近日有鋼貿(mào)商問，SPCC能不能用來代替電工鋼使用？有何風(fēng)險(xiǎn)？其實(shí)，要回答這個(gè)問題，我們首先需要了解一下軟磁材料(soft magnetic material)及其發(fā)展歷程。

所謂軟磁材料，是指易于磁化和退磁的材料。它們的內(nèi)稟矯頑力通常小于1000 Am-1，這可通過測(cè)量軟磁材料的磁滯回線上獲得，參見圖1和圖2。軟磁材料主要的用途是用于增強(qiáng)和/或傳導(dǎo)由電流產(chǎn)生的磁通量。軟磁材料通常具有低矯頑力和高磁導(dǎo)率，主要用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中。

按照成分體系的不同，軟磁材料可分為：純鐵和低碳鋼，鐵硅系合金（電工鋼），鐵鋁系合金，鐵硅鋁系合金，鎳鐵系合金，鐵鈷系合金，軟磁鐵氧體，非晶態(tài)軟磁合金，超微晶軟磁合金。

純鐵及低碳鋼是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。1886年美國Westinghouse電氣公司首先用雜質(zhì)含量約為0.4%的熱軋低碳鋼板制成變壓器疊片鐵芯。1890年已廣泛使用0.35mm熱軋低碳鋼薄板制造電機(jī)和變壓器鐵芯。

純鐵和低碳鋼這類材料的含碳量通常低于0.04%，其中包括電磁純鐵、電解鐵和羰基鐵。其特點(diǎn)是飽和磁化強(qiáng)度高，價(jià)格低廉，加工性能好；但由于其電阻率低、鐵芯損耗大；碳和氮含量高，磁時(shí)效嚴(yán)重，在交變磁場(chǎng)下渦流損耗大，因此通常適合在直流工況條件下使用，如制造小微電機(jī)的電磁鐵芯、極靴、繼電器和揚(yáng)聲器磁導(dǎo)體、磁屏蔽罩等。

電工鋼（硅鋼）是在純鐵和低碳鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種功能型材料，主要是為了解決鐵損及磁時(shí)效的問題，研究發(fā)現(xiàn)，隨著硅元素在鐵基體中添加量的增加，電工鋼（硅鋼）材料的電阻率和磁導(dǎo)率提高，矯頑力和渦流損耗減小。

電工鋼的發(fā)展歷史，可追溯到1882年，那年，英國哈德菲爾特開始研究硅鋼，并于1898年發(fā)表了4.4%Si-Fe合金的磁性結(jié)果。

1903年，美國取得哈德菲爾特專利使用權(quán)，同一年美國和德國開始生產(chǎn)熱軋電工鋼（硅鋼）板。1905年，美國已大規(guī)模生產(chǎn)熱軋硅鋼板，并在很短時(shí)間內(nèi)全部代替了普通熱軋低碳鋼板，用于制造電機(jī)和變壓器，其鐵損比普通低碳鋼低一半以上。1906~1930年期間，鋼廠與用戶對(duì)熱軋硅鋼板成本、力學(xué)性能和電機(jī)、變壓器設(shè)計(jì)制造改革方面統(tǒng)一了認(rèn)識(shí)、改進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量，并提高了產(chǎn)量。

在冷軋電工鋼（硅鋼）方面，1930年，美國高斯采用冷軋和退火方法開始進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，摸索晶粒易磁化方向<001>平行于軋制方向排列的取向硅鋼帶卷制造工藝。

1933年，高斯采用兩次冷軋和退火方法制成沿軋向磁性高的3%Si鋼，1934年申請(qǐng)專利并公開發(fā)表。1935年，Armco鋼公司按高斯專利技術(shù)與Westinghouse電氣公司合作進(jìn)行生產(chǎn)。之后，Armco鋼公司采用快速分析微量碳等技術(shù)和不斷改進(jìn)制造工藝及設(shè)備，使產(chǎn)品質(zhì)量逐步提高。到1958年，在掌握MnS抑制劑和板坯高溫加熱兩個(gè)前工序制造工藝后，制造取向硅鋼的專利技術(shù)已基本完善，產(chǎn)品磁性大幅度提高且穩(wěn)定。

1959年開始生產(chǎn)0.30mm厚取向電工鋼產(chǎn)品，1963年，開始生產(chǎn)0.27mm取向電工鋼產(chǎn)品。從1940年代初，Armco鋼公司開始生產(chǎn)冷軋無取向電工鋼鋼板開始，到1963~1967年期間，英國、日本等國家陸續(xù)停止生產(chǎn)熱軋電工鋼鋼板。熱軋電工鋼鋼板逐步被冷軋無取向電工鋼和冷軋取向硅鋼板所代替。

1961年，新日鐵在引進(jìn)Armco專利基礎(chǔ)上，首先試制AlN+MnS綜合抑制劑的高磁感取向硅鋼。1964年，開始試生產(chǎn)并命名為Hi-B，但磁性不穩(wěn)定。經(jīng)過15年的持續(xù)改進(jìn)，Hi-B鋼制造工藝已日臻完善，并于1968年正式生產(chǎn)Z8H牌號(hào)。從1979年開始，新日鐵和川崎公司采用提高硅含量、減薄產(chǎn)品鋼帶厚度和細(xì)化磁疇技術(shù)，陸續(xù)生產(chǎn)了0.30、0.27、0.23 及 0.18mm 高磁感取向硅鋼新牌號(hào)。

冷軋電工鋼材料因其鐵損小，磁極化強(qiáng)度高，沖片性好，鋼板表面光滑、平整和厚度均勻，絕緣薄膜性能好，磁時(shí)效現(xiàn)象小，因此，電工鋼（硅鋼）材料可用于制造高速電機(jī)、大中型變壓器、繼電器、互感器等的鐵芯等交流應(yīng)用的場(chǎng)合。相關(guān)應(yīng)用示例參見圖3，圖4和圖5。

目前，在美國和日本等國家，純鐵和低碳鋼作為軟磁材料用途時(shí)，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(lì)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(lì)磁電流可降低5%，電機(jī)的功率因數(shù)提高，材料費(fèi)用可降低20%。相關(guān)示例可參見圖6和圖7。

SPCC是冷軋電工鋼的一個(gè)常見牌號(hào)，其尺寸和表面優(yōu)于常見的熱軋低碳鋼SPHC。SPCC牌號(hào)冷軋鋼板及鋼帶的相關(guān)化學(xué)成分和力學(xué)性能要求，可查閱JIS G3141-2017的規(guī)定，參見圖8和圖9。

SPCC代替電工鋼的風(fēng)險(xiǎn)

SPCC在某些應(yīng)用場(chǎng)景下，是可以部分替代電工鋼的，但切忌為降低材料成本而罔顧產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求盲目替代。因?yàn)檫@不僅影響最終用能產(chǎn)品的能源效率，也直接影響最終用能產(chǎn)品的使用壽命和產(chǎn)品的安全性，例如，將普通的SPCC應(yīng)用于制造大中型電機(jī)、變壓器，這不僅會(huì)降低能效，而且由于鐵損大產(chǎn)生的大量熱量，最終會(huì)導(dǎo)致災(zāi)害性事故的發(fā)生。