A. LNG大型储罐,为什么要用九镍钢
因为属于超低温。普通钢不耐超低温的,容易脆化,像玻璃一样。
坡莫合金实质上是铁镍(FeNi)合金,其矫顽力很低,而饱和磁密Bs、磁导率和居里温度都很高,接近于纯铁。多元坡莫合金,初始相对磁导率可达30000~80000,但是电阻率低,在10-7Ω-m左右,它可以被加工成极薄的薄片,所以可用在高达(20~30)kHz的工作频率。国内工程上常用厚度为0.02mm的坡莫合金薄带,另外也有0.005mm厚的薄带,但由于在磁心的卷绕过程中薄带表面要绝缘,致使它的填充系数大大降低,因此工程上很少使用。当应用频率超过30kHz以上时,由于坡莫合金的电阻率低,其损耗会明显增加。
B. 镍铁合金的组成结构
镍是略带黄色的银白色金属,是一种具有磁性的过渡金属。镍的应用在于镍的抗腐蚀性,合金中添加镍可增强合金的抗腐蚀性能。不锈钢与合金生产领域是镍最广泛应用领域。
镍铁主要成分为镍与铁,同时还含有Cr、Si、S、P、C等杂质元素。镍可完全溶解于γ-铁中,在α-铁中的溶解度为10%。根据国际标准(ISO)镍铁按含镍量分为FeNi20(Ni 15%~25%)、FeNi30(Ni 25%~35%)、FeNi40(Ni 35%~45%)和FeNi50(Ni 45%~60%)。又再分为高碳(C 1.0%~2.5%)、中碳(C 0.030%~1.0%)和低碳(C <0.03%);低磷(P <0.02%)与高磷(P <0.030%)镍铁。
C. HYMU80是什么材料
Hymu 80是含镍80%的镍铁钼合金,拥有极高的起始磁导率以及最大磁导率,最小的滞后损失。主要用于高性能磁屏蔽,电流感应磁环等等。
应用
Hymu80主要用于制作变压器芯体,带绕环形线圈和迭片,以满足兼容性和重量要求。也用做屏蔽,保护电气元件不受杂散磁场的干扰。
物理性能(退火态)
比重: 8.74 g/cm
密度:0.316lb/in3
平均比热:0.1180 Btu/lb/°F
居里温度:860 F(461 C)
熔距:2650°F(1472°C)
电阻系数: 21.1°C 580.0 micro-ohm-mm
70°F, 349.0 ohm-cir-mil/ft
导热性:34.60 W/m/K
热膨胀系数: 13 cm/cm/degree C x 10-6 between 30 & 204 C
弹性模量:
871°C退火处理后,受拉状态 31.4*103 ksi
冷拉,受拉状态 33.7*103 ksi
1177°C,氢退火,受拉状态 33.3*103 ksi
磁性能
矫顽磁力:0.637 to 1.59 A/m
最大磁通量:200000
最大磁导率: 200000
残余磁感应: 0.3500 T
滞后损失: 1.80E-6 to 2.40E-6 J/cm³/cycle
屏蔽性能
因为它极高的磁导率和很低的抗磁力(矫顽磁力),HYMU 80尤其适合磁屏蔽的应用。
退火态,深冲压质量的带材通过折弯、冲压和旋压等工艺加工成屏蔽罩。需要连接的地方可以使用点焊或者钨气焊。焊接可用也可不用母体金属焊条。
为达到最佳的屏蔽性能,屏蔽罩加工完成后,需要在1900°F (1040°C)
或更高的温度(详见热处理部分)下进行退火处理。一般来说,退火温度越高,材料磁导率和屏蔽性能则更佳。
测定材料屏蔽能力的方法:将材料加工成开口的圆筒屏蔽罩。将一个磁传感器放在均匀磁场的中心,例如亥姆霍兹线圈产生的磁场。衰减率A是磁传感器的读数E1和加了屏蔽罩的读数E2之比,即A = E1/E2
这是在特定测试条件下测量出来的屏蔽效果。屏蔽效果受屏蔽罩厚度,屏蔽罩长度直径比和亥姆霍兹线圈直径的影响。详细的测量方法见ASTM A698 的“磁屏蔽的变化电流测试方法”相关章节。
热处理
中间退火:为去除应力,恢复材料至适合冲压、旋压、成型、折弯或类似操作,退火温度1450/1850°F (788/1010°C),时间不超过一个小时。因为高镍,HYMU 80容易吸收热处理炉气体中的炭、硫、氧及其他污染物。中间退火应该在离解氨、氢、真空或惰性气体炉中进行。
氢退火:为达到最软和最优磁性能,以及电性能,HYMU 80应该在无氧,露点低于-40°F (-40°C)的干燥全氢气氛下进行退火,温度2050/2150°F
(1121/1177°C),时间2到4小时。炉冷到1100°F (593°C)。从1100 到 700°F (593 到 371°C), 冷却速度为350到600°F (194到334°C)每小时。
油,脂,漆和所有其他污染物都必须在退火前去除。单个零件之间在全氢退火过程中应该用惰性的保温粉(镁和铝的氧化物)隔开。
真空热处理也可以使用,不过总体来说,与干燥全氢气氛相比,在磁性能方面还是稍差一点。
机械性能(退火状态)
硬度: ≤80
屈服强度:≥44,000 psi
抗拉强度:≥100,000 psi
延展率 E in 2":≥40%
加工性能
冷作加工:
加工方法 材料状态(带材)
冲压落料 冷轧状态(洛氏硬度B:90 最小)
成型加工 冷轧退火态
冲压加工“退火深冲压质量”状态
Hymu80加工性能和奥氏体不锈钢很相似,只是加工硬化没有那么快。大部分机加操作会产生粘性切屑。冷作硬化的棒料(最小洛氏硬度B为90)机加性能最佳。钻削和车削加工需使用油脂润滑,且低速加工。如果加工过程中使用了含硫的水溶性化合物,需在48小时内彻底清洗干净,然后再进行 热处理。建议使用高速钢或硬质合金刀具进行切断加工。
D. 碳钢与镍钢的区别
坡莫合金实质上是铁镍(FeNi)合金,其矫顽力很低,而饱和磁密Bs、磁导率和居里温度都很高,接近于纯铁。多元坡莫合金,初始相对磁导率可达30000~80000,但是电阻率低,在10-7Ω-m左右,它可以被加工成极薄的薄片,所以可用在高达(20~30)kHz的工作频率。国内工程上常用厚度为0.02mm的坡莫合金薄带,另外也有0.005mm厚的薄带,但由于在磁心的卷绕过程中薄带表面要绝缘,致使它的填充系数大大降低,因此工程上很少使用。当应用频率超过30kHz以上时,由于坡莫合金的电阻率低,其损耗会明显增加。
高导磁合金(坡莫合金)
高导磁合金是指初始导磁率和最大导磁率高的铁镍合金等,商品名称大多数被叫做“坡莫合金”。除了高导磁率外,坡莫合金损耗比较低,特别是环境适应性比较好,性能稳定,虽然价格贵,但是仍然使用在条件比较严格的电源中。
类别 极限频率fmax(kHz) 工作频率f(kHz) 工作磁通密度B(mT) 100℃时幅值磁导率μα(在B和f条件下) 性能因子(B×f)(mT×kHz) 100℃时在(B×f)下损耗(kW/m3) 25℃初始磁导率μi
PW1 a 100 15 300 >2500 4500(300×15) ≤300 2000
b 100 15 300 >2500 4500(300×15) ≤200 2000
PW2 a 200 25 200 >2500 5000(200×25) ≤300 2000
b 200 25 200 >2500 5000(200×25) ≤150 2000
PW3 a 300 100 100 >3000 10000(100×100) ≤300 2000
b 300 100 100 >3000 10000(100×100) ≤150 2000
PW4 a 1000 300 50 >2000 15000(50×300) ≤300 1500
b 1000 300 50 >2000 15000(50×300) ≤150 1500
PW5 a 3000 1000 25 >1000 25000(25×1000) ≤300 800
b 3000 1000 25 >1000 25000(25×1000) ≤150 800
坡莫合金主要种类是铁镍合金,由镍(35%~85%)、铁和添加的钼、铜、钨等组成。在20世纪40年代已基本定型,到70年代和80年代大量使用,形成了几十种型号,一般根据镍含量多少来分类。镍含量在30%~50%之间为低镍合金,如中国的1J30、1J34、1J50、1J51等。镍含量在65%~85%之间为高镍合金,如中国的1J66、1J79、1J80、1J88等。根据电源的需要,已经制定出各种各样的坡莫合金带材。有磁滞回线为矩形的、非矩形的、线性的(恒导磁)材料。可以轧制成0.20mm至0.005mm(5μm)厚度的各种规格。一般0.20mm厚的坡莫合金用于50Hz,0.005mm厚的坡莫合金用于500kHz~1MHz,涵盖了工频,中频至高频整个频率范围,早已突破了只能用于20kHz以下的旧观念。
和硅钢、软磁铁氧体一样,坡莫合金近十年来也在迅猛的发展。一个是用低镍含量的铁镍合金添加铬等元素,使其达到高镍含量的导磁性能,从而降低成本。已经报导的Ni38Cr8Fe合金,在H=0.4A/m下磁导率达到100000~300000,接近高镍含量合金的水平。更突出的是国内外近年来相继推出高初始导磁率200000~300000,最大导磁率350000~500000的坡莫合金产品。还有一个是突破坡莫合金薄带制造工艺,轧成0.01mm~0.005mm厚超薄带,扩大频率应用范围。0.005mm厚的Ni80Mo5坡莫合金超薄带,在Bm为0.1T时,500kHz下损耗为0.126W/g,1MHz下为0.392W/g,5MHz下为6.79W/g,10MHz下为23.1W/g。可以用于1MHz以上的电源变压器中。
碳钢指的是碳素结构钢,我们平时所指的"钢"多数指这种,它的主要成分是铁和碳。合金钢则是加入了其它金属元素的钢。从价格上就能分出来,一般合金钢的价格稍高一些