高硅钢是指4.5%~6.7%Si的Si-Fe合金，具有在高频下铁损明显降低、最大磁导率高、矫顽力低、磁性能极为优异的特点，主要用来制造高频电机、高频变压器、扼流线圈和高频磁屏蔽等。但由于Si含量过高，室温条件下塑性极差，无法轧制成形。6.5%Si因为其独特的磁性能而自成体系，目前仅有少量通过渗硅工艺制备的无取向6.5%Si-Fe合金材料可以成卷供应，更具性能优势的取向6.5%Si-Fe合金制备则更为困难。

3.2 生产工艺

根据生产方式可分为热轧电工钢和冷轧电工钢。热轧硅钢片因其性能落后近年已经逐步淘汰。

根据晶体取向聚集程度将硅钢分为无取向和取向是最为广泛接受的方法。冷轧无取向硅钢是指0.5%~4.0%(Si+Al)的合金，冷轧至0.65mm、0.5mm和0.35mm后经退火涂层后制成。相比取向硅钢，其晶粒织构类型较为漫散，各个方向上具有较为均匀的磁性能，而且磁各向异性较低，主要用作各类型电机和发电机的铁芯叠片。冷轧产品厚度精度，尺寸公差等级，表面光滑度都达到较高水平，从而提高了产品叠片系数和材料的磁性能。冷轧无取向硅钢生产工艺流程图如图1所示。

图1无取向硅钢生产工艺流程图

单取向电工钢指Goss取向，双取向特指立方取向电工钢。后者制备工艺极为复杂，目前难以工业化，所以取向硅钢广泛意义上指Goss取向。取向硅钢在易磁化的方向上具有高磁导率与低损耗特性，符合变压器等静态电力装备的导磁能力要求。单取向硅钢根据抑制剂和磁感的不同又可以分为CGO钢和Hi-B钢，具体如表1所示。其中，CGO钢的晶粒平均取向偏离角约为7°，饱和磁感值B8在1.82Tesla以上，主要用于中小型变压器的制造。Hi-B钢的晶粒平均取向偏离角约为3°，B8值在1.90Tesla以上，主要用于电力工业中的各种大型变压器、扼流圈等高端电磁元件的制造。

表1 硅钢分类表

硅钢的应用情况如图2所示。

图2 硅钢的应用情况

4. 硅钢性能指标

电工钢叠片铁芯与铜线通过电磁感应做功，铁芯通过形成交变磁场发挥作用。铁芯运行过程中自身耗能和铁芯磁化能力决定电器设备核心性能，如功率、体积、效率、质量以及综合运行成本。所以，电工钢的性能指标要求有下列几项：

1) 铁芯损耗P：

电工钢铁芯在励磁与退磁过程中额外消耗电能转化成热量称为铁损，单位为W/kg，是划分产品牌号的主要依据。铁损由磁滞损耗Ph、涡流损耗Pe和反常损耗Pa组成。三种铁损分别与晶粒尺寸、有利织构比例和板带质量对应。所以，取向和无取向电工钢中这三种损耗占比不同，如无取向硅钢的铁损以Ph为主，取向硅钢中则以Pe为主。根据使用条件不同，无取向硅钢的铁损保证值取P1.5/50，即硅钢片在50Hz交变磁场下磁化到1.5T时所消耗的电能，而取向硅钢相应的铁损保证值为P1.7/50。

2) 磁感应强度B

磁感应强度又称磁通密度，是衡量磁性材料单位面积磁化能力的技术指标。磁感应强度提高，意味着铁芯的相同条件下形成的磁场加强，从而降低激磁电流、铜损和铁损，提高能量转化效率。而且，铁芯总磁化强度为其磁感与面积的乘积，所以铁芯Bm提高，截面积可相应缩小，这使铁芯、铜线质量减轻，从而降低电器的铁损和成本。无取向硅钢的磁感保证值取B50，即5000A/m磁场下的磁感强度，而取向硅钢磁感则取B8，磁感单位为Tesla。不同电工钢的采用的磁感应强度标准不同，如表2所示。

表2 不同品种硅钢的磁感保证值

上述两项指标与电工钢生产流程的成分设计、核心工艺设计及控制水平等条件密切相关，是电工钢性能最核心的要求。而电工钢的热/冷轧加工精度、绝缘涂层质量等因素也是高品质电工钢的必要条件。此外，无取向电工钢还要求磁各向异性，即纵横向铁损差值≤8%，磁感差值≤10%。

5. 硅钢牌号表示方法

图3 硅钢牌号表示方法

6. 硅钢发展方向

近20年来，我国硅钢产业取得了长足的进步，这其中以首钢、武钢和宝钢为代表。得益于我国钢铁行业全流程的技术进步，这些企业在控制无取向硅钢整体质量稳定性和取向硅钢方面已经具有较高技术实力。2014年我国硅钢生产达到823万吨，高端产品有20~30万吨的进口量，2015年，我国共生产电工钢约836万吨，进口量进一步下降到14万吨。但是，与日本相比我国在高端电工钢领域仍有不小的差距，这集中体现在高磁感无取向硅钢、超低铁损Hi-B取向硅钢和高硅钢等产品上。例如，新日铁公司(现新日铁住金)能够实现0.15~0.35mm系列厚度规格极低铁损Hi-B取向电工钢的稳定供货，引领取向硅钢工艺发展。在特殊用途硅钢方面，日本钢管公司(现JFE)通过气相沉积法(CVD)渗硅的方式实现了高硅钢薄带的供货。随着我国装备制造业的产业升级，高端硅钢产品的需求会越来越迫切。我国与日韩等钢铁强国在这一领域的竞争将会更加激烈，这就要求我国相关科研人员通过革命性创新进行下一代硅钢生产技术的研发，引领世界电工钢技术的发展。

低铁损、高磁感高效电机用无取向硅钢、薄规格超低铁损高磁感取向硅钢和中高频节能电器用高硅钢是电工钢产业的发展方向。

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