电工钢板培训

Ⅳ.电工钢板产品介绍 电工钢板产品概要 生产工艺 产品特性

主要用途以及加工特性 主要投诉以及不满实例

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1. 电工钢板产品概要○ 产品定义 主要用于制作变压器和马达等电器，重视其电/磁性能的钢铁产品，被称为电工钢板(Electrical Steel)或者硅钢(Silicon Steel)。

○ 电工钢板特性 电工钢板应具备的基本电，磁特性来看 (↓越低越好, ↑越高越好) 铁损(↓) 磁致伸缩(↓) 磁时效 (↓) 厚度偏差(↓) 磁通量 磁导率(↑) 叠层率(↑) 层间绝缘阻抗(↑)

材料成像(良好) 焊接性(良好) 机械特性(符合要求)-107-

1. 电工钢板产品概要○ 产品分类磁性材料(强磁体)按磁性材料分为 硬磁性材料 软磁性材料

按制造材料分为

纯铁

低碳钢

电工钢

Fe 合金钢

Permalloy

按生产工程分为

热轧电工钢

冷轧电工钢

按磁性特性分为

取向电工钢(GO)

无取向电工钢(NO)

按详细特性分为

HGO

CGO

Fully Process

Semi Process

电工钢作为强磁体软磁性材料的一种，可分为取向性电工钢板(Grain Oriented Electrical Steel;GO)以及无取 向性电工钢板(Non-grain Oriented Electrical steel;NO)-108-

1. 电工钢板产品概要○ 产品分类取向性电工钢板(GO) 将晶粒的易磁化方向与压延方向一致排列，其压延方向的磁化特性优秀的 电工钢板压延方向

根据Goss 方位,<100>,可压延方向以及偏离程度，高级GO材中是否进行 磁畴微细化处理等几个方面，可将取向性电工钢分为 [ 取向钢的晶粒排列]

一般取向性电工钢(CGO) Goss方位与压延方向偏离程度 (集成度)在 ±7 以内的产品 高级取向性电工钢板(HGO) 将晶粒的易磁化方向(110)<100>排列成与压延方向一致, 提高磁性特性的产品，集成度在±3 以 内拥有低铁损以及高磁通特性 磁畴微细化GO产品 在高级GO材表面进行激光处理，强行分割磁畴，从而将铁损改善5~10%的产品-109-

1. 电工钢板产品概要○ 产品分类无取向电工钢板(NO) 将磁畴无序无方向的排列的产品，磁束向所有方向都可以流通的产品

压延方向

根据客户是否会进行热处理，用途以及性能可分为

[无取向钢的晶粒排列] Fully Process NO : 退火后不经过轻压荷直接进行绝缘处理的产品，客户不需要经过热处理可直接使用。 为了降低铁损消耗，客户也可进行热处理后使用 (客户自选事项) POSCO Fully Process NO产品在浦项管理标准中按照如下区分管理 : Hyper-grade NO(Hyper NO), High-grade NO (HNO), Middle-grade NO(MNO), Low-grade NO(LNO)

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1. 电工钢板产品概要○ 产品分类无取向电工钢板(NO) Semi Process 无取向电工钢板 : 退火作业后，对材料

表面进行1%左右的轻压荷后做绝缘涂层处理的产品，客户必须要进行热处理后使用 此类产品为半成品，客户必须要经热处理后使用，目前浦项不生产该类产品 特殊用途用无取向电工钢板 : 使用特殊生产工艺，根据客户要求的特性开发的产品 高磁通、热处理后低铁损、磁条开关、高频波用等 冷轧磁性钢板 : 与Semi Process 无取向钢相同, 但是以涂油处理代替绝缘涂层的产品，目前浦项不生产该类产品

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1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板基本概念磁畴(Domain)[钢板表面] [剥开涂层后的表面]

磁壁

结晶粒界 结晶粒(Grain)-112-

磁畴(Domain) GO的 180o 磁畴

1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板基本概念铁损(Core Loss, W/kg)铁芯磁化时产生的Energy 损耗, 在特定频率下获得定量磁通时产生的损耗 - 判定电工钢板产品等级的重要的评价指标，其值越低越好 - 铁损 = 磁滞损耗(Hysteresis) + 涡流损耗 + 异常涡流损耗 - 测定设备: Epstein Tester, Single Sheet Tester GO的铁损构成WT= Wh+ Wec+ Wea Core Loss / Frequency(W/Kg)铁损的构成 异常涡流损耗 (50%) 控制因子 磁畴宽 递减方法 微细化 增加涂层张力 调节成分 (添加Si ) 厚度薄化 变小 高纯化 改善结晶方位的集成度 变大

Anomalous Eddy Current Loss(Wea)

张力对钢板的影响 电阻抗

涡流损耗 (25%)

板厚 晶粒大小 夹杂物

Classical Eddy Current Loss(Wec) Hysteresis Loss(Wh) 0 50 100 150 Frequency f(Hz)-113磁滞损耗 (25%)

结晶方位 晶粒大小

1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板基本概念铁损(Core Loss, W/kg) 磁滞损耗(Hysteresis Loss)

铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗[磁化曲线]

Bs 饱和磁通量 (最大磁通量) 增加磁场时，磁通量会急速增加，在某个饱和状态点的磁通量

Br 残留磁通量 (Residual Induction) 将外部磁场设为0(Zero)时，材料在 “b”点处残留的磁性

Hc 保磁力或者抗磁力 (Coercive Force) 逆向增加外部磁场消除材料磁性的外部逆向磁场强度

磁滞曲线(Magnetic Hysteresis Curve) 持续增加逆向外部磁场，在“d”点重新达到饱和状态后， 以e→f→a→b→c的形状呈现的曲线

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1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板基本概念铁损(Core Loss, W/kg) 涡流损耗(Eddy Current Loss) 导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，导体内的感应的电流导致的能量损耗，叫做涡流损耗

Eddy Current

磁束

层间阻抗 (绝缘，薄板)

涡流损耗随着导体的厚度降低, 非阻抗增加而减少 电工钢板将钢板厚度降低的同时附上绝缘膜，添加Si的方式提高非阻抗的方式可减少涡流损耗 导体表面绝缘涂层发生不良时，层间阻抗增加产生导体厚度增加的效果→ 增加涡

流损耗

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1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板基本概念铁损(Core Loss, W/kg) 异常涡流损耗(Abnormal Eddy Current Loss) 由磁避的移动造成的涡流损耗，占取向性电工钢板 (GO)铁损的50% 提高张力以及做磁畴微细化处理减少异常涡流损耗

[磁壁的移动]

[磁畴微细化后的磁壁间距]

R.D. Before domain refining

scratch Domain width After domain refining

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1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板基本概念磁通量(Flux Density, T)铁芯受到缠绕在外侧的圈线产生的磁化力时，通过给定有向面S的磁感应强度B的通量

(单位: Tesla = 10,000Gauss = Weber/ ㎡) 磁通量与铁损作为判定电工钢板产品等级的重要指标

磁导率(Permeability, μ )材料对外部磁场的反应敏感度的指标, 表示磁束通过铁芯难易度 磁介质中磁感应强度与磁场强度之比，为磁化曲线的曲度 μ (导磁率) = B (磁通量) / H (磁化力)

磁通量(B)

导磁率 (B/H)

磁化力(H) -117-

1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板基本概念产品的磁性概念50 Hz or 60 Hz NO GO NO

铁损 (W/kg)

GO

1.5

1.7 磁通量 (Tesla)

磁通量 (Tesla)

导磁率 (曲度)

800 5000 磁化力(A/m)

如果将电工钢板的性能比喻成汽车性能，在一段时间内，往返一段直线路程50-60次(频率在50或者 60HZ)时，消耗最少燃料的车则代表其拥有最好的性能，

磁通量(车速)大、磁导率(加速性能)高、铁损(燃料消耗)少是评判性能优异的电工钢板的标准-118-

1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板基本概念绝缘值(Insulation Value / Franklin Value, A or Ω )在定量电压下(0.5V) 流入1A电流时, 通过绝缘层流入Strip的电流值成为绝缘值，测定产品表面覆盖的绝缘 膜的绝缘性的基准值 GO产品，为了减少生产变压器时的涡流损耗，所有产品的绝缘值严格控制在0.30A以下 (※ 0.30A = 15 Ω )

附着性(Coating Adherence, mmΦ )客户加工(Bending/ Punching/Slitting)电工钢产品时,表面涂层不良会造成涂层剥离，附着性指Bending时表面 涂层的附着程度。 GO 产品，由于Base Coating不良经常会发生涂层剥离，因此对所有规格产品的附着性进行严格控制管理 ( ≤ 30㎜Φ )

叠层系数(Lamination Factor / Space Factor / Stacking Factor, %)叠层的铁芯实重与理论重量之比, 越接近100%越好 大型电器设备的叠层系数差1% 相当于铁损 5%,因此叠成系数非常重要-119-

1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板基本概念磁致伸缩(Magnetostriction)指磁化电工钢板时，根据磁畴的移动以及转动引起的外部长度变化，磁致伸缩是造成变压器等电器产品噪音的 主要原因。

[发生膨胀收缩]Stress

burst effectl s

l

s

H

[ 100 ] [111 ] 90o Domain wall movement

[001 ] Domain rotation

[磁化力 & 磁致

伸缩]-120-

[磁畴移动以及转动: 概念图]

1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板基本概念磁致伸缩(Magnetostriction) 减少磁致伸缩的方法 : 磁畴微细化处理

[磁致伸缩曲线: 23PH090]-121-

[磁致伸缩曲线: 23PHD085]

1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板基本概念磁时效(Magnetic Aging)根据时间和温度，材料的磁性弱化的现象，主要与钢板内的夹杂物有关 结晶格子中的夹杂物存在形态不同，对磁时效产生的影响不同 - 置换型: 轻微弱化饱和磁化，不会对磁壁移动产生影响 - 侵入型: 使格子变形显著降低磁导率，是使用过程中造成损失的主要原因 碳(Carbon)作为磁时效的主要元素，电工钢板在生产工艺中必须要经过脱碳退火工艺。 取向性电工钢的碳元素含量控制在30ppm一下, 无取向电工钢则控制在50ppm以下

钢板内的C含量 25ppm以上

200℃ x 24hr 以上 长时间暴露

Carbide 析出物粗大化 (Ostwald Ripening Process) 铁损降低导磁率 / 增加铁损/噪音

结晶格子变形

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1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板产品测试磁性测试磁性测试方法分为给客户提供保证值时进行的Epstein以及SST(Single Sheet Tester)测试；监控工程条件用 On-Line测试方法之一 CCLT(Continuous Core Loss Tester) 测试 ■ Epstein测试法 (提供客户保证值用)

试片的切割方法 - NO 试片根据压延方向以及压延直角方向各采取试片 - GO 试片只采取与压延方向平行处的试片 试片大小以及数量 - 宽30mm, 长280~320mm(POSCO: 305mm)的长方形试片 - 数量: 如下表所示

Epstein 测试仪器以及试片[设备配置] 测定频率数 0~1000 Hz 磁通量 0~2.2 Tesla 铁损 0~100 W/Kg 钢板厚度 0.15~1 mm 数 量

区分 0.27 2.0kg 1.0kg 0.5kg 116 56 28 0.30 104 52 28

厚度(mm) 0.35 88 44 24 0.50 64 32 16 0.65 48 24 12

测试铁损, 磁通量,磁导率,磁化力等 对试片进行热处理 (SRA)后测试 从试片制样到测试无人全程自动化进行-123-

1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板产品测试磁性测试■ SST(Single Sheet Tester) HGO是通过激光在产品表面进行磁畴微细化的产品，无 法进行热处理，因此不能使用Epstein仪器，利用SST测 试 ■ CCLT(Continuous Core Loss Tester) On-Line上在产品长度方向测定铁损 不作为保证值测试设备使用，对生产工位监控时使用 设置在退货精整生产线上

铁损(W/kg)

[设备配置] 测定频率数 50, 60 Hz 试片大小 500×500, 800×600 mm2

钢卷长度

[CCLT 实绩图形(例)]

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1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板产品测试绝缘涂层测试■ 绝缘测试(Franklin Test Medhod: ASTM A 717) 绝缘涂层主要特性中的绝缘性测试

样品(100*1000) 自动送入 钢卷两端(Top/Bottom)取样

在样品上/下6Points 测定后

,计算平均值 Top/Bottom 平均值中取最小值作为保证值 Probe 压力: 300 psi[2.1Mpa] 外加电压: 0.5V Probe1个阻抗: 5Ω 0.5Ω 的阻抗并联10个 I=V/R = 0.5V/0.5Ω = 1A 保证标准 ≤ 0.3A (15 Ω ) ◎ 常见疑问: 绝缘值的单位换算 Ω =6.45(1/I – 1) - Ω : 将绝缘值用阻抗来表示时 - I : 将阻抗以电流连表示时-125-

1. 电工钢板产品概要○ 电工钢板产品测试绝缘涂层测试■ 附着性测试(Pipe Bending Test) 评价绝缘涂层与母材的附着性的测试。根据涂层种类以及涂层厚度其附着性有所差异，特别是涂层作业条件不符合 要求时其附着力会降低，客户进行加工时涂层会脱落出现不良。 试片大小以及数量 - 宽 30 mm, 长度 305 mm的长方形 - 数量 : coill 2片 测试方法 - 条件 : Pipe 直径 60,45,40,35,30,25,20,15,10 mmΦ - 方法 : 将试片贴绕在钢管上观察涂层的状态，测定涂层不会剥 离的最小钢管直径，以此作为测试结果 保证标准 ≤ 30mmΦ

[Pipe Bending Tester] ■ 绝缘涂层的厚度( ) 绝缘涂层皮膜厚度的测试方法有如下几种；湿式法测量涂层量，利用SEM或者光学显微镜测试， 磁感应方式以及XR D方式等等，虽然如此目前为止尚未有业界公认的代表性测试方法。 浦项根据厚度测定仪 (delta scope)测量上/下面的涂层厚度，该数值仅供参考不作为保证值使用。-126-