Acier électrique laminé à froid. Acier électrique ou fer de transformateur : nuances, description

Les aciers électriques sont destinés à la fabrication noyaux de transformateurs, selfs, stators et rotors de dynamos, diverses parties d'appareils et d'appareils électromagnétiques. Ces produits fonctionnent dans des variables champs magnétiques, donc des courants de Foucault y sont induits. De plus, ils sont sujets à une inversion rapide de l'aimantation. Les pertes de puissance pour l'excitation des courants de Foucault et pour l'inversion de magnétisation réduisent l'efficacité. machines et doivent donc être réduites au minimum. L'une des principales exigences concernant les propriétés de l'acier électrique est la valeur minimale de la somme de ces pertes, rapportée à une unité de masse d'acier électrique. Ces pertes sont mesurées en W/kg et sont appelées pertes spécifiques ou en watts.

La valeur des pertes en watts est déterminée à la fois par la qualité de l'acier électrique et par la conception et la technologie de fabrication des produits à partir de celui-ci. Par exemple, la force des courants de Foucault dans les noyaux des transformateurs et, par conséquent, les pertes de puissance sont déterminées par la résistance électrique du matériau et la surface la Coupe transversale feuilles à partir desquelles le noyau est assemblé, et plus la résistance électrique est élevée et plus l'épaisseur des tôles est faible, plus la perte en watts est faible. Les pertes d'inversion d'aimantation sont déterminées par la largeur de la boucle d'hystérésis : plus la boucle d'hystérésis est étroite et plus la force coercitive est faible, plus la perte de puissance spécifique perdue pour l'inversion d'aimantation est faible. La largeur de la boucle d'hystérésis et la force coercitive dépendent de la composition de l'acier électrique.

Un certain nombre d'autres exigences sont également imposées aux aciers électriques, découlant des caractéristiques de la durée de vie des produits. Si, par exemple, l'acier pour la fabrication des noyaux magnétiques des transformateurs doit avoir propriétés électriques élevées dans une direction, ce qui signifie qu'une grande anisotropie des propriétés magnétiques est autorisée pour ce métal, alors pour la fabrication de noyaux de dynamos et autres dispositifs à flux magnétique ramifié, il faut que l'anisotropie des propriétés soit minimale.

Un des propriétés importantes aciers électriques réside dans leur sujet au vieillissement, ce qui entraîne une modification notable des propriétés et dégrade le fonctionnement des appareils.

La plupart des produits en aciers pour transformateurs sont fabriqués par emboutissage à partir d'une tôle. Par conséquent, tous les aciers pour transformateurs sont soumis à des exigences élevées concernant leur plasticité lors du laminage et de l'emboutissage.

Le complexe de propriétés nécessaires des aciers électriques dépend de composition chimique métal et certains paramètres physiques et cristallographiques de la feuille, fournis à la suite de complexes mécaniques et traitement thermiqueà la redistribution, un lingot dans une feuille.

La tôle électrique est produite par laminage à chaud et à froid. Actuellement, seules 30 nuances d'acier laminé à chaud et 39 nuances d'acier laminé à froid pour transformateurs sont produites. Le laminage à froid du métal électrique est préférable, car cela permet d'obtenir une feuille texturée (la texture est l'orientation prédominante des cristaux dans un agrégat polycristallin, en l'occurrence dans une feuille). Dans une telle feuille, la perte en watts et la force coercitive sont inférieures à celles d'une feuille non texturée.

Des propriétés électromagnétiques élevées, de faibles pertes en watts et une induction magnétique élevée sont fournies par une texture nervurée (110) ou cubique (100) parfaite. Dans une tôle nervurée, la perte en watts dans le sens du laminage est deux fois plus faible que dans les tôles laminées à chaud. Mais la texture de bord est caractérisée par une anisotropie prononcée des propriétés électromagnétiques : dans le sens transversal, la perte spécifique est presque 4 fois supérieure et la force coercitive est 3 fois supérieure à celle du sens de laminage.

L'acier à texture cubique se distingue par des propriétés électriques encore plus élevées à la fois dans le sens longitudinal et surtout dans le sens transversal par rapport au laminage. Par conséquent, à l'heure actuelle, la production de tôle électrique laminée à froid avec une texture est en cours d'expansion et la production d'une tôle à texture cubique est maîtrisée, et la production d'une tôle laminée à chaud est progressivement réduite et sera complètement arrêtée dans les années à venir.

La structure nervurée parfaite de l'acier du transformateur est formée par un double laminage à froid avec un recuit intermédiaire et final.. Pour sa formation dans le processus de recristallisation secondaire, la présence d'inclusions dispersées est nécessaire. Leur rôle se manifeste par le fait que, lors de la recristallisation secondaire, ils empêchent la croissance normale des grains de la structure d'origine, de sorte que les grains individuels avec une orientation formée lors de la recristallisation primaire reçoivent une croissance préférentielle.

Pour obtenir des propriétés élevées de l'acier de transformateur il est nécessaire que les impuretés qui forment les inclusions soient éliminées après l'obtention d'une structure nervurée parfaite. Cela se produit au stade final du traitement thermique en dissolvant les inclusions, en diffusant les impuretés à la surface et en les éliminant dans la phase gazeuse.

Deux types d'inclusions contribuent à la texture nervurée : les sulfures de manganèse et les nitrures d'aluminium ou de silicium. En conséquence, deux options pour la technologie de production d'acier pour transformateur sont utilisées - le soufre et l'azote.. Lors de l'utilisation de la variante au soufre, le métal doit contenir environ 0,1% de Mn et environ 0,02% de S. Même en URSS, la variante à l'azote de la technologie de production d'acier électrique dans les fours à arc s'est généralisée.

Les propriétés électriques de la feuille sont largement déterminées par tailles de grains, avec une augmentation dans laquelle les pertes spécifiques diminuent. Ceci s'explique par le réseau cristallin déformé des joints de grains, qui sont donc un obstacle au passage d'un champ magnétique. L'augmentation de la taille des grains réduit la longueur des joints et améliore ainsi les propriétés de la feuille.

Étant donné que les propriétés de l'acier pour transformateur sont déterminées non seulement par la composition chimique du métal, mais également par les paramètres physiques et cristallographiques de la tôle, qui dépendent à leur tour de la composition du métal et de la méthode de production de la tôle, le marquage standard de la tôle d'acier électrique reflète son objectif, sa composition chimique, sa technologie de fabrication de la tôle et ses propriétés magnétiques. . Par exemple, dans le marquage E43A, E3200, E330A, les chiffres et les lettres sont déchiffrés comme suit :

• E - acier électrique;
• le premier chiffre est la teneur en silicium, % ;
• deuxième chiffre - propriétés magnétiques garanties de l'acier (1 - avec normal, 2 - avec réduit, 3 - avec de faibles pertes en watts);
• 00 - acier à faible texture laminé à froid,
• 0 - texturé laminé à froid ;
• A - acier de haute qualité avec des pertes particulièrement faibles.

Le silicium est le seul élément introduit dans l'acier des transformateurs afin d'améliorer les propriétés électriques du fer, sa teneur se reflète donc dans le marquage. La présence de silicium augmente la perméabilité magnétique et la résistance électrique de l'acier, diminue la force coercitive, réduisant ainsi les pertes à la fois pour l'inversion de magnétisation et les courants de Foucault. Tous les autres éléments, à l'exception du phosphore, affectent négativement les propriétés électriques du fer. Par conséquent, la technologie de fusion et de traitement des aciers électriques est conçue de manière à ce que la tôle finie contenant une quantité importante de silicium contienne le moins possible d'autres impuretés.

A cet égard, pour la fabrication de produits qui doivent avoir une saturation magnétique élevée, des aciers de transformateur contenant une quantité réduite de silicium sont utilisés. Par conséquent, dans les aciers dits à dynamo, la teneur en silicium est de 2 à 3%. Dans les aciers pour transformateurs, qui devraient avoir des pertes minimales lors de l'inversion de l'aimantation, la teneur en silicium est de 3 à 4,5 %.

En plus du silicium les additifs phosphorés contribuent à l'augmentation de la taille des grains et à l'amélioration des propriétés électriques de l'acier. Cependant, comme le phosphore augmente simultanément la fragilité de l'acier, il ne peut être utilisé qu'en petites quantités (jusqu'à 0,2 %) pour l'alliage d'aciers dynamiques plus ductiles.

La teneur élevée en silicium fait apparaître un certain nombre de défauts métallurgiques spécifiques dans ces aciers. Les défauts les plus courants des aciers électriques sont les bulles de gaz et la croissance des lingots.. La dépendance du degré d'endommagement des lingots à la teneur en hydrogène est établie : les lingots sont denses à retrait profond avec une teneur en hydrogène inférieure à 4 ml pour 100 g de métal, et avec une teneur en hydrogène de 8 ml pour 100 g de métal, tous les lingots ne rétrécissent pas. Ces concentrations ne dépassent pas le niveau habituel pour les aciers alliés de construction, à billes et inoxydables, mais le défaut n'apparaît que sur les aciers électriques.

Cela s'explique par la diminution en présence de silicium, la solubilité de l'hydrogène, qui lors du processus de cristallisation provoque sa forte ségrégation et la formation de bulles. Par conséquent, lors de la fusion des aciers électriques, une attention particulière doit être accordée aux mesures visant à réduction de la teneur en hydrogène, la présence d'azote dans le métal a également un certain effet sur la croissance des lingots. Pour cette raison, sa teneur dans le métal ne doit pas dépasser 0,006-0,010%. La température influence fortement l'endommagement du métal par les bulles : plus elle est élevée, plus les gaz se dissolvent dans le métal et, de plus, plus la cristallisation ralentit, provoquant une ségrégation accrue et une augmentation de l'endommagement des lingots par les bulles. Par conséquent, la température du métal lors de la coulée ne doit pas dépasser 1590 ° C.

Les autres défauts des aciers électriques sont inversions de la croûte lors de la coulée, provoquant la formation de captivité et réduisant la qualité de la surface métallique, ainsi que la formation de fissures internes dans les lingots - "nichoirs" résultant à une vitesse de refroidissement élevée à des températures inférieures à 120 ° C.

Caractéristiques de la production d'acier de transformateur laminé à froid

Tôle d'acier pour transformateur (électrotechnique) va à la fabrication de transformateurs, de machines et d'appareils électriques. Cet acier présente une faible perte de remagnétisation, une induction magnétique élevée et une faible force coercitive. L'épaisseur de la tôle d'acier électrique laminée à chaud et laminée à froid est de 1,0 à 0,1 mm. Le meilleur acier de transformateur est laminé à froid.

La teneur maximale en silicium dans l'acier de transformateur laminé à froid ne dépasse généralement pas 3,5%, car à une concentration plus élevée, la ductilité est considérablement réduite et la rigidité de l'acier augmente. L'acier est principalement laminé avec une épaisseur de 0,5, 0,35 et 0,2 mm en rouleaux. L'acier de transformateur laminé à froid est fourni en tôles d'une longueur de 720-2000 et en rouleaux d'une largeur de 240-1000 mm.

Plus l'épaisseur de la tôle est faible, plus la perte de réaimantation est faible et plus qualités de service transformateurs et appareils. Les meilleurs indicateurs de pertes spécifiques de l'acier laminé à froid pour transformateur sont de 0,5 à 0,6 W/kg lorsqu'il est remagnétisé à une fréquence de 50 Hz et que la valeur d'induction maximale est de 10 000 gauss.

Les propriétés magnétiques de l'acier pour transformateur sont principalement influencées par la teneur en silicium, qui augmente la résistance électrique et favorise la croissance de gros grains lorsqu'il est chauffé, ce qui augmente la perméabilité magnétique de l'acier. La formation de gros grains est également facilitée par la stricte limitation des autres impuretés dans l'acier - carbone, soufre, phosphore, hydrogène, azote.

L'acier de transformateur laminé à froid est texturé, il a des propriétés magnétiques élevées dans le sens du laminage (l'acier laminé à chaud n'a pas de texture). Les deux textures les plus caractéristiques du transformateur

La direction du laminage de l'acier est nervurée et cubique. Dans le cas d'une texture nervurée, le plan diagonal du réseau cubique (CL) coïncide avec le plan de laminage, et la direction de la facile aimantation dans les réseaux de fer α (100) coïncide avec la direction de laminage. La direction de forte aimantation (111) fait un angle de 55° avec la direction de laminage.

L'anisotropie des propriétés magnétiques à texture donnée est prise en compte dans la fabrication des transformateurs afin que le flux magnétique et le sens de laminage (sens des faibles pertes et de la forte perméabilité magnétique) coïncident.

Avec une texture cubique, le plan (100) coïncide avec le plan de roulement et les arêtes du cube (directions de facile aimantation) sont situées dans la direction de roulement et en travers de celle-ci. Ainsi, les propriétés magnétiques des aciers à texture cubique sont les mêmes dans le sens du laminage et en travers de celui-ci ; il est opportun d'utiliser ces aciers comme noyaux de transformateurs et d'appareils dans lesquels la direction Flux magnétique change dans le temps. Le matériau de départ pour le laminage à froid de l'acier de transformateur est constitué de bobines laminées à chaud d'une épaisseur de tôle d'environ 2,5 mm.

Dans la boutique laminage à froid Tout d'abord, le recuit de décarburation des bobines laminées à chaud est effectué à une température de 800°C pendant ~30 h sans atmosphère protectrice. Ensuite, les rouleaux recuits sont décapés en continu dans une solution d'acide sulfurique (chlorhydrique).

Laminage à froid de l'acier des transformateurs des épaisseurs de 0,5 et 0,35 mm se fait en deux étapes (avec recuit intermédiaire) avec une réduction totale pour chacune, étape ~60%. Ensuite, le recuit final à haute température est effectué à une température de 1150-1180°C, conduisant à la croissance de gros grains. Cela est dû au fait que l'acier de transformateur (une solution solide de silicium dans du fer a) n'a pas la transformation a-Fe4 ± Y "Fe- lorsqu'il est chauffé. De petites impuretés d'autres éléments, constituant des centièmes et des millièmes de pour cent, contribuent également à la croissance des gros grains.Par exemple, la teneur en carbone dans la feuille finie n'est que de 0,004 à 0,008% g

Lors du recuit, la texture de déformation se transforme en une texture de recristallisation orientée différemment.

Ainsi, une texture nervurée ou cubique est obtenue par recristallisation lors du recuit final à haute température. Ce recuit est réalisé sous atmosphère protectrice, qui est de l'azote ou de l'hydrogène sec. Ce dernier, combiné à l'oxygène, forme de la vapeur d'eau qui s'évapore immédiatement et affine l'acier en absorbant le carbone restant. De plus, l'hydrogène sec produit la texture cubique la plus parfaite, mais il est coûteux par rapport à l'azote et explosif. Pour cette raison, l'azote (ou un mélange d'azote et d'hydrogène) est le plus souvent utilisé comme milieu protecteur contre l'oxydation.

Dans les ateliers de laminage à froid, l'acier pour transformateur est produit avec un revêtement électriquement isolant, ce qui améliore ses performances et ses propriétés anticorrosion. Les rouleaux sont coupés en feuilles aux dimensions requises sur des unités de coupe transversales et longitudinales. Le laminage à froid de l'acier pour transformateurs est également effectué sur des laminoirs à cage unique, et plus récemment sur des laminoirs à 20 cylindres, qui fournissent une tôle finie de haute qualité.

Fait référence aux aciers magnétiques, qui sont utilisés pour la fabrication de composants électriques et aimants permanents, pour noyaux magnétiques champ variable, par exemple, transformateurs, instruments de mesure électriques, etc. L'acier magnétique peut être classé en fonction de ses propriétés magnétiques en magnétique dur et magnétique doux. Ce dernier s'applique acier électrique, acheter ce qui est possible à faible coût dans la société PromKomplekt.

Acier magnétique doux en tôle mince, utilisé pour la fabrication de circuits magnétiques pour les équipements électriques suivants : transformateurs, générateurs, inductances, relais, stabilisateurs, etc. Fourniture d'acier électrique il est produit en tôles, dont les dimensions les plus courantes sont 750x1500 mm et 1000x2000 mm, ou en bobines d'acier, ce qui facilite la découpe du matériau.

Classification de l'acier électrique

la technologie de production distingue:

1. aciers électriques laminés à froid GOST 21427.1-83, GOST 21427.2-83 contenant jusqu'à 3,3 % de silicium
2. aciers électriques laminés à chaud contenant jusqu'à 4,5 % de silicium

par type de produit :

1. tôles d'acier électriques
2. produits longs en acier électrique
3. acier électrique laminé
4. bande découpée dans de l'acier électrique

L'acier électrique peut changer ces électromagnétiques Propriétés comme la résistivité électrique, la perméabilité magnétique et autres, en fonction de la quantité de silicium qu'il contient.

L'acier électrique est généralement recuit à 800-850 degrés Celsius pour soulager les contraintes mécaniques. En cas de livraison d'acier électrique à l'état non recuit, celui-ci doit être soumis à un traitement thermique supplémentaire.

Marquage électrique sur acier

L'acier électrique est marqué de chiffres qui indiquent ce qui suit :

• premier chiffre - classe par type de laminage
• le deuxième chiffre est le type en fonction de la teneur en silicium
• le troisième chiffre - selon la principale caractéristique normalisée
• quatrième et cinquième chiffres - la valeur de la caractéristique ci-dessus

De plus, il existe une désignation de la nuance d'acier électrique sous forme alphanumérique: la lettre E indique le type d'acier, le chiffre qui la suit indique le degré d'alliage d'acier au silicium.

Les aciers électriques comprennent le fer technique - un alliage avec du carbone ne dépassant pas 0,02%. Le fer technique est utilisé dans la fabrication de noyaux, d'électroaimants, de plaques de batterie, etc. Les propriétés magnétiques du fer changent lors de la refusion dans un environnement sous vide et la contrainte interne, comme dans le cas de l'acier électromagnétique, est réduite par le recuit.

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La tôle d'acier utilisée pour la production de fils magnétiques pour les équipements électriques (transformateurs, générateurs, relais, moteurs électriques et aimants) est appelée acier électrique. Le matériau est magnétiquement doux, ce qui le rend optimal pour une utilisation en électrotechnique.

Propriétés possédées par l'acier électrique

Depuis exigences nécessaires dépend de la teneur de la fraction de silicium, ce qui augmente la résistivité de l'électricité. Divers technologies de production les aciers électriques sont divisés en :

• laminé à chaud - teneur en silicium jusqu'à 4,5%;
• laminé à froid - teneur en silicium jusqu'à 3,3 %.

Il existe une division conditionnelle en :

• dynamique;
• relais;
• transformateur.

Les appareils électriques fonctionnent dans des champs magnétiques alternatifs, c'est pourquoi des courants de Foucault sont induits et l'inversion de l'aimantation se produit rapidement. Cette dépense la puissance réduit le rendement. La principale exigence pour de tels équipements est de minimiser ces pertes, tant par l'ajout de silicium que par la faible épaisseur des feuilles de matériau.

L'acier électrique a une excellente perméabilité magnétique. Il est généralement produit en tôles d'une épaisseur de 0,1 à 0,5 mm, laminées à froid ou à chaud. Il existe des différences significatives dans la structure cristalline de l'acier laminé à chaud et laminé à froid.

Un matériau cristallin grossier a une perméabilité magnétique supérieure à un matériau à grains fins. Le traitement (à la fois mécanique et thermique), en modifiant la taille des cristaux, affecte les propriétés magnétiques. Le recuit du métal favorise une augmentation de la taille des cristaux et une diminution de contrainte interne. Cela augmente la perméabilité et réduit la force coercitive.

Classement en fonction du marquage

La signification des numéros de marquage en acier :

• Premier chiffre : structure et type de location. 1 - laminé à chaud isotrope, 2 - laminé à froid isotrope, 3 - laminé à froid anisotrope.
• Deuxième chiffre : proportion de silicium. 0 - jusqu'à 0,4 %, 1 - de 0,4 à 0,8 %, 2 - de 0,8 à 1,8 %, 3 - de 1,8 à 2,8 %, 4 - de 2,8 à 3,8 %, 5 - de 3,8 à 4,8 %.
• Troisième chiffre : caractéristique principale. Pertes d'énergie spécifiques lors de l'induction magnétique.
• Quatrième et cinquième chiffres : indicateur quantitatif des caractéristiques.

Les trois premiers chiffres de la désignation de la marque indiquent le type d'acier électrique.

Acier électrique diverses sortes diffère par le prix et le but du matériau. Il est souvent produit sous forme recuite. Parfois, un traitement thermique supplémentaire à 800 degrés Celsius est nécessaire. Si les aciers sont fournis non recuits, un traitement à haute température des pièces est requis pour le niveau de qualité approprié.

Acier électrique non allié

Ce matériau est utilisé dans les circuits magnétiques de divers appareils électriques.

L'acier est classé par type :

• produits (ruban, feuille, rouleau);
• caractéristiques de qualité de la surface métallique.

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