1電工鋼板的主要用途和特性要求
電工鋼板是變壓器和電機(jī)鐵芯用材，是將電能轉(zhuǎn)換為磁能的關(guān)鍵材料。電工鋼板的歷史悠久。1900年，英國(guó)的Hadfield發(fā)現(xiàn)了在鐵中添加Si可降低鐵損的現(xiàn)象。電工鋼板也叫作硅鋼板。
電工鋼板分為無(wú)取向電工鋼板和取向電工鋼板兩大類(lèi)別。無(wú)取向電工鋼板的磁各向異性小，主要用作電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的鐵芯材料。最近，隨著電動(dòng)汽車(chē)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的普及，無(wú)取向電工鋼板的需求急劇增加。取向電工鋼板的組織控制難度很大，所以被稱(chēng)為鋼鐵產(chǎn)品的藝術(shù)品。取向電工鋼板在軋制方向上具有非常優(yōu)良的磁特性，主要用作變壓器的鐵芯材料。
對(duì)電工鋼板的要求是，鐵芯被磁化時(shí)的能量損失小（低鐵損）、使用很少的能量就可以進(jìn)行磁化（高的磁感應(yīng)強(qiáng)度和高導(dǎo)磁率）。此外，對(duì)有些用途的電工鋼板還要求具有高強(qiáng)度和高疲勞強(qiáng)度以及良好的導(dǎo)熱率。為了滿(mǎn)足這些特性，除了進(jìn)行成分控制，還要使電工鋼板的厚度較?。?.2-0.5mm）、在鋼板表面涂敷絕緣皮膜以及優(yōu)化制造工藝，進(jìn)行有利于磁特性的組織控制。
2電工鋼板中元素的作用
過(guò)去，對(duì)添加元素對(duì)電工鋼板磁特性的影響進(jìn)行了許多研究。最近，對(duì)電工鋼板高強(qiáng)度化的添加元素進(jìn)行了各種研究。以下，對(duì)添加元素對(duì)無(wú)取向電工鋼板磁特性的影響作簡(jiǎn)要介紹。
（1） C
鋼中的C以碳化物的形態(tài)析出，導(dǎo)致無(wú)取向電工鋼板磁特性劣化的磁時(shí)效現(xiàn)象。磁時(shí)效的原因是，碳化物阻礙磁壁（磁疇與磁疇的邊界）的移動(dòng)。無(wú)取向電工鋼板的C含量需控制在幾十個(gè)ppm以下。
（2） Si、Al
鋼中添加Si可提高鋼的電阻，降低磁化時(shí)產(chǎn)生的渦電流。所以電工鋼板中添加較多的Si。例如，電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用的高級(jí)無(wú)取向電工鋼板的Si含量達(dá)到3%左右。特殊的無(wú)取向電工鋼板的Si含量高達(dá)到6.5%。高級(jí)無(wú)取向電工鋼板除了添加Si，還添加Al。Si、Al是減輕磁性晶向各向異性的元素。添加Si、Al使無(wú)取向電工鋼板易于磁化。
（3） S、N、O
鋼中的S形成MnS等硫化物，N形成AlN、TiN等氮化物，O形成SiO2、Al2O3等氧化物，阻礙磁壁移動(dòng)，增大鐵損。此外，這些微細(xì)的硫化物、氮化物降低晶粒的成長(zhǎng)，增大了鋼的磁滯損耗。因此，應(yīng)盡可能降低無(wú)取向電工鋼板中的S、N、O等雜質(zhì)含量。
（4） Sn、Sb
無(wú)取向電工鋼板中的晶粒多為幾微米到幾百微米尺寸。無(wú)取向電工鋼板的磁特性因大量晶粒的形態(tài)不同而有很大變化。晶粒在某一特定方向排列的組織叫作織構(gòu)組織。Sn、Sb是晶界偏析型元素。電工鋼板的Sn、Sb晶界偏析可生成有利于磁性的織構(gòu)組織。此外，Sn、Sb偏析在鋼板表面，可抑制最終退火時(shí)鋼板表層的氮化，降低電工鋼板的鐵損。
3最先進(jìn)的電工鋼板
如前所述，Si是降低電工鋼板鐵損的有效元素。特別是，當(dāng)Si含量達(dá)到6.5%時(shí)，電工鋼板的磁致伸縮（材料磁化時(shí)的伸長(zhǎng)和縮短，是噪音產(chǎn)生的原因）幾乎為0，并且，具有最佳的導(dǎo)磁率和鐵損。但是，Si含量增多，材料的延伸率急劇下降，用軋制方法制造Si含量6.5%的電工鋼薄鋼板十分困難。因此，過(guò)去的最高級(jí)電工鋼板的Si含量局限在3%。近年來(lái)，開(kāi)發(fā)出用化學(xué)氣相沉積法（CVD）取代軋制法的高硅鋼板的制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了Si含量6.5%的電工鋼薄鋼板的量產(chǎn)化（圖1）。
此外，最近開(kāi)發(fā)出利用CVD技術(shù)使Si濃度在鋼板厚度方向上梯度分布的Si梯度磁性材料（圖2）。在10kHz的高周波區(qū)，Si梯度磁性材料不僅鐵損顯著小于6.5%Si鋼板。而且由于板厚中心的Si 含量小于6.5%Si鋼板，磁感應(yīng)強(qiáng)度高，沖料等加工性好，是省資源的電工鋼板，被用于太陽(yáng)能發(fā)電的電抗器和小型高速電機(jī)的鐵芯。
