一類含碳很低的鐵基軟磁合金。兩者的區(qū)別在于碳及其他雜質(zhì)的含量的不同:低碳電工鋼中的雜質(zhì)總含量小于1%,阿姆科鐵中一般則小于0.50%。低碳鋼板是19世紀(jì)末和20世紀(jì)初使用的主要軟磁材料,也是工業(yè)上最先應(yīng)用的軟磁材料。

詞性

名詞

特點

含碳很低

正文

1886年美國西屋(Westinghouse)電器公司用雜質(zhì)含量約為0.4%的鋼板,制成變壓器疊片鐵芯。1890年已廣泛使用0.35mm厚的熱軋低碳鋼薄板,制造電機(jī)和變壓器鐵芯。低碳鋼板由于電阻率 (ρ)低,鐵芯損耗(鐵損)大,碳、氮含量還不夠低,磁時效嚴(yán)重,到1906年已陸續(xù)被硅鋼片所代替。1910年美國 Armco鋼公司首先用堿性平爐冶煉成碳及其他雜質(zhì)含量都比低碳電工鋼為低的阿姆科鐵(Armco iron),因為阿姆科鐵的產(chǎn)量在工業(yè)純鐵中占的份額最大,一般說“工業(yè)純鐵”即指阿姆科鐵。

50年代末由于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐和真空冶金等冶煉新技術(shù)以及連續(xù)爐濕氫脫碳退火技術(shù)的出現(xiàn),低碳鋼中的氧、氮含量降低到50ppm以下,磁時效明顯減輕。此時美國又開始大量生產(chǎn)低碳電工鋼(AISI1008和1010,含碳0.08~0.10%),用經(jīng)一次冷軋和連續(xù)爐脫碳退火制成厚0.50或0.65mm的“低碳電工鋼板”制造家用電器中的微電機(jī)等?,F(xiàn)在美國和日本的低碳電工鋼板產(chǎn)量已接近硅鋼片的產(chǎn)量。中國于1955年開始生產(chǎn)阿姆科鐵,1964年制成無時效的鋁鎮(zhèn)靜阿姆科鐵,1975~1980年試制成含碳0.010~0.025% 的高氣密性阿姆科鐵。1981年開始生產(chǎn)低碳電工鋼板。

成分和性能

低碳電工鋼和阿姆科鐵的飽和磁感應(yīng)強度(

B

s)和居里溫度(770℃)都高,矯頑力(

H

c)則較低,磁導(dǎo)率也較高(表1和表2),機(jī)械加工性和焊接性良好,制造工藝簡單。它們的主要缺點是電阻率低、并且容易產(chǎn)生磁時效。

低碳電工鋼和阿姆科鐵

低碳電工鋼和阿姆科鐵

碳、氮、氧和硫?qū)﹁F的磁性產(chǎn)生很壞的影響。它們使鐵的晶格嚴(yán)重畸變,引起很大的應(yīng)力,使矯頑力和磁滯損耗明顯升高(圖1和圖2)。碳和氮還會引起磁時效(圖3)。

低碳電工鋼和阿姆科鐵

低碳電工鋼和阿姆科鐵

低碳電工鋼和阿姆科鐵

用途

阿姆科鐵? 一般只適合在直流磁場中使用。按用途可分為兩類:①電磁阿姆科鐵。用于制作繼電器、電聲器、儀表和微型直流電機(jī)等中的磁性元件。其用量約為阿姆科鐵總用量的80%。②電子管用阿姆科鐵。多用以代替鎳片制作普通小型電子管的陽極和柵極邊桿鐵芯;也用于制作磁控管等器件中的導(dǎo)磁零件。對這種阿姆科鐵,除要求有好的磁性外,還要求有好的氣密性和焊接性。

低碳電工鋼板? 主要用于制作微電機(jī)、小電機(jī)、鎮(zhèn)流器和繼電器中的鐵芯。在微電機(jī)和小電機(jī)中因銅線引起的損耗(銅損)通常比鐵芯引起的損耗(鐵損)大 2~4倍。與普通硅鋼片相比,低碳電工鋼板有較高的磁感。用低碳電工鋼板做電機(jī)的鐵芯,電機(jī)的勵磁電流較低,銅線匝數(shù)可以減少,銅損可以顯著下降。雖然電機(jī)的鐵損較高,但電機(jī)的銅損和鐵損總損耗卻降低了。用低碳電工鋼板制成的鐵芯,體積和重量可減小15~20%,勵磁電流可降低5%,電機(jī)的功率因數(shù)提高,材料費用可降低20%。

生產(chǎn)工藝

70年代阿姆科鐵和低碳電工鋼主要用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉,并進(jìn)行真空處理脫碳和加鋁脫氧。在這兩種材料的生產(chǎn)中,為了改善熱加工性,防止硫引起的熱脆性(900~1050℃范圍內(nèi)),常加入0.3~0.5%的錳;為了防止氮引起的時效現(xiàn)象,加入少量的鋁或鈦;為了改善沖片性,可加入0.08~0.15%的磷。日本生產(chǎn)H30和H40低碳電工鋼有時還加入少量硅(Si≤0.5%)來提高電阻率(降低鐵損)和硬度,減輕磁時效。中國主要采用電爐冶煉阿姆科鐵,用電渣重熔或真空熔煉技術(shù)生產(chǎn)各種氣密性好的阿姆科鐵。

阿姆科鐵有熱加工產(chǎn)品和冷加工產(chǎn)品,低碳電工鋼主要為冷軋板材。阿姆科鐵和低碳電工鋼都有成品和半成品兩種產(chǎn)品。成品制造的工藝要點是,厚約 2.3mm的熱軋帶卷經(jīng)酸洗,一次冷軋至成品厚度(主要為 0.50和0.65mm),在保護(hù)氣氛中退火(阿姆科鐵退火溫度為860~930℃,低碳電工鋼為760~820℃),使晶粒長大,矯頑力和鐵損降低,然后根據(jù)用戶要求涂絕緣層。半成品制造工藝要點是,鋼帶冷軋后經(jīng)軟化退火(600~700℃),然后在鋼帶表面涂防銹油交用戶。用戶沖剪后在保護(hù)氣氛中再進(jìn)行較高溫度的成品退火。這種半成品的優(yōu)點是成本低和沖片性好。這種工藝可消除沖剪應(yīng)力,從而改善磁性。如果需要表面絕緣,用戶可在退火后冷到約450℃時通入水蒸汽進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理。

為了控制阿姆科鐵和低碳電工鋼的含碳量,鋼錠和連鑄坯中的含碳量一般在0.03~0.10%范圍內(nèi),冷軋后須在濕的氫氮混合氣氛中退火脫碳,將含碳量降到0.005%以下。如果鋼水經(jīng)過真空處理脫碳,則應(yīng)在干的保護(hù)氣氛中退火。這能夠提高產(chǎn)量,避免形成內(nèi)氧化層,從而獲得鐵損更低的優(yōu)質(zhì)材料。70年代采用某些工藝方法以改善低碳電工鋼板織構(gòu)(見擇優(yōu)取向)。如提高熱軋終軋溫度和卷取溫度,冷軋前將熱軋帶卷進(jìn)行預(yù)退火,或在鋼中加入少量銻、錫等元素,以增加有利織構(gòu)的組分,從而提高磁感應(yīng)強度和降低鐵損。