Сталь электротехническая: производство и применение

Производство этого вида стали занимает главенствующее место среди прочих магнитных материалов. Сталь электротехническая - это сплав железа с кремнием, доля которого составляет от 0,5% до 5%. Широкую популярность изделий данного вида можно объяснить высокими электромагнитными и механическими свойствами. Изготавливают такую сталь из широко распространенных компонентов, дефицита в которых нет. Это объясняет ее низкую стоимость.

Влияние кремния

Данная составляющая во взаимодействии с железом образует плотный раствор с высоким удельным сопротивлением, величина которого зависит от того, какой процент кремния в сплаве. При воздействии его на чистое железо оно теряет свои магнитные свойства.

А вот при воздействии на техническое, наоборот, сказывается положительно. Проницаемость железа возрастает и происходит улучшение стабильности металла. Благоприятное действие кремния (Si) можно объяснить следующим образом. Под влиянием этого элемента происходит переход углерода в графит из состояния цементита, который обладает меньшими магнитными свойствами. Элемент Si оказывает нежелательное воздействие на снижение индукции. Влияние его распространяется на теплопроводность и на плотность железа.

Примеси в составе

В своем составе сталь электротехническая может содержать и другие компоненты: серу, углерод, марганец, фосфор и прочие. Самый вредный из них - углерод (С). Он может находиться в форме как цементита, так и графита. Это по-разному влияет на сплав, так же, как и процент содержания углерода. Чтобы избежать нежелательных включений элемента С, нельзя сталь быстро охлаждать для следующего старения и стабилизации.

Отрицательное воздействие на свойства материала оказывают следующие компоненты: кислород, сера, марганец. Они снижают его магнитные качества. Техническое железо в своем составе обязательно имеет примеси. Здесь их приходится учитывать в совокупности, не так, как для чистого железа.

Можно улучшить свойства стали, применив очистку от примесей. Но такой метод не всегда выгоден на масштабном производстве. А вот с помощью холодной прокатки листовая электротехническая сталь образует в своей структуре магнитные свойства. Это позволяет добиться лучших результатов. Но обязательно необходим дальнейший обжиг.

Холодная прокатка

На протяжении длительного времени считали, что кремний увеличивает хрупкость стали. Производство проходило в основном с помощью горячей прокатки. Рентабельность холодной прокатки была низкой.

Только после того, как было обнаружено, что холодная обработка вдоль направления повышает магнитные свойства материала, она получила широкое применение. Другие направления показали себя только с худшей стороны. Холодная прокатка благотворно повлияла на механические свойства, а также на улучшение качества листовой поверхности, повысила его волнистость и дала возможность штампования.

Отличительные свойства, которые получила сталь электротехническая за счет применения холодной обработки, можно объяснить образованием в ней кристаллографической текстуры. Она отличается несколькими степенями. Они, в свою очередь, зависят от того, при какой температуре проходит прокатка, также от толщины необходимого листа и от того, в какой степени он обжат.

Себестоимость листа одной толщины горячекатаной стали в 2 раза ниже, чем холоднокатаной.

Но данное отрицательное качество полностью компенсируется низкими теплопотерями (их меньше примерно раза в два), высоким качеством и возможностью хорошей штамповки холоднокатаного сплава. Различие в этих сталях - содержание кремния. Его количество составляет от 3,3% до 4,5% соответственно.

ГОСТ

Производители выпускают всего два вида стали, которые соответствуют по ГОСТу.

Первый вид - 802—58 "Электротехническая тонколистовая". Второй - сталь электротехническая ГОСТ 9925—61 "Лента холоднокатаная рулонная из электротехнической стали".

Обозначение

Маркируется буквой «Э», за ней идет номер, цифры которого имеют определенное значение:

• Первая цифра в значении маркировки означает степень легирования стали с кремнием. От слаболегированной до высоколегированной, соответственно в цифрах от 1 до 4. Динамные – это стали из групп Э1 и Э2. Трансформаторные – Э3 и Э4.
• Вторая же цифра маркировки имеет диапазон от 1 до 8. Она показывает электромагнитные свойства материала при применении ее в определенных эксплуатационных условиях. По этой маркировке можно узнать, в каких областях можно применять ту или иную сталь.

Цифра ноль следом за второй цифрой означает, что сталь текстурированная. Если стоят два ноля, то она мало текстурированная.

В конце маркировки можно встретить следующие буквы:

• «А» - удельные потери материала очень низкие.
• «П» - материал с высокой прочностью проката и высокой отделкой поверхности.

Сфера эксплуатации

Делится сплав по области применения на три вида:

• пригодный для работы в сильных и средних магнитных полях (чистота перемагничивания 50 Гц);
• подходящий для работы в средних полях при частоте до 400 Гц;
• сталь, которая эксплуатируется в средних и малых магнитных полях.

Листы электротехнической стали выпускают следующих размеров: ширина от 240 до 1000 мм, по длине могут быть от 720 мм до 2000 мм, толщина - в диапазоне от 0,1 до 1 мм. Больше всего применение находят текстурированные стали, так как они обладают высоким значением электромагнитных свойств. Листы такого материала часто используют в электротехнике.

Электротехническая сталь - свойства

Свойства сплава:

• Удельное сопротивление. От этого показателя напрямую зависит качество материала. Сталь применяется там, где необходимо сдержать электричество внутри проводника и доставить его по назначению.
• Коэрцитивная сила. Отвечает за способность внутреннего магнитного поля к размагничиванию. Для определенных устройств это свойство требуется в разной степени. В трансформаторах и электродвигателях используют детали с высокой способностью размагничивания. У стали данный показатель имеет низкое значение. А вот в электромагнитах нужна, наоборот, высокая коэрцитивная сила. Чтобы скорректировать магнитные свойства, в сплав стали добавляют нужный процент кремния.

• Ширина петли гистерезиса. Этот показатель должен быть как можно меньше.
• Магнитная проницаемость. Чем выше данный показатель, тем лучше материал "справляется" со своими задачами.
• Толщина листа. Для изготовления многих приборов и деталей используют материалы, толщина которых не превышает одного миллиметра. Однако при необходимости данный показатель уменьшают до значения 0,1 мм.

Применение

Из листовых материалов первого класса можно изготовить разные виды магнитопроводов для реле и регуляторов.

Электротехническая сталь марки второго класса может быть использована для стартеров электромашин постоянного и переменного токов, сердечников роторов.

Третий класс будет пригоден для изготовления магнитопроводов для силовых трансформаторов, а также стартеров крупных синхронных машин.

Чтобы изготовить остов для электрической машины, нужно применить стальное литье, в котором содержание углерода равно не более 1%. Изделия из такого материала подвергают постепенному отжигу. Углеродистую сталь применяют при изготовлении деталей машин, подвергающихся сварке.

Из таких видов материалов делают главные полюсы для машин постоянного тока.

Для тех деталей машин, которые несут максимальную нагрузку (пружины, роторы, валы якорей), применяют сплавы с высокими механическими свойствами. Такой материал может содержать в себе никель, хром, молибден и вольфрам. Возможно изготавливать магнитопроводы из электротехнической стали. Они используются для трансформаторов низких частот – 50Гц.

Стержневой магнитопровод

Магнитопроводы делятся они на броневые и стержневые. Каждый вид имеет свои особенности.

Стержневой: у такого магнитопровода стержень вертикальный и имеет ступенчатое сечение, вписанное в окружность. На них особой цилиндрической формой расположены обмотки магнитопровода.

Броневой

Изделия такой конструкции имеют прямоугольную форму, а их стержни имеют поперечное сечение, расположены они горизонтально. Такой тип магнитопровода применяется только в сложных приборах и конструкциях. Поэтому такие конструкции не получили большого распространения.

Итак, мы выяснили, что собой представляет сталь электротехническая и где она используется.