半工藝無取向電工鋼板在密閉型壓縮機電機上的應(yīng)用

王 猛

（丹佛斯天津有限公司，天津301700）

0 引言

在壓縮機電機制造過程中，鐵芯的制造耗能尤其嚴(yán)重，在鋼廠和電機廠會分別進(jìn)行一次退火，嚴(yán)重浪費資源。國外很早就研究出只需一次退火的半工藝無取向硅鋼來應(yīng)對。近年來國家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，再加上能源價格上漲，國內(nèi)半工藝無取向硅鋼的應(yīng)用也開始迅速普及。本文就對半工藝無取向硅鋼在密閉型壓縮機電機上的應(yīng)用現(xiàn)狀做一個簡單的匯總。

1 全工藝鋼與半工藝鋼介紹

1.1 工藝流程對比

無取向電工鋼板是絕大多數(shù)電機中（無鐵芯電機等少數(shù)特種電機除外）必不可少的材料，此材料生產(chǎn)過程中一般需要完全退火處理。經(jīng)該工藝處理的無取向電工鋼板稱為全工藝無取向電工鋼板，簡稱全工藝鋼（圖1）。

圖1 全工藝鋼

退火工藝耗能巨大，因此為了節(jié)能，可以將此工藝改為不完全退火。與完全退火工藝相比，此工藝步驟將節(jié)能95%以上。經(jīng)此工藝處理的無取向電工鋼板稱為半工藝無取向電工鋼板，簡稱半工藝鋼（圖2）。

圖2 半工藝鋼

在電機的制造過程中，如果采用全工藝鋼，對鋼板的退火就有兩次，其中鋼板一次，鐵芯沖片一次。如果采用半工藝鋼，幾乎相當(dāng)于減少了一次熱處理，節(jié)能非常巨大。另外，半工藝鋼在涂覆材料上也有節(jié)約。

1.2 成本估算

下面來計算一下節(jié)能所產(chǎn)生的效益，首先從電機廠的二次熱處理開始。

二次熱處理費用：以商用空調(diào)中用量最大的20HP電機為例，電機定轉(zhuǎn)子鐵芯凈重20kg，連續(xù)退火爐500kW，每小時產(chǎn)量1t，每臺電機需要耗電10kW·h，花費電費10元。

一次熱處理費用：每臺電機需要原材料鋼板30kg，按照鋼廠熱效率高一倍的前提計算，單臺至少需要7.5元，每噸合計差額約250元。這還不包括巨大的設(shè)備投資、輔助材料的成本（例如保護(hù)氣體）、人力成本和不良產(chǎn)品的損失，甚至也沒有包括節(jié)約鋼板涂覆材料產(chǎn)生的收益。

僅以2013年家用空調(diào)行業(yè)5 000萬套計算，單臺平均消耗鋼板10kg，總需求量在50萬t的水平上，節(jié)省1億元以上。由此可見，節(jié)能效益非常巨大。如果再將家用冰箱以及商用制冷全都計算在內(nèi)，效益將更加可觀。這還只是粗略計算了制冷行業(yè)，如果將其他大量使用硅鋼板的行業(yè)也計算在內(nèi)，比如洗衣機、吸塵器等等白色家電行業(yè)，其效益將還會有成倍的增長。

2 技術(shù)特性對比

2.1 電磁特性對比

硅鋼板最主要的兩個技術(shù)參數(shù)就是鐵損和磁感，而這兩個參數(shù)都受到硅鋼板微觀金相組織結(jié)構(gòu)的影響。電機廠沖片退火前后金相對比圖片以及鐵損和磁感對照表如表1所示。

表1 電機廠沖片退火前后金相對比圖片及鐵損、磁感對照表

通過上述實驗數(shù)據(jù)可以看出，半工藝鋼鐵損更小，磁感只有小幅度的降低，總體性能更佳。

半工藝鋼的性能為什么會更好呢？原因是：退火對半工藝產(chǎn)品不僅僅起著消除應(yīng)力的作用，更主要的是使原來低溫不完全退火產(chǎn)生的細(xì)小晶粒均勻長大，從而提高產(chǎn)品磁性性能。

當(dāng)然，電機廠由于規(guī)模比鋼廠小得多，且各電機廠之間差異也很大，熱處理能力良莠不齊。如果電機廠熱處理能力較差，退火后半工藝鋼的性能有可能達(dá)不到其理論設(shè)計值。這就需要對電機廠的熱處理進(jìn)行更科學(xué)和更嚴(yán)格的控制。

2.2 機械特性對比

半工藝鋼雖然提高了產(chǎn)品性能，但其他特性卻有所下降。比如半工藝鋼較全工藝剛的材料硬度有較大提升，提高了加工難度，對沖壓設(shè)備的要求提高。從硬度上看，半工藝鋼比全工藝鋼高10%～20%左右，這要求沖壓設(shè)備的噸位相應(yīng)提高10%～20%，這是半工藝鋼最大的缺點。

2.3 其他特性對比

上文中已提到半工藝鋼除了少一次退火外，鋼板表面的涂敷材料也相應(yīng)減少或刪除了，這對其防銹性能會產(chǎn)生很大的影響，當(dāng)然也會更進(jìn)一步降低成本。但從這個特性上看，半工藝鋼不適合長期儲存，只適宜應(yīng)用在用量較大的領(lǐng)域，而壓縮機電機行業(yè)等家電行業(yè)恰好滿足這一應(yīng)用要求。

3 半工藝鋼牌號

3.1 我國半工藝鋼牌號

我國GB/T17951.2—2002（2014 版尚未實施）《半工藝?yán)滠垷o取向電工鋼帶（片）》參考了IEC60404－8－2和IEC60404－8－3標(biāo)準(zhǔn)，另外還參考了歐洲標(biāo)準(zhǔn)。其規(guī)定了各種半工藝鋼牌號的磁性值，并給出了生產(chǎn)該牌號的參考熱處理溫度。部分半工藝鋼的磁特性值和參考熱處理溫度如表2所示。

表2 部分半工藝鋼的磁特性值和參考熱處理溫度

結(jié)合GB/T17951.2—2002與表1可以看出，在同等厚度、鐵損的條件下，半工藝鋼牌號的最小磁感值比全工藝鋼高出約0.2T，常規(guī)密度比全工藝鋼牌號低約0.05kg/dm3，即Si＋Al的含量比全工藝鋼偏低一些。

國內(nèi)半工藝鋼生產(chǎn)廠都在國標(biāo)基礎(chǔ)上制定了相應(yīng)的廠標(biāo)準(zhǔn)，如BZJ/481（寶鋼）《半工藝?yán)滠垷o取向電工鋼帶》，Q/WG（LZ）19（武鋼）《半工藝型冷軋無取向電工鋼帶》，部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的牌號性能如表3所示。

表3 武鋼、寶鋼和本鋼半工藝電工鋼產(chǎn)品性能

3.2 國外半工藝鋼牌號

ASTM A683M—1999標(biāo)準(zhǔn)中對0.018 5in.（0.47mm）和0.025in.（0.64mm）兩個厚度的半工藝鋼牌號規(guī)定了Si＋Al的近似含量、其他元素的最大含量、最大鐵損、峰值磁導(dǎo)率、勵磁功率等。表4為美國半工藝鋼部分牌號性能。

日本住友金屬、JFE日本鋼管和川崎制鐵的0.5mm 厚半工藝產(chǎn)品在750 ℃×2h、100%N2中消除應(yīng)力退火SRA 中獲得的低硅高效鐵芯材料鐵損很低，最好的已達(dá)到高牌號的無取向電工鋼的性能水平，但磁感B50均在1.70T 以上，較好地解決了鐵損和磁感這對參量相互矛盾的問題。

表4 美國半工藝產(chǎn)品部分牌號性能

4 行業(yè)發(fā)展現(xiàn)況

4.1 國外應(yīng)用現(xiàn)況

發(fā)達(dá)國家由于基礎(chǔ)工業(yè)能力較強，沖壓設(shè)備等制造裝備能力優(yōu)于我國，對材料的加工性能要求較低，因此早已大面積推廣半工藝鋼。美國甚至從20世紀(jì)60年代就已經(jīng)用半工藝鋼來代替絕大多數(shù)硅含量在2%以下的全工藝鋼板。日本的各個鋼鐵公司也早已將半工藝鋼廣泛應(yīng)用于制造高效鐵芯材料。目前，我國從國外進(jìn)口的電機鐵芯基本上都是半工藝鋼制品。

4.2 國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)況

我國各個鋼廠在2000年以后都相應(yīng)開發(fā)了自己的半工藝鋼，此技術(shù)已經(jīng)漸漸被業(yè)內(nèi)所普遍接受，一些大的制造商比如海爾、科龍、博西華、恩布拉科等等，在2006 年就已經(jīng)開始小批量使用。但大多數(shù)技術(shù)相對落后的制造商還沒能成功切換。

整體來看，我國基礎(chǔ)工業(yè)還是相對薄弱，目前尚未進(jìn)行半工藝鋼的全面切換，只是在硬件條件較好的廠家使用。隨著老設(shè)備的淘汰，新設(shè)備的投入，半工藝鋼會逐步替換全工藝鋼。

5 結(jié)語

從各個角度看，半工藝鋼都是未來的發(fā)展趨勢，我們應(yīng)加快這方面的研究和應(yīng)用，從而挽回一些技術(shù)競爭方面的劣勢。

［1］劉杰，王全禮，李飛，等.半工藝?yán)滠垷o取向電工鋼的發(fā)展［C］//2006年中國金屬學(xué)會青年學(xué)術(shù)年會論文集，2006.

［2］董梅，朱濤，裴陳新，等.半工藝?yán)滠垷o取向電工鋼的開發(fā)研究［J］.電工材料，2012（1）：29－33.

［3］黃衛(wèi)華.半工藝無取向電工冷軋鋼的技術(shù)特點及其退火熱處理工藝探討［J］.電機電器技術(shù)，2002（1）：40－43.

［4］陳曉.寶鋼涂層半工藝無取向電工鋼的退火工藝和產(chǎn)品特性［J］.特殊鋼，2008（6）：47－49.