Холоднокатана електротехнічна сталь. Електротехнічна сталь або трансформаторне залізо: марки, опис

Електротехнічні сталі призначені для виготовлення сердечників трансформаторів, дроселів, статорів та роторів динамомашин, різних деталей електромагнітних приладів та апаратів. Ці вироби працюють у змінних магнітних поляхтому в них індукуються вихрові струми. Крім того, вони піддаються швидкому перемагнічування. Втрати потужності на збудження вихрових струмів та на перемагнічування знижують к.п.д. машин і тому мають бути зведені до мінімуму. Однією з основних вимог, що висуваються до властивостей електротехнічної сталі, є мінімальна величина суми цих втрат, віднесена до одиниці маси електротехнічної сталі. Ці втрати вимірюють у Вт/кг та їх називають питомими або ватними втратами.

Величина ватних втрат визначається як якістю електротехнічної сталі, так і конструкцією та технологією виготовлення виробів із неї. Наприклад, сила вихрових струмів у сердечниках трансформаторів і, отже, потужність втрат визначаються електричним опором матеріалу та площею поперечного перерізулистів, з яких набраний сердечник, та чим більше електроопір і менше товщина листів, тим менші ватні втрати. Втрати на перемагнічування визначаються шириною петлі гістерези: чим петля гістерези і менше коерцитивна сила, тим менше питомі втрати потужності, що втрачається на перемагнічування. Ширина петлі гістерези та коерцитивна сила залежать від складу електротехнічної сталі.

До електротехнічних сталей пред'являють і низку інших вимог, які з особливостей служби виробів. Якщо, наприклад, сталь для виготовлення магнітопроводів трансформаторів повинна мати високими електротехнічними властивостями в одному напрямкущо означає, що для цього металу допускається велика анізотропія магнітних властивостей, то для виготовлення сердечників динамомашин та інших апаратів з розгалуженим магнітним потоком необхідно, щоб анізотропія властивостей була мінімальною.

Одне з важливих властивостейелектротехнічних сталей полягає в їх схильності до старіння, що призводить до помітної зміни властивостей та погіршує роботу апаратів.

Більшість виробів із трансформаторних сталей виготовляють методом штампування з листа. Тому до всіх трансформаторних сталей висувають високі вимоги щодо них пластичності при прокатці та штампуванні.

Комплекс необхідних властивостей електротехнічних сталей залежить від хімічного складуметалу та певних фізико-кристалографічних параметрів листа, що забезпечуються в результаті складної механічної та термічної обробкипри переділі, зливка в лист.

Електротехнічний лист отримують гарячою та холодною прокаткою. В даний час виробляють тільки трансформаторної сталі 30 марок гарячекатаної та 39 марок холоднокатаної. Холодна прокатка електротехнічного металу краще, Оскільки дозволяє отримувати текстурований лист (текстура - це переважна орієнтація кристалів у полікристалічному агрегаті, в даному випадку в листі). У такому листі ватні втрати та коерцитивна сила менші, ніж у нетекстурованому.

Високі електромагнітні властивості, низькі ватні втрати та висока магнітна індукція забезпечуються досконалою ребровою (110) або кубічною (100) текстурою. У листі з ребровою текстурою ватні втрати вздовж напрямку прокатки вдвічі нижче, ніж у гарячекатаних листах. Але ребрової текстури властива яскраво виражена анізотропія електромагнітних властивостей: у поперечному напрямку питомі втрати майже в 4 рази, а коерцитивна сила в 3 рази більша, ніж у напрямку прокатки.

Сталь із кубічною текстурою відрізняється ще більш високими електротехнічними властивостями як у поздовжньому, так і особливо у поперечному напрямку щодо прокатки. Тому в даний час розширюють виробництво холоднокатаного електротехнічного листа текстурою та освоюють випуск листа з кубічною текстурою та виробництво гарячекатаного листа поступово скорочують, найближчими роками буде повністю припинено.

Досконала реброва структура трансформаторної сталі утворюється при дворазовій холодній прокатці з проміжним та остаточним відпалом. Для її утворення в процесі вторинної рекристалізації потрібна наявність дисперсних включень. Їхня роль проявляється в тому, що при вторинній рекристалізації вони перешкоджають нормальному зростанню зерен вихідної структури, внаслідок чого переважне зростання отримують окремі зерна з орієнтацією, що утворилися при первинній рекристалізації.

Для отримання високих властивостей трансформаторної сталі необхідно, щоб домішки, що утворюють включення, були видалені після того, як буде отримана досконала реброва структура. Це відбувається на заключній стадії термічної обробки шляхом розчинення включень, дифузії домішок до поверхні та видалення їх у газову фазу.

Одержанню ребрової текстури сприяють включення двох типів: сульфіди марганцю та нітриди алюмінію або кремнію. Відповідно застосовують і два варіанти технології виробництва трансформаторної сталі - сірчаний та азотний. При застосуванні сірчаного варіанта в металі має бути близько 0,1% Мn і приблизно 0,02% S. Ще СРСР набув поширення переважно азотний варіант технології виробництва електротехнічної сталі в дугових печах.

Електротехнічні властивості аркуша значною мірою визначаються розмірами зерна, зі збільшенням якого питомі втрати знижуються. Пояснюється це перекрученою кристалічною решіткою меж зерен, тому перешкодою для проходження магнітного поля. Збільшення розмірів зерна скорочує протяжність кордонів і цим сприяє поліпшенню властивостей листа.

Оскільки властивості трансформаторної сталі визначаються не тільки хімічним складом металу, а й фізико-кристалографічними параметрами листа, що залежать у свою чергу від складу металу та способу виробництва листа, стандартне маркування листової електротехнічної сталі відображає її призначення, хімічний склад, технологію виготовлення листа та його магнітні властивості. . Наприклад, у маркуванні Е43А, Е3200, Е330А цифри та літери розшифровуються наступним чином:

• Е – електротехнічна сталь;
• перша цифра – вміст кремнію, %;
• друга цифра - гарантовані магнітні властивості сталі (1 - з нормальними, 2 - зі зниженими, 3 - з низькими ватними втратами);
• 00 - сталь холоднокатана малотекстурована,
• 0 - холоднокатана текстурована;
• А – сталь підвищеної якості з особливо низькими втратами.

Кремній є єдиним елементом, що вводиться в трансформаторну сталь з метою покращення електротехнічних властивостей заліза, тому в маркуванні відображається його вміст. Наявність кремнію збільшує магнітну проникність і електроопір сталі, знижує коерцитивну силу, зменшуючи тим самим втрати і перемагнічування і вихрові струми. Усі інші елементи, крім фосфору, негативно впливають електротехнічні властивості заліза. Тому технологія виплавки та переділу електротехнічних сталей будується таким чином щоб у готовому листі при значній кількості кремнію містилося якнайменше інших домішок.

У зв'язку з цим для виготовлення виробів, які повинні мати високу магнітну насичення, використовують трансформаторні сталі, що містять знижену кількість кремнію. Тому в так званих динамічних сталях вміст кремнію становить 2-3%. У трансформаторних сталях, які повинні мати мінімальні втрати під час перемагнічування, вміст кремнію становить 3-4,5%.

Крім кремнію, збільшенню розмірів зерна та покращенню електротехнічних властивостей сталі сприяють добавки фосфору. Однак, оскільки фосфор одночасно збільшує крихкість сталі, його можна використовувати лише в невеликих (до 0,2%) кількостях для легування пластичних динамічних сталей.

Високий вміст кремнію спричиняє появу в цих сталях низки специфічних металургійних дефектів. Найбільш поширеним дефектом електротехнічних сталей є газові міхури та рослість злитків. Встановлено залежність ступеня ураження зливків від вмісту водню: зливки виходять щільними з глибоким усадкою при вмісті водню менше 4 мл на 100 г металу, а при вмісті водню 8 мл на 100 г металу всі зливки не дають усадки. Ці концентрації не перевищують звичайного рівня для легованих конструкційних, шарикопідшипникових та нержавіючих сталей, але дефект проявляється лише на електротехнічних сталях.

Пояснюється це зменшенням у присутності кремнію розчинності водню, що у процесі кристалізації викликає його сильну ліквацію та утворення міхурів. Тому при виплавці електротехнічних сталей має приділятися особливе набуття заходів зниження вмісту водню, Певний вплив на рослість зливків надає і присутній у металі азоту. В силу цього його вміст у металі не повинен зростати 0,006-0,010%. Сильно впливає поразка металу бульбашками температура: що вона вище, тим більше розчиняється у металі газів і, ще, тим більше уповільнюється кристалізація, викликаючи посилення ліквації і збільшення поразки злитків бульбашками. Тому температура металу при розливанні повинна бути не вищою за 1590°С.

Іншими дефектами електротехнічних сталей є завороти скоринки при розливі, що викликають утворення полон і знижують якість поверхні металу, а також утворення в злитках внутрішніх тріщин - «шпаківень», що виникають при великій швидкості охолодження при температурі нижче 120°.

Особливості виробництва холоднокатаної трансформаторної сталі

Трансформаторна (електротехнічна) листова стальйде на виготовлення трансформаторів, електричних машин та приладів. Ця сталь відрізняється низькими втратами при перемагнічуванні, високою магнітною індукцією та низьким значенням коерцитивної сили. Товщина електротехнічної гарячекатаної та холоднокатаної листової сталі становить 1,0-0,1 мм. Найкраща трансформаторна сталь - холоднокатана.

Максимальний вміст кремнію в холоднокатаній трансформаторній сталі зазвичай не перевищує 3,5%, тому що при більшій його концентрації значно знижується пластичність та збільшується жорсткість сталі. Сталь в основному прокочується завтовшки 0,5, 0,35 і 0,2 мм у рулонах. Поставляється холоднокатана трансформаторна сталь у листах довжиною 720-2000 та рулонах шириною 240-1000 мм.

Чим менша товщина листа, тим менші втрати при перемагнічуванні і вище службові якостітрансформаторів та приладів. Найкращі показники питомих втрат холоднокатаної трансформаторної сталі становлять 0,5-0,6 Вт/кг при її перемагнічуванні з частотою 50 Гц і максимальному значенні індукції 10 000 Гс.

На магнітні властивості трансформаторної сталі основний вплив робить вміст кремнію, який підвищує електроопір і сприяє при нагріванні зростання великих зерен, що збільшує магнітну проникність сталі. Утворенню великих зерен сприяє і суворе обмеження сталі інших домішок- вуглецю, сірки, фосфору, водню, азоту.

Холоднокатана трансформаторна сталь текстурована, вона має високі магнітні властивості у напрямку прокатки (у гарячекатаній сталі текстури немає). Дві найбільш характерні трансформаторні текстури

Напрямок прокатки стали -реброва та кубічна. При ребрової текстурі діагональна площина кубічної решітки (ПЗ) збігається з площиною прокатки, а напрямок легкого намагнічування решітки а-заліза (100)-з напрямком прокатки. Напрямок важкого намагнічування (111) становить напрямком прокатки кут 55°.

Анізотропія магнітних властивостей при даній текстурі враховується при виготовленні трансформаторів для того, щоб магнітний потік та напрямок прокатки (напрямок малих втрат та високої магнітної проникності) збігалися.

При кубічній текстурі площина (100) збігається з площиною прокатки, а ребра куба (напрямки легкого намагнічування) розташовуються за напрямком прокатки та поперек її. Таким чином, магнітні властивості у сталей з кубічною текстурою однакові у напрямку прокатки та поперек її; ці стали доцільно застосовувати як сердечники трансформаторів та прилади, в яких напрямок магнітного потокузмінюється у часі. Вихідним матеріалом при холодній прокатці транформаторної сталі є гарячекатані рулони з товщиною листа приблизно 2,5 мм.

У цеху холодної прокаткиспочатку здійснюється обезуглероживающий відпал гарячекатаних рулонів за температури 800°С протягом ~30 год без захисної атмосфери. Потім проводиться безперервне травлення відпалених рулонів у розчині сірчаної (соляної) кислоти.

Холодна прокатка трансформаторної сталітовщиною 0,5 і 0,35 мм відбувається в два переділи (з проміжним відпалом) при загальному обтисканні за кожен переділ ~60%. Потім здійснюється остаточний високотемпературний відпал при температурі 1150 - 1180 ° С, що призводить до зростання великих зерен. Це пов'язано з тим, що трансформаторна сталь (твердий розчин кремнію в а-залізі) при нагріванні не має перетворення a-Fe4±Y"Fe- Зростанню великих зерен сприяють і незначні домішки інших елементів, що становлять соті та тисячні частки відсотка. Наприклад, вміст вуглецю в готовому листі становить лише 0,004-0,008%г

При відпалі текстура деформації перетворюється на текстуру рекристалізації, орієнтовану інакше.

Таким чином, реброва або кубічна текстура виходять в результаті рекристалізації при остаточному високотемпературному відпалі. Цей відпал проводиться в захисній атмосфері, що є азотом або сухим воднем. Останній, з'єднуючись із киснем, утворює пари води, які відразу ж випаровуються та рафінує сталь, поглинаючи залишки вуглецю. Крім того, сухий водень сприяє отриманню найбільш досконалої кубічної текстури, але він дорогий у порівнянні з азотом і вибухонебезпечним. З цієї причини найчастіше як захисне середовище від окислення застосовують азот (або суміш азоту та водню).

У цехах холодної прокатки трансформаторну сталь виготовляють з електроізоляційним покриттям, що дозволяє підвищити її експлуатаційні та антикорозійні властивості. Рулони розрізають на листи необхідних розмірів на агрегатах поперечного та поздовжнього різання. Холодну прокатку трансформаторної сталі здійснюють також на одноклітинних станах, а останнім часом на 20-валкових станах, що забезпечують отримання готового листа високої якості.

Відноситься до магнітних сталей, які використовуються для виготовлення електро- та постійних магнітів, для сердечників магнітного змінного полянаприклад, трансформаторів, електровимірювальних приладів і т.д. Магнітна сталь може класифікуватися за магнітними властивостями на магнітотверду та магнітом'яку. До останніх і належить електротехнічна сталь, купитияку за невисокою вартістю можна в компанії Промкомлект.

Тонколистова магнітом'яка сталь, яка використовується для виготовлення магнітопроводів наступного електротехнічного обладнання: трансформаторів, генераторів, дроселів, реле, стабілізаторів та ін. Постачання електротехнічної сталіВиготовляється в листах, найбільш популярні розміри яких 750х1500 мм і 1000x2000 мм або в сталевих рулонах, що дозволяє полегшити процес розкривання матеріалу.

Класифікація електротехнічної сталі

за технологією виробництва розрізняють:

1. холоднокатані електротехнічні сталіГОСТ 21427.1-83, ГОСТ 21427.2-83, що містять до 3,3% кремнію
2. гарячекатані електротехнічні сталі, що містять до 4,5% кремнію

за видами продукції:

1. листовий прокат електротехнічної сталі
2. сортовий прокат електротехнічної сталі
3. рулонний прокат електротехнічної сталі
4. стрічка різана з електротехнічної сталі

Електротехнічна сталь може змінювати такі електромагнітні властивостіяк питомий електричний опір, магнітна проникність та інші залежно кількості кремнію, що міститься у ній.

Електротехнічна сталь зазвичай піддається відпалу при 800-850 градусів за Цельсієм для зняття механічних напруг. У разі постачання електротехнічної сталі в невідпаленому стані, її необхідно призводити до додаткової термічної обробки.

Маркування електротехнічної сталі

Електротехнічна сталь маркується цифрами, якими позначають таке:

• перша цифра - клас за видом прокатки
• друга цифра – тип за вмістом кремнію
• третя цифра - за основною нормованою характеристикою
• четверта та п'ята цифри – значення вищевказаної характеристики

Крім того, зустрічається позначення марки електротехнічної сталі в буквенно-цифровому вигляді: буква Е позначає тип сталі, наступна за нею цифра - ступінь легування сталі кремнієм.

До електротехнічних сталей належить технічне залізо - метал з вуглецем трохи більше 0,02 %. Технічне залізо використовують у виготовленні сердечників, електромагнітів, пластин акумуляторів тощо. Магнітні властивості заліза змінюються при переплавках у вакуумному середовищі, а внутрішня напруга, як і у випадку електромагнітної сталі, знижується відпалом.

,

Тонколистова сталь, що використовується для виробництва магнітних проводів обладнання електричного функціонування (трансформатори, генератори, реле, електричні двигуни та магніти), називається електротехнічною сталлю. Матеріал є магнітно-м'яким, що робить його оптимальним для використання в електротехніці.

Властивості, якими володіє електротехнічна сталь

Від потрібних вимогзалежить вміст частки кремнію, що підвищує питомий опір електрики. Різні виробничі технологіїрозмежовують електротехнічні сталі на:

• гарячекатані – вміст кремнію до 4.5 відсотків;
• холоднокатані – вміст кремнію до 3.3 відсотка.

Існує умовний поділ на:

• динамічний;
• релейну;
• трансформаторну.

Електричні прилади працюють у змінних магнітних полях, тому відбувається індукція вихрових струмів та швидке перемагнічування. Ця витратапотужності знижує коефіцієнт корисної діяльності Головна вимога до такого обладнання – мінімізувати ці втрати як шляхом додавання кремнію, так і тонкістю листів матеріалу.

Електротехнічна сталь має відмінну магнітну проникність. Випускається зазвичай у листах, що мають товщину від 0.1 до 0.5 мм або холодного, або гарячого прокату. У кристалічній структурі гарячекатаної та холоднокатаної сталі існують серйозні відмінності.

Великокристалічний матеріал має магнітну проникність вище, ніж дрібнокристалічний. Обробка (як механічна, і термічна), у вигляді зміни величини кристалів, впливає магнітні властивості. Відпал металу сприяє збільшенню розмірів кристалів та зменшенню внутрішньої напруги. Це підвищує проникність, а коерцитивну силу зменшує.

Класифікація в залежності від маркування

Значення цифр маркування стали:

• Перша цифра: структура та тип прокату. 1 – ізотропна гарячекатана, 2 – ізотропна холоднокатана, 3 – анізотропна холоднокатана.
• Друга цифра: пайова частина кремнію. 0 – до 0.4 відсотків, 1 – від 0.4 до 0.8 відсотків, 2 – від 0.8 до 1.8 відсотків, 3 – від 1.8 до 2.8 відсотків, 4 – від 2.8 до 3.8 відсотків, 5 – від 3.8 до 4.8 відсотків.
• Третя цифра – основна характеристика. Питомі втрати енергії за магнітної індукції.
• Четверта та п'ята цифри: кількісний показник характеристик.

Перші три числа позначення марки показують тип електротехнічної сталі.

Сталь електротехнічна різних видіввідрізняє різна ціна та призначення матеріалу. Випускається найчастіше у відпаленому вигляді. Іноді потрібна додаткова термообробка за 800 градусів за Цельсієм. Якщо стали поставляють не отожженными, потрібна обробка високої температури деталей для відповідного рівня якості.

Сталь нелегована електротехнічна

Цей матеріал застосовується в магнітних ланцюгах різних електроапаратів.

Сталь класифікують за видом:

• вироби (стрічка, лист, рулон);
• якісної характеристики поверхні металу.

Наш інтернет-магазин пропонує купити легко та швидко високоякісну продукціюв асортименті, що задовольняє широкі запити. Електротехнічна сталь затребувана завдяки оптимальній магнітній проникності, незначним втратам енергії в магнітному полі.