Какие виды электротехнической стали доступны?

GNEE Steel Электротехническая стальная катушка

Текстурированная электротехническая сталь (ГОЭС)

Процесс производства GOES был разработан американским исследователем Норманом П. Госсом в 1930-х годах. Лист стали прокатывают особым способом (с так называемым критическим уменьшением толщины), при котором образуются зародыши зерен, совмещенные с направлением прокатки. При последующей термической обработке и перекристаллизации из зародышей вырастают зерна, пока не заполнят весь объем.

Таким образом, каждое зерно выравнивается, и магнитные свойства максимальны в направлении прокатки, которое также называется направлением «легкого намагничивания». (Намагничивание под углом 90° к этому направлению является «жестким», а под углом 60° — «самым трудным» — это прямой результат ориентации зерен). Это означает, что GOES очень полезен в приложениях, где магнитный поток должен быть направлен в определенном направлении, например, в ветвях трансформатора.

GOES обычно содержат около 96,5% железа, 3% кремния и 0,5% других элементов. Кремний снижает потери и помогает выравнивать рост зерна. С магнитной точки зрения оптимальное количество кремния на самом деле составляет 6,5%, при этом потери еще ниже, проницаемость достигает максимума и сталь не проявляет магнитострикции, которая является основной причиной акустического шума, создаваемого трансформаторами. Однако сталь с содержанием кремния 6,5% настолько хрупкая, что ее нельзя разрезать механически или пробить, поэтому ее необходимо резать лазером или другими специализированными методами. Альтернативный подход — разрезать обычный материал с содержанием кремния 3%, а затем после резки наполнить его большим количеством кремния.

За прошедшие годы в производственный процесс GOES было внесено множество модификаций и улучшений, что, самое главное, привело к сокращению потерь примерно в десять раз. Используемый в настоящее время производственный процесс состоит из более чем 20 этапов, а это означает, что GOES намного дороже, чем строительная сталь. Однако он по-прежнему намного дешевле, чем другие магнитные альтернативы, такие как сплавы никеля и кобальта.

Одним из способов улучшения магнитных характеристик GOES является добавление специального слоя покрытия, который вызывает растягивающее напряжение на поверхности листа. Это улучшает проходимость ГОЭС и снижает потери. В результате сталь, изготовленная таким способом, может работать при более высокой намагниченности (B), чем более традиционные марки. Этот процесс часто называют запатентованным коммерческим названием «Hi-B».

Также проводились лабораторные испытания так называемой «двухориентированной» стали, которая имеет два ортогональных «легких» направления, достигаемых за счет соответствующего роста зерна. Однако производственный процесс еще более дорог, и материал еще не нашел массового коммерческого применения.

Преобладающая толщина коммерчески используемых GOES составляет {{0}},35 мм (самый дешевый), 0,27 мм и 0,23 мм (самый дорогой). Цена обычно составляет несколько долларов США за килограмм.

Неориентированная электротехническая сталь (НОЭС)

В NOES зерна намного мельче, обычно менее 0,1 мм. Они не ориентированы в каком-то определенном направлении. Совсем наоборот — их следует распределить как можно хаотично, чтобы обеспечить симметричность загрузки. Это связано с тем, что НОЭС используются в сердечниках вращающихся машин, где магнитный поток вращается и все время меняет свое положение в «зубцах» пластин. Процесс производства проще, чем у GOES, и поэтому сталь дешевле – обычно вдвое дешевле.

Поскольку NOES производится из более толстых листов (0,35 мм и более), штамповка сложнее, и во время резки возникает больше механических деформаций и напряжений. Это ухудшает магнитные характеристики и не всегда допустимо. В этих случаях после резки пластины необходимо отжигать для улучшения их магнитных свойств. В результате NOES доступны в двух основных типах: полностью обработанные, не требующие повторного отжига, и полуобработанные, для которых необходима окончательная термическая обработка.

Еще одним важным фактором является также содержание кремния. Добавление кремния несколько снижает намагниченность насыщения. Это важно во вращающихся машинах, зубья которых могут работать в условиях насыщения. Механический крутящий момент вращающейся машины пропорционален квадрату намагничивания, поэтому даже небольшое улучшение намагничивания оправдано, поскольку приводит к значительному увеличению крутящего момента. По этой причине, когда механические характеристики имеют первостепенное значение, содержание кремния часто снижается до гораздо более низкого уровня (иногда даже ниже 0,5%). Это улучшает крутящий момент, но, конечно, приводит к более высоким потерям на вихревые токи, которые можно уменьшить только за счет уменьшения толщины используемых пластин.

NOES часто используется для небольших дешевых трансформаторов для бытовой техники, где цена устройства является решающим фактором.