傅志強(qiáng) 朱錦波 金寶炎

(天津出入境檢驗(yàn)檢疫局 天津 300456)

1 前言

硅鋼片又稱電工鋼片或矽鋼片,是一類重要的工業(yè)原材料,廣泛應(yīng)用于電力、電器和通訊儀表等行業(yè)。硅鋼片生產(chǎn)已有 100多年歷史,1900年,R A.海得菲爾德[1]首先發(fā)現(xiàn)硅鋼突出的磁化特性并申請相關(guān)專利;1903年美國阿姆科公司開始生產(chǎn)熱軋硅鋼片,并將其應(yīng)用于變壓器中;1934年,N P Goss利用兩次冷軋和退火工藝制成沿軋向磁性高的 3%Si硅鋼[2]。上世紀(jì) 60年代末,日本新日鐵開發(fā)出高磁感 Hi-B硅鋼片,進(jìn)一步提高了硅鋼片的磁性能。隨著冷軋技術(shù)的發(fā)展,美國、日本等發(fā)達(dá)國家相繼淘汰熱軋硅鋼片,開發(fā)出性能更佳的冷軋硅鋼片。硅鋼片生產(chǎn)工藝復(fù)雜,技術(shù)要求高,特別是取向硅鋼的生產(chǎn)工藝需要經(jīng)過很多復(fù)雜工序,是目前鋼鐵工業(yè)中唯一利用二次再結(jié)晶現(xiàn)象生產(chǎn)的材料,因此硅鋼片有“鋼鐵中的藝術(shù)品”之稱[3,4]。

2 硅鋼片分類及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 分類

硅鋼片除主要成分 Fe以外,通常含有 0.5%-6.5%的 Si,此外硅鋼片還含有 Al、Mn、C、N、S、P等微量其他元素,按生產(chǎn)加工工藝可分熱軋和冷軋兩種。熱軋硅鋼片的生產(chǎn)工藝落后,產(chǎn)品規(guī)格厚、鐵損高、磁感低,導(dǎo)致使用能耗高;冷軋硅鋼片片厚度均勻、表面質(zhì)量好、磁性能高,且以卷供應(yīng),材料利用率高。在發(fā)達(dá)國家早已淘汰熱軋硅鋼片,我國也采取措施將熱軋硅鋼片作為限制產(chǎn)品。

冷軋硅鋼片屬于體心立方晶體結(jié)構(gòu),按照磁性能和用途不同可分為無取向硅鋼片和取向硅鋼片。無取向硅鋼片不是說沒有取向,而是說在硅鋼片擁有不同取向的織構(gòu)[5]。其理想晶體結(jié)構(gòu)為 (100)[u vw]面織構(gòu)。該織構(gòu)的磁性能是各向同性,同時難磁化方向[111]不在軋面上。但實(shí)際生產(chǎn)的無取向硅鋼片中同時存在 (100)[011],(110)[001]和(112)[011]等其他織構(gòu),其中 (100)組分織構(gòu)只占20%,基本屬于無取向混亂結(jié)構(gòu),使磁性能表現(xiàn)出各相同性[2]。無取向硅鋼片主要用在電機(jī)鐵芯、鎮(zhèn)流器和繼電器等領(lǐng)域。取向硅鋼片是一類各向異性磁性材料,要求具有 (110)[001]織構(gòu),且織構(gòu)的(110)晶面和[001]晶向分別沿軋制平面和軋制方向分布。這樣使取向硅鋼片在軋制方向上軟磁性能最好,表現(xiàn)出高的磁感應(yīng)強(qiáng)度和低的鐵損。取向硅鋼片主要應(yīng)用于變壓器領(lǐng)域。無論是無取向硅鋼片還是取向硅鋼片最主要的性能要求均為低鐵損和高磁導(dǎo)率。

另外,硅鋼片也可按其含硅量不同可分為低硅和高硅兩種。低硅片含硅 2.8%以下,它具有一定機(jī)械強(qiáng)度,主要用于制造電機(jī),俗稱電機(jī)硅鋼片;高硅片含硅量為 2.8%-4.8%,磁性好但較脆,主要用于制造變壓器鐵芯,俗稱變壓器硅鋼片。兩者在實(shí)際使用中并無嚴(yán)格界限,常用高硅片制造大型電機(jī)。

2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

由于熱軋硅鋼的高污染、高耗能,目前已基本被淘汰。因此,硅鋼片的標(biāo)準(zhǔn)一般都采用冷軋硅鋼片的標(biāo)準(zhǔn)。常見的國內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有:GB/T 2521-2008冷軋取向和無取向電工鋼帶 (片);BS EN 10106-2007經(jīng)完全處理后交貨的冷軋無取向電工鋼板和鋼帶;BS EN 10107-2005經(jīng)完全處理后交貨的冷軋晶粒取向電工鋼板和鋼帶;J IS C2553-2000取向性硅電鋼板和鋼帶;J IS C2552-2000無取向性硅電鋼板和鋼帶。

其中,國標(biāo)和日本標(biāo)準(zhǔn)都是在國際標(biāo)準(zhǔn) IEC 60404的基礎(chǔ)上制定的,歐標(biāo)與國際標(biāo)準(zhǔn)也有緊密的聯(lián)系。因此,這幾個標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)指標(biāo)上上并沒有較大的出入。國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的具體比較見表 1。

表 1 硅鋼片國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的對比

國標(biāo)和日本標(biāo)準(zhǔn)均源于 IEC 60404,僅在牌號上稍有差異,而磁性能的指標(biāo)是基本一致的,歐標(biāo)的牌號命名規(guī)則與國標(biāo)和日本標(biāo)準(zhǔn)不太一樣。表 2為常見的國內(nèi)硅鋼片牌號和進(jìn)口的國外硅鋼片牌號的對比。

表 2 常見硅鋼片牌號磁性能對比

從表 2可見,在冷軋無取向硅鋼片中,進(jìn)口的M250-50A與國標(biāo)中 50W250磁性能基本一樣,而M330-65A在國標(biāo)中沒有對應(yīng)牌號。國標(biāo)中厚度為0.65mm的無取向硅鋼片鐵損都在 6.00W/kg(P1.5/50)以上。而且 BS EN10106-2007中還有厚度達(dá) 1.00mm的無取向硅鋼片,磁性能與國標(biāo)中0.65mm厚度的相當(dāng)。日本標(biāo)準(zhǔn)中的 50A310和50A470分別與國標(biāo)牌號 50W310和 50W470磁性能相似。

冷軋取向硅鋼片有普通級和高磁導(dǎo)率級之分,進(jìn)口較常見的M130-30S、M120-27S等牌號為普通級的取向硅鋼片,進(jìn)口量不大,磁性能分別與國標(biāo)的 30Q130和 27Q120相當(dāng)。目前進(jìn)口的歐標(biāo)牌號硅鋼片中沒有發(fā)現(xiàn)高磁導(dǎo)率級的。而從日本、韓國等進(jìn)口的 27P100、30P120牌號為高磁導(dǎo)率級,與國標(biāo)中的 20QG100、30QG130牌號磁性能相當(dāng)。

2.3 磁性能檢測

硅鋼片磁性能的影響因素主要有化學(xué)成分、晶粒度、晶粒取向、磁織構(gòu)、應(yīng)力、鋼板厚度、非金屬夾雜物等。在檢測過程中,也會有各種因素影響磁性能檢測的準(zhǔn)確性。比如試樣尺寸、試樣質(zhì)量、環(huán)境溫度、剪切應(yīng)力、取樣部位和取樣方向以及儀器因素等。目前,對硅鋼片磁性能的試驗(yàn)室檢測方法主要是單片法和方圈法,國家標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T3655-2008“用愛潑斯坦方圈測量電工鋼片 (帶)磁性能的方法”以及 GB/T 13789-2008“用單片測試儀測量電工鋼片 (帶)磁性能的方法”。其中,單片法對試樣的平整度、取樣部位和取樣方向都有較高的要求,而且檢測試樣的尺寸也較大;而方圈法由于試樣剪切加工帶來的應(yīng)力會影響檢測結(jié)果。

3 硅鋼片國內(nèi)外生產(chǎn)狀況

3.1 冷軋取向性硅電鋼板

冷軋取向性硅鋼最主要的用途是用于變壓器制造,所以又稱冷軋變壓器硅鋼。與冷軋無取向性硅鋼相比,具有強(qiáng)烈的方向性;在易磁化的軋制方向上具有優(yōu)越的高磁導(dǎo)率與低損耗特性。我國硅鋼生產(chǎn)領(lǐng)域中冷軋取向性硅鋼發(fā)展相對滯后,技術(shù)水平和產(chǎn)量份額都明顯低于冷軋無取向性硅鋼發(fā)展程度。

3.2 冷軋無取向硅電鋼板

目前國內(nèi)生產(chǎn)冷軋硅鋼的企業(yè)主要有寶鋼、鞍鋼、武鋼和太鋼,生產(chǎn)的冷軋無取向性硅鋼總計已達(dá)到 240.2萬 t,行業(yè)產(chǎn)量集中度高達(dá) 90%以上。各企業(yè)紛紛制定發(fā)展策略,未來幾年冷軋無取向性硅鋼市場最有可能出現(xiàn)的結(jié)果就是四大寡頭壟斷地位被打破,鞍鋼、寶鋼兩強(qiáng)并立,太鋼、武鋼提升技術(shù)蓄勢待發(fā)。而決定這一格局形成的關(guān)鍵是各鋼鐵企業(yè)當(dāng)前冷軋無取向性硅鋼的現(xiàn)有產(chǎn)能釋放比率和新增項(xiàng)目投產(chǎn)規(guī)模。

3.3 進(jìn)口冷軋硅鋼片狀況

統(tǒng)計 2009年以來天津進(jìn)口硅鋼片情況,主要來自法國、韓國、日本及波蘭等國家,其中冷軋無取向硅鋼片約占 60%,冷軋取向性硅鋼片占 40%,牌號包括 M250-50A、M330-65A、M130-30S、M120-27S、27P100、30P120等。其中來自法國某公司 ,作為其水電項(xiàng)目配套原料進(jìn)口的硅鋼片占 60%以上,目前沒有發(fā)現(xiàn)美國、俄羅斯進(jìn)口的冷軋取向硅鋼片。筆者對國內(nèi)和進(jìn)口的一些牌號硅鋼片磁性能進(jìn)行了檢測,結(jié)果見表 3和表 4。從中可以看出,對于一般的常用國內(nèi)外牌號,鐵損和磁感都符合相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,質(zhì)量上沒有明顯差距。

表 3 無取向性硅鋼片鐵損 P1.5/50、磁感應(yīng)強(qiáng)度 B50測定值

表 4 取向性硅鋼片鐵損 P1.7/50、磁感應(yīng)強(qiáng)度 B8測定值

4 硅鋼片檢驗(yàn)監(jiān)管技術(shù)性措施及建議

4.1 生產(chǎn)技術(shù)

在硅鋼片生產(chǎn)技術(shù)上,除了個別高端牌號硅鋼片外,國內(nèi)外并沒有很大的差距。隨著國家宏觀調(diào)控以及各鋼廠加大在高端硅鋼片生產(chǎn)的投入,打破武鋼、寶鋼等少數(shù)廠家的壟斷生產(chǎn),使得市場供應(yīng)趨于平衡,就可以打破國外硅鋼片的低價傾銷攻勢。

4.2 鑒別技術(shù)

從檢驗(yàn)檢疫把關(guān)的角度,對進(jìn)口鬼貼片的檢驗(yàn)監(jiān)管重點(diǎn)應(yīng)放在對硅鋼片的鑒別技術(shù)上,即對以非取向硅鋼片代替取向性硅鋼片、以低級牌號代替高級牌號、以非正品 (二級品)代替正品等情況的鑒別技術(shù)。

4.3 檢測技術(shù)

硅鋼片的檢驗(yàn)鑒別技術(shù),重點(diǎn)是硅鋼片磁性能檢測技術(shù)。其完善包括兩個方面,一是現(xiàn)有試驗(yàn)室檢測技術(shù)的完善;二是快速檢測鑒別技術(shù)的研究。試驗(yàn)室檢測需要明確各種可能影響檢測準(zhǔn)確性的因素,提高試驗(yàn)室檢測的可靠性,作為最終的仲裁檢測方法;而快速檢測鑒別技術(shù)需要研制出更加簡便、對制樣要求更低的便攜式設(shè)備,以滿足現(xiàn)場檢驗(yàn)、快速鑒別的要求。

[1] Toshio S.低鐵損取向硅鋼片的發(fā)展 [J].上海冶金設(shè)計,1991,1:75-101.

[2] 何忠治.電工鋼 (上冊)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1996,2:83.

[3] Kumano T.,Ushigami Y,Grain boundary characteristics of isolated grains in conventional grain oriented silicon steel[J].ISIJ International,2007,47:890-897.

[4] Inokuti Y,Grain oriented silicon steel sheet with a ceramic film characterized by ultra-low iron loss[J].Vacuum,1996,47:857-862.

[5] Wang J A.,LiQ,Yao M Y,et al.Recent Developments in the study on oriented silicon steel sheets[J].Journalof ShanghaiUniversity(English Edition),2000,4:161-164.