半工藝無取向電工鋼板在密閉型壓縮機電機上的應用

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重，在鋼廠和電機廠會分別進行一次退火，嚴重浪費資源。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對。近年來國家大力倡導節能減排，再加上能源價格上漲，國內半工藝無取向硅鋼的應用也開始迅速普及。本文就對半工藝無取向硅鋼在密閉型壓縮機電機上的應用現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電機中（無鐵芯電機等少數特種電機除外）必不可少的材料，此材料生產過程中一般需要完全退火處理。經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，此工藝步驟將節能95%以上。經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，幾乎相當于減少了一次熱處理，節能非常巨大。另外，半工藝鋼在涂覆材料上也有節約。

1.2 成本估算

下面來計算一下節能所產生的效益，首先從電機廠的二次熱處理開始。

二次熱處理費用：以商用空調中用量最大的20HP電機為例，電機定轉子鐵芯凈重20kg，連續退火爐500kW，每小時產量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備投資、輔助材料的成本（例如保護氣體）、人力成本和不良產品的損失，甚至也沒有包括節約鋼板涂覆材料產生的收益。

僅以2013年家用空調行業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，節省1億元以上。由此可見，節能效益非常巨大。如果再將家用冰箱以及商用制冷全都計算在內，效益將更加可觀。這還只是粗略計算了制冷行業，如果將其他大量使用硅鋼板的行業也計算在內，比如洗衣機、吸塵器等等白色家電行業，其效益將還會有成倍的增長。

2 技術特性對比

2.1 電磁特性對比

硅鋼板最主要的兩個技術參數就是鐵損和磁感，而這兩個參數都受到硅鋼板微觀金相組織結構的影響。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

通過上述實驗數據可以看出，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：退火對半工藝產品不僅僅起著消除應力的作用，更主要的是使原來低溫不完全退火產生的細小晶粒均勻長大，從而提高產品磁性性能。

當然，電機廠由于規模比鋼廠小得多，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不到其理論設計值。這就需要對電機廠的熱處理進行更科學和更嚴格的控制。

2.2 機械特性對比

半工藝鋼雖然提高了產品性能，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，這要求沖壓設備的噸位相應提高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減少或刪除了，這對其防銹性能會產生很大的影響，當然也會更進一步降低成本。但從這個特性上看，半工藝鋼不適合長期儲存，只適宜應用在用量較大的領域，而壓縮機電機行業等家電行業恰好滿足這一應用要求。

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）《半工藝冷軋無取向電工鋼帶（片）》參考了IEC60404－8－2和IEC60404－8－3標準，另外還參考了歐洲標準。其規定了各種半工藝鋼牌號的磁性值，并給出了生產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。

國內半工藝鋼生產廠都在國標基礎上制定了相應的廠標準，如BZJ/481（寶鋼）《半工藝冷軋無取向電工鋼帶》，Q/WG（LZ）19（武鋼）《半工藝型冷軋無取向電工鋼帶》，部分標準規定的牌號性能如表3所示。

表3 武鋼、寶鋼和本鋼半工藝電工鋼產品性能

3.2 國外半工藝鋼牌號

ASTM A683M—1999標準中對0.018 5in.（0.47mm）和0.025in.（0.64mm）兩個厚度的半工藝鋼牌號規定了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 厚半工藝產品在750 ℃×2h、100%N2中消除應力退火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 美國半工藝產品部分牌號性能

4 行業發展現況

4.1 國外應用現況

發達國家由于基礎工業能力較強，沖壓設備等制造裝備能力優于我國，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60年代就已經用半工藝鋼來代替絕大多數硅含量在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用于制造高效鐵芯材料。目前，我國從國外進口的電機鐵芯基本上都是半工藝鋼制品。

4.2 國內應用現況

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

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

5 結語

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

［1］劉杰，王全禮，李飛，等.半工藝冷軋無取向電工鋼的發展［C］//2006年中國金屬學會青年學術年會論文集，2006.

［2］董梅，朱濤，裴陳新，等.半工藝冷軋無取向電工鋼的開發研究［J］.電工材料，2012（1）：29－33.

［3］黃衛華.半工藝無取向電工冷軋鋼的技術特點及其退火熱處理工藝探討［J］.電機電器技術，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品特性［J］.特殊鋼，2008（6）：47－49.