电工钢生产概论 SS课件

电工钢生产概论（PPT35页)电工钢生产概论（PPT35页)1提纲电工钢概述电工钢性质电工钢使用性能电工钢一般生产工艺提纲电工钢概述2

电工钢是铁基的工业用软磁材料，包括碳含量很低的工业纯铁和0.5％～4.5％Si硅钢两类，主要用做各种电机和变压器的铁芯，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要磁性材料。电工钢板带在磁性材料中用量最大，约占磁性材料的90％，占电工材料的50％。电工钢是重要的能源用钢，也是一种重要的金属功能材料。电工钢是铁基的工业用软磁材料，包括碳含3电工钢的分类及用途电工钢按其主要合金硅元素的含量可分为工业纯铁和硅钢两大类；按生产工艺过程硅钢又可分为热轧和冷轧两大类；冷轧硅钢又分为取向硅钢和无取向硅钢两种。磁各向异性的冷轧取向硅钢片主要用于制作各种变压器的铁芯，也可冲压制成扇形、制做大型汽轮发电机的定子；磁各向同性的冷轧无取向硅钢片主要用于制造容量较大的大中型电机、发电机以及家用电机、微电机、镇流器和小型变压器等。电工钢的分类及用途电工钢按其主要合金硅元素的含量可分为工业4表.电工钢板的品种和分类

分类公称厚度/mm热轧硅钢板(无取向)低硅热轧钢带，热轧电机钢(1.0%～2.5%Si)0.50热轧高硅钢，热轧变压器钢(3.0%～4.5%Si)0.35和0.50冷轧电工钢板无取向电工钢(冷轧电机钢)低碳电工钢(<0.5%Si)0.50和0.65电机硅钢(0.5%～3.5%Si)0.35和0.50单取向硅钢(冷轧变压器钢)冷轧变压器硅钢(2.9%～3.3%Si)0.35、0.30、0.27和0.23双取向硅钢高频用冷轧变压器硅钢(2.9%～3.3%Si)0.05～0.15表.电工钢板的品种和分类分类公称厚度热轧5此外还有特殊用途的电工钢板，如高频电机和变压器以及脉冲变压器用电工钢；继电器和电力开关用的高强度冷轧无取向硅钢；新型高转速电机转子用的高强度冷轧电工钢；医用核磁共振断层扫描仪等磁屏蔽和高能加速器电磁铁用的低碳电工钢；高频电机和变压器以及磁屏蔽的高硅钢板等。

此外还有特殊用途的电工钢板，如高频电机和变压器以及脉冲变压器6表.热轧、冷轧电工钢各项性能指标

项目热轧硅钢冷轧硅钢磁性能同样铁损的热轧硅钢比冷轧硅钢磁感低0.4～0.5T磁感高，磁激电流小，电机的铜损小，功率高加工性能热轧硅钢比冷轧硅钢硬度HV值高20～30MPa硬度低，加工模具损耗小，加工性优良同板差叠装系数≥95％叠装系数≥98％耗电量铁损比相同硅含量的冷轧钢大节能生产效率低高劳动强度高低加工应力敏感度低，加工后不需退火高，需消除应力退火价格低高表.热轧、冷轧电工钢各项性能指标项目热轧硅钢冷轧硅钢磁7我国冷轧硅钢生产技术现状

目前，我国生产冷轧硅钢片的大企业主要有武钢、宝钢、太钢、鞍钢四家。冷轧电工钢的生产能力有310.9万吨，其中取向硅钢为28万吨。冷轧硅钢的制造工艺和设备复杂，成分控制严格，生产工序长，影响性能的因素多，尤其是取向硅钢被视为钢铁行业中的珍品。因此常把取向硅钢产品的质量看作衡量一个国家钢铁制造技术水平的重要标志，也在一定程度上体现了一个国家科技和国民经济发展状况。我国冷轧硅钢生产技术现状目前，我国生产冷轧硅钢片的大企业主8表.2001～2005年国内主要厂家电工钢产量（万吨）时间（年）20012002200320042005“十五”合计武钢取向1212.8912.5312.713.2163.32无取向25.1728.2627.433.857.03171.66太钢无取向11.0310.612.414.317.1465.45宝钢无取向38.544.550.853.568.6255.6鞍钢无取向------11.145.4256.52合计无取向＋取向86.796.25103.13125.4201.4612.57热轧板81.682.195.4104105.2468.3冷轧＋热轧168.3178.35198.53229.4306.61080.87表.2001～2005年国内主要厂家电工钢产量（万吨）时9提纲电工钢概述电工钢性质

电工钢使用性能电工钢一般生产工艺提纲电工钢概述10各元素对电工钢性能影响C：碳对电工钢极有害，碳会提高矫顽力和磁滞损耗。随碳含量增高，P15增大；碳也可与铁形成间隙式固溶体，使晶格畸变严重，引起很大的内应力，使磁性明显降低，故要求成品中C<0.015％；Si：电工钢中加硅主要是提高电阻率，降低涡流损耗，降低铁损，并促进晶粒长大。各元素对电工钢性能影响C：碳对电工钢极有害，碳会提高矫顽力和11Mn：锰可扩大γ相区，有利于晶粒长大，降低铁损。可形成MnS，防止生成FeS所引起的热脆，又可降低相变温度，使退火温度下降，晶粒尺寸变小，影响磁性，故一般Mn/S≥10。P：磷与硅的作用相似，缩小γ相区，促使晶粒长大，提高电阻率和硬度，降低铁损。控制在0.03%以下。S：硫是有害元素，硫使铁损和矫顽力增大。硫与锰形成细小的MnS质点，阻碍成品退火时晶粒长大。故S含量越小越好，一般控制在0.015％以下。Mn：锰可扩大γ相区，有利于晶粒长大，降低铁损。可形成MnS12N：氮以间隙原子固溶在铁中，是强烈扩大奥氏体的元素。氮能与铝形成AlN，作用与MnS相同，合理的生产工艺可有效提高磁性，降低铁损。若控制不好，则会影响硅钢的各项性能。一般氮含量应控制在0.002％以下。O：氧在γ-Fe中形成间隙固溶体，使晶格变形、矫顽力增加、磁时效效应增加、磁性降低。钢中的氧易形成SiO2、Al2O3等氧化物夹杂，阻碍晶粒长大，使磁性降低，故要求硅钢中氧含量越低越好。N：氮以间隙原子固溶在铁中，是强烈扩大奥氏体的元素。氮能与铝13铁－硅合金的特性

铁的居里温度为770℃铁硅二元系含硅量超过2.5％时，奥氏体区封闭消失Si>4.5%时，出现有序相（Fe3Si）和（FeSi）铁－硅合金的特性铁的居里温度为770℃14碳对铁－硅合金的影响

这是采用高温退火发生二次再结晶、制造取向硅钢和高牌号无取向硅钢的金属学基础碳含量小于0.025％的3.25％Fe-Si合金在任何温度下都为单一的α相，不会发生相变碳对铁－硅合金的影响这是采用高温退火发生二次再结晶、制造取15电工钢的主要物理性质电工钢的实际密度与Si和Al的含量有关，按经验公式计算：(g/cm3)电工钢的电阻率与Si和Al的含量有关，按经验公式计算：(μΩ·cm)电工钢的主要物理性质电工钢的实际密度与Si和Al的含量有关16电工钢的主要力学性质硅钢的屈服强度和抗拉强度随硅含量增加而增大。在3.5％～4.5％Si处达到最大值。Si>2.5％时，伸长率和面伸缩率急剧下降，Si>4.5％时，屈服强度和抗拉强度也急剧下降，伸长率和面伸缩率迅速降为零。电工钢的主要力学性质硅钢的屈服强度和抗拉强度随硅含量增加而增17硅钢的硬度随硅含量增加而增高，Si含量大于4.5％的硅钢既硬又脆，不能进行冷加工，这是热轧硅钢板的硅含量上限设定为4.5％，而冷轧硅钢硅含量上限设定为3.3％的重要原因。硅钢的硬度随硅含量增加而增高，18各元素对硅钢的影响效果

有助于提高铁磁性的元素：Ni、Co；有助于提高电阻率的元素：Al、P；引起晶格畸变的有害元素：C、N、O；形成夹杂物的有害元素：V、Cr、Ti；扩大奥氏体妨碍二次再结晶的元素：C、N、Mn；形成有利杂质的元素：Sb、Bi；有利夹杂物：MnS、AlN。各元素对硅钢的影响效果有助于提高铁磁性的元素：Ni、Co；19无取向电工钢的化学成分范围

CSiMnPSAlSN2≤0.015(最好≤0.005)0.1~1.00.25~0.500.02≤0.015(最好≤0.005)≤0.02

(最好≤0.005)≤0.002无取向电工钢的化学成分范围CSiMnPSAlSN2≤0.020提纲电工钢概述电工钢性质电工钢使用性能

电工钢一般生产工艺提纲电工钢概述21（1）铁芯损耗（PT）低（2）磁感应强度（B）高（3）要求磁各向异性（4）冲片性能良好（5）钢板表面光滑、平整、厚度均匀（6）绝缘薄膜性能良好（7）磁时效性现象小（1）铁芯损耗（PT）低22铁芯损耗（PT）铁芯损耗简称铁损，其单位为W/kg，是指铁芯于交变磁场中磁化时，磁通量变化受到各种阻碍而消耗掉部分电能，这种损耗使铁芯发热，引起电机和变压器的温度升高。按我国电工钢生产现状，每发电1kW需配备发电机和各种变压器共9kVA，其中变压器用钢占全部电工材料的20～30％。若用10万吨冷轧硅钢代替热轧硅钢生产变压器，每年可节电约2亿度，相当于23.4万kW发电机全年的发电量总和。铁芯损耗（PT）铁芯损耗简称铁损，其单位为W/kg，是指铁芯23磁感应强度（B）磁感应强度是铁芯单位截面面积上通过的磁力线数，也称磁通密度，代表材料的磁化能力，单位为T。使用磁感应强度高的硅钢片，铁芯重量可相应减少。一般变压器铁芯约占设备总重量的1/3～1/2。冷轧硅钢片的磁感应强度比热轧硅钢片的高20～30％，变压器铁芯体积和重量也相应减少30％。

磁感应强度（B）磁感应强度是铁芯单位截面面积上通过的磁力线数24磁各向异性电机转子在运转状态下工作，铁芯是用带齿圆形冲片叠成的定子和转子组成的，要求电工钢板为磁各向同性，一般要求纵横向铁损差值<8%，磁感差值<10%，因此适合用无取向冷轧电工钢或热轧硅钢制造。变压器在静止状态下工作，大中型变压器铁芯用条片叠成，一些配电变压器、电流和电压互感器以及脉冲变压器等用卷线铁芯制造，以保证沿电工钢板轧制方向下料和磁化，因此一般用冷轧取向硅钢制造。磁各向异性电机转子在运转状态下工作，铁芯是用带齿圆形冲片叠成25冲片性能以100kVA变压器为例，铁芯需用0.5mm厚的1700片硅钢片叠装，电机转子和定子铁芯的形状较复杂，要求硅钢片冲剪无毛刺。硅含量相同的冷轧硅钢其冲片性能比热轧硅钢要好，且冲片模具寿命能提高4～6倍。热轧硅钢片都是单张供货，冷轧硅钢片可成卷供货，冲剪材料的利用率可提高15个百分点。冲片性能以100kVA变压器为例，铁芯需用0.5mm厚的1726钢板表面质量为了保证铁芯的叠片系数，要求电工钢板表面光滑、平整且厚度均匀。叠片系数高意味着对于一定的铁芯表观体积，实际电工钢用量更多、单位面积内磁通量更大。叠片系数提高1％相当于铁损降低2％，磁感应强度提高1％。若钢板厚度不均匀，装配铁芯困难，变压器和电机使用中噪音和震动增大。冷轧硅钢片表面质量和厚度均匀性都比热轧硅钢片的好，且叠片系数高，噪音和震动较小。例如：0.35mm厚硅钢片的叠片系数，冷轧硅钢片为97～98％，热轧硅钢片为92～94％。钢板表面质量为了保证铁芯的叠片系数，要求电工钢板表面光滑、平27绝缘薄膜性能为防止铁芯叠片间短路而增大涡流损耗，现代冷轧电工钢带表面涂有特殊性能的半有机绝缘膜。绝缘薄膜性能为防止铁芯叠片间短路而增大涡流损耗，现代冷轧电工28磁时效效应铁磁材料的磁性随使用时间而恶化的现象称为磁时效现象，特别是当铁芯长期在温度50～80℃工作时，磁时效效应更为明显。对磁时效影响最大的元素是钢中的碳和氧。磁时效效应铁磁材料的磁性随使用时间而恶化的现象称为磁时效现象29提纲电工钢概述电工钢性质电工钢使用性能电工钢一般生产工艺提纲电工钢概述30低硅含量低牌号冷轧无取向电工钢生产工艺

低硅含量低牌号冷轧无取向电工钢生产工艺31高牌号冷轧无取向电工钢生产工艺

高牌号冷轧无取向电工钢生产工艺32冷轧电工钢的电磁性能主要取决于内部组织结构，通过对冶炼、连铸、热轧、冷轧及热处理等各生产工序的综合控制，确保冷轧电工钢最终的电磁性能。热轧工序的温度制度控制对改善无取向电机钢的电磁性能非常重要。在热轧机能力允许的情况下，温度应尽量低，以防止钢中MnS和AlN等析出物的固溶、析出，磁性变坏。一般冷轧无取向电机钢开轧温度为1180℃±20℃，终轧温度为850℃±20℃。冷轧电工钢的电磁性能主要取决于内部组织结构，通过对冶炼、连铸33连铸坯退火后钢带平整冷轧后电工钢带连铸坯退火后钢带平整冷轧后34谢谢谢谢35电工钢生产概论（PPT35页)电工钢生产概论（PPT35页)36提纲电工钢概述电工钢性质电工钢使用性能电工钢一般生产工艺提纲电工钢概述37

电工钢是铁基的工业用软磁材料，包括碳含量很低的工业纯铁和0.5％～4.5％Si硅钢两类，主要用做各种电机和变压器的铁芯，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要磁性材料。电工钢板带在磁性材料中用量最大，约占磁性材料的90％，占电工材料的50％。电工钢是重要的能源用钢，也是一种重要的金属功能材料。电工钢是铁基的工业用软磁材料，包括碳含38电工钢的分类及用途电工钢按其主要合金硅元素的含量可分为工业纯铁和硅钢两大类；按生产工艺过程硅钢又可分为热轧和冷轧两大类；冷轧硅钢又分为取向硅钢和无取向硅钢两种。磁各向异性的冷轧取向硅钢片主要用于制作各种变压器的铁芯，也可冲压制成扇形、制做大型汽轮发电机的定子；磁各向同性的冷轧无取向硅钢片主要用于制造容量较大的大中型电机、发电机以及家用电机、微电机、镇流器和小型变压器等。电工钢的分类及用途电工钢按其主要合金硅元素的含量可分为工业39表.电工钢板的品种和分类

分类公称厚度/mm热轧硅钢板(无取向)低硅热轧钢带，热轧电机钢(1.0%～2.5%Si)0.50热轧高硅钢，热轧变压器钢(3.0%～4.5%Si)0.35和0.50冷轧电工钢板无取向电工钢(冷轧电机钢)低碳电工钢(<0.5%Si)0.50和0.65电机硅钢(0.5%～3.5%Si)0.35和0.50单取向硅钢(冷轧变压器钢)冷轧变压器硅钢(2.9%～3.3%Si)0.35、0.30、0.27和0.23双取向硅钢高频用冷轧变压器硅钢(2.9%～3.3%Si)0.05～0.15表.电工钢板的品种和分类分类公称厚度热轧40此外还有特殊用途的电工钢板，如高频电机和变压器以及脉冲变压器用电工钢；继电器和电力开关用的高强度冷轧无取向硅钢；新型高转速电机转子用的高强度冷轧电工钢；医用核磁共振断层扫描仪等磁屏蔽和高能加速器电磁铁用的低碳电工钢；高频电机和变压器以及磁屏蔽的高硅钢板等。

此外还有特殊用途的电工钢板，如高频电机和变压器以及脉冲变压器41表.热轧、冷轧电工钢各项性能指标

项目热轧硅钢冷轧硅钢磁性能同样铁损的热轧硅钢比冷轧硅钢磁感低0.4～0.5T磁感高，磁激电流小，电机的铜损小，功率高加工性能热轧硅钢比冷轧硅钢硬度HV值高20～30MPa硬度低，加工模具损耗小，加工性优良同板差叠装系数≥95％叠装系数≥98％耗电量铁损比相同硅含量的冷轧钢大节能生产效率低高劳动强度高低加工应力敏感度低，加工后不需退火高，需消除应力退火价格低高表.热轧、冷轧电工钢各项性能指标项目热轧硅钢冷轧硅钢磁42我国冷轧硅钢生产技术现状

目前，我国生产冷轧硅钢片的大企业主要有武钢、宝钢、太钢、鞍钢四家。冷轧电工钢的生产能力有310.9万吨，其中取向硅钢为28万吨。冷轧硅钢的制造工艺和设备复杂，成分控制严格，生产工序长，影响性能的因素多，尤其是取向硅钢被视为钢铁行业中的珍品。因此常把取向硅钢产品的质量看作衡量一个国家钢铁制造技术水平的重要标志，也在一定程度上体现了一个国家科技和国民经济发展状况。我国冷轧硅钢生产技术现状目前，我国生产冷轧硅钢片的大企业主43表.2001～2005年国内主要厂家电工钢产量（万吨）时间（年）20012002200320042005“十五”合计武钢取向1212.8912.5312.713.2163.32无取向25.1728.2627.433.857.03171.66太钢无取向11.0310.612.414.317.1465.45宝钢无取向38.544.550.853.568.6255.6鞍钢无取向------11.145.4256.52合计无取向＋取向86.796.25103.13125.4201.4612.57热轧板81.682.195.4104105.2468.3冷轧＋热轧168.3178.35198.53229.4306.61080.87表.2001～2005年国内主要厂家电工钢产量（万吨）时44提纲电工钢概述电工钢性质

电工钢使用性能电工钢一般生产工艺提纲电工钢概述45各元素对电工钢性能影响C：碳对电工钢极有害，碳会提高矫顽力和磁滞损耗。随碳含量增高，P15增大；碳也可与铁形成间隙式固溶体，使晶格畸变严重，引起很大的内应力，使磁性明显降低，故要求成品中C<0.015％；Si：电工钢中加硅主要是提高电阻率，降低涡流损耗，降低铁损，并促进晶粒长大。各元素对电工钢性能影响C：碳对电工钢极有害，碳会提高矫顽力和46Mn：锰可扩大γ相区，有利于晶粒长大，降低铁损。可形成MnS，防止生成FeS所引起的热脆，又可降低相变温度，使退火温度下降，晶粒尺寸变小，影响磁性，故一般Mn/S≥10。P：磷与硅的作用相似，缩小γ相区，促使晶粒长大，提高电阻率和硬度，降低铁损。控制在0.03%以下。S：硫是有害元素，硫使铁损和矫顽力增大。硫与锰形成细小的MnS质点，阻碍成品退火时晶粒长大。故S含量越小越好，一般控制在0.015％以下。Mn：锰可扩大γ相区，有利于晶粒长大，降低铁损。可形成MnS47N：氮以间隙原子固溶在铁中，是强烈扩大奥氏体的元素。氮能与铝形成AlN，作用与MnS相同，合理的生产工艺可有效提高磁性，降低铁损。若控制不好，则会影响硅钢的各项性能。一般氮含量应控制在0.002％以下。O：氧在γ-Fe中形成间隙固溶体，使晶格变形、矫顽力增加、磁时效效应增加、磁性降低。钢中的氧易形成SiO2、Al2O3等氧化物夹杂，阻碍晶粒长大，使磁性降低，故要求硅钢中氧含量越低越好。N：氮以间隙原子固溶在铁中，是强烈扩大奥氏体的元素。氮能与铝48铁－硅合金的特性

铁的居里温度为770℃铁硅二元系含硅量超过2.5％时，奥氏体区封闭消失Si>4.5%时，出现有序相（Fe3Si）和（FeSi）铁－硅合金的特性铁的居里温度为770℃49碳对铁－硅合金的影响

这是采用高温退火发生二次再结晶、制造取向硅钢和高牌号无取向硅钢的金属学基础碳含量小于0.025％的3.25％Fe-Si合金在任何温度下都为单一的α相，不会发生相变碳对铁－硅合金的影响这是采用高温退火发生二次再结晶、制造取50电工钢的主要物理性质电工钢的实际密度与Si和Al的含量有关，按经验公式计算：(g/cm3)电工钢的电阻率与Si和Al的含量有关，按经验公式计算：(μΩ·cm)电工钢的主要物理性质电工钢的实际密度与Si和Al的含量有关51电工钢的主要力学性质硅钢的屈服强度和抗拉强度随硅含量增加而增大。在3.5％～4.5％Si处达到最大值。Si>2.5％时，伸长率和面伸缩率急剧下降，Si>4.5％时，屈服强度和抗拉强度也急剧下降，伸长率和面伸缩率迅速降为零。电工钢的主要力学性质硅钢的屈服强度和抗拉强度随硅含量增加而增52硅钢的硬度随硅含量增加而增高，Si含量大于4.5％的硅钢既硬又脆，不能进行冷加工，这是热轧硅钢板的硅含量上限设定为4.5％，而冷轧硅钢硅含量上限设定为3.3％的重要原因。硅钢的硬度随硅含量增加而增高，53各元素对硅钢的影响效果

有助于提高铁磁性的元素：Ni、Co；有助于提高电阻率的元素：Al、P；引起晶格畸变的有害元素：C、N、O；形成夹杂物的有害元素：V、Cr、Ti；扩大奥氏体妨碍二次再结晶的元素：C、N、Mn；形成有利杂质的元素：Sb、Bi；有利夹杂物：MnS、AlN。各元素对硅钢的影响效果有助于提高铁磁性的元素：Ni、Co；54无取向电工钢的化学成分范围

CSiMnPSAlSN2≤0.015(最好≤0.005)0.1~1.00.25~0.500.02≤0.015(最好≤0.005)≤0.02

(最好≤0.005)≤0.002无取向电工钢的化学成分范围CSiMnPSAlSN2≤0.055提纲电工钢概述电工钢性质电工钢使用性能

电工钢一般生产工艺提纲电工钢概述56（1）铁芯损耗（PT）低（2）磁感应强度（B）高（3）要求磁各向异性（4）冲片性能良好（5）钢板表面光滑、平整、厚度均匀（6）绝缘薄膜性能良好（7）磁时效性现象小（1）铁芯损耗（PT）低57铁芯损耗（PT）铁芯损耗简称铁损，其单位为W/kg，是指铁芯于交变磁场中磁化时，磁通量变化受到各种阻碍而消耗掉部分电能，这种损耗使铁芯发热，引起电机和变压器的温度升高。按我国电工钢生产现状，每发电1kW需配备发电机和各种变压器共9kVA，其中变压器用钢占全部电工材料的20～30％。若用10万吨冷轧硅钢代替热轧硅钢生产变压器，每年可节电约2亿度，相当于23.4万kW发电机全年的发电量总和。铁芯损耗（PT）铁芯损耗简称铁损，其单位为W/kg，是指铁芯58磁感应强度（B）磁感应强度是铁芯单位截面面积上通过的磁力线数，也称磁通密度，代表材料的磁化能力，单位为T。使用磁感应强度高的硅钢片，铁芯重量可相应减少。一般变压器铁芯约占设备总重量的1/3～1/2。冷轧硅钢片的磁感应强度比热轧硅钢片的高20～30％，变压器铁芯体积和重量也相应减少30％。

磁感应强度（B）磁感应强度是铁芯单位截面面积上通过的磁力线数59磁各向异性电机转子在运转状态下工作，铁芯是用带齿圆形冲片叠成的定子和转子组成的，要求电工钢板为磁各向同性，一般要求纵横向铁损差值<8%，磁感差值<10%，因此适合用无取向冷轧电工钢或热轧硅钢制造。变压器在静止状态下工作，大中型变压器铁芯用条片叠成，一些配电变压器、电流和电压互感器以及脉冲变压器等用卷线铁芯制造，以保证沿电工钢板轧制方向下料和磁化，因此一般用冷轧取向硅钢制造。磁各向异性电