Що таке кремнієва сталь?

Що таке кремнієва сталь?

Кремнієва сталь — це магнітом’який сплав кремнію та заліза з дуже низьким вмістом вуглецю, який зазвичай містить 1.0 відсотка–4,5 відсотка кремнієвих легуючих компонентів. Кремній є корисним розкислювачем сталі, оскільки він реагує з киснем, утворюючи стабільний SiO2, який не відновлюється до вуглецю, таким чином уникаючи викривлення решітки заліза, спричиненого легуванням атомів кисню. Кремній твердне в Fe, збільшуючи питомий опір, а також сприяючи відділенню шкідливої ​​домішки вуглецю. Як наслідок, включення кремнію підвищує питомий опір і максимальну проникність заліза, зменшує коерцитивну силу, втрати в серцевині (втрати заліза) і магнітне старіння, а також вимагає певного ступеня гнучкості для задоволення потреб обробки штампуванням і зсувом під час виготовлення приладів. Необхідно мати меншу кількість шкідливих забруднень, а також плоску форму пластини та прийнятну якість поверхні, щоб покращити магнітну сприйнятливість і зменшити втрати на гістерезис. Однак збільшення процентного вмісту кремнію робить матеріал твердим і крихким, знижує теплопровідність і міцність, зменшує розсіювання тепла та ускладнює механічну обробку; таким чином, загальний вміст кремнію в сталевих листах не повинен перевищувати 4,5 відсотка.

Класифікація кремнієвої сталі

- За технологією виготовлення кремнієву сталь можна класифікувати як гарячекатану або холоднокатану; гарячекатана кремнієва сталь має обмежену доступність і значну втрату енергії, тому її поступово припиняють використовувати. Відповідно до внутрішньої орієнтації зерен холоднокатана кремнієва сталь класифікується як орієнтована кремнієва сталь або неорієнтована кремнієва сталь.

- Електротехнічна сталь поділяється на два типи залежно від вмісту кремнію: листи з низьким вмістом кремнію (низький клас) і листи з високим вмістом кремнію (високий клас). Сталевий лист із низьким вмістом кремнію має певну механічну міцність і його зазвичай називають «сталевим листом із силіконової динамо». Сталевий лист із високим вмістом кремнію є магнітним, але більш крихким і зазвичай використовується в конструкціях сердечників трансформаторів і називається «листом трансформаторної кремнієвої сталі».

Різниця між зернистою та неорієнтованою кремнієвою сталлю

Розподіл зерна зернисто-орієнтованої кремнієвої сталі невпорядкований, має низький вміст кремнію, і в основному використовується у виробництві двигунів.

Розподіл зерна неорієнтованої кремнієвої сталі є хаотичним з низьким вмістом кремнію і в основному використовується у виробництві трансформаторів. Типова межа концентрації кремнію становить 3 відсотки. Холоднокатана кремнієва сталь класифікується на два типи: неорієнтована кремнієва сталь і кремнієва сталь з орієнтованим зерном:

- Виробництво холоднокатаної неорієнтованої кремнієвої сталі досить просте, масова частка кремнію коливається від 0.5 до 3.0 відсотків. Товщина готового продукту після холодної прокатки зазвичай становить від 0.35 до 0.5 мм. Він має більший BS, ніж орієнтована кремнієва сталь, а також рівномірну товщину, чудову точність розмірів, гладку та плоску поверхню, а також кращий коефіцієнт заповнення та магнітні характеристики.

- Масовий вміст кремнію в холоднокатаній зернисто-орієнтованій кремнієвій сталі становить 3.0 відсотки або вище, а масова частка вуглецю становить 0.03 відсотки –0,05 відсотка. Оскільки оксидні включення в сталі незначні, потрібні інгібітори. Кремнієва сталь з орієнтованою зернистістю забезпечує менші втрати в сталі, сильний спрямований магнетизм і чудову високу проникність і низькі втрати в напрямку прокатки порівняно з холоднокатаною неорієнтованою кремнієвою сталлю. Холоднокатана зерниста кремнієва сталь, також відома як «холоднокатана трансформаторна кремнієва сталь», в основному використовується у виробництві трансформаторів.

Холоднокатана орієнтована кремнієва сталь далі поділяється на два типи: звичайна орієнтована кремнієва сталь (CGO) і орієнтована кремнієва сталь з високою магнітною індукцією (Hi-B). Холоднокатана орієнтована кремнієва сталь із високою магнітною індукцією — це одноорієнтована сталева стрічка, яка в основному використовується у виробництві електронних приладів, таких як дроселі, трансформатори та інші електромагнітні компоненти.

Вимоги до продуктивності листової кремнієвої сталі

Основними характеристиками якості кремнієвих сталевих листів є значення втрат заліза, щільність магнітного потоку, твердість, площинність, однорідність товщини, тип покриття та здатність листа пробивати.

- Низькі втрати заліза

Низькі втрати заліза є важливим показником якості листової кремнієвої сталі; втрати заліза в листі з кремнієвої сталі визначаються різними класами листової кремнієвої сталі; чим вищий клас, тим менше значення втрати заліза.

- Висока щільність магнітного потоку

Іншою важливою електромагнітною властивістю листової кремнієвої сталі є щільність потоку, яка відображає легкість, з якою її можна намагнічувати. Щільність магнітного потоку — це величина магнітного потоку на одиницю площі при певній частоті напруженості магнітного поля. Щільність потоку листової кремнієвої сталі зазвичай вимірюється в теслах на частоті 50 або 60 Гц із прикладеним магнітним полем 5000 А/м, відомому як B50.

На щільність магнітного потоку впливає загальна структура листової кремнієвої сталі, домішки, внутрішня напруга та інші фактори. На енергоефективність двигунів, трансформаторів та іншого моторного обладнання безпосередньо впливає щільність магнітного потоку. Чим вища щільність потоку, тим більший потік на одиницю площі і, отже, краща енергоефективність; таким чином, чим вище щільність потоку листової кремнієвої сталі, тим краще; тим не менш, більшість специфікацій просто вимагають мінімального значення щільності потоку.

- Висока твердість

Однією з властивостей листів кремнієвої сталі є їх твердість. Коли для штампування аркушів використовуються поточні автоматичні перфораційні машини, вимоги до твердості є ще суворішими, оскільки надто низька твердість не сприятлива для операції подачі автоматичної перфораційної машини та має тенденцію утворювати надто довгі задирки, що ускладнює збірку. Щоб досягти цих стандартів, твердість листової кремнієвої сталі повинна перевищувати певне значення твердості. Твердість листової кремнієвої сталі 50AI300, наприклад, зазвичай не нижча за рейтинг твердості HR30T, що становить 47. Зі зростанням якості листової кремнієвої сталі зростає і її твердість. Чим вища якість листової кремнієвої сталі, тим більше вмісту кремнію зазвичай додається, і тим твердішою стає сталь завдяки ефекту зміцнення твердого розчину сплаву.

- Гладка, плоска та рівномірна товщина поверхні

Площинність і однорідність товщини є важливими критеріями якості листів із кремнієвої сталі. Відмінна площинність полегшує штампування та збірку аркушів. Технології прокатки та відпалу тісно пов'язані з площинністю. Удосконалення технології та процесів прокатки та відпалу покращує площинність; наприклад, використання безперервного відпалу перевершує періодичний відпал. Також важливо, щоб товщина листової кремнієвої сталі була постійною. Товщина серцевини після складання буде змінена, якщо різниця товщини між центром і краєм сталевого листа буде занадто великою або якщо коливання товщини сталевого листа буде занадто великим по його довжині. Оскільки різна товщина сердечника спричиняє значні коливання магнітної провідності, що безпосередньо впливає на характеристики двигуна та трансформатора, чим менша варіація товщини листової кремнієвої сталі, тим краще. Рівномірність товщини сталевого листа тісно пов’язана з технологією та процесами гарячої та холодної прокатки, тому коливання товщини листа можна зменшити шляхом вдосконалення технології прокатки.

- Покриття

Покриття є критично важливим компонентом якості для кремнієвих сталевих листів. Поверхня силіконового сталевого листа має хімічне покриття та наноситься тонка плівка для забезпечення ізоляції, захисту від іржі та змащення. Ізоляція зменшує втрати на вихрові струми між жилами листової кремнієвої сталі; захист від іржі зберігає лист від іржавіння під час виробництва та зберігання; а змащення покращує пробивання та скорочує термін служби.

- Хороша пробиваемость

Однією з найважливіших властивостей силіконової сталі є здатність до пробивання. Можливість пробивання подовжує термін служби матриці та зменшує задирки на пуансоні. Штампованість листової кремнієвої сталі тісно пов’язана з типом покриття та твердістю. Новіші типи покриттів передусім підвищують здатність до пробивання листів із кремнієвої сталі. Крім того, твердість сталевого листа занадто низька, що спричиняє великі задирки та ускладнює пробивання; тим не менш, твердість занадто висока, що зменшує термін служби матриці; отже, твердість листової кремнієвої сталі повинна підтримуватися в оптимальному діапазоні.

Процес виробництва листової кремнієвої сталі

- Соління
Щоб запобігти проблемам з поверхнею готових холоднокатаних виробів, видаліть оксиди з гарячекатаної сталевої смуги за допомогою обладнання для видалення накипу з резервуаром для соляної кислоти.

- Тиснення холодним штампом
Коефіцієнт зменшення вибрано на рівні 40–90 відсотків, щоб забезпечити товщину та матеріал для різноманітних застосувань, а передове контрольне обладнання надається для реалізації автоматичного контролю товщини та автоматичного контролю форми.

- Відпал
Це метод, який використовується в холодному штампуванні для пом’якшення міцного матеріалу сталевої стрічки. Ми виготовляємо сталь глибокої обробки та сталь високої напруги шляхом нагрівання та швидкого охолодження металу, а також використовуємо процеси відпалу коробки (кришки) та безперервного відпалу.

- Покриття для ізоляції
Використовуючи обладнання для безперервного нанесення покриттів, кремнієві сталеві пластини обробляються в сердечники з розчином ізоляційного покриття, що розпилюється під пластинами, щоб покращити якість обробки та усунути втрати на вихрові струми, що відповідають товщині самих пластин.

Пов'язане посилання:

Силіконовий сталевий лист

Орієнтована листова електротехнічна сталь