1 电工钢板的主要用途和特性要求
电工钢板是变压器和电机铁芯用材，是将电能转换为磁能的关键材料。电工钢板的历史悠久。1900年，英国的Hadfield发现了在铁中添加Si可降低铁损的现象。电工钢板也叫作硅钢板。
电工钢板分为无取向电工钢板和取向电工钢板两大类别。无取向电工钢板的磁各向异性小，主要用作电动机和发电机的铁芯材料。最近，随着电动汽车和风力发电机的普及，无取向电工钢板的需求急剧增加。取向电工钢板的组织控制难度很大，所以被称为钢铁产品的艺术品。取向电工钢板在轧制方向上具有非常优良的磁特性，主要用作变压器的铁芯材料。
对电工钢板的要求是，铁芯被磁化时的能量损失小（低铁损）、使用很少的能量就可以进行磁化（高的磁感应强度和高导磁率）。此外，对有些用途的电工钢板还要求具有高强度和高疲劳强度以及良好的导热率。为了满足这些特性，除了进行成分控制，还要使电工钢板的厚度较薄（0.2-0.5mm）、在钢板表面涂敷绝缘皮膜以及优化制造工艺，进行有利于磁特性的组织控制。
2 电工钢板中元素的作用
过去，对添加元素对电工钢板磁特性的影响进行了许多研究。最近，对电工钢板高强度化的添加元素进行了各种研究。以下，对添加元素对无取向电工钢板磁特性的影响作简要介绍。
（1） C
钢中的C以碳化物的形态析出，导致无取向电工钢板磁特性劣化的磁时效现象。磁时效的原因是，碳化物阻碍磁壁（磁畴与磁畴的边界）的移动。无取向电工钢板的C含量需控制在几十个ppm以下。
（2） Si、Al
钢中添加Si可提高钢的电阻，降低磁化时产生的涡电流。所以电工钢板中添加较多的Si。例如，电动汽车驱动电机使用的高级无取向电工钢板的Si含量达到3%左右。特殊的无取向电工钢板的Si含量高达到6.5%。高级无取向电工钢板除了添加Si，还添加Al。Si、Al是减轻磁性晶向各向异性的元素。添加Si、Al使无取向电工钢板易于磁化。
（3） S、N、O
钢中的S形成MnS等硫化物，N形成Al N、TiN等氮化物，O形成SiO2、Al2O3等氧化物，阻碍磁壁移动，增大铁损。此外，这些微细的硫化物、氮化物降低晶粒的成长，增大了钢的磁滞损耗。因此，应尽可能降低无取向电工钢板中的S、N、O等杂质含量。
（4） Sn、Sb
无取向电工钢板中的晶粒多为几微米到几百微米尺寸。无取向电工钢板的磁特性因大量晶粒的形态不同而有很大变化。晶粒在某一特定方向排列的组织叫作织构组织。Sn、Sb是晶界偏析型元素。电工钢板的Sn、Sb晶界偏析可生成有利于磁性的织构组织。此外，Sn、Sb偏析在钢板表面，可抑制最终退火时钢板表层的氮化，降低电工钢板的铁损。
3 最先进的电工钢板
如前所述，Si是降低电工钢板铁损的有效元素。特别是，当Si含量达到6.5%时，电工钢板的磁致伸缩（材料磁化时的伸长和缩短，是噪音产生的原因）几乎为0，并且，具有最佳的导磁率和铁损。但是，Si含量增多，材料的延伸率急剧下降，用轧制方法制造Si含量6.5%的电工钢薄钢板十分困难。因此，过去的最高级电工钢板的Si含量局限在3%。近年来，开发出用化学气相沉积法（CVD）取代轧制法的高硅钢板的制造技术，实现了Si含量6.5%的电工钢薄钢板的量产化（图1）。
此外，最近开发出利用CVD技术使Si浓度在钢板厚度方向上梯度分布的Si梯度磁性材料（图2）。在10kHz的高周波区，Si梯度磁性材料不仅铁损显著小于6.5%Si钢板。而且由于板厚中心的Si含量小于6.5%Si钢板，磁感应强度高，冲料等加工性好，是省资源的电工钢板，被用于太阳能发电的电抗器和小型高速电机的铁芯。
来源：世界金属导报
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