Добавление кремния (Si) к железу (Fe) в надлежащих пропорциях с помощью определенного производственного процесса значительно улучшает магнитные и электрические свойства железа. В конце 19 века было обнаружено, что добавление кремния к железу значительно улучшило удельное сопротивление железа, и, таким образом, была разработана кремнистая сталь или то, что мы теперь знаем как электротехническая сталь. В стали не только уменьшились потери на вихревые токи, но также наблюдалось значительное улучшение магнитной проницаемости и снижение магнитострикции. В следующей таблице показано, как изменяются определенные электрические и магнитные свойства железа при добавлении кремния.
Н.П. Госс, первый изобретатель процесса производства холоднокатаной кремнистой стали с ориентированным зерном или CRGO, в 1933 году поделился этой идеей своими словами: «У меня есть экспериментальные данные, которые приводят меня к мысли, что существует очевидная связь между размером зерна и пластичностью стали. образец и его магнитные свойства. Эти тесты показывают, что мелкие однородные зерна и высокая пластичность сопровождаются высокой проницаемостью». Эта идея вызвала революцию в сталелитейной промышленности, которая привела к производству высококачественных сталей. В зависимости от ориентации зерен кремнистые стали бывают двух типов:
Кремнистая сталь с ориентированным зерном (GO).
Кремнистая сталь без ориентированного зерна (GNO).
В следующих разделах мы поговорим о стали GO. В частности, мы поговорим о холоднокатаной текстурированной кремнистой стали (CRGO) и ее применении.
холоднокатаная сталь
Это делается для уменьшения толщины стали в диапазоне от 0,1 мм до 2 мм, что не может быть достигнуто путем горячей прокатки. Во время этого процесса в тщательно контролируемых условиях достигаются оптимальные магнитные характеристики в направлении прокатки. Это направление также известно как текстура Госса (110)[001], которая представляет собой направление легкого намагничивания в направлении прокатки. Это можно показать на рисунке ниже. Сталь с ориентированным зерном не используется во вращающихся электрических машинах, где магнитное поле находится в плоскости пластин, но угол между магнитным полем и направлением прокатки постоянно меняется. Для этого используется кремнистая сталь без ориентированного зерна.
Свойства стали CRGO
Это магнитомягкий материал, обладающий следующими свойствами:
Высокая магнитная проницаемость.
Пониженная магнитострикция.
Высокое сопротивление.
Высокий коэффициент укладки или ламинирования позволяет создавать компактные конструкции сердечника.
Низкие потери.
Марки стали CRGO
Самые ранние марки стали были известны как M7 (0,7 Вт/фунт при 1,5T/6{7}}Гц) и M6 (0,6 Вт/фунт при 1,5T/60 Гц).
Аналогичным образом в конце 1960-х годов были разработаны марки М5, М4 и М3.
Новый материал под названием Hi-B имеет замечательную степень ориентации и на 2-3 градуса лучше, чем обычные изделия из стали CRGO.
Применение кремниевой стали CRGO в качестве сердечника трансформатора
Сталь марки CRGO в основном применяется в качестве основного материала для силовых трансформаторов и распределительных трансформаторов. Это можно объяснить следующим образом
Высокая магнитная проницаемость приводит к низким токам возбуждения и меньшей индукции.
Низкий гистерезис и потери на вихревые токи.
Превосходный коэффициент прокатки позволяет создавать лучшие и более компактные конструкции и, следовательно, требует меньше материала.
Высокие характеристики насыщения колена.
Очень низкий уровень магнитострикции позволяет уменьшить шум.
Увеличивает легкость намотки и повышает производительность.
Будущее применение кремнистой стали CRGO
Несмотря на то, что существуют альтернативы маркам стали CRGO, такие как никель-железо, мю-металл, полоса аморфного бора, суперстекло и т. д., сталь CRGO по-прежнему является лучшим выбором в трансформаторной промышленности. Было показано, что сплавы, такие как аморфный металл Fe78-B13-Si9, имеют гораздо более низкие потери в сердечнике при использовании в качестве сердечника распределительного трансформатора по сравнению со сталью класса CRGO. Оптимальное добавление кремния в сталь может изменить текстуру для достижения желаемых магнитных свойств при производстве в контролируемых условиях.
