无取向硅钢 电机工业的核心材料
具有各向同性磁性能的硅钢材料，广泛应用于电机、发电机等旋转设备的铁芯制造，是现代电气工程的重要基础材料。
技术优势
- 各向同性：磁性能在各个方向上基本相同
- 高磁感：B₅₀值达1.5-1.7T，磁导率高
- 低铁损：P₁₅/₅₀达2.5-4.5W/kg，节能显著
- 良好加工性：冲片性好，易于加工成复杂形状
- 成本效益：相比取向硅钢成本更低
全球无取向硅钢年产量约500万吨，中国产量占全球40%以上
无取向硅钢概述
无取向硅钢是一种各向同性的软磁材料，广泛应用于电机、发电机、压缩机等旋转设备的铁芯制造
发展历程
无取向硅钢的发展始于20世纪初，随着电机工业的兴起而逐步发展。早期的硅钢含硅量较低，磁性能一般。经过近百年的发展，现代无取向硅钢已经实现了高磁感、低铁损的目标。
20世纪80年代以来，随着高频电机、变频调速技术的发展，对无取向硅钢提出了更高的要求，推动了高牌号、薄规格无取向硅钢的研发。
无取向 vs 取向硅钢
无取向硅钢晶粒结构示意图
无取向硅钢具有随机取向的晶粒结构，使得材料在各个方向上的磁性能基本相同，特别适用于需要多方向磁化的旋转电机。
无取向硅钢工艺原理
基于常规再结晶原理，通过控制成分、轧制和退火工艺获得优良的综合磁性能
硅的作用原理
硅元素能够提高电阻率，降低涡流损耗；同时增加磁导率，但过高的硅含量会恶化加工性能。
再结晶原理
冷轧后通过再结晶退火消除加工硬化，获得细小均匀的等轴晶组织，优化磁性能。
磁性能优化原理
通过控制晶粒尺寸、杂质含量和内应力水平，优化磁导率和降低铁损。
再结晶过程示意图
再结晶三阶段
回复阶段：去除部分内应力，电阻率下降
再结晶阶段：形成新的无应变晶粒
晶粒长大：晶粒尺寸逐渐增大
晶粒变化过程
通过再结晶退火，冷轧产生的变形组织转变为细小均匀的等轴晶组织
无取向硅钢工艺流程
无取向硅钢生产工艺相对简单，主要包括炼钢、热轧、冷轧、退火等工序
炼钢
成分控制
热轧
板坯加热
冷轧
减薄处理
退火
再结晶处理
涂覆
绝缘涂层
纵切
分条处理
炼钢
成分控制
Si 0.5-3.5%，控制C、Mn等元素
热轧
板坯加热
加热温度1200-1300°C，终轧温度850-900°C
冷轧
减薄处理
压下率60-90%，获得所需厚度
退火
再结晶处理
温度750-900°C，消除加工硬化
涂覆
绝缘涂层
涂覆磷酸盐等绝缘涂层
纵切
分条处理
按客户要求切成不同宽度
炼钢工序
精确控制钢水成分是生产高质量无取向硅钢的基础。硅含量根据产品牌号控制在0.5-3.5%范围内，同时严格控制碳、锰等元素含量。碳含量通常控制在100ppm以下。
热轧工序
热轧是形成初步组织的关键工序。板坯加热温度通常控制在1200-1300°C，终轧温度控制在850-900°C。通过控制加热温度和轧制参数，获得均匀的热轧组织。
冷轧工序
冷轧采用适当的压下率，通常为60-90%，最终厚度一般为0.35-1.00mm。通过控制压下率和轧制速度，获得所需的厚度精度和表面质量。
退火工序
退火是获得优良磁性能的关键工序。退火温度为750-900°C，在保护气氛中进行。通过再结晶退火消除加工硬化，获得细小均匀的等轴晶组织。
涂覆处理
在表面涂覆绝缘涂层，如磷酸盐系涂层。涂层不仅起到绝缘作用，还能改善冲片性和减少铁芯损耗。涂层厚度通常控制在2-5微米之间。
精整工序
根据客户需求进行纵切分条、检查包装等作业。确保产品尺寸精度、表面质量和外观符合标准要求。
关键工艺参数表
| 工序 | 关键参数 | 控制范围 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 炼钢 | 硅含量(Si) | 0.5-3.5% | 调节电阻率和磁性能 |
| 炼钢 | 碳含量(C) | <100ppm | 避免碳化物影响磁性能 |
| 热轧 | 加热温度 | 1200-1300°C | 获得奥氏体组织 |
| 热轧 | 终轧温度 | 850-900°C | 控制相变组织 |
| 冷轧 | 总压下率 | 60-90% | 获得适当厚度 |
| 退火 | 退火温度 | 750-900°C | 再结晶获得良好磁性能 |
| 退火 | 退火时间 | 1-5分钟 | 确保充分再结晶 |
无取向硅钢组织结构
无取向硅钢具有细小均匀的等轴晶组织，晶粒取向随机分布，赋予材料各向同性的磁性能
显微组织特征
无取向硅钢的显微组织为细小均匀的等轴晶，晶粒尺寸通常在10-50微米范围内。晶粒取向随机分布，没有明显的方向性，这使得材料在各个方向上都具有相似的磁性能。
组织参数
显微组织示意图
无取向硅钢具有细小均匀的等轴晶组织，晶粒取向随机分布
晶粒特征
晶粒细小且尺寸均匀，通常在10-50微米范围内，有利于降低矫顽力和铁损。
取向特征
晶粒取向随机分布，无明显择优取向，保证了材料在各个方向上的磁性能一致性。
纯净度
严格控制杂质元素含量，特别是碳、氮等间隙原子，以减少磁时效现象。
无取向硅钢性能特点
无取向硅钢具有高磁感、低铁损、良好加工性等优异性能，满足电机工业的各种需求
磁性能指标
5000A/m磁场强度下的磁感应强度
50Hz、1.5T条件下的单位铁损
初始磁导率
性能对比分析
| 性能指标 | 无取向硅钢 | 取向硅钢 | 普通钢材 |
|---|---|---|---|
| B₅₀ (T) | 1.5-1.7 | 0.85-0.95 | 1.0-1.2 |
| P₁₅/₅₀ (W/kg) | 2.5-4.5 | 0.9-1.3 | 5.0-8.0 |
| μ (初始磁导率) | 2000-5000 | >20000 | 200-500 |
| 各向同性 | 是 | 否 | 是 |
性能优势总结
高磁感
磁感应强度高，提高电机效率
低铁损
有效降低电机发热和能耗
各向同性
适合多方向磁化的旋转电机
易加工
冲片性好，易于制成复杂形状
无取向硅钢应用领域
无取向硅钢广泛应用于各种旋转电机和电磁设备，是现代电气工程的基础材料
电动机
工业电机、家用电器电机等
占无取向硅钢消费量的60%以上，是最主要的应用领域
发电机
风力发电机、水轮发电机等
用于各种类型发电机的定子和转子铁芯制造
家用电器
洗衣机、空调、冰箱压缩机等
用于家电电机铁芯，要求高效率和低噪音
汽车工业
汽车电机、EPS电机等
用于电动汽车驱动电机和辅助电机铁芯
新能源设备
变频器、UPS电源等
用于高频电机和特种电机铁芯制造
工业设备
机床、泵类、风机等
用于各种工业设备驱动电机的铁芯
市场应用统计
应用领域分布
发展趋势
随着新能源汽车、高效电机、变频调速等技术的发展，高性能无取向硅钢的需求将持续增长。
节能减排效益
使用高性能无取向硅钢制造的电机，可提高效率1-3%，显著减少能源消耗