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摘要：交流發電機的定子鐵心采用了一種新的、高效疊片方法制作。將電磁鋼帶以平面彎曲成螺旋方式加以疊片，這種鐵心被稱為“螺旋鐵心”，使用越來越廣泛。其材料是具有低鐵損的無取向電磁鋼板，通過控制鋼的化學成分和鐵素體晶粒度，使鋼的屈服強度σs，抗拉強度Rm，屈強比（σs／Rm）等機械性能都適應螺旋加工要求。

關鍵詞：定子鐵心；螺旋疊片；機械性能；折痕

1螺旋疊片的電機定子鐵心

汽車用交流發電機的定子鐵心近年來采用一種新的、高效疊片方法制作。將電磁鋼帶以平面彎曲成螺旋方式加以疊片，像蛇一樣盤旋來制成鐵心。這種鐵心被稱為“螺旋鐵心”，使用越來越廣泛。螺旋鐵心的材料是具有低鐵損的無取向電磁鋼板，通過控制鋼的化學成分和金相組織，使鋼的屈服強度σs，抗拉強度Rm，屈強比（σs／Rm）等機械性能都適應螺旋加工所要求的范圍，同時還具有較低的鐵損。

2鋼的化學成分

C最佳范圍：0～0．005％（質量分數，下同）；Si最佳范圍：0．5％～1．0％；S、N、O及Ti、Nb、V、Zr、Mg等元素會形成析出物，使鐵損劣化，應全部控制在0．01％以下。Al：0～0．07％，最佳范圍為0～0．03％。Al含量高會降低磁感強度，其影響磁感甚于Si的影響。此外Al含量增高也會降低屈強比，因此Al＋Si應在0．3％～2．5％的范圍內。如果單純地提高屈服強度σs或抗拉強度Rm等機械性能，都會影響到屈強比（σs／Rm）。圖1，圖2，圖3，均為鐵素體的晶粒平均尺寸20μm時，Al＋Si含量與σs，Rm，屈強比之間的關系。后面將敘述具有良好的螺旋加工性，要求其σs為320MPa以下，Rm為400MPa以下，屈強比在0．82以下，那么所對應的Al＋Si含量，從圖1～圖3可知分別為對于σs在1．8％以下，對于Rm在1．1％以下，對于屈強比在0．6以上。由此可確認良好的螺旋加工性能Al＋Si含量，但這是在鐵素體平均晶粒尺寸為20μm時的含量。如果鐵素體晶粒平均尺寸偏離20μm時如何控制Si和Al的成分，經過反復試驗和研究確定為0．3％～2．5％，較好的范圍為0．5％～1．5％，最佳的范圍為0．5％～1．0％。Mn起到改善熱加工性的作用，還可以使硫化物粗大化而降低不良影響，其范圍為0．05％～0．6％，最佳范圍為0．1％～0．3％。為了使S無害化還要添加Ca和稀土組元素REM（0．0005％～0．005％）以防止鑄造中生成粗大的柱狀晶。還要添加改善磁性能的元素，如Cu，Sn，Sb，Ni，Cr，B等。從降低成本角度看應控制在0．5％以下為好。

3鋼的組織

鋼的組織不含沒有再結晶的組織，是單一的鐵素體組織，平均晶粒尺寸為10～60μm。如果有非再結晶組織存在，或平均晶粒尺寸小于10μm，鐵損劣化，σs，Rm以及屈強比升高。而平均晶粒尺寸大于60μm，螺旋加工特性劣化，特別是沖剪性能劣化，毛刺大，因此最佳晶粒尺寸為10～30μm。

4機械性能

機械性能與螺旋加工性能的關系可通過試驗來評價，以獲取良好的螺旋加工性能所對應的機械性能。首先對具有不同機械性能的無取向電磁鋼板螺旋加工性能加以評價。其方法是從鋼板上剪取寬度10mm×長度100mm的試樣，再準備一個直徑為Φ300mm的鋼柱，將試樣鋼帶沿鋼柱橫向螺旋纏繞，同時記錄鋼帶從內圈到外圈發生折痕的數量。對于不同成分、不同鐵素體晶粒度就有不同的機械性能，所對應的σs，Rm也不相同，與其相應的折痕產生個數的關系如圖4和圖5所示。圖4屈服強度與折痕發生的關系圖5抗拉強度與折痕發生的關系從圖5可知σs，Rm越小，折痕個數就越少，其螺旋加工特性就越好。從圖4和圖5中可知對應的屈服強度σs小于320MPa，抗拉強度Rm小于400MPa。但是從加工時防止座屈（局部凸起）缺陷發生的觀點看，σs應該在250MPa以上，Rm在350MPa以上為好。此外沒有規定延伸率δ特性，但是要保證螺旋加工特性良好，其延伸率δ應在30％以上為好，如果延伸率過大，沖剪加工時會產生較大的毛刺，希望在40％以下。對于化學成分C：0．003％，Si：0．7％，Mn：0．2％，Al：痕跡的的鋼板，改變晶粒度，得到不同屈強比的鋼板，以評價螺旋加工特性。σs在290～320MPa范圍內變化，Rm在350～400MPa范圍內變化，以使屈強比變化，那么屈強比與折痕個數的關系如圖6所示。屈強比在0．82以下時，折痕數量減少了，螺旋加工性能良好，但是過小，剪切毛刺過大，因此屈強比應大于0．65。

5制造方法

將符合該發明化學成分的板坯熱軋成熱軋板，然后酸洗，冷軋，再結晶退火，其再結晶退火與其他無取向電磁鋼板一樣采用連續退火，使再結晶晶粒度均勻一致，晶粒尺寸為10～60μm，是單相的鐵素體，退火溫度為700～900℃。也可以采用間歇式爐子退火，由下式來確定退火溫度（開氏溫度）與退火時間，二者的積LMP一般控制在17000～21000之間可獲得最適宜的晶粒度。LMP＝T×（20＋Logt）式中，T為退火溫度，K；t為退火時間，h。其后是涂布絕緣涂層和干燥。但是從降低成本上考慮也可以不涂。

6實施例

6．1例1

按表1所示化學成分的鋼坯作為試驗材料，經1150℃加熱后熱軋成厚度為2．5mm的熱軋板，再經酸洗后冷軋成厚度為0．5mm的冷軋板。脫脂后經850℃×30s的連續退火，獲得成品鋼板。按JISG0552標準測定鋼板的晶粒尺寸。按JISC2556標準測定鋼板的磁性能，采用55mm×55mm試樣進行單片測定，L方向和C方向各一次，取其平均值。按JISZ2241標準對鋼板L方向和C方向進行拉伸試驗，取其平均值。此外還要進行螺旋加工性能測試，其方法是從鋼板上剪取寬度10mm×長度100mm的試樣，再準備一個直徑為Φ300mm的鋼柱，將試樣鋼帶沿鋼柱橫向螺旋纏繞1圈，同時記錄鋼帶從內圈到外圈發生折痕的數量。其結果列于表1。凡是符合該發明條件的均獲得良好的螺旋加工性和低的鐵損。

6．2例2

化學成分（質量分數）C：0．003％，Si：0．7％，Mn：0．18％，P：0．073％，Al：0．001％，以上述成分的鋼坯為試驗材，經1150℃加熱后熱軋成厚度為2．5mm的熱軋板，再經酸洗后冷軋成厚度為0．5mm的冷軋板。脫脂后按表2所示的條件退火，獲得成品鋼板。再按例1同樣的方法測定晶粒尺寸、磁性能、機械性能，以及螺旋加工特性。其結果列于表2。凡是符合該發明條件的均獲得良好的螺旋加工性和低的鐵損。

7要點歸納

1）螺旋疊片鐵心是近年來開發的新技術，疊片自動化，效率高，鐵心導磁率高，無漏損。是今后的發展方向，應引起我們的重視。2）要使無取向電磁鋼板適宜于螺旋疊片加工，無折痕產生，必須從鋼的成分上，生產工藝上采用相適宜的方案，使最終產品的機械性能合乎要求，即屈服強度、抗拉強度、屈強比及延伸率在所規定的范圍內。3）鋼的再結晶退火的組織也同樣重要，應是完全的鐵素體再結晶組織，其晶粒最佳尺寸為10～30μm。

作者：藤倉 昌浩 牛神 義行 大神正浩 曽根健 蝋山 隆司 單位：新日鐵住金株式會社