1 電工鋼板的代表性化學成分
電工鋼板是變壓器和電動機的鐵芯用材，是將電能轉(zhuǎn)換為磁能的關(guān)鍵性材料。電工鋼板的歷史悠久。電工鋼板起源于1900年英國人Hadfield將Si添加在鐵中發(fā)現(xiàn)鐵損降低的現(xiàn)象。電工鋼板又稱為硅鋼鋼板。電工鋼板有無取向電工鋼板和取向電工鋼板兩大類別。以下，對無取向電工鋼板的成分、熱處理、技術(shù)動向作簡要介紹。
1.1 Si、Al對無取向電工鋼板性能的影響
鋼中添加Si，可提高鋼的電阻，降低材料磁化時產(chǎn)生的渦電流。所以，電工鋼板中添加多量的Si。例如，電動汽車驅(qū)動電機使用的無取向電工鋼板的Si含量約為3%。特殊的無取向電工鋼板的Si含量達到6.5%。Al也有提高電阻的作用，高級電工鋼板中，除了添加Si，還添加Al。這些元素的添加使鋼容易被磁化。
1.2 S、N、O對無取向電工鋼板性能的影響
鋼中的S在鋼中生成MnS等硫化物，鋼中的N在鋼中生成AlN等氮化物，鋼中的O在鋼中生成SiO2、Al2O3等氧化物。這些化合物阻礙磁疇疇壁的移動，使鐵損增大。這些微細的硫化物、氮化物降低了晶粒的成長性，導致磁滯損耗增大。因此，應(yīng)設(shè)法盡可能降低無取向電工鋼板的S、N、O等雜質(zhì)元素含量。
1.3 Sn、Sb對電工鋼板性能的影響
電工鋼板是大量數(shù)十μm～數(shù)百μm尺度晶粒的集合體。電工鋼板的磁性因這些晶粒排列狀態(tài)不同而有很大變化。晶粒沿某一特定方位排列的組織叫做織構(gòu)組織。Sn、Sb是晶界偏析元素，在電工鋼板制造過程中偏析在晶界上，促進有利于磁性的織構(gòu)組織發(fā)展。此外，Sn、Sb在鋼板表面發(fā)生偏析，抑制了最終退火時鋼板表層的氮化，降低了電工鋼板的鐵損。
2 電工鋼板一般用途概要
如前所述，電工鋼板有無取向電工鋼板和取向電工鋼板兩大類別。無取向電工鋼板的磁各向異性小，主要用于電動機和發(fā)電機的鐵芯。近年來，隨著電動汽車和風力發(fā)電機的普及，無取向電工鋼板的需求急劇增多。取向電工鋼板的組織控制難度很大，所以取向電工鋼板被稱為鋼材的藝術(shù)品。取向電工鋼板在軋制方向上具有非常優(yōu)良的磁性，主要用于變壓器的鐵芯。
3 無取向電工鋼板的要求特性
無取向電工鋼板的要求特性是，磁化鐵芯時的能量損失?。ǖ丸F損）、消費較少的能量被磁化（高的磁感應(yīng)強度、高的導磁率）。有些用途下，還要求具有高強度、高疲勞強度和良好的導熱率。為了滿足這些要求，將電工鋼板薄板化（0.2-0.5mm）以及優(yōu)化制造工藝生成有利于磁性的組織。
圖1是EV驅(qū)動電機用無取向電工鋼板的要求性能。車輛加速、爬坡時需驅(qū)動電機的高轉(zhuǎn)矩，所以，要求無取向電工鋼板具有高的磁通密度，特別是在磁飽和區(qū)域的高的磁感應(yīng)強度。此外，為使EV行駛時驅(qū)動電機的高效化，要求無取向電工鋼板具有低鐵損。由于EV高速行駛時，驅(qū)動電機高速轉(zhuǎn)動，所以，要求無取向電工鋼板具有耐高速轉(zhuǎn)動的高強度、高疲勞強度和高周波區(qū)域的低鐵損。
4 無取向電工鋼板的熱處理
無取向電工鋼板的制造流程是，冶煉（調(diào)整成分）-熱軋-根據(jù)需要熱軋板材退火-冷軋-最終退火-成品。
熱軋板材退火的目的是，調(diào)整冷軋前的板材組織，使板材具有高磁感應(yīng)強度和低鐵損。熱軋板材退火的方法是，850-1050℃×（數(shù)十秒-數(shù)分鐘），或750-850℃×數(shù)小時。最終退火的目的是，調(diào)整晶粒粒徑使無取向電工鋼板低鐵損化。最終退火的方法是，在非氧化性氣氛中，850-1050℃×（數(shù)十秒-數(shù)分鐘）。
此外，近年來，開發(fā)出制造高硅鋼板的新型熱處理技術(shù)。在鐵中添加6.5%的Si，可使無取向電工鋼板的磁致伸縮（材料磁化時發(fā)生拉伸-收縮，產(chǎn)生噪音）基本為0，并且具有高導磁率和低鐵損。但Si量增加，材料的伸長率急劇下降。導致不能用軋制方法制造薄板。所以，過去最高級的電工鋼板的Si含量限定為3%?，F(xiàn)在開發(fā)出了連續(xù)滲硅技術(shù)，使6.5%硅鋼鋼板實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。圖2是連續(xù)滲硅技術(shù)制造6.5%硅鋼鋼板工藝的示意圖。
將含Si量約為3%的鋼板冷軋成0.1-0.2mm厚的鋼板后，向鋼板表面吹四氯化硅氣體，同時，進行高溫退火，使Si滲入到鋼板的表層。然后對鋼板進行退火，使Si沿鋼板的厚度方向擴散，制造出板厚方向上Si均勻分布的6.5%硅鋼鋼板。
5 無取向電工鋼板的技術(shù)動向
為使無取向電工鋼板的主要用途EV電動機實現(xiàn)小型化，EV電動機向高速化的方向發(fā)展。電動機高速化，導致鐵損中的渦流損耗增大。降低渦流損耗的有效方法是減薄鋼板厚度和提高鋼板的Si含量。為此，開發(fā)出厚度約為0.2mm的電工鋼薄鋼板。此外，最近開發(fā)出利用CVD連續(xù)滲Si技術(shù)（圖3）制造的板厚方向Si濃度梯度分布的Si梯度磁性材料。
Si梯度磁性材料的10kHz以上的高周波區(qū)的鐵損大大低于6.5%硅鋼鋼板，并且，板厚中心處的Si濃度小于6.5%硅鋼鋼板，所以磁通密度大，加工性優(yōu)良，并且，實現(xiàn)了節(jié)省資源。Si梯度磁性材料被用于太陽能發(fā)電的扼流圈和高速電動機的鐵芯。
