有人最近问了这样一个问题，SPHC能当磁极磁轭钢使用吗？要回答这个问题，我们首先需要了解一下水电用磁极磁轭钢的相关要求有哪些。

磁轭、磁极是水轮发电机的关键部件，大型水轮发电机的磁轭和磁极常常采用钢板冲片叠装而成，其磁轭、磁极冲片的重量约占水轮发电机转子总重量的50～65%.

合理的选择磁轭和磁极冲片材料和制造工艺，对于确保水轮发电机的安装质量和运行性能，以及有效控制水轮发电机制造成本，具有十分重要的现实意义。

在大型水轮发电机结构中，转子磁轭是最核心的部件之一，其主要作用是产生转动惯量和挂装磁极，同时也是磁路的一部分。大型水电工程中水轮发电机转子磁轭钢要求具有高强度、高韧性、高精度以及高磁感性能。

（1）高强度：随着水电站装机容量不断提升，发电机转子直径和转速也随之增大，磁极、磁轭要承受巨大的离心力和电磁力(在最大飞逸转速时，磁极、磁轭的线速度可以高达130～170m/s，磁极、磁轭在磁轭断面上产生的平均拉应力，应不大于材料屈服点的74%)，所以现代水轮发电机选用的磁轭钢板屈服强度达300～750MPa，抗拉强度达400～1000MPa。

（2）高韧性：由于磁轭钢厚度薄（≤5mm），通常不要求冲击韧性。但为支撑大型转子长期稳定运行以及在寒冷地区的服役，新增了低温冲击韧性要求，如某大型水电站项目中要求磁轭钢纵、横向-20℃下KV2分别不小于60J和40J。

（3）高尺寸精度：磁轭是由数千片甚至上万片磁轭片叠片而成，微小尺寸偏差的累积会导致重量不均和叠片缝隙，影响转子平稳运行。因此，磁轭(极)钢板应表面光滑、平整、厚度均匀，以保证能获得高的转子磁轭(极)叠压系数和小的波浪度。叠压系数是衡量铁芯实际紧密程度的尺度(一般要求不小于0.98)，叠压系数高铁芯紧密程度就高，允许通过的磁通密度就愈多。

（4）优良的不平度及低内应力：若原始钢板存在翘曲，或由于内应力高发生切割变形，导致拉紧螺栓孔之间和孔对外缘轮廓线的公差发生变化，严重影响磁轭的叠装质量，甚至废片。因此，大型水电工程均对磁轭钢的板形质量和内应力提出了极为严苛的要求，如某大型水电站项目中要求磁轭钢激光切割前、后钢板不平度均≤1mm/m。

（5）高的叠装精度：叠装精度直接影响机组的平稳运行。若叠装精度不高，严重时将导致转子失圆碰撞定子等特大事故。尤其是大型水电工程，对叠装精度的要求更为严格，如某大型水电站项目中要求不允许添加补偿片。

（6）高磁感：磁轭、磁极是发电机磁路的一部分，为减少磁损耗，要求磁轭钢具有高磁感性能，电机设计一般要求磁路材料最大工作磁感应强度Bm不小于1.50T，这与冷轧无取向硅钢片的磁感应强度保证值B50相当。大型水电项目还要求具有优良的高场磁感性能，如某大型水电站项目中要求，磁轭钢B50≥1.58T、B100≥1.73T、B200≥1.90T以及B300≥1.93T。

在1950年代以前，水电机组的磁轭和磁极一般采用普通碳素钢钢板制造；

1960年代以后，逐步采用普通低合金钢制造，如屈服强度≥345MPa的16Mn(St-52)。

到了1970～1980年代以后，随着大型水电机组对磁轭强度要求的提高，低合金高强度调质磁轭钢板得到大量使用。

一些大型水电机组的磁轭钢板的屈服强度已经用到650～750MPa，如此之高的屈服强度和比过去更厚的磁轭板(3～6mm)，要通过调质(淬火＋回火)处理才能达到其综合机械性能指标，而调质处理过程的温度差造成磁轭钢板内部高的残余应力，势必导致磁轭钢板几何尺寸的不稳定(如钢板的翘曲变形)，磁轭钢板几何尺寸的变化又会对磁轭的制造精度产生不利影响。

磁极磁轭材料磁感应强度高，磁路上的损耗就少，可以用比较小的励磁功率获得比较高的磁通密度，现代水轮发电机设计过程中，已经把磁轭(极)钢板看成具有特定机械性能和特定磁导性能的功能性材料。

由于铁素体组织具有高的磁通密度，通过降低C-Mn系列钢中C的含量来获得铁素体组织，加入Mn元素来强化铁素体，随Mn含量不同而形成不同的强度级别，再加入微量元素V、Ti、Nb、及AI形成析出相，这是世界各大钢铁公司均不对外公布大型水轮发电机磁轭(极)板的化学成分、磁轭(极)板材生产工艺也高度保密的原因之一。

大型水轮发电机组磁轭平均拉应力一般在150～500MPa之间，磁轭冲片的径向宽度是根据磁轭承受的机械应力和发电机惯性时间常数(GD2)要求确定的，增加了径向宽度可以降低磁轭拉应力，但当磁轭宽度超过800mm时，磁极离心力在磁轭总应力所占比例已经不大，而磁轭径向宽度的加宽导致的重量增加也增大了离心力，所以设计师宁愿选择采用高强度磁轭钢板而不是加宽磁轭宽度的方式来处理磁轭的许用应力问题，这就是高强度磁轭钢板用得比较多的原因。

由于冷轧方式制造的磁轭钢板其屈服强度只能达到500MPa以下，而大型水轮发电机组常常要采用屈服强度达500～750MPa的磁轭钢板制造磁轭冲片，磁轭钢板供应厂商就通过调质处理来提高普通低合金钢板的强度，对调质处理后的钢板进行机械校平后向发电机制造厂家供货。

属于这类调质状态供货的有B450TG179、B500TG179、B550TG178、WDER550、WDER650、WDER700、NKHA690等牌号钢板。

由于在最大过速情况下，磁轭冲片可能相互滑移，所以强度计算就把磁轭片间摩擦力视为安全余量，主要考虑磁轭拉紧螺杆承受磁轭冲片滑移所导致的剪力。强度计算公式表明，最大剪应力与单张磁轭冲片的重量（也是厚度）成正比，所以就磁轭拉紧螺杆的受力条件而言，选择厚度小的磁轭钢板较为有利。

对于用冲压方式制造的磁轭冲片，为了其冲裁力不超过模具和冲压设备能力，也倾向于采用厚度较小的磁轭钢板（一般在1.5～3mm之间选择）。

为了增加激光切割时间、减少吊装钢板的辅助作业时间，激光切割磁轭冲片其钢板厚度一般选4～5mm，激光切割5mm厚以上钢板时，其割缝宽度在钢板厚度方向差别导致切割尺寸精度降低。

高强度的磁轭钢板多以调质状态供货，由于在其内部存在比较高的残余应力，在运输、保管、制造过程中总会发生一些翘曲变形，而且这种翘曲变形随着板厚的增加、钢板的刚性增加而增大，对于激光切割方式制造的磁轭冲片，这种在自由状态下呈现明显翘曲的钢板激光切割后形成的磁轭冲片，会明显影响转子磁轭的装压精度。

关于磁极磁轭钢产品的国际标准是IEC60404-8-5-1989磁性材料第8部分:单项材料规范第5节:具规定机械性能和磁导率的钢片和钢带的规范，当然，为满足大型水电项目对磁极磁轭钢的特殊要求，钢厂也可以按照大中型水电站的采购技术条件或钢厂企标供货。

目前，宝钢股份已形成完整的高强度热轧水电磁轭用钢产品系列，相关产品标准可参见Q/BQB381-2018磁轭用热连轧钢板及钢带，Q/BQB620-2018水电用低裂纹敏感性高强度厚钢板。

热轧用磁极磁轭钢的相关性能要求可参见图4。

SPHC是常规的热轧低碳钢钢板及钢带，主要用于冷成形用途。相关的化学成分可查阅JISG3131:2018熱間圧延軟鋼板及び鋼帯，相关化学成分和力学性能参见图5和图6。

综上所述：考虑到磁轭(极)钢板是既有机械性能要求、又有磁导性要求的水轮发电机专用钢板材料，在水轮发电机设计阶段就需正确地地选择磁轭(极)钢板材料的强度、厚度、交货状态和冲片制造方式，这对于提高水电机组制造质量，有效降低制造成本具有重要意义。

从水轮发电机对磁极磁轭钢的技术要求来看，采用SPHC替代磁轭钢，显然是不合适的。