奧氏體不銹鋼Forta H系列為汽車電氣工程提供了重要的新替代品
奧托昆普的新型Forta H系列超高強度不銹鋼正在汽車工業中迅速引起人們的興趣，它可以幫助設計師創造堅固，耐用和輕便的汽車結構。但是，其功能并不止于此。Forta H系列還為電動汽車（EV）電機和其他需要高性能非磁性材料的應用提供了一種經濟高效的替代品。原因是，Forta H系列不銹鋼即使經過大量的成形，機械加工和焊接，這種全奧氏體不銹鋼也具有完全穩定的非磁性微觀結構。
為什么非磁性材料對EV電動機很重要？
簡而言之，電動汽車的電動機將磁場中流動的電流轉換為驅動車輪的旋轉力。電動機的效率取決于運行過程中產生的內在損耗。這意味著某些關鍵部件，例如支撐環和保護殼，在理想情況下應由非磁性材料制成，這將對磁場的影響最小化。
材料的非磁性程度也非常重要，使用99％（而非97％）的非磁性材料會對EV電動機的整體效率產生非常重要的影響。電動機的設計和構造等許多其他因素也對效率產生重大影響。
磁性和非磁性不銹鋼
要了解Forta H系列的優點，我們要先考慮不同類型不銹鋼的微觀結構對磁性的影響。
純鐵通常以兩種主要的晶體結構存在：具有體心立方（bcc）晶格的α-鐵-形成鐵素體和具有面心立方（fcc）晶格的γ-鐵–形成奧氏體，見圖1。
在室溫下，純鐵作為鐵素體存在。在高于911°C的溫度下它會轉變成奧氏體。但是，稱為奧氏體形成劑的特殊合金元素（如鎳，錳，鈷或氮）可使奧氏體在室溫下存在。由于其特征性的fcc微觀結構，奧氏體鋼表現出與鐵素體鋼不同的性能，特別是在耐腐蝕性方面。
在電氣工程方面，最關鍵的區別是鐵素體鋼具有鐵磁性，它們被磁鐵吸引，而奧氏體鋼具有順磁性，它們是非磁性材料。
還有另一個重要的晶體結構–馬氏體。奧氏體在高溫下的fcc結構使碳原子容易進入鐵原子之間的空間。在bcc鐵素體結構中，碳原子的空間要少得多。因此，如果非?？焖俚乩鋮s（淬火）加熱后的鋼，碳原子就會被困在鐵素體中，形成馬氏體的扭曲晶體結構。這很重要，因為馬氏體非常堅硬，是強化鋼的重要因素，而且它也具有鐵磁性。
圖1 –純鐵可以兩種主要晶體形式存在-磁性鐵素體和非磁性奧氏體
Forta H系列–始終非磁性，因為它從不形成馬氏體
在需要非磁性材料的應用中使用常規奧氏體鋼的主要挑戰是，它們容易在成型，機械加工和焊接過程中形成馬氏體。磁性馬氏體會損害其非磁性。
這就是新的Forta H系列具有顯著優勢的地方，嚴格控制奧氏體形成元素的添加使其具有完全的奧氏體組織。至關重要的是，它不會因形成馬氏體而變硬。相反，它依賴于具有稱為TWIP（孿晶誘導塑性）效應的硬化過程。這使鋼在加工時具有很高的瞬時硬化率（n值），并且顯微組織變得越來越細。
Forta H系列保持其穩定且完全奧氏體的微觀結構，而不會在鉆孔，車削，銑削，沖壓和焊接等成形和加工過程中轉變成馬氏體。這意味著，它始終保持非磁性。圖2至5總結了Forta H系列的主要特性，這些特性對于電氣工程很重要。
圖2.不同材料的電導率
圖3.Forta H系列的物理特性
圖4.屈服強度和延伸率曲線
圖5. Forta H系列的機械性能
Forta H系列的磁性如何？
材料的磁性通過其磁導率來衡量，磁導率是材料對外加磁場線性反應的磁化程度。磁導率通常是相對于空氣或真空的比值-標稱值為1。
Forta H系列的相對磁導率僅為1.006，相比之下，碳鋼的典型值為100，純鐵的典型值為5,000。
Forta H系列應用于電動機組件
除了非磁性以外，Forta H系列具有很高的強度，含鎳量低且價格穩定。在遠高于EV電動機可能遇到的300~350°C的高溫下，它還能保持其強度。這意味著Forta H系列提供了替代鋁合金的高性能解決方案。圖6中顯示可能使用Forta H系列材料的區域，包括主殼體，端蓋，法蘭端蓋和支撐盤。
圖6. Forta H系列可提供更高性能的電動機組件
Forta H系列還可用于其他電氣應用。例如，快速作用的電磁閥現在被大量用于車輛的座椅，車窗玻璃升降器和后視鏡等部件中。
電磁兼容性EMC因素
除了具有非磁性，Forta H系列還可以作為幫助關鍵的電氣組件滿足目前日益嚴格的電磁兼容性（EMC）標準的材料。這意味著關鍵的機載組件被屏蔽，以使它們不會發射會影響其他車輛的射頻干擾（RFI），同時還確保它們本身不受RFI的影響。隨著市場向半自動和全自動駕駛汽車發展，EMC對于確保車輛的安全性和可靠性尤為重要。
Forta H系列具有1.24 m /（Ω·mm2）的低電導率，對于EMC應用而言，它是鋁的電導率28-36 m /（Ω·mm2）的1/29。由于輻射功率受平方律控制，因此Forta H系列的屏蔽比鋁有效841倍。
Forta H系列-汽車電氣工程應用的新選擇
無論是如何成型或加工，Forta H系列均保留完全奧氏體的非磁性，低電導率的微觀結構。這使其非常適合：
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電動汽車電機組件
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快速作用電磁閥
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EMC屏蔽
Forta H系列的其他優點包括：
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高強度，輕質材料
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出色的防撞性能
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良好的耐腐蝕性
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低鎳含量，價格穩定
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完全可回收
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優異的技術支持
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先進的研發中心
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對汽車行業的深刻理解
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