Stal elektrotechniczna i jej właściwości

Blacha elektryczna była najczęściej stosowana w elektrotechnice... Stal ta jest stopem żelaza z krzemem, którego zawartość wynosi 0,8 - 4,8%. Takie stale, które są wprowadzane w niewielkiej ilości dowolnych substancji w celu poprawy ich właściwości, nazywane są stopowymi.

Krzem jest wprowadzany do żelaza w postaci żelazokrzemu (stopu cysylidu żelaza FeSi z żelazem) i znajduje się w nim w stanie rozpuszczonym.Krzem reaguje z najbardziej szkodliwym (dla właściwości magnetycznych żelaza) zanieczyszczeniem — tlenem, redukując żelazo z jego tlenki FeO i tworzy dwutlenek krzemu SiO2, który częściowo przechodzi do żużla.

Krzem sprzyja również uwalnianiu węgla ze związku Fe3C (cementytu) z tworzeniem grafitu. W ten sposób krzem eliminuje związki żelaza (FeO i Fe3C), które powodują wzrost koercji i wzrost — utrata histerezy… Ponadto obecność krzemu w żelazie w ilości 4% lub więcej zwiększa opór elektryczny w porównaniu z czystym żelazem, powodując straty prądy wirowe.

Pomimo faktu, że indukcja nasycenia Bs żelaza wraz ze wzrostem zawartości krzemu w nim znacznie wzrasta i osiąga dużą wartość przy 6,4% krzemu (Bs = 2800 gausów), to jednak krzem wprowadza się nie więcej niż 4,8%. Zwiększenie zawartości krzemu o więcej niż 4,8% prowadzi do tego, że stale nabierają zwiększonej kruchości, czyli pogarszają się ich właściwości mechaniczne.

Stal elektrotechniczna topi się w piecach kunowych. Blachy produkowane są przez walcowanie wlewka stalowego w stanie zimnym lub gorącym. Dlatego należy rozróżnić stal elektrotechniczną walcowaną na zimno i na gorąco.

Żelazo ma sześcienną strukturę krystaliczną. Według badań namagnesowania okazało się, że może ono być nierówne w różnych kierunkach tego sześcianu.Kryształ ma największe namagnesowanie wzdłuż krawędzi sześcianu, najmniejsze wzdłuż przekątnej ściany, a najmniejsze wzdłuż przekątna sześcianu. Dlatego pożądane jest, aby wszystkie kryształy żelaza w arkuszu układały się w trakcie walcowania w rzędy w kierunku krawędzi sześcianu.

Osiąga się to poprzez wielokrotne walcowanie blach stalowych, z silną redukcją (do 70%) i późniejszym wyżarzaniem w atmosferze wodoru. Sprzyja to oczyszczeniu stali z tlenu i węgla, a także ekspansji kryształów i ich orientacji tak, aby krawędzie kryształów pokrywały się z kierunkiem walcowania. Nazywa się takie stale teksturowane... Mają wyższe właściwości magnetyczne w kierunku walcowania niż konwencjonalna stal walcowana na gorąco.

Teksturowane blachy stalowe są wytwarzane przez walcowanie na zimno. Przepuszczalność magnetyczna są większe, a straty histerezy mniejsze niż w przypadku blach gorącowalcowanych.Ponadto w przypadku stali walcowanej na zimno indukcja w słabych polach magnetycznych wzrasta silniej niż w przypadku stali walcowanej na gorąco, tj. krzywa magnetyzacji w słabych polach jest znacznie wyższa niż krzywa dla stali walcowanej na gorąco.

Ryż. 1. Proces wytwarzania blachy elektrotechnicznej

Należy jednak zauważyć, że w wyniku orientacji ziarna stali zorientowanej wzdłuż kierunku walcowania przenikalność magnetyczna w innych kierunkach jest mniejsza niż stali walcowanej na gorąco. Tak więc przy indukcji 6 = 1,0 T w kierunku walcowania przenikalność magnetyczna μm = 50 000, a w kierunku prostopadłym do toczenia μm — 5500. W związku z tym przy montażu rdzeni transformatora w kształcie litery W stosuje się oddzielne taśmy stalowe , cięte wzdłuż długości walcowania, które następnie miesza się tak, aby kierunek strumienia magnetycznego pokrywał się z kierunkiem walcowania stali lub tworzył z nią kąt 180°.

na ryc. 2 przedstawia krzywe namagnesowania stali elektrotechnicznej EZZOA i E41 dla trzech zakresów natężenia pola magnetycznego: 0 — 2,4, 0 — 24 i 0 — 240 A/cm.

Ryż. 2. Krzywe namagnesowania stali elektrotechnicznych: a — stal E330A (teksturowana), b — stal E41 (bez tekstury)

Blacha ze stali elektrotechnicznej ma dobre właściwości magnetyczne - wysoką indukcję nasycenia, małą siłę koercji i niską utratę histerezy. Dzięki tym właściwościom jest szeroko stosowany w elektrotechnice do produkcji rdzeni stojanów i wirników maszyn elektrycznych, rdzeni transformatorów mocy, przekładników prądowych oraz rdzeni magnetycznych różnych urządzeń elektrycznych.

Krajowa stal elektrotechniczna różni się zawartością krzemu, sposobem wykonania arkuszy, a także właściwościami magnetycznymi i elektrycznymi.

Litera D z oznaczeniem stal oznacza „elektrotekhnikanichnaya steel”, pierwsza cyfra po literze (1, 2, 3 i 4) oznacza stopień stopowania stali z krzemem, a zawartość krzemu mieści się w następujących granicach w %: dla stali niskostopowej (E1) od 0,8 do 1,8, stali średniostopowej (E2) od 1,8 do 2,8, stali wysokostopowej (EZ) od 2,8 do 3,8, stali wysokostopowej (E4) od 3,8 do 4,8.

Średnia rezystancja elektryczna, aby stać się ρ zależy również od ilości krzemu. Im wyższa, tym wyższa zawartość krzemu w stali. Stale Mirok E1 mają rezystancję ρ = 0,25 Ohm NS mm2/m, gatunki E2 — 0,40 Ohm NS mm2/m, gatunki EZ — 0,5 Ohm NS mm2/m oraz gatunki E4 — 0,6 Ohm NS mm2/m.

Namagnesowanie NS (W/kg). Straty te są tym mniejsze, im większa liczba, czyli im wyższy stopień stopowania stali z krzemem. Zera po tych liczbach ОznZałóżmy, że stal ma teksturę walcowaną na zimno (0) i niską teksturę walcowaną na zimno (00). Litera A wskazuje na szczególnie niskie straty właściwe przy odwracaniu namagnesowania stali.

Stal elektrotechniczna produkowana jest w postaci blach o szerokości od 240 do 1000 mm, długości od 720 do 2000 mm i grubości 0,1, 0,2, 0,35, 0,5 i 1,0 mm. Stale teksturowane są najczęściej stosowane, ponieważ mają najwyższe wartości właściwości magnetycznych.

Ryż. 3. Stal elektrotechniczna