Електротехнічна сталь і її властивості

Найбільше застосування в електротехніці отримала листова електротехнічна сталь. Ця сталь є сплавом заліза з кремнієм, зміст якого в ній 0,8 - 4,8%. Такі стали, в які вводяться в малій кількості будь-які речовини для поліпшення їх характеристики, іменуються легованими.

Кремній вводиться в залізо у вигляді феросиліцію (сплав сісліціда заліза FeSi з залізом) і знаходиться в ньому в розчиненому состояніі.Кремній реагує з більш шкідливою (для магнітних властивостей заліза) домішкою - киснем, відновлюючи залізо з його оксидів FеО і утворюючи кремнезем SiO2, який перебігає частково в шлак.

Кремній також сприяє виділенню вуглецю із з`єднання Fе3С (цементит) з утворенням графіту. Таким чином, кремній позбавляє хімічні сполуки заліза (FеО і Fе3С), які викликають підвищення коерцитивної сили і нарощують - втрати на гістерезис. Крім того, наявність кремнію в залозі в кількості 4% і більше нарощує питомий електричний опір в порівнянні з чистим залізом, в результаті чого зменшуються втрати на вихрові струми.

Незважаючи на те що індукція насичення ВS заліза з підвищенням кремнію в ньому значно збільшується і досягає при 6,4% кремнію великий величини (ВS = 2800 гс), все таки кремнію вводять менше 4,8%. Підвищення вмісту кремнію більше 4,8% призводить до того, що стали отримують завищену крихкість, т. Е. Механічні характеристики їх погіршуються.

Виплавляється електротехнічна сталь в мартенівських печах. Листи виготовляють прокаткою залізного злитка в прохолодному або жаркому стані. Тому розрізняють холодно і гарячекатану електротехнічну сталь.

Залізо має кубічну кристалічну структуру. За дослідженням намагнічування виявилося, що воно може бути неоднаково за різними напрямками цього куба. Великим намагнічуванням кристал має в напрямку ребра куба, найменшим - по діагоналі грані і найменшим - по діагоналі куба. Тому краще, щоб все кристалики заліза в листі вишикувалися в процесі прокатки в ряди по напрямку ребер куба.

Це досягається повторними прокатки листів стали, з сильним обтисненням (до 70%) і в такий відпалом в атмосфері водню. Це сприяє очищенню стали від кисню і вуглецю, також укрупнення кристалів і орієнтуванні їх таким чином, щоб ребра кристалів збігалися з напрямком прокатки. Такі стали іменуються текстуровані. У їх магнітні властивості у напрямку прокатки вище, ніж у звичайної гарячекатаної сталі.

Листи текстурованої сталі виготовляються прохолодною прокаткою. Магнітна проникність їх вище, а втрати на гістерезис менше, ніж у гарячекатаних листів. Крім того, у холоднокатаної сталі індукція в слабких магнітних полях росте сильніше, ніж у гарячекатаної, т. Е. Крива намагнічування в слабких полях розміщується істотно вище кривої гарячекатаної сталі.

Мал. 1. Процес виробництва листової електротехнічної сталі

Слід, однак, відзначити, що в підсумку орієнтування зерняток текстурованої сталі у напрямку прокатки магнітна проникність по іншим фронтам менше, ніж у гарячекатаних. Так, при індукції 6 = 1,0 Тл в напрямку прокатки магнітна проникність μм = 50000, а в напрямку перпендикулярно прокатці μм - 5500. У зв`язку з цим при складанні Ш-образних сердечників трансформаторів використовують окремі смуги стали, вирізані вздовж прокатки, які потім шихту так, щоб напрямок магнітного потоку збігалося з напрямком прокатки сталі або становило б з ним кут 180 °.

На рис. 2 наведені криві намагнічування електротехнічних сталей ЕЗЗОА і Е41 для 3-х діапазонів напруженостей магнітного поля: 0 - 2,4, 0 - 24 і 0 - 240 а / см.

Мал. 2. Криві намагнічування електротехнічних сталей: а - сталь Е330 (текстуроване), б - сталь Е41 (нетекстурованих)

Електротехнічна листова сталь має непогані магнітними рисами - високою індукцією насичення, малої коерцитивної силою і малими втратами на гістерезис. Завдяки цим властивостям вона широко використовується в електротехніці для виробництва сердечників статорів і роторів електронних машин, сердечників силових трансформаторів, трансформаторів струму і магнитопроводов різних електронних апаратів.

Російська електротехнічна сталь різниться за змістом в ній кремнію, за методом виробництва листів, також по магнітним і електронних властивостях.

Буква Е в позначенні стали значить «електротехнічна сталь", 1-ша за буквою цифра (1, 2, 3 і 4) означає ступінь легування стали кремнієм, при цьому вміст кремнію знаходиться в наступних межах в%: для слаболегірованних стали (Е1) від 0,8 до 1,8, для середньолегованих стали (Е2) від 1,8 до 2,8, для повишеннолегірованной стали (ЕЗ) від 2,8 до 3,8, для високолегованої сталі (Е4) від 3,8 до 4 , 8.

Середня величина питомої електричного опору електротехнічної сталі ρ теж знаходиться в залежності від кількості кремнію. Воно тим вище, чим більше вміст кремнію в стали. Стали маленький світ Е1 мають опір ρ = 0,25 ом х мм 2 / м, марок Е2 - 0,40 ом х мм 2 / м, марок ЕЗ - 0,5 ом х мм 2 / м і марок Е4 - 0,6 ом х мм 2 / м.

перемагничивании (вт / кг). Ці втрати тим менше, чим більше цифра, т. Е. Більше ступінь легування стали кремнієм. Нулі після цих цифр означають, що сталь холоднокатана текстуровані (0) і холоднокатана малотекстурованной (00). Буква А показує на особливо низькі питомі втрати при перемагничивании стали.

Електротехнічна сталь випускається у вигляді листів товщиною від 240 до 1000 мм, довжиною від 720 до 2000 мм і шириною 0,1, 0,2, 0,35, 0,5 і 1,0 мм. Найбільше застосування мають текстуровані стали, так як вони володіють великими значеннями магнітних характеристик.

Мал. 3. Електротехнічна сталь

Школа для електрика