半工艺无取向电工钢板在密闭型压缩机电机上的应用

王 猛

（丹佛斯天津有限公司，天津301700）

0 引言

在压缩机电机制造过程中，铁芯的制造耗能尤其严重，在钢厂和电机厂会分别进行一次退火，严重浪费资源。国外很早就研究出只需一次退火的半工艺无取向硅钢来应对。近年来国家大力倡导节能减排，再加上能源价格上涨，国内半工艺无取向硅钢的应用也开始迅速普及。本文就对半工艺无取向硅钢在密闭型压缩机电机上的应用现状做一个简单的汇总。

1 全工艺钢与半工艺钢介绍

1.1 工艺流程对比

无取向电工钢板是绝大多数电机中（无铁芯电机等少数特种电机除外）必不可少的材料，此材料生产过程中一般需要完全退火处理。经该工艺处理的无取向电工钢板称为全工艺无取向电工钢板，简称全工艺钢（图1）。

图1 全工艺钢

退火工艺耗能巨大，因此为了节能，可以将此工艺改为不完全退火。与完全退火工艺相比，此工艺步骤将节能95%以上。经此工艺处理的无取向电工钢板称为半工艺无取向电工钢板，简称半工艺钢（图2）。

图2 半工艺钢

在电机的制造过程中，如果采用全工艺钢，对钢板的退火就有两次，其中钢板一次，铁芯冲片一次。如果采用半工艺钢，几乎相当于减少了一次热处理，节能非常巨大。另外，半工艺钢在涂覆材料上也有节约。

1.2 成本估算

下面来计算一下节能所产生的效益，首先从电机厂的二次热处理开始。

二次热处理费用：以商用空调中用量最大的20HP电机为例，电机定转子铁芯净重20kg，连续退火炉500kW，每小时产量1t，每台电机需要耗电10kW·h，花费电费10元。

一次热处理费用：每台电机需要原材料钢板30kg，按照钢厂热效率高一倍的前提计算，单台至少需要7.5元，每吨合计差额约250元。这还不包括巨大的设备投资、辅助材料的成本（例如保护气体）、人力成本和不良产品的损失，甚至也没有包括节约钢板涂覆材料产生的收益。

仅以2013年家用空调行业5 000万套计算，单台平均消耗钢板10kg，总需求量在50万t的水平上，节省1亿元以上。由此可见，节能效益非常巨大。如果再将家用冰箱以及商用制冷全都计算在内，效益将更加可观。这还只是粗略计算了制冷行业，如果将其他大量使用硅钢板的行业也计算在内，比如洗衣机、吸尘器等等白色家电行业，其效益将还会有成倍的增长。

2 技术特性对比

2.1 电磁特性对比

硅钢板最主要的两个技术参数就是铁损和磁感，而这两个参数都受到硅钢板微观金相组织结构的影响。电机厂冲片退火前后金相对比图片以及铁损和磁感对照表如表1所示。

表1 电机厂冲片退火前后金相对比图片及铁损、磁感对照表

通过上述实验数据可以看出，半工艺钢铁损更小，磁感只有小幅度的降低，总体性能更佳。

半工艺钢的性能为什么会更好呢？原因是：退火对半工艺产品不仅仅起着消除应力的作用，更主要的是使原来低温不完全退火产生的细小晶粒均匀长大，从而提高产品磁性性能。

当然，电机厂由于规模比钢厂小得多，且各电机厂之间差异也很大，热处理能力良莠不齐。如果电机厂热处理能力较差，退火后半工艺钢的性能有可能达不到其理论设计值。这就需要对电机厂的热处理进行更科学和更严格的控制。

2.2 机械特性对比

半工艺钢虽然提高了产品性能，但其他特性却有所下降。比如半工艺钢较全工艺刚的材料硬度有较大提升，提高了加工难度，对冲压设备的要求提高。从硬度上看，半工艺钢比全工艺钢高10%～20%左右，这要求冲压设备的吨位相应提高10%～20%，这是半工艺钢最大的缺点。

2.3 其他特性对比

上文中已提到半工艺钢除了少一次退火外，钢板表面的涂敷材料也相应减少或删除了，这对其防锈性能会产生很大的影响，当然也会更进一步降低成本。但从这个特性上看，半工艺钢不适合长期储存，只适宜应用在用量较大的领域，而压缩机电机行业等家电行业恰好满足这一应用要求。

3 半工艺钢牌号

3.1 我国半工艺钢牌号

我国GB/T17951.2—2002（2014 版尚未实施）《半工艺冷轧无取向电工钢带（片）》参考了IEC60404－8－2和IEC60404－8－3标准，另外还参考了欧洲标准。其规定了各种半工艺钢牌号的磁性值，并给出了生产该牌号的参考热处理温度。部分半工艺钢的磁特性值和参考热处理温度如表2所示。

表2 部分半工艺钢的磁特性值和参考热处理温度

结合GB/T17951.2—2002与表1可以看出，在同等厚度、铁损的条件下，半工艺钢牌号的最小磁感值比全工艺钢高出约0.2T，常规密度比全工艺钢牌号低约0.05kg/dm3，即Si＋Al的含量比全工艺钢偏低一些。

国内半工艺钢生产厂都在国标基础上制定了相应的厂标准，如BZJ/481（宝钢）《半工艺冷轧无取向电工钢带》，Q/WG（LZ）19（武钢）《半工艺型冷轧无取向电工钢带》，部分标准规定的牌号性能如表3所示。

表3 武钢、宝钢和本钢半工艺电工钢产品性能

3.2 国外半工艺钢牌号

ASTM A683M—1999标准中对0.018 5in.（0.47mm）和0.025in.（0.64mm）两个厚度的半工艺钢牌号规定了Si＋Al的近似含量、其他元素的最大含量、最大铁损、峰值磁导率、励磁功率等。表4为美国半工艺钢部分牌号性能。

日本住友金属、JFE日本钢管和川崎制铁的0.5mm 厚半工艺产品在750 ℃×2h、100%N2中消除应力退火SRA 中获得的低硅高效铁芯材料铁损很低，最好的已达到高牌号的无取向电工钢的性能水平，但磁感B50均在1.70T 以上，较好地解决了铁损和磁感这对参量相互矛盾的问题。

表4 美国半工艺产品部分牌号性能

4 行业发展现况

4.1 国外应用现况

发达国家由于基础工业能力较强，冲压设备等制造装备能力优于我国，对材料的加工性能要求较低，因此早已大面积推广半工艺钢。美国甚至从20世纪60年代就已经用半工艺钢来代替绝大多数硅含量在2%以下的全工艺钢板。日本的各个钢铁公司也早已将半工艺钢广泛应用于制造高效铁芯材料。目前，我国从国外进口的电机铁芯基本上都是半工艺钢制品。

4.2 国内应用现况

我国各个钢厂在2000年以后都相应开发了自己的半工艺钢，此技术已经渐渐被业内所普遍接受，一些大的制造商比如海尔、科龙、博西华、恩布拉科等等，在2006 年就已经开始小批量使用。但大多数技术相对落后的制造商还没能成功切换。

整体来看，我国基础工业还是相对薄弱，目前尚未进行半工艺钢的全面切换，只是在硬件条件较好的厂家使用。随着老设备的淘汰，新设备的投入，半工艺钢会逐步替换全工艺钢。

5 结语

从各个角度看，半工艺钢都是未来的发展趋势，我们应加快这方面的研究和应用，从而挽回一些技术竞争方面的劣势。

［1］刘杰，王全礼，李飞，等.半工艺冷轧无取向电工钢的发展［C］//2006年中国金属学会青年学术年会论文集，2006.

［2］董梅，朱涛，裴陈新，等.半工艺冷轧无取向电工钢的开发研究［J］.电工材料，2012（1）：29－33.

［3］黄卫华.半工艺无取向电工冷轧钢的技术特点及其退火热处理工艺探讨［J］.电机电器技术，2002（1）：40－43.

［4］陈晓.宝钢涂层半工艺无取向电工钢的退火工艺和产品特性［J］.特殊钢，2008（6）：47－49.