电力是现代社会不可或缺的能源,在发电机、电动机等各类电力电气设备中,制作铁心的硅钢是必不可少的组成部分。走进宝钢股份硅钢事业部的智慧工厂,记者看到一排排硅钢整齐排列,每卷重达20吨,全球每4辆新能源汽车就有1辆会用到来自这座工厂的硅钢。其中,最吸睛的是一种厚度仅为0.1毫米的无取向硅钢,若将其延展开来,长度可达20多公里,铺开的面积相当于3个至4个标准足球场大小,已应用于人形机器人、低空飞行器等领域。
宝钢股份硅钢研究所产品研究与开发首席研究员张峰对记者解释道,与多数普通钢铁相比,硅钢是一种技术含量高、制造难度大的产品。普通钢铁是主要利用其强度、塑性、韧性等力学性能的结构材料,而硅钢是主要利用其软磁性能的功能材料,性能需求不同,导致硅钢在成分设计、微观组织演变、加工工艺控制等方面,与普通钢铁存在明显差异。
张峰指着一卷卷硅钢介绍,从铁矿石熔炼成铁水,到把最原始的钢精炼成铸坯,再到酸洗、热处理,中间要经历十几道工序。其中,最后一次热处理最为讲究和关键,因为晶粒取向和整体结构肉眼不可见,只有通过长期的调试,才能不断优化高等级无取向硅钢所需的铁损、磁感应强度等性能。制造出适用于新能源汽车、人形机器人、低空飞行器的高等级无取向硅钢,宝钢前后花了约10年时间。
“当开发出第一卷新能源汽车驱动电机用无取向硅钢后,宝钢股份又定下了制造0.1毫米极薄规格无取向硅钢的目标,但这意味着要打破过去‘极薄规格’与‘超高性能’无法兼得的瓶颈,堪比走钢丝。”张峰说,团队经历了一次次失败,比如产品足够薄但是会有断裂、破损,当性能满足时薄度又不够,有几次团队考虑退而求其次,做0.12毫米或0.11毫米厚度的无取向硅钢,但最终通过突破新的轧制技术,让0.1毫米“蝉翼硅钢”的制造难题迎刃而解。
外人可能觉得厚度上就差这0.01毫米,能有多难?但其实厚度只是最基本的要求。硅钢卷铺开来以后,任意两点之间的高度落差不能大于3微米。“只有我们前端追求极致,才能保证后端的人形机器人、无人机电机在使用时兼顾功率、效率、寿命,尤其是在高速旋转时不易变形。”张峰说。
目前,这个产品在一整套生产环节中,包括成分设计、生产工艺和设备,都属于自主研发。它不仅能够实现铁损值极低,即材料在高频率交变磁场中的能量损耗极低,而且突破了长期无法打破的9瓦/千克大关。
自去年5月新品发布以来,这款“蝉翼硅钢”一直处于供不应求的状态。记者从宝钢股份获悉,根据计划,今年6月,一条新的硅钢生产线将被应用,可大幅提升“蝉翼硅钢”的产能,也将助力更多新科技产品突破其应用边界和效能。
同时,宝钢股份无取向硅钢研发团队又开始向厚度在0.1毫米、损耗低于8.5瓦/千克的硅钢出发,希望用更多“全球首发”不断满足更多新兴产业的应用需求。