История электротехнической стали: от кремниевой стали к зернистым-ориентированным маркам

Первые годы кремниевой стали

Исследования электротехнической стали начались примерно в 1900 году, когда было обнаружено, что добавление кремния к железу повышает электрическое сопротивление и снижает магнитные потери. В 1900 году британский металлург Роберт Хэдфилд опубликовал систематические исследования сплавов железа-кремния, показав, что кремний улучшает магнитные свойства железа для электрических применений. Эти ранние сплавы были предшественниками современных электротехнических сталей, хотя их зернистая структура еще не контролировалась.

Изобретение зернисто--ориентированной стали

Решающий шаг был сделан в 1933 году, когда американский металлург Норман Госс запатентовал процесс производства стали с сильной предпочтительной ориентацией зерен. В этом процессе использовались две стадии холодной прокатки с промежуточным отжигом, за которым следовал высокотемпературный окончательный отжиг в контролируемой атмосфере. Полученный материал, позже названный электротехнической сталью с ориентированной структурой -, имел зерна, ориентированные в направлении прокатки, что значительно снизило потери в сердечнике и повысило рабочую плотность магнитного потока. Это открытие сделало возможным создание современных высокоэффективных трансформаторов.

Высокие-классы проницаемости

В 1960-х годах работа над улучшением резкости текстуры Госса привела к получению высоких-степеней проницаемости. Эти марки позволили добиться более точного выравнивания ориентации (110)[001] и лучшей магнитной индукции, что позволило разработчикам трансформаторов уменьшить как размер сердечника, так и исключить-потери нагрузки. Материал с высокой-проницаемостью быстро стал стандартом для больших силовых трансформаторов.

Уточнение домена и современные оценки

С 1979 года стали внедряться последовательно улучшенные марки с уточненными магнитными доменами. Лазерное скрайбирование и другие методы-уточнения доменов разделяют магнитные домены на поверхности полосы, снижая аномальные потери на вихревые-токи. Эти доменные-очищенные сорта представляют собой материалы с наименьшими-потерями, доступные в серийном производстве, и используются в самых больших и эффективных силовых трансформаторах.

Не-Неориентированная электротехническая сталь параллельно

Параллельно с этим была разработана не-ориентированная электротехническая сталь для вращающихся машин, где поток постоянно меняет направление. Его хаотичная структура зерен придает изотропные свойства, а современные не-ориентированные марки сочетают низкие потери с хорошими механическими свойствами для пластин двигателей и генераторов.

Электротехническая сталь сегодня

Современное производство электротехнической стали регулируется международными стандартами: IEC 60404 определяет методы магнитных измерений, ASTM A876/A876M охватывает зерно-ориентированный материал для проектов в Северной Америке, а GB/T 2521 охватывает марки, используемые на китайском и многих азиатских рынках. Марки варьируются от обычного материала толщиной 0,30-0,35 мм для распределительных трансформаторов до улучшенных марок толщиной 0,23 мм-для самых требовательных применений. Нормативы по энергоэффективности-во всем мире продолжают снижать предельные значения потерь в трансформаторах, что способствует активной разработке более качественных сортов с зернистой структурой.

Часто задаваемые вопросы

Кто открыл кремниевую сталь?

Систематическое исследование сплавов железа-кремния принадлежит Роберту Хэдфилду, чьи публикации около 1900 года продемонстрировали магнитные преимущества кремния в железе.

Когда была изобретена текстурированная-ориентированная сталь?

Ключевой процесс был запатентован в 1933 году Норманом Госсом, и вскоре после этого появилась коммерческая зерноориентированная сталь.

Чем зернистая-ориентированная сталь отличается от обычной стали?

Его зерна ориентированы в направлении прокатки, поэтому магнитный поток распространяется в этом направлении с минимальными потерями; обычная сталь такого выравнивания не имеет.

Почему потери в сердечнике важны в трансформаторах?

Потери в сердечнике возникают всякий раз, когда трансформатор находится под напряжением, и оплачиваются в течение всего срока службы, поэтому более низкие-уровни потерь снижают эксплуатационные расходы.

Что такое уточнение домена?

Это обработка поверхности, такая как лазерное скрайбирование, которая разделяет магнитные домены и уменьшает аномальные потери вихревых-токов в полосе с зернистой-ориентацией.

Какие стандарты регулируют сегодня электротехническую сталь?

IEC 60404 для измерений, ASTM A876/A876M и GB/T 2521 для классификации, в зависимости от целевого рынка.