Электротехнические стали: Электротехнические стали

Электротехнические стали

Электротехнические стали и сплавы — специальные материалы, которые используются для изготовления различных деталей электрического оборудования. Эти металлы обладают специальными свойствами, которые позволяют минимизировать сопротивление, что снижает затраты энергии на передачу электрических импульсов. Также они обладают повышенной магнитной проницаемостью, узкой петлей гистерезиса и уменьшенной коэрцитивной силой. Перечисленные параметры позволяют материалу не только способствовать нормальной работе электроприборов, но и продляют их эксплуатационный срок.


Маркировка электротехнической стали зависит от ее основных технических характеристик. К ним относятся толщина, удельное сопротивление, магнитная индукция, плотность и массовая доля кремния в сплаве. Разные категории предназначаются для определенного вида изделий. Перед выбором материала лучше всего проконсультироваться со специалистом, который посоветует наиболее подходящий вариант. Если взять сталь, которая не соответствует техническому заданию, во время эксплуатации электроприбора могут возникнуть серьезные проблемы.

Марки электротехнической стали являются взаимозаменяемыми лишь в очень узком диапазоне. Эту информацию всегда необходимо уточнять у знающих людей, если отсутствует собственный опыт в подобных вопросах.

 

Технология производства электротехничсекой стали

 

Производство электротехнической стали осуществляется несколькими способами. На этапе выплавки технологических отличий между методами изготовления нет. Они начинаются на этапе раскатки материала. Горячекатаная сталь подвергается окончательной обработке под воздействием температурного режима. Это позволяет проще придать ей необходимую толщину, но несколько снижает ее эксплуатационные характеристики. Под воздействием температуры происходит перестроение межмолекулярных связей в структуре сплава, что негативно сказывается на некоторых свойствах.

 

 


Холоднокатаная сталь обрабатывается при естественной температуре окружающей среды. На ее производство приходится затрачивать больше времени и ресурсов, но конечный результат оправдывает все издержки.

Этот материал обладает наилучшими свойствами и идет на производство деталей для трансформаторов, электродвигателей и других объектов повышенной важности. Обработка электротехнической стали холоднокатаного производства осуществляется в несколько этапов.

 

 

Предварительной сжатие и промежуточный отжиг позволяют получить материал толщиной более 0,5 миллиметров. Эта сталь уже готова к производству и нередко отправляется к заказчикам уже в таком виде. Но для изготовления наиболее качественного материала производится дополнительный этап сжатия и обжига. Финальное сжатие после всех процедур составляет порядка 60%. Окончательный отжиг проходит при температурах 1150-1180 градусов по Цельсию в присутствии водорода. Это позволяет не только закалить материал для будущей эксплуатации, но и убирает из его состава лишний кислород и углерод.

 

 

 

Затем тонколистовая сталь сворачивается в рулоны и отправляется на склад готовой продукции. Холоднокатаная обработка дает лучший результат, так как металлическая решетка стали имеет кубическое строение и при прокатке без повышения температуры ребра выстраиваются в оптимальной последовательности, что положительно влияет на магнитные свойства материала. Также повышает качество стали кремний, который во время выплавки образует крупные кристаллы в металлической сетке. Под воздействием температуры они могут распадаться и деформироваться, поэтому горячекатаная сталь обладает более низким качеством.

 

Основные свойства электротехнической стали

 

Рассмотрим подробнее свойства электротехнической стали. На первом месте идет удельное сопротивление. Чем выше этот показатель, тем более качественным считается материал. Сопротивление означает способность вещества препятствовать прохождению электрического тока. Для проводников этот показатель должен быть минимальным. Но электротехнические стали используются для изготовления корпусов и экранирования проводников от воздействия внешней среды. Поэтому они наоборот должны сдерживать электричество внутри, чтобы оно не расходовалось понапрасну, а доходило до пункта назначения с минимальными потерями в пути.

 

 

Второе значимое свойство — низкая коэрцитивная сила. Этот параметр отвечает за способность внутреннего магнитного поля к размагничиванию. В электродвигателях и трансформаторах наличие магнитной среды ни к чему, поэтому для производства деталей для них используют сталь с высокой способностью к размагничиванию. Для электромагнитов наоборот необходима высокая коэрцитивная сила, поэтому нужна другая марка металла. Она называется анизотропная электротехническая сталь. До нужного уровня магнитные свойства доводят при помощи введения в сплав дополнительного количества кремния. Этот элемент добавляется в виде силицида железа, которое сплавляют со сталью. Кремнистая электротехническая сталь содержит до 4% кремния, который образует крупные кристаллы в структурной решетке металла.

 

 

Третий важный показатель — ширина петли гистерезиса. Он влияет на способность всех составляющих элементов электрической цепи возвращаться к своим изначальным состояниям после выключения прибора. Когда прекращается подача электричества в цепь, ее составные части все еще сохраняют так называемое механическое напряжение. Чем уже петля гистерезиса, тем быстрее восстановится нормальное состояние всех деталей в приборе.


Четвертую строчку ключевых показателей занимает магнитная проницаемость. Чем выше этот показатель, тем лучше материал может справляться со своими функциями. И последний значимый показатель — толщина стального листа. Обычно в электротехнике используются материалы толщиной не более 1 миллиметра. Такого уровня вполне достаточно, чтобы добиваться поставленных перед ними целей. Резка электротехнической стали может осуществляться ножницами по металлу или любым другим предназначенным для подобных целей инструментом.

Электротехническая сталь

Низкое электрическое сопротивление железа приводит к тому, что в переменных полях в железе возникают большие потери на вихревые токи и снижается магнитная проницаемость. При легировании железа кремнием удельное электрическое сопротивление существенно возрастает. Так у сплава, содержащего 5% кремния, удельное электрическое сопротивление достигает 0,7 мкОм м, то есть увеличивается более чем в 7 раз по сравнению с чистым железом.

Кроме того, присутствие кремния в железе снижает магнитную анизотропию и магнитострикцию. При увеличении отношения a/r снижается разница в значениях обменного интеграла по различным направлениям, а следовательно, уменьшается магнитная анизотропия. У сплава содержащего 6,8% Si магнитная анизотропия в 3 раза меньше чем у чистого железа, а магнитострикция практически равна нулю. Наконец при добавке к железу кремния нейтрализуется вредное влияние примесей кислорода и углерода. Последнее обстоятельство связано с тем, что кремний раскисляет сталь и способствует переходу углерода из карбида железа (цементита) в графит в соответствии с уравнениями:

FeO + Si = Fe + SiO2 (3.4)

Fe3C + Si = (Fe,Si) + Г (3.5)

Важно отметить, что взаимодействие кремния с дислокациями приводит к снижении подвижности последних, поэтому снижается пластичность сплавов. В связи с этим промышленные сплавы железа с кремнием — электротехнические стали содержат не более 5% Si.

Поскольку у электротехнических сталей сохраняется магнитная анизотропия, то для улучшения магнитных свойств применяют текстурованную сталь, то есть сталь, у которой некоторые кристаллографические направления в соседних зернах совпадают. Для получения стали с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями необходимо совпадение направлений типа [111]. Для того чтобы получить магнитную текстуру применяют холодную прокатку с большими обжатиями и последующий отжиг при температуре 900-1000оС. В ходе холодной деформации происходит ориентация зерен, а при отжиге идет рекристаллизация, приводящая к снижению плотности дислокаций и росту зерен. Текстурованную сталь называют также холоднокатаной. Холоднокатаная сталь в 1,5 раза дороже горячекатаной, но потери в ней вдвое ниже. Важно иметь в виду, что для эффективного использования текстурованной электротехнической стали магнитный поток должен проходить вдоль направления легкого намагничивания.

Для материалов, работающих в слабых полях, чрезвычайное значение имеет высокое значение начальной магнитной проницаемости. Иначе говоря, для таких материалов важна большая подвижность границ доменов в условиях малой напряженности внешнего магнитного поля. Следовательно, такие материалы должны быть однофазными и иметь малую магнитную анизотропию и магнитострикцию.

Как отмечалось ранее, увеличение межатомных расстояний между атомами переходных металлов вследствие легирования, приводит к снижению магнитной анизотропии. Поэтому для достижения максимальной магнитной проницаемости используют сильно легированные сплавы. Примером могут служить альсифер и пермаллои.

Альсифер — сплав системы Fe-Si-Al, содержащий около 9,5% кремния и 5,5% алюминия. При этом составе магнитная анизотропия минимальна и сплав имеет очень высокую магнитную проницаемость. Отклонение от оптимального состава приводит к снижению магнитной проницаемости (рис.50). (Объясните почему?)

Рис. 50. Влияние состава на магнитную проницаемость альсифера.

Сплав отличается достаточно высоким удельный электрическим сопротивлением (r=0,81 мкОм´м), что снижает потери на вихревые токи. Вместе с тем, сплав непластичен и тверд. Детали из него изготавливают методом порошковой металлургии, а окончательная обработка деталей возможна только анодно-механическим и электроискровым способами, а также шлифовкой. Трудность обработки повышает стоимость изделий, однако, поскольку сплав не содержит дорогостоящих компонентов его широко применяют для изготовления магнитных экранов и магнитопроводов.

Пермаллои.Пермаллоями называют сплав железа и никеля. При этом различают низконикелевые пермаллои и высоконикелевые пермаллои. Низконикелевые пермаллои содержат 45-65% Ni, высоконикелевые пермаллои — 76-80% Ni. Для низконикелевых пермаллоев характерны более высокое удельной электросопротивление и повышенная индукция насыщения, однако, магнитная проницаемость низконикелевых пермаллоев ниже магнитной проницаемости высоконикелевых пермаллоев. Важно отметить, что индукция насыщения высоконикелевых пермаллоев ниже индукции насыщения низконикелевых пермаллоев. Это обстоятельство связано с тем, что магнитный момент иона никеля ниже магнитного момента иона железа.

Электротехническая сталь — Промышленность

 

Продукция ArcelorMittal из нетекстурированной электротехнической стали (NOES) получила признание наших клиентов за ее качество и экологичность, особенно в секторе производства электроэнергии. NOES будет в еще большей степени находиться в авангарде изменений «зеленой сделки», таких как переход к электрификации автомобилей, для которого ArcelorMittal демонстрирует создание ценности своих интеллектуальных решений благодаря своему специальному предложению электронной стали iCARe ® .

NOES от ArcelorMittal в большей степени отвечают самым строгим требованиям наших клиентов, предлагая марки, выходящие за рамки требований Евронорм, например:

  • Марка M230-50A для гидрогенераторов
  • Марка М320П-50А для новых промышленных двигателей IE4
  • Марка NO20 толщиной до 0,20 мм для медицинских и авиационных применений
  • Автомобильные электротехнические стали iCARe ® , которые также подходят для ряда приложений для электромобилей

Помимо ассортимента продукции, ArcelorMittal предлагает широкий спектр услуг, от технической поддержки и совместного проектирования до решений в области логистики и цепочки поставок.

Ассортимент продукции ArcelorMittal включает очень широкий спектр марок стали с определенными магнитными свойствами, в том числе:

  • Полностью и полуобработанные неориентированные (NO) электротехнические стали
  • Полярный лист из электротехнической стали
  • Для автомобильных тяговых приложений вы можете посетить наш специальный iCARe ®  страниц.

 

Нетекстурированные полностью обработанные электротехнические стали

  • Гарантированные магнитные свойства в соответствии со стандартными требованиями (или превышающими их) EN 10106:2015
  • Минимизация потерь и максимизация уровней поляризации
  • Полные кривые магнитных характеристик потерь, поляризации, магнитной проницаемости
  • Полная мощность на разных частотах доступна по запросу

 

Преимущества

  • Отличная магнитная проницаемость
  • Теплопроводность и штампуемость
  • Очень низкие потери даже на высоких частотах
  • Доступен широкий выбор покрытий

 

Применение

  • Производство электроэнергии: гидро-, ветряные и турбогенераторы
  • Тяговые двигатели для автомобильных электрифицированных силовых агрегатов (см. веб-сайт Global Auto)
  • Тяговые или ходовые двигатели для другого электрифицированного транспорта: железнодорожного, электроавтобуса, грузовика и корабля
  • Электрическое оборудование (распределительное устройство, …)
  • Промышленные двигатели и генераторы большой мощности
  • Двигатели малой и средней мощности общего назначения
  • Бытовая техника высокого класса (высокоскоростные пылесосы и т. д.)
  • Герметичные двигатели для холодильников и морозильников


Нетекстурированные полуобработанные электротехнические стали

Полуобработанные марки по-прежнему нуждаются в дополнительном этапе обработки отжигом после процесса штамповки клиентом. ArcelorMittal предлагает стандартные полуфабрикаты и полуфабрикаты с высокой проницаемостью. Таким образом, общее среднее значение поляризации во всех направлениях плоскости стального листа с высокой проницаемостью намного выше, чем у стандартных продуктов.

Преимущества

  • Оптимизированная перфорируемость
  • Контролируемая шероховатость поверхности
  • Хорошее поведение материала
  • Снижение потерь и повышение проницаемости стали.

 

Полуфабрикаты с высокой проницаемостью позволяют уменьшить массу сердечника и повысить эффективность двигателей и трансформаторов. Достигнутая повышенная эффективность снижает эксплуатационные расходы машин и в то же время делает их более экологичными.

Области применения

  • Нелегированные полуобработанные электротехнические стали предназначены для небольших промышленных двигателей, вентиляторов и бытовых приборов, таких как двигатели стиральных машин, трансформаторы микроволновых печей и компрессоры холодильников
  • Легированные полуобработанные электротехнические стали предназначены для подобных вариантов применения с более высоким КПД, поскольку они имеют меньшие потери, в то время как проницаемость остается на хорошем уровне
  • Полуфабрикаты с высокой проницаемостью марки предназначены для двигателей, генераторов, трансформаторов, преобразователей и балластов, где требуется более высокий КПД

 

Электросталь для полюсов

Марки горячекатаных и холоднокатаных полюсных листов классифицируются в соответствии с их пределом текучести (EN 10265:1995). Помимо гарантированных механических свойств, они обладают гарантированными магнитными свойствами, но в отличие от других марок электротехнической стали их магнитные характеристики определяются в условиях постоянного тока (DC).

Преимущества

  • Позволяют холоднокатаным сортам выдерживать большие электромеханические силы
  • Позволяют горячекатаным сортам выдерживать сильные центробежные и электромеханические силы как в статических, так и в динамических условиях
  • Отличные магнитные свойства на постоянном токе обоих марок

 

Применение

  • Большие высокоскоростные машины

 

Мир лаков для ваших целей

 

Все наши лаки экологически безопасны, водорастворимы и не содержат хрома .

 

Каждый лак для неориентированных марок (С3, С5, С6) имеет свои специфические свойства, такие как уровень изоляции, эффект перфорируемости, защита от коррозии, термостойкость и свариваемость.

 

Новая линейка NOES компании Cleveland-Cliffs отражает растущий спрос на электротехнические стали

Cleveland-Cliffs представила новую линейку продукции из нетекстурированных электротехнических сталей (NOES) для производства электроэнергии в Северной Америке, что отражает растущий интерес к электротехническим сталям

Продукция Motor-Max предназначена для электромобилей (EV) двигатели, авиационные двигатели и генераторы и другое вращающееся оборудование, работающее на частотах выше 60 герц, сообщил Fastmarkets представитель Cleveland-Cliffs во вторник, 13 декабря.

По словам Филипа Гиббса, управляющего директора KeyBanc Capital Markets и старшего аналитика по акциям металлургической и аэрокосмической промышленности, запуск отражает ожидания растущего спроса на продукцию NOES и электротехническую сталь в целом в преддверии быстрого роста, вызванного революцией электромобилей в течение следующих нескольких лет. В какой-то момент всем отечественным производителям стали придется «гнаться» за рынком электротехнической стали, поскольку спрос на эту продукцию будет расти, сказал он Fastmarkets.

Компания Cleveland-Cliffs сослалась на растущий спрос на электромобили, для которых требуется NOES, в своем заявлении во вторник. Он также подчеркнул растущие потребности в зарядных станциях для электромобилей, которые построены из электротехнической стали с ориентированным зерном (GOES).

Согласно пресс-релизу, производитель стали из Кливленда является единственным производителем электротехнической стали автомобильного качества в Северной Америке. Эти возможности были частично реализованы благодаря приобретению в 2020 году компании AK Steel, которая в то время занимала ведущее положение в стране по поставке электроэнергии. Например, на долю AK Steel приходилось все внутреннее производство NOES в 2012 году.

Однако компания US Steel, которая в настоящее время производит NOES только в Европе, планирует начать производство NOES в США в сентябре 2023 года с помощью своей новой линии NOES в Биг-Ривер. Стали. Другие производители электродуговых печей, в том числе Nucor, не производят NOES, хотя Nucor производит сталь для производителей электрооборудования.

«Азия лидирует, когда дело доходит до NOES», — сообщил источник Fastmarkets. «Производители в США только приближаются к тому моменту, когда они могут поддерживать автомобильный рынок. У Cliffs уже были активы [AK Steel] для производства NOES, но ей еще предстояло производить материалы для автомобильной промышленности, и они работали с [производителями оригинального оборудования], чтобы пройти квалификацию».

Ежегодное производство моторных сталей в США, включая NOES и низкокачественный холоднокатаный моторный прокат (CRML), составляет около 400 000–500 000 тонн, из которых около 100 000 тонн приходится на NOES, по данным Гиббса. Остальное — это CRML, который производится US Steel, ArcelorMittal/Nippon Steel, Nucor и Steel Dynamics, сказал он.

США импортировали всего около 9 900 тонн «плоского проката из кремнистой электротехнической стали, не ориентированной по зерну» с января по октябрь этого года, что на 43,48% больше, чем примерно 6 900 тонн за тот же период прошлого года, согласно данным.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *