A. LNG大型儲罐,為什麼要用九鎳鋼
因為屬於超低溫。普通鋼不耐超低溫的,容易脆化,像玻璃一樣。
坡莫合金實質上是鐵鎳(FeNi)合金,其矯頑力很低,而飽和磁密Bs、磁導率和居里溫度都很高,接近於純鐵。多元坡莫合金,初始相對磁導率可達30000~80000,但是電阻率低,在10-7Ω-m左右,它可以被加工成極薄的薄片,所以可用在高達(20~30)kHz的工作頻率。國內工程上常用厚度為0.02mm的坡莫合金薄帶,另外也有0.005mm厚的薄帶,但由於在磁心的卷繞過程中薄帶表面要絕緣,致使它的填充系數大大降低,因此工程上很少使用。當應用頻率超過30kHz以上時,由於坡莫合金的電阻率低,其損耗會明顯增加。
B. 鎳鐵合金的組成結構
鎳是略帶黃色的銀白色金屬,是一種具有磁性的過渡金屬。鎳的應用在於鎳的抗腐蝕性,合金中添加鎳可增強合金的抗腐蝕性能。不銹鋼與合金生產領域是鎳最廣泛應用領域。
鎳鐵主要成分為鎳與鐵,同時還含有Cr、Si、S、P、C等雜質元素。鎳可完全溶解於γ-鐵中,在α-鐵中的溶解度為10%。根據國際標准(ISO)鎳鐵按含鎳量分為FeNi20(Ni 15%~25%)、FeNi30(Ni 25%~35%)、FeNi40(Ni 35%~45%)和FeNi50(Ni 45%~60%)。又再分為高碳(C 1.0%~2.5%)、中碳(C 0.030%~1.0%)和低碳(C <0.03%);低磷(P <0.02%)與高磷(P <0.030%)鎳鐵。
C. HYMU80是什麼材料
Hymu 80是含鎳80%的鎳鐵鉬合金,擁有極高的起始磁導率以及最大磁導率,最小的滯後損失。主要用於高性能磁屏蔽,電流感應磁環等等。
應用
Hymu80主要用於製作變壓器芯體,帶繞環形線圈和迭片,以滿足兼容性和重量要求。也用做屏蔽,保護電氣元件不受雜散磁場的干擾。
物理性能(退火態)
比重: 8.74 g/cm
密度:0.316lb/in3
平均比熱:0.1180 Btu/lb/°F
居里溫度:860 F(461 C)
熔距:2650°F(1472°C)
電阻系數: 21.1°C 580.0 micro-ohm-mm
70°F, 349.0 ohm-cir-mil/ft
導熱性:34.60 W/m/K
熱膨脹系數: 13 cm/cm/degree C x 10-6 between 30 & 204 C
彈性模量:
871°C退火處理後,受拉狀態 31.4*103 ksi
冷拉,受拉狀態 33.7*103 ksi
1177°C,氫退火,受拉狀態 33.3*103 ksi
磁性能
矯頑磁力:0.637 to 1.59 A/m
最大磁通量:200000
最大磁導率: 200000
殘余磁感應: 0.3500 T
滯後損失: 1.80E-6 to 2.40E-6 J/cm³/cycle
屏蔽性能
因為它極高的磁導率和很低的抗磁力(矯頑磁力),HYMU 80尤其適合磁屏蔽的應用。
退火態,深沖壓質量的帶材通過折彎、沖壓和旋壓等工藝加工成屏蔽罩。需要連接的地方可以使用點焊或者鎢氣焊。焊接可用也可不用母體金屬焊條。
為達到最佳的屏蔽性能,屏蔽罩加工完成後,需要在1900°F (1040°C)
或更高的溫度(詳見熱處理部分)下進行退火處理。一般來說,退火溫度越高,材料磁導率和屏蔽性能則更佳。
測定材料屏蔽能力的方法:將材料加工成開口的圓筒屏蔽罩。將一個磁感測器放在均勻磁場的中心,例如亥姆霍茲線圈產生的磁場。衰減率A是磁感測器的讀數E1和加了屏蔽罩的讀數E2之比,即A = E1/E2
這是在特定測試條件下測量出來的屏蔽效果。屏蔽效果受屏蔽罩厚度,屏蔽罩長度直徑比和亥姆霍茲線圈直徑的影響。詳細的測量方法見ASTM A698 的「磁屏蔽的變化電流測試方法」相關章節。
熱處理
中間退火:為去除應力,恢復材料至適合沖壓、旋壓、成型、折彎或類似操作,退火溫度1450/1850°F (788/1010°C),時間不超過一個小時。因為高鎳,HYMU 80容易吸收熱處理爐氣體中的炭、硫、氧及其他污染物。中間退火應該在離解氨、氫、真空或惰性氣體爐中進行。
氫退火:為達到最軟和最優磁性能,以及電性能,HYMU 80應該在無氧,露點低於-40°F (-40°C)的乾燥全氫氣氛下進行退火,溫度2050/2150°F
(1121/1177°C),時間2到4小時。爐冷到1100°F (593°C)。從1100 到 700°F (593 到 371°C), 冷卻速度為350到600°F (194到334°C)每小時。
油,脂,漆和所有其他污染物都必須在退火前去除。單個零件之間在全氫退火過程中應該用惰性的保溫粉(鎂和鋁的氧化物)隔開。
真空熱處理也可以使用,不過總體來說,與乾燥全氫氣氛相比,在磁性能方面還是稍差一點。
機械性能(退火狀態)
硬度: ≤80
屈服強度:≥44,000 psi
抗拉強度:≥100,000 psi
延展率 E in 2":≥40%
加工性能
冷作加工:
加工方法 材料狀態(帶材)
沖壓落料 冷軋狀態(洛氏硬度B:90 最小)
成型加工 冷軋退火態
沖壓加工「退火深沖壓質量」狀態
Hymu80加工性能和奧氏體不銹鋼很相似,只是加工硬化沒有那麼快。大部分機加操作會產生粘性切屑。冷作硬化的棒料(最小洛氏硬度B為90)機加性能最佳。鑽削和車削加工需使用油脂潤滑,且低速加工。如果加工過程中使用了含硫的水溶性化合物,需在48小時內徹底清洗干凈,然後再進行 熱處理。建議使用高速鋼或硬質合金刀具進行切斷加工。
D. 碳鋼與鎳鋼的區別
坡莫合金實質上是鐵鎳(FeNi)合金,其矯頑力很低,而飽和磁密Bs、磁導率和居里溫度都很高,接近於純鐵。多元坡莫合金,初始相對磁導率可達30000~80000,但是電阻率低,在10-7Ω-m左右,它可以被加工成極薄的薄片,所以可用在高達(20~30)kHz的工作頻率。國內工程上常用厚度為0.02mm的坡莫合金薄帶,另外也有0.005mm厚的薄帶,但由於在磁心的卷繞過程中薄帶表面要絕緣,致使它的填充系數大大降低,因此工程上很少使用。當應用頻率超過30kHz以上時,由於坡莫合金的電阻率低,其損耗會明顯增加。
高導磁合金(坡莫合金)
高導磁合金是指初始導磁率和最大導磁率高的鐵鎳合金等,商品名稱大多數被叫做「坡莫合金」。除了高導磁率外,坡莫合金損耗比較低,特別是環境適應性比較好,性能穩定,雖然價格貴,但是仍然使用在條件比較嚴格的電源中。
類別 極限頻率fmax(kHz) 工作頻率f(kHz) 工作磁通密度B(mT) 100℃時幅值磁導率μα(在B和f條件下) 性能因子(B×f)(mT×kHz) 100℃時在(B×f)下損耗(kW/m3) 25℃初始磁導率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
坡莫合金主要種類是鐵鎳合金,由鎳(35%~85%)、鐵和添加的鉬、銅、鎢等組成。在20世紀40年代已基本定型,到70年代和80年代大量使用,形成了幾十種型號,一般根據鎳含量多少來分類。鎳含量在30%~50%之間為低鎳合金,如中國的1J30、1J34、1J50、1J51等。鎳含量在65%~85%之間為高鎳合金,如中國的1J66、1J79、1J80、1J88等。根據電源的需要,已經制定出各種各樣的坡莫合金帶材。有磁滯回線為矩形的、非矩形的、線性的(恆導磁)材料。可以軋製成0.20mm至0.005mm(5μm)厚度的各種規格。一般0.20mm厚的坡莫合金用於50Hz,0.005mm厚的坡莫合金用於500kHz~1MHz,涵蓋了工頻,中頻至高頻整個頻率范圍,早已突破了只能用於20kHz以下的舊觀念。
和硅鋼、軟磁鐵氧體一樣,坡莫合金近十年來也在迅猛的發展。一個是用低鎳含量的鐵鎳合金添加鉻等元素,使其達到高鎳含量的導磁性能,從而降低成本。已經報導的Ni38Cr8Fe合金,在H=0.4A/m下磁導率達到100000~300000,接近高鎳含量合金的水平。更突出的是國內外近年來相繼推出高初始導磁率200000~300000,最大導磁率350000~500000的坡莫合金產品。還有一個是突破坡莫合金薄帶製造工藝,軋成0.01mm~0.005mm厚超薄帶,擴大頻率應用范圍。0.005mm厚的Ni80Mo5坡莫合金超薄帶,在Bm為0.1T時,500kHz下損耗為0.126W/g,1MHz下為0.392W/g,5MHz下為6.79W/g,10MHz下為23.1W/g。可以用於1MHz以上的電源變壓器中。
碳鋼指的是碳素結構鋼,我們平時所指的"鋼"多數指這種,它的主要成分是鐵和碳。合金鋼則是加入了其它金屬元素的鋼。從價格上就能分出來,一般合金鋼的價格稍高一些