0、引言
目前我国工业能耗约占总能耗的70%，其中电机能耗约占工业能耗的60%~70%，在整个国家的总用电量中也占有相当大的比重。在能源问题日趋严重的今天，降低电机损耗，提高电机系统效率，对节约能源、控制环境污染等方面有着重要的意义。最新出台的IEC 60034-30-2008《旋转电机第30部分：单速三相鼠笼式感应电动机的有效等级（IE编码）》将电机效率分为IE1（对应eff2）、IE2（对应eff1）、IE3、IE4（最高）四个等级，我国也在今年6月30日正式签发了《高性能电工钢推广应用方案》，方案中支持大力提升高效电机用电工钢的国产化水平，推广高效电机用钢在不同电机中的应用研究。
电机损耗主要分为五大类：定子损耗、转子损耗、铁耗、杂散损耗和风摩耗。有资料表明，铁耗是由磁滞损耗和涡流损耗所组成，与电压的平方成正比，其中磁滞损耗还与频率成反比，是电机中主要损耗之一，同时铁芯材料费用也是构成电机成本的主要部分，因此对电机用硅钢片的选择也成为电机节能降耗的关键。
1、高效电机钢的发展现状
高效电机用无取向电工钢解决了传统无取向电工钢片铁损和磁感很难同时趋优的问题点，使铁损更低，磁感更高，也使得制成的高效铁芯更具节能效果。
20世纪80年代以来，新日铁、川崎、NKK、住友和德国EBC等公司都先后推出了高效电机用的无取向电工钢系列，通过加入特殊合金元素进一步降低铁损和提高磁感。我国在高效电机用钢的开发上明显落后于日本，武钢早期自行开发了三个系列高磁感冷轧无取向硅钢：无Si低Si含P系列、Si-Al-Mn系列和多元合金化系列，其后于2000年申请专利《高效电机铁芯用系列电工钢》，2001年申请专利《高磁感系列无取向电工钢及生产方法》，2010年组织起草《高磁感无取向电工钢》国家标准，发展到现在，拥有高效电机用无取向电工钢共两种规格（0.35mm和0.5mm）十个牌号的产品；宝钢于2005年起开始自主研发与集成高效电机用无取向电工钢的制造技术，2006年试制获得成功，并于当年批量生产，现今拥有两种规格（0.35mm和0.5mm）九种牌号的产品；随后鞍钢、太钢也逐步投入高效电工钢的研发生产，目前均只有0.50mm规格的三种牌号。
表1：新日铁、浦项与国内主要生产企业生产高效电机钢牌号对比
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规格/mm
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新日铁
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浦项
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宝钢
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武钢
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鞍钢
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太钢
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0.35
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35HX230
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B35AH230
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35HX250
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B35AH250
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35HX300
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B35AH300
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35WH300
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35WH360
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35WH400
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35WH470
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0.5
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50HX290
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50PNA300
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B50AH300
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50HX350
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50PNA350
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B50AH350
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50TWG400
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50HX470
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50PNA450
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B50AH470
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50AW470H
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50TWG470
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50HX600
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B50AH600
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50WH600/50WW600-BY
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50AW600H
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50TWG600
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50WW700-BY
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B50AH800
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50WH800
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50AW800H
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B50AH1000
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50WH1000
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50WH1300
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注：未收录半工艺和高频系列。
从国内外主要生产企业的高效电机钢牌号统计中可以看出，国产高效电工钢（宝钢产）的牌号与日本新日铁、韩国浦项已基本看齐，0.35mm规格的高效电机用钢顶尖牌号达230，0.50mm规格的达到300（新日铁290）；而国内四大钢厂的生产水平参差不齐，0.35mm规格中，鞍钢和太钢未有产品，宝钢偏向于300及以上牌号的生产，武钢没有高端牌号产品，偏重300及以下牌号的生产，0.50mm规格中武钢偏重600及以下低牌号的产品，宝钢牌号覆盖较全面。
2、高效电机用无取向电工钢的性能特点
2.1、与原规格产品相比
高效电机用无取向电工钢具有铁损低、磁感高、机械加工性能优良、厚度精度高等特点，适用于压缩机、防爆电机、抽油机等领域，是制造效率高的电机铁芯材料。我们挑选了武钢、宝钢、新日铁三家钢厂，对其生产的高效电机用无取向电工钢与原系列产品的磁性能和力学性能的典型值进行了对比（见表2）。从表2可以看出，高效电机用钢相较于普通无取向电工钢具有更高的磁感，更低的铁损；硬度与抗拉强度有所降低，延伸率提高。其中，武钢高效电机钢的磁感和铁损性能优化趋势是最大的，平均磁感上升7.7%，铁损下降6.2%；新日铁与国内两家钢厂相比，高效产品磁性能改善稍小，力学性能改变较大，几乎是武钢的2倍。武钢高效产品与对应普通无取向硅钢磁感、铁损典型性能对比分别见图1、图2。
表2：武钢、宝钢、新日铁生产高效电机用无取向电工钢与其对应普通钢种相比各项性能差异
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厂家
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武钢
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宝钢
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新日铁
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磁感B5000/T
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↑ 7.7%
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↑ 2.0%
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↑ 2.6%
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铁损P1.5/50/（W·kg-1）
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↓ 6.2%
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↓ 6.8%
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↓ 4.3%
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硬度/HV1
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↓ 7.2%
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↓ 6.9%
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↓ 12.0%
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抗拉强度/（N·mm-2）
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↓ 5.7%
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↓ 8.1%
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↓ 12.0%
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延伸率/%
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↑ 12.8%
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↑ 13.6%%
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↑ 23.3%
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图1：武钢高效产品与对应普通无取向硅钢磁感典型性能对比
图2：武钢高效产品与对应普通无取向硅钢铁损典型性能对比
2.2、典型企业间的性能对比
0.35mm规格300牌号：在磁性能方面，新日铁和宝钢磁感与铁损的典型值相当，武钢比以上两家略差（见图3）；在力学性能方面，武钢与新日铁的硬度和延伸率相当，武钢抗拉强度优于新日铁，宝钢的抗拉强度和硬度较低，但延伸率三家中最大（见图4）。
图3：武钢、新日铁、宝钢生产0.35mm300高效电机用无取向电工钢典型磁性能对比
图4：武钢、新日铁、宝钢生产0.35mm300高效电机用无取向电工钢典型力学性能对比
0.50mm规格600牌号：在磁性能方面，武钢的磁感典型值低于新日铁和宝钢，铁损的典型值也低于其他两厂，呈现低磁感、低铁损的特性（见图5）；在力学性能方面，武钢与新日铁的抗拉强度和硬度相当，宝钢这两项典型值高于其他两家，延伸率武钢高于其他两家（见图6）。
图5：武钢、新日铁、宝钢生产0.50mm600高效电机用无取向电工钢典型磁性能对比
图6：武钢、新日铁、宝钢生产0.50mm600高效电机用无取向电工钢典型力学性能对比
3、国内重点企业高效电机用无取向电工钢的产量
从2008年到2013年6年时间里，武钢的高效+高牌号产品在同年无取向电工钢产品中所占比例从5.8%上升到17.84%，几乎快翻了4倍，2008-2010年是武钢高效+高牌号产品的一个快速增长期，详见表3；宝钢在这6年的时间里高效+高牌号的产品比例呈现稳定波动的趋势，2010年产品比例和产量都上升到最高位，详见表4。
表3：武钢历年高效+高牌号产量
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2008年
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2009年
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2010年
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2011年
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2012年
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2013年
（1-9月）
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无取向/万t
|
103.36
|
103.36
|
131.69
|
113.49
|
135.96
|
88
|
|
高效+高牌号/万t
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6
|
6
|
16
|
20
|
19
|
15.7
|
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产品比例/%
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5.80
|
5.80
|
12.15
|
17.62
|
13.97
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17.84
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注：产品比例=（高效+高牌号）/无取向×100%。
表4：宝钢历年高效+高牌号产量
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2008年
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2009年
|
2010年
|
2011年
|
2012年
|
2013年
（1-9月）
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|
无取向/万t
|
96.2
|
106.8
|
118.2
|
113.2
|
111.6
|
77.5
|
|
高效+高牌号/万t
|
27
|
27.1
|
42
|
36.1
|
27.8
|
23.2
|
|
产品比例/%
|
28.07
|
25.37
|
35.53
|
31.89
|
24.91
|
29.94
|
注：产品比例=（高效+高牌号）/无取向×100%。
这也充分说明了近年来随着“十二五”规划的持续推进，各钢厂的产品结构也向着更节能更环保的方向调整，高效电机用钢的产量逐年上升，在各钢厂电工钢产品中的比重也逐步增加。2011年是我国电工钢产业生产经营最困难的一年，也是硅钢产能、产量变数最大的一年，因此在2011年以后两大钢厂的高效+高牌号产品的发展速度也出现了波动和放缓，但随着2013年国家各类节能政策的相继发布，高效电工钢的发展势必迎来一个新的契机。
4、国内高效电机用无取向电工钢需求预测
美国和欧洲分别从1997年和2011年强制推行高效电机，我国电机效率的平均水平比国外低3%~5%，电机系统运行效率比国外低10%~20%。按电机能效每提高一个百分点，每年可节约260亿kWh电计算，电机系统效率提升5~8个百分点，每年节约的电量相当于2~3个三峡的发电量。国家工信部发文规定：2015年实现电机产品升级换代，50%的低压三相笼型异步电动机产品、40%的高压电动机产品达到高效电机能效标准规范，累计推广高效1.7亿kW，淘汰在用低效电机1.6亿kW。由此可预计，到2015年国内高效电机的需求量将达到3.3亿kW。2013~2015年我国高效电机推广目标及低效电机淘汰情况见表5。
表5：高效电机推广目标及低效电机淘汰量
万kW
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年份
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低压高效电机
|
高压高效电机
|
淘汰低效电机
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小计
|
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2013年
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1400
|
1300
|
4000
|
6700
|
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2014年
|
3200
|
2200
|
6000
|
11400
|
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2015年
|
5500
|
3400
|
6000
|
14900
|
|
合计
|
10100
|
6900
|
16000
|
33000
|
根据上海电气科学研究院初步统计，Y、Y2、Y3系列及派生系列产品等低压电机产品主要以热轧和低牌号的冷轧片为主，每千瓦平均用电工钢为10kg左右，YX3等高效率电机以50W470冷轧无取向电工钢等中牌号为主，预计未来，IE2类效率的电机将以使用50W600冷轧无取向电工钢为主，IE3效率等级的超高效电机将以使用50W470、50W400、50W350冷轧无取向电工钢为主，更高效率的电机（如IE4等级）可能会使用更高牌号的冷轧无取向电工钢，综合上述预测，估算到2015年我国高效电机用无取向电工钢的市场需求量约在300~400万t。
5、结论
1）宝钢高效电工钢从品种牌号上目前与新日铁、浦项基本看齐，但从产品磁性能典型值来看还是略差于新日铁；目前国内钢厂高效电工钢产品生产水平参差不齐，大部分钢厂缺乏生产顶端牌号的能力。
2）2006年至今，国内武钢与宝钢的产量日益增加，产品比例也逐年提升，说明国内企业已开始重视高效电机无取向电工钢的生产和发展；伴随着“十三五”的即将来临，各大钢铁企业应抓住契机，合理调整产业结构。
3）高效电机产品在国内外均受到高度重视和大力推广，在今后几年里我国也将迎来高效电机产品的高速发展，预计在未来三年内我国高效电工钢的需求量将达到300~400万t。
6、我国高效电机用无取向电钢的发展建议
1）加大高效电机用无取向电工钢的产量及产品比例。
2）加强高效电机用无取向电工钢高端牌号的研发力度。
3）加强与下游用户的技术交流和沟通，了解用户需求。
4）加大新产品、新技术的宣传力度，推广新产品在国内外市场的应用。
收稿时间：2014年4月
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