取向硅钢和取向硅钢、高硅超级铁心三种。
硅钢极薄带的高频化可达到高效节能、小型轻便,但铁损以频率的指数式增长,性能标准是W1.0/400、W1.5/400、W1.0/1000,频率应用范围为400~100kHz。
无取向薄带通常以0.35mm以下划分,具体厚度有0.30、0.20、0.15、0.10、0.05mm等。
取向薄带通常以厚度0.23mm以下,具体厚度有0.20、0.18、0.15、0.10、0.08、0.05、0.04、0.03mm等。
高硅超级铁心的具体厚度是0.20、0.10mm。
生产企业及性能
无取向硅钢薄带主要生产企业有日本新日铁、日本JFE、日本日金、瑞典Cogent、中国武钢和宝钢等钢厂。
取向硅钢薄带主要生产企业有美国AK、美国阿诺德、日本日金、俄罗斯新钢、中国武钢和一些民营等钢厂。
日本JFE是目前世界上唯一实现商业化生产硅含量为6.5%高硅超级铁心的企业。
(1)日本新日铁
日本新日铁开发了低高频铁损系列无取向薄带有4个牌号:15HTH1000、20HTH1200、20HTH1500和20HTH1800。其高频铁损P1.0/400。比通用的35H250和50H310低1/2~1/3。以20HTH1200为例,P1.0/400=11W/kg,B5000=1.63T,屈服强度=420MPa。主要工艺要点是尽可能提高Si含量的同时降低C、S、N、Ti等不利元素的含量。热轧板经过高温常化后一次冷轧到0.2mm,高温连续炉退火,最终冷轧压下率控制在85~93%。0.15mm的产品采用二次冷轧法生产,热轧板也要经过高温常化。
新日铁为了满足由于电机转速的提高,电机对铁心材料的强度要求也越来越高。还开发了高强度系列的无取向薄带,有3个牌号:15HST780Y、20HST570Y和20HST780Y,主要用做电机转子材料。其屈服强度比通用的35H250高1.5~2.0倍,同时保持磁性能不降低。以15HST780Y为例,铁损比35H250低1/2,而屈服强度(841MPa)则高一倍。其主要手段是在钢中填加P、Mn、Ni等元素通过固溶强化来提高钢带强度。
(2)日本JFE
日本JFE为了满足近年来对高频应用的需求开发了JNEH系列无取向薄带,共2个牌号:20JNEH1200、20JNEH1500。该材料的性能标准是W1.0/400而不是常规的W1.5/50。例如,20JNEH1200的W1.0/400为11W/kg,与35JN230(16.2W/kg)和50JN250(24W/kg)相比,分别减小了32%和54%。W1.5/50条件下这些材料之间的差异不明显,充分说明了在高频范围内降低钢板厚度的效果。
JFE还开发有RMHF系列无取向薄带,共3个牌号:20RMHF1200、20RMHF1500和25RMHF1500。其硬度HV≤200,冲片性好,与通用的0.35mm厚无取向硅钢高牌号35RM210相比,B5000提高0.01~0.02T。以20RMHF1200为例,P1.0/400=11W/kg(0.15mm厚板P1.0/400=9.6W/kg,0.1mm厚板P1.0/400=8.5W/kg),比35RM210降低30%。
高硅超级铁心是一种Si含量为6.5%的薄板。硅可以提高电阻系数,增加硅含量可有效降低涡电流。但是通过轧制和退火生产的硅钢内,一旦硅的添加量超过3.5%,材料就会变脆,难以进行轧制操作。另一面,添加6.5%的硅对提高导磁率和降低磁致伸缩的效果极佳。因此,JFE在生产高硅含量的钢板时,采用了CVD(化学蒸气沉淀)技术连续硅化处理,克服了难以轧制的困难。首先应用3%的硅钢生产薄板,然后再利用CVD技术将硅扩散在薄板中,从而获得高硅含量的钢板。
JFE开发有JNEX系列和JNHF系列,共3个牌号:10JNEX900、10JNHF600、20JNHF1300。超级铁心具有高电阻系数,所以这些产品的频率高,应用范围为40~100kHz,比采用常规硅钢的效果好。超级铁心的性能主要看其铁损(W1/10k在0.IT磁感应强度和10kHz条件下的铁损量;W0.5/20k:在0.5T磁感应强度和20kHz条件下的铁损量)。就10μm厚的超级铁心而言,其W1/10k为8.3W/kg,与0.20mm厚的无取向硅钢(21W/kg)和0.23mm厚的取向硅钢(26.5W/kg)相比,超级铁心的铁损大幅降低。
(3)日本日金
日本日金开发了GT系列取向薄带,共4个牌号:GT-100、GT-080、GT-050、GT-040。GT系列在钢带的长度方向方位里磁特性齐,为了以高频数区段极为表示低铁损,有高饱和磁通量密度对高频电抗器,高频变压器,屏蔽等的铁心是最适合的材料。
日本日金开发了ST系列无取向极薄带,共3个牌号:ST-150、ST-100、ST-050。ST系列与GT系列大体上表现同等的性能,磁特性没有方向性,对高速电动机,高频电抗器,屏蔽等是最适合的材料。
(4)美国AK
美国AK开发了厚度0.18mm(0.007英寸)的M系列取向薄带1个牌号:M-2 LITE CARLITE。
表1:美国AK钢铁M-2 LITE CARLITE最大值和典型值性能
产品
|
等级
|
厚度mm(in.)
|
密度kg/dm3
|
电阻率Ω-m,×10-8
|
铁心损耗
|
最大的铁心损耗,w/kg
|
在800A/m,T时最大感应
|
|||
50Hz
|
60Hz
|
|||||||||
1.5T
|
1.7T
|
1.5T
|
1.7T
|
|||||||
取向LITE CARLITE
|
M-2LC
|
0.18(.007)
|
7.65
|
50
|
最大值
|
0.69
|
1.05
|
0.88
|
1.34
|
1.8
|
M-3LC
|
0.23(.009)
|
0.72
|
1.1
|
0.93
|
1.41
|
1.8
|
||||
取向LITE CARLITE
|
M-2LC
|
0.18(.007)
|
7.65
|
50
|
典型值
|
0.65
|
0.99
|
0.83
|
1.26
|
1.84
|
M-3LC
|
0.23(.009)
|
0.67
|
1.02
|
0.87
|
1.3
|
1.84
|
(5)美国Arnold
美国Arnold开发了Silectron和Arnon®系列硅钢薄带。
(6)俄罗斯Amet
俄罗斯Amet开发了GOST标准的取向薄带5个牌号:3421、3422、3423、3424、3425。
(7)瑞典Cogent
瑞典Cogent开发了Sura NO系列无取向薄带5个牌号:NO27、NO20、NO18、NO12、NO10。
瑞典Cogent Sura NO系列最大值和典型值性能
牌号
|
厚度mm(inch)
|
最大P10
|
最大P1.0
|
|||
400HzW/kg
|
2500HzW/kg
|
50HzW/kg
|
400HzW/kg
|
2500HzW/kg
|
||
NO27
|
0.27(0.011)
|
15
|
300
|
0.79
|
13
|
250
|
NO20
|
0.20(0.008)
|
15
|
215
|
0.95
|
12.2
|
205
|
NO18
|
0.178(0.007)
|
14.3
|
179
|
1.07
|
12.3
|
161
|
NO12
|
0.127(0.005)
|
13.5
|
152
|
1.09
|
11.8
|
132
|
NO10
|
0.10(0.004)
|
13
|
135
|
1.29
|
12.1
|
119
|
(7)中国武钢
武钢开发了WG(GG)系列取向薄带,牌号为20Q900、20Q820、20Q760。还开发了厚度规格为0.15mm和0.20mm的WTG系列无取向薄带,15WTG1550、20WTG1500、20WT1700;铁损P0.5/1000≤15.5W/kg及P1.0/400≤15.0W/kg,磁感B2000≥1.40T。
(8)中国宝钢
宝钢开发了AT系列无取向薄带,牌号为B20AT1500。
收稿时间:2012年
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