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國產極薄取向硅鋼產業化亟待提速

2019-11-06 10:54:00

  極薄取向硅鋼是電力工業、電子工業和軍工等領域重要的軟磁材料,廣泛應用于航空航天、高鐵動車、電抗器、精密機械、智能硬件、智能汽車連接器、船舶配件、醫療器械等產品的制造。

  極薄取向硅鋼具有“四高三小”的特點,“四高”指技術門檻高、含金量高、質量精度高、附加值高,“三小”指產量小、市場小、用量小;工作頻率為400赫茲~3000赫茲,根據國家標準《中頻用電工鋼薄帶》(YB/T2443-2014),厚度為0.10毫米(因日本企業將0.08毫米產品按0.10毫米交貨,也包括0.08毫米規格,下同)、0.05毫米、0.03毫米,寬度為350毫米以下。

 

  國內目前沒有標準的

  極薄取向硅鋼生產線

  我國極薄取向硅鋼的研發經歷了一個較長的發展過程。

  1959年,鋼鐵研究總院首次研制出雷達脈沖變壓器鐵芯用極薄取向硅鋼,厚度為0.08毫米、0.12毫米、0.15毫米。隨后,大連鋼廠、上海鋼研所也相繼開發試產極薄取向硅鋼。

  上世紀80年代以來,鋼鐵研究總院在武鋼購買取向電工鋼成品(厚度為0.23毫米~0.35毫米),并以此作為原材料加工生產極薄取向硅鋼,但由于環保等問題,于2006年停止相關產品的生產。

  1985年,武鋼采用兩次冷軋法(包括中間退火)開發岀牌號為D4、D5、D6的極薄取向硅鋼(厚度為0.20毫米)。

  2008年以來,寶鋼股份等企業先后在實驗室試驗或中試(產品正式投產前的試驗)研發生產極薄取向硅鋼。

  2015年以來,蘇州巨磁功能材料有限公司、包頭慧宇硅鋼科技有限公司、包頭威豐稀土電磁材料股份有限公司等企業開始研發或生產極薄取向硅鋼,但由于受原料、技術、裝備等因素制約,產品質量與國外相比還有一些差距,未實現穩定量產。目前,國內尚沒有全流程或標準的極薄取向硅鋼生產線。

 

  極薄取向硅鋼制備技術取得進步

  2016年以前,極薄取向硅鋼采用的生產工藝主要是以常規取向硅鋼成品(0.23毫米~0.30毫米)作為生產原料。

  在生產過程中,第一步是將常規取向硅鋼成品卷分剪成300毫米~350毫米寬的窄帶。第二步是用工業鹽酸去除表面涂層及其在高溫退火中形成的硅酸鎂玻璃底層,防止其中存在的有害物質(氫氟酸)對人體皮膚產生危害。工人在操作過程中必須攜帶防護用具。第三步是進行多道次的軋制,將鋼帶軋制至0.10毫米(0.08毫米)或0.05毫米、0.03毫米。第四步是進行表面清洗及連續退火。第五步是進行表面涂層及烘干處理。最后是檢驗、包裝、入庫。

  現在,極薄取向硅鋼采用的生產工藝主要以無底層取向硅鋼半成品作為原料。在生產過程中,第一步是對無底層取向硅鋼進行分剪、弱酸清洗烘干。這里不形成硅酸鐵玻璃底層,無需特別去除。第二步是對無底層取向硅鋼進行軋制,軋制后厚度為0.10毫米(0.08毫米)或0.05毫米、0.03毫米。第三步是進行表面清洗、連續退火。第四步是進行表面涂層、烘干處理。最后,檢驗、包裝、入庫。

  這里需要說明的是,無底層取向硅鋼主要是一種取向硅鋼(HiB鋼),經過一次軋制和連續脫碳退火滲氦后,將隔離劑(這里的隔離劑指在MgO中添加Al2O3)涂在鋼帶表面,通過高溫退火處理而制成。

  高溫退火的目的有3個。一是進行二次再結晶。在高溫退火時,一次再結晶組織中的(110)[001]取向晶粒出現異常長大現象,使鋼帶成為具有單一取向的二次再結晶組織,并獲得低鐵損、高磁感的最終成品。二是凈化鋼質。鋼中含有必要的硫化物、氮化物等夾雜物,但是這些夾雜物如果殘留在硅鋼成品中,會使晶格扭曲,并成為磁化過程的阻力。三是不形成玻璃質薄膜——硅酸鎂底層。

  極薄取向硅鋼制備技術的進步,解決了去除表面涂層及玻璃膜底層產生有害物質的“瓶頸”問題,減少了一道工序,為我國開發高質量極薄取向硅鋼打通全工藝流程,為建立全流程極薄取向硅鋼的生產線、實現環保及國產化目標奠定了堅實、可靠的基礎。

 

  極薄取向硅鋼未來需求

  會有較大幅度增長

  國內極薄取向硅鋼的生產廠家極少,產品主要從國外進口。據了解,市場需求主要包括3個方面。

  一是國家電力需求。在特高壓直流工程中所使用的陽極飽和電抗器,需要極薄取向硅鋼(包括厚度0.08毫米等規格產品)。每臺陽極飽和電抗器約消耗極薄取向硅鋼100千克~120千克。另外,超高壓直流輸電工程也需要用到極薄取向硅鋼。

  二是國防航空等需求。制造雷達所使用的高頻大功率脈沖電源、雷達脈沖電源等產品,均需要使用極薄取向硅鋼帶(厚度為0.05毫米~0.08毫米)。

  三是醫療、機械、電子、交通、風電、儀表儀器等領域的需求。制造中高頻電源變壓器、互感器、CT(電子計算機斷層掃描)儀器、環保高頻高壓除塵與水處理電源等產品均需要使用極薄取向硅鋼(厚度為0.03毫米~0.08毫米)。

  此外,據業內專家介紹,極薄取向硅鋼的市場需求主要分布在華東、華南、西南、華北等地區及國外市場,使用廠家較分散,用量較小。但隨著現代化建設進程的加快,在未來,極薄取向硅鋼的需求將有較大幅度的增長。

  不過,在現階段,極薄取向硅鋼由于產量小、精度高,不適合大批量生產,再加上市場需求量還不是太大,因此,極薄取向硅鋼的開發和生產,目前較適合有技術條件的中小企業或科研機構。

  此外,極薄取向硅鋼目前主要依靠進口,價格昂貴,加快國產極薄取向硅鋼產業化十分重要。筆者認為,企業或技術單位抓緊研發、生產極薄取向硅鋼完全符合國家產業政策要求;從極薄取向硅鋼的使用范圍看,都是非常重要的行業或領域,建議國家對開發或生產極薄取向硅鋼的企業或科研機構給予一定的鼓勵和扶持。

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