Acciaio elettrico laminato a freddo. Acciaio elettrico o ferro trasformatore: gradi, descrizione

Gli acciai elettrici sono destinati alla produzione nuclei di trasformatori, induttanze, statori e rotori di dinamo, varie parti di dispositivi e dispositivi elettromagnetici. Questi prodotti funzionano in variabili campi magnetici, quindi in essi vengono indotte correnti parassite. Inoltre, sono soggetti a una rapida inversione della magnetizzazione. Le perdite di potenza per l'eccitazione di correnti parassite e per l'inversione della magnetizzazione riducono l'efficienza. macchine e dovrebbe quindi essere ridotto al minimo. Uno dei requisiti principali per le proprietà dell'acciaio elettrico è il valore minimo della somma di tali perdite, riferito ad una massa unitaria di acciaio elettrico. Queste perdite sono misurate in W/kg e sono chiamate perdite specifiche o watt.

Il valore delle perdite di watt è determinato sia dalla qualità dell'acciaio elettrico, sia dal design e dalla tecnologia dei suoi prodotti di fabbricazione. Ad esempio, l'intensità delle correnti parassite nei nuclei dei trasformatori e, di conseguenza, le perdite di potenza sono determinate dalla resistenza elettrica del materiale e dell'area sezione trasversale fogli da cui è assemblato il nucleo e maggiore è la resistenza elettrica e minore è lo spessore delle lastre, minore è la perdita di watt. Le perdite di inversione della magnetizzazione sono determinate dall'ampiezza dell'anello di isteresi: più stretto è l'anello di isteresi e minore è la forza coercitiva, minore è la perdita di potenza specifica per l'inversione della magnetizzazione. L'ampiezza del ciclo di isteresi e la forza coercitiva dipendono dalla composizione dell'acciaio elettrico.

Una serie di altri requisiti sono anche imposti agli acciai elettrici, derivanti dalle caratteristiche della vita utile dei prodotti. Se, ad esempio, deve avere l'acciaio per la fabbricazione di nuclei magnetici di trasformatori elevate proprietà elettriche in una direzione, il che significa che per questo metallo è consentita una grande anisotropia delle proprietà magnetiche, quindi per la fabbricazione di nuclei di dinamo e altri dispositivi con un flusso magnetico ramificato, è necessario che l'anisotropia delle proprietà sia minima.

Uno di proprietà importanti acciai elettrici si trova nel loro incline all'invecchiamento, che porta a un notevole cambiamento nelle proprietà e degrada il funzionamento dei dispositivi.

La maggior parte dei prodotti di acciai per trasformatori sono realizzati mediante stampaggio da una lamiera. Pertanto, tutti gli acciai per trasformatori sono soggetti a requisiti elevati per quanto riguarda la loro plasticità durante la laminazione e lo stampaggio.

Il complesso delle proprietà necessarie degli acciai elettrici dipende Composizione chimica metallo e alcuni parametri fisici e cristallografici della lastra, forniti a seguito di complessi meccanici e trattamento termico alla ridistribuzione, un lingotto in un foglio.

La lamiera elettrica è prodotta mediante laminazione a caldo ea freddo. Attualmente vengono prodotti solo 30 gradi di acciai per trasformatori laminati a caldo e 39 gradi di acciai per trasformatori laminati a freddo. È preferibile la laminazione a freddo di metallo elettrico, in quanto consente di ottenere un foglio strutturato (la struttura è l'orientamento predominante dei cristalli in un aggregato policristallino, in questo caso in un foglio). In un foglio del genere, la perdita di watt e la forza coercitiva sono inferiori rispetto a un foglio non strutturato.

Elevate proprietà elettromagnetiche, bassa perdita di watt e alta induzione magnetica sono fornite da una perfetta struttura a coste (110) o cubica (100). In una lamiera grecata, la perdita di watt lungo la direzione di laminazione è due volte inferiore rispetto alle lamiere laminate a caldo. Ma la trama del bordo è caratterizzata da una pronunciata anisotropia delle proprietà elettromagnetiche: nella direzione trasversale, la perdita specifica è quasi 4 volte e la forza coercitiva è 3 volte maggiore rispetto alla direzione di rotolamento.

L'acciaio a struttura cubica si distingue per proprietà elettriche ancora più elevate sia nella direzione longitudinale che soprattutto nella direzione trasversale rispetto alla laminazione. Pertanto, allo stato attuale, la produzione di lamiera elettrica laminata a freddo con trama è in fase di ampliamento e la produzione di una lamiera con trama cubica è in fase di padronanza, e la produzione di una lamiera laminata a caldo viene gradualmente ridotta, e sarà completamente fermato nei prossimi anni.

La perfetta struttura a nervature dell'acciaio per trasformatori è formata da doppia laminazione a freddo con ricottura intermedia e finale.. Per la sua formazione nel processo di ricristallizzazione secondaria è necessaria la presenza di inclusioni disperse. Il loro ruolo si manifesta nel fatto che, durante la ricristallizzazione secondaria, impediscono la normale crescita dei grani della struttura originale, a seguito della quale i singoli grani con un orientamento formato durante la ricristallizzazione primaria ricevono una crescita preferenziale.

Per ottenere elevate proprietà dell'acciaio per trasformatori è necessario che le impurità che formano inclusioni vengano rimosse dopo aver ottenuto una perfetta struttura della nervatura. Ciò si verifica nella fase finale del trattamento termico sciogliendo le inclusioni, diffondendo le impurità sulla superficie e rimuovendole nella fase gassosa.

Due tipi di inclusioni contribuiscono alla struttura a coste: solfuri di manganese e nitruri di alluminio o silicio. Di conseguenza, vengono utilizzate due opzioni per la tecnologia di produzione dell'acciaio per trasformatori: zolfo e azoto.. Quando si utilizza la variante allo zolfo, il metallo dovrebbe contenere circa lo 0,1% di Mn e circa lo 0,02% di S. Anche in URSS si è diffusa la variante all'azoto della tecnologia per la produzione di acciaio elettrico nei forni ad arco.

Le proprietà elettriche del foglio sono in gran parte determinate da granulometria, con un aumento in cui diminuiscono le perdite specifiche. Ciò è spiegato dal reticolo cristallino distorto dei bordi di grano, che sono quindi un ostacolo al passaggio di un campo magnetico. Aumentando la granulometria si riduce la lunghezza dei bordi e quindi si migliorano le proprietà del foglio.

Poiché le proprietà dell'acciaio per trasformatori sono determinate non solo dalla composizione chimica del metallo, ma anche dai parametri fisici e cristallografici della lamiera, che a loro volta dipendono dalla composizione del metallo e dal metodo di produzione della lamiera, la marcatura standard della lamiera di acciaio elettrico riflette il suo scopo, la composizione chimica, la tecnologia di produzione della lamiera e le sue proprietà magnetiche. . Ad esempio, nella marcatura E43A, E3200, E330A, i numeri e le lettere vengono decifrati come segue:

• E - acciaio elettrico;
• la prima cifra è il contenuto di silicio, %;
• seconda cifra: proprietà magnetiche garantite dell'acciaio (1 - con normale, 2 - con ridotte, 3 - con basse perdite di watt);
• 00 - acciaio a bassa struttura laminato a freddo,
• 0 - testurizzato laminato a freddo;
• A - Acciaio di alta qualità con perdite particolarmente basse.

Il silicio è l'unico elemento introdotto nell'acciaio per trasformatori per migliorare le proprietà elettriche del ferro, quindi il suo contenuto si riflette nella marcatura. La presenza di silicio aumenta la permeabilità magnetica e la resistenza elettrica dell'acciaio, diminuisce la forza coercitiva, riducendo così le perdite sia per inversione di magnetizzazione che per correnti parassite. Tutti gli altri elementi, ad eccezione del fosforo, influiscono negativamente sulle proprietà elettriche del ferro. Pertanto, la tecnologia di fusione e lavorazione degli acciai elettrici è costruita in modo tale che la lamiera finita con una quantità significativa di silicio contenga il minor numero possibile di altre impurità.

A questo proposito, per la fabbricazione di prodotti che devono avere un'elevata saturazione magnetica, vengono utilizzati acciai per trasformatori contenenti una quantità ridotta di silicio. Pertanto, nei cosiddetti acciai dinamo, il contenuto di silicio è del 2-3%. Negli acciai per trasformatori, che dovrebbero avere perdite minime durante l'inversione della magnetizzazione, il contenuto di silicio è del 3-4,5%.

Oltre al silicio gli additivi al fosforo contribuiscono all'aumento della granulometria e al miglioramento delle proprietà elettriche dell'acciaio. Tuttavia, poiché il fosforo aumenta contemporaneamente la fragilità dell'acciaio, può essere utilizzato solo in piccole quantità (fino allo 0,2%) per legare acciai dinamici più duttili.

L'alto contenuto di silicio provoca la comparsa in questi acciai di una serie di difetti metallurgici specifici. I difetti più comuni negli acciai elettrici sono le bolle di gas e la crescita dei lingotti.. È stata stabilita la dipendenza del grado di danneggiamento dei lingotti dal contenuto di idrogeno: i lingotti sono densi con un ritiro profondo con un contenuto di idrogeno inferiore a 4 ml per 100 g di metallo e con un contenuto di idrogeno di 8 ml per 100 g di metallo, tutti i lingotti non si restringono. Queste concentrazioni non superano il livello abituale per gli acciai legati da struttura, per cuscinetti a sfere e inossidabili, ma il difetto si manifesta solo negli acciai elettrici.

Ciò è spiegato dalla diminuzione in presenza di silicio, la solubilità dell'idrogeno, che nel processo di cristallizzazione ne provoca la forte segregazione e la formazione di bolle. Pertanto, nella fusione degli acciai elettrici, occorre prestare particolare attenzione alle misure da adottare riduzione del contenuto di idrogeno, la presenza di azoto nel metallo ha anche qualche effetto sulla crescita dei lingotti. Per questo motivo, il suo contenuto nel metallo non deve superare lo 0,006-0,010%. La temperatura ha un forte effetto sul danno al metallo da parte delle bolle: più è alta, più gas si dissolvono nel metallo e, inoltre, più la cristallizzazione rallenta, provocando una maggiore segregazione e un aumento del danno dei lingotti da bolle. Pertanto, la temperatura del metallo durante la colata non deve superare i 1590 ° C.

Altri difetti negli acciai elettrici sono inversioni della crosta durante la colata, provocando la formazione di cattività e riducendo la qualità della superficie metallica, nonché la formazione di crepe interne nei lingotti - "casette per gli uccelli" sorgendo ad un'elevata velocità di raffreddamento a temperature inferiori a 120 ° C.

Caratteristiche della produzione di acciaio laminato a freddo per trasformatori

Trasformatore (elettrotecnico) in lamiera d'acciaio va alla fabbricazione di trasformatori, macchine elettriche e dispositivi. Questo acciaio presenta una bassa perdita di rimagnetizzazione, un'elevata induzione magnetica e una bassa forza coercitiva. Lo spessore della lamiera d'acciaio laminata a caldo e a freddo è di 1,0-0,1 mm. Il miglior acciaio per trasformatori è laminato a freddo.

Il contenuto massimo di silicio nell'acciaio laminato a freddo per trasformatori di solito non supera il 3,5%, poiché a una concentrazione più elevata, la duttilità è significativamente ridotta e la rigidità dell'acciaio aumenta. L'acciaio viene principalmente laminato con uno spessore di 0,5, 0,35 e 0,2 mm in rotoli. L'acciaio laminato a freddo per trasformatori viene fornito in fogli con una lunghezza di 720-2000 e rotoli con una larghezza di 240-1000 mm.

Più sottile è lo spessore del foglio, minore è la perdita di rimagnetizzazione e maggiore qualità del servizio trasformatori e dispositivi. I migliori indicatori delle perdite specifiche dell'acciaio laminato a freddo per trasformatori sono 0,5-0,6 W/kg quando viene rimagnetizzato ad una frequenza di 50 Hz e il valore massimo di induzione è 10.000 gauss.

Le proprietà magnetiche dell'acciaio per trasformatori sono principalmente influenzate dal contenuto di silicio, che aumenta la resistenza elettrica e favorisce la crescita di grani grossi quando riscaldato, il che aumenta la permeabilità magnetica dell'acciaio. La formazione di grani grandi è facilitata anche dalla rigorosa limitazione di altre impurità nell'acciaio: carbonio, zolfo, fosforo, idrogeno, azoto.

L'acciaio laminato a freddo per trasformatori è strutturato, ha elevate proprietà magnetiche nella direzione di laminazione (l'acciaio laminato a caldo non ha struttura). Le due trame più caratteristiche del trasformatore

La direzione di laminazione dell'acciaio è nervata e cubica. Nel caso di una trama rigata, il piano diagonale del reticolo cubico (CL) coincide con il piano di rotolamento e la direzione di facile magnetizzazione nei reticoli di ferro α (100) coincide con la direzione di rotolamento. La direzione di magnetizzazione dura (111) forma un angolo di 55° con la direzione di rotolamento.

L'anisotropia delle proprietà magnetiche con una determinata trama viene presa in considerazione nella fabbricazione di trasformatori in modo che il flusso magnetico e la direzione di rotolamento (la direzione delle basse perdite e dell'elevata permeabilità magnetica) coincidano.

Con una struttura cubica, il piano (100) coincide con il piano di rotolamento e i bordi del cubo (direzioni di facile magnetizzazione) si trovano nella direzione di rotolamento e attraverso di esso. Pertanto, le proprietà magnetiche degli acciai a struttura cubica sono le stesse nella direzione di laminazione e attraverso di essa; è opportuno utilizzare questi acciai come nuclei di trasformatori e dispositivi in ​​cui la direzione flusso magnetico cambiamenti nel tempo. Il materiale di partenza per la laminazione a freddo dell'acciaio per trasformatori sono bobine laminate a caldo con uno spessore della lamiera di circa 2,5 mm.

Nel negozio laminazione a freddo In primo luogo, la ricottura di decarburazione delle bobine laminate a caldo viene eseguita a una temperatura di 800°C per circa 30 ore senza atmosfera protettiva. Quindi i rotoli ricotti vengono continuamente marinati in una soluzione di acido solforico (cloridrico).

Laminazione a freddo di acciaio per trasformatori spessori di 0,5 e 0,35 mm avviene in due stadi (con ricottura intermedia) con una riduzione totale per ciascuno stadio ~60%. Quindi viene eseguita la ricottura finale ad alta temperatura ad una temperatura di 1150-1180°C, portando alla crescita di grani grossi. Ciò è dovuto al fatto che l'acciaio del trasformatore (una soluzione solida di silicio in a-ferro) non ha la trasformazione a-Fe4 ± Y "Fe- quando riscaldato. Piccole impurità di altri elementi, che costituiscono centesimi e millesimi di percento, contribuiscono anche alla crescita di grani grandi Ad esempio, il contenuto di carbonio nel foglio finito è solo 0,004-0,008% g

Dopo la ricottura, la trama di deformazione si trasforma in una trama di ricristallizzazione orientata in modo diverso.

Pertanto, si ottiene una trama nervata o cubica come risultato della ricristallizzazione durante la ricottura finale ad alta temperatura. Questa ricottura viene eseguita in un'atmosfera protettiva, che è azoto o idrogeno secco. Quest'ultimo, combinandosi con l'ossigeno, forma vapore acqueo, che immediatamente evapora e raffina l'acciaio, assorbendo il carbonio residuo. Inoltre, l'idrogeno secco produce la struttura cubica più perfetta, ma è costoso rispetto all'azoto ed esplosivo. Per questo motivo, l'azoto (o una miscela di azoto e idrogeno) viene spesso utilizzato come mezzo protettivo contro l'ossidazione.

Nelle officine di laminazione a freddo, l'acciaio per trasformatori viene prodotto con un rivestimento elettricamente isolante, che ne migliora le prestazioni e le proprietà anticorrosione. I rotoli vengono tagliati in fogli delle dimensioni richieste su unità di taglio trasversali e longitudinali. La laminazione a freddo dell'acciaio per trasformatori viene eseguita anche su laminatoi a gabbia singola e, più recentemente, su laminatoi a 20 rulli, che forniscono una lamiera finita di alta qualità.

Si riferisce agli acciai magnetici, che vengono utilizzati per la produzione di materiale elettrico e magneti permanenti, per nuclei magnetici campo variabile, ad esempio, trasformatori, strumenti di misura elettrici, ecc. L'acciaio magnetico può essere classificato in base alle sue proprietà magnetiche in magnetico duro e magnetico morbido. Quest'ultimo si applica acciaio elettrico, comprare che a basso costo è possibile nell'azienda PromKomplekt.

Acciaio magnetico dolce in lamiera sottile, utilizzato per la produzione di circuiti magnetici per le seguenti apparecchiature elettriche: trasformatori, generatori, induttanze, relè, stabilizzatori, ecc. Fornitura di acciaio elettrico viene prodotto in lastre, le cui dimensioni più diffuse sono 750x1500 mm e 1000x2000 mm, oppure in rotoli di acciaio, che facilitano il taglio del materiale.

Classificazione dell'acciaio elettrico

tecnologia di produzione distingue:

1. acciai elettrici laminati a freddo GOST 21427.1-83, GOST 21427.2-83 contenente fino al 3,3% di silicio
2. acciai elettrici laminati a caldo contenente fino al 4,5% di silicio

per tipo di prodotto:

1. lamiere di acciaio elettrico
2. prodotti lunghi di acciaio elettrico
3. acciaio elettrico laminato
4. nastro tagliato da acciaio elettrico

L'acciaio elettrico può cambiare tale elettromagnetico proprietà come resistività elettrica, permeabilità magnetica e altro, a seconda della quantità di silicio in esso contenuto.

L'acciaio elettrico viene solitamente ricotto a 800-850 gradi Celsius per alleviare lo stress meccanico. In caso di fornitura di acciaio elettrico allo stato non ricotto, deve essere sottoposto a trattamento termico aggiuntivo.

Marcatura elettrica dell'acciaio

L'acciaio elettrico è contrassegnato da numeri che indicano quanto segue:

• prima cifra - classe per tipo di laminazione
• la seconda cifra è il tipo in base al contenuto di silicio
• la terza cifra - secondo la principale caratteristica normalizzata
• quarta e quinta cifra: il valore della caratteristica sopra

Inoltre, c'è una designazione del grado di acciaio elettrico in forma alfanumerica: la lettera E indica il tipo di acciaio, il numero che segue indica il grado di lega dell'acciaio con il silicio.

Gli acciai elettrici includono il ferro tecnico, una lega con carbonio non superiore allo 0,02%. Il ferro tecnico viene utilizzato nella produzione di nuclei, elettromagneti, piastre di batterie, ecc. Le proprietà magnetiche del ferro cambiano durante la rifusione in un ambiente sotto vuoto e lo stress interno, come nel caso dell'acciaio elettromagnetico, viene ridotto dalla ricottura.

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La lamiera d'acciaio utilizzata per la produzione di fili magnetici per apparecchiature elettriche di funzionamento (trasformatori, generatori, relè, motori elettrici e magneti) è chiamata acciaio elettrico. Il materiale è magneticamente morbido, il che lo rende ottimale per l'uso nell'ingegneria elettrica.

Proprietà possedute dall'acciaio elettrico

A partire dal requisiti necessari dipende dal contenuto della frazione di silicio, che aumenta la resistività dell'elettricità. Vari tecnologie di produzione gli acciai elettrici si dividono in:

• laminato a caldo - contenuto di silicio fino al 4,5%;
• laminato a freddo - contenuto di silicio fino al 3,3%.

C'è una divisione condizionale in:

• dinamico;
• relè;
• trasformatore.

Gli apparecchi elettrici funzionano in campi magnetici alternati, motivo per cui vengono indotte correnti parassite e l'inversione della magnetizzazione avviene rapidamente. Questa spesa la potenza riduce l'efficienza. Il requisito principale per tali apparecchiature è di ridurre al minimo queste perdite, sia attraverso l'aggiunta di silicio che la sottigliezza dei fogli di materiale.

L'acciaio elettrico ha un'eccellente permeabilità magnetica. Di solito viene prodotto in fogli con uno spessore da 0,1 a 0,5 mm, laminati a freddo oa caldo. Esistono differenze significative nella struttura cristallina dell'acciaio laminato a caldo e laminato a freddo.

Il materiale cristallino grosso ha una permeabilità magnetica superiore al materiale a grana fine. La lavorazione (sia meccanica che termica), modificando le dimensioni dei cristalli, influisce sulle proprietà magnetiche. La ricottura del metallo favorisce un aumento della dimensione dei cristalli e una diminuzione della stress interno. Ciò aumenta la permeabilità e riduce la forza coercitiva.

Classificazione a seconda della marcatura

Il significato dei numeri di marcatura dell'acciaio:

• Prima cifra: struttura e tipo di noleggio. 1 - laminato a caldo isotropico, 2 - laminato a freddo isotropico, 3 - laminato a freddo anisotropico.
• Seconda cifra: proporzione di silicio. 0 - fino allo 0,4 percento, 1 - dallo 0,4 allo 0,8 percento, 2 - dallo 0,8 all'1,8 percento, 3 - dall'1,8 al 2,8 percento, 4 - dal 2,8 al 3,8 percento, 5 - dal 3,8 al 4,8 percento.
• Terza cifra: caratteristica principale. Perdite di energia specifiche durante l'induzione magnetica.
• Quarta e quinta cifra: indicatore quantitativo delle caratteristiche.

I primi tre numeri della denominazione del marchio indicano il tipo di acciaio elettrico.

Acciaio elettrico vari tipi differisce per prezzo e scopo del materiale. Viene spesso prodotto in forma ricotta. A volte è necessario un trattamento termico aggiuntivo a 800 gradi Celsius. Se gli acciai vengono forniti non ricotti, è necessario un trattamento ad alta temperatura delle parti per il livello di qualità appropriato.

Acciaio elettrico non legato

Questo materiale è utilizzato nei circuiti magnetici di vari dispositivi elettrici.

L'acciaio è classificato per tipo:

• prodotti (nastro, foglio, rotolo);
• caratteristiche qualitative della superficie metallica.

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