Неориентированная кремниевая сталь

Неориентированная кремнистая сталь, также называемая неориентированной электротехнической сталью, представляет собой мягкий магнитный сплав, в основном состоящий из железа, кремния и следовых легирующих элементов. Она является ключевым материалом для изготовления электрооборудования и характеризуется однородными магнитными свойствами во всех направлениях плоскости листа стали. Этот материал широко используется в вращающихся электрических машинах и силовых трансформаторах благодаря низким потерям на гистерезис и высокой магнитной проницаемости.

Основной состав и принципы производства

Химический состав

Кремний (Si): Основной легирующий элемент, обычно содержание которого составляет от 0,5% до 3,5%. Добавление кремния может повысить электрическое сопротивление, уменьшить потери на вихревые токи и улучшить магнитную проницаемость. Однако чрезмерное содержание кремния снижает пластичность и обрабатываемость стали.

Железо (Fe): Основной элемент, обеспечивающий базовые магнитные свойства сплава.

Следовать элементы: Строго контролируйте содержание примесей, таких как углерод (C), сера (S) и фосфор (P). Углерод увеличит потери гистерезиса, тогда как сера и фосфор могут вызвать хрупкость стального листа.

Необязательные элементы: Небольшое количество алюминия (Al) можно добавить для уточнения зерен и дальнейшего снижения потерь железа.

Особенности производственного процесса: Производство неориентированной кремнистой стали требует точного контроля процессов прокатки и отжига:

Холодная прокатка: Достигает требуемой толщины стального листа (обычно 0,35 мм или 0,50 мм) и уточняет зернистую структуру.

Декарбюризационный отжиг: Удаляет углерод из стали, чтобы снизить потери на гистерезис.

Изоляционное покрытие: Покрывает поверхность стального листа тонким изоляционным слоем, чтобы предотвратить потери вихревых токов между пластинами при сборке сердечника.

Ключевые показатели эффективности

Потери железа (P₁₀/₅₀, P₁₅/₅₀) — это потери энергии стального листа в переменном магнитном поле, являющиеся ключевым показателем оценки энергоэффективности. Они делятся на потери гистерезиса (вызванные обращением магнитных доменов) и потери вихревых токов (вызванные индукционным током в стальном листе). Более низкие потери железа означают более высокую энергоэффективность электрического оборудования.

Магнитная проницаемость отражает способность стали намагничиваться. Более высокая магнитная проницаемость позволяет электрическому оборудованию достигать номинального магнитного потока при меньшем токе возбуждения, снижая потери холостого хода.

Интенсивность магнитной индукции (B₅₀, B₁₀₀) — плотность магнитного потока при заданной напряжённости магнитного поля. Более высокая интенсивность магнитной индукции позволяет проектировать сердечник более компактно, снижая объём и массу электрооборудования.

Дуктильность и способность к пробивке. Хорошая дуктильность гарантирует, что стальной лист можно пробивать в сложные формы сердечников (например, сердечники статоров и роторов двигателей) без образования трещин.

Классификация и типичные применения

Неориентированная кремнистая сталь классифицируется в основном по толщине и уровню потерь железа; ниже приведены типичные сферы её применения:

Тенденции развития

Сверхнизкие потери и высокая магнитная индукция: разработка марок с более низкими потерями железа и более высокой магнитной индукцией для满足 требований к энергоэффективности высококлассного электрооборудования.

Тонкий прокат и широкая ширина: Производство более тонких (например, 0,20 мм) и широких стальных листов для снижения потерь в сердечнике и повышения эффективности производства крупногабаритного оборудования.

Специализация на автомобилях на новых источниках энергии: индивидуальная подгонка неориентированной кремнистой стали для приводных двигателей электромобилей, что требует баланса высоких магнитных свойств и устойчивости к высоким температурам.

Зелёное производство: Сокращение выбросов углерода в процессе производства, разработка продуктов из силиконовой стали, поддающихся переработке, в соответствии с политикой охраны окружающей среды.