Электротехническая сталь или трансформаторное железо

Одна из разновидностей черного металла - электротехническая сталь (или трансформаторное железо), обладающая улучшенными электромагнитными характеристиками. Добиться лучших показателей можно исключительно внедрением в состав компонента кремния, содержание последнего может варьироваться в пределах 0,8-4,8%, в зависимости от марки, наименования сплава. Такое название, железо, получило в результате специфики применения (данную электротехническую сталь содержат в себе трансформаторы разных типов).

Свойства кремния в составе

Основным отличием данного типа сплава, является кремний в составе, однако, легирование осуществляется не чистым элементом, а ферросилицием. Благодаря этому, происходит выведение из структуры металла кислорода, оказывающего наиболее негативное влияние на магнитные свойства железа. В конечном счете, имеет место восстановление железа из отдельных окислов, оксид кремния частично переходит в указанном состоянии в шлак. Это достаточно важный эффект, которым обладает трансформаторное железо, чем оно выделяется среди прочих наименований структур.

Отмечается и второй положительный эффект от внедрения в трансформаторное железо кремния. В результате такого действия, из металла будет выделяться непосредственно цеменит, который вполне легко заменяется графитом, образующимся в процессе. Как оксид железа, так и цеменит, способны увеличивать коэрцитивные силы в металле, что в будущем приводит к увеличению количества гистерезисных потерь. Если концентрация кремния превышает показатель в 4%, то наблюдается некоторое внимание общих потерь, выделенных и вихревые токи. Данное обстоятельство вызвано общим повышением электрического сопротивления данного типа стали в сравнении с отдельными марками, для которых легирование кремнием не было проведено. 

Химический состав трансформаторного железа

Наличие кремния в повышенном количестве будет способствовать тому, что снижается общий удельный вес оксидов железа. Вместе с тем (и это показали практические исследования структуры металла), имеет место и некоторый рост индукции насыщения Bs данного состава железа. Если увеличить процентное содержание кремния на уровень порядка 6,4%, то в трансформаторном железе индукция насыщения будет отмечена с максимальной величиной. Однако, стоит указать следующие характерные особенности состава:

• По химическому составу, электротехническая стать остается металлом легированной группы, содержание кремния в котором установлено не более чем 4,8%;
• При росте самой концентрации Si, наблюдаются некоторые ухудшения механических характеристик, сильно страдает показатель хрупкости, чего нельзя допустить, в противном случае, при чрезмерном добавлении данного элемента, сталь будет просто непригодной к эксплуатации в составе различного оборудования;
• Наряду с кремнием, для увеличения прочности добавляют также незначительное количество алюминия, уровень которого составляет в пределах 0,5%, не более, что указывается в наименовании структуры металла.

Собственно, по критериям химического состава, данный вид железа можно условно подразделить на две отдельные группы – динамную и трансформаторную.

Отнесение конкретной марки сплава к одной из этих категорий зависит от того, имеет ли место содержание отдельных легирующих примесей и насколько большим является их количество. В отношении динамной стали отмечается, что количество кремния установлено на уровне не более 0,8-2,5%, в то же самое время, чистое трансформаторное железо уже включает в себя в среднем порядка 3,0-4,5%, что также влияет на срок службы и особенности эксплуатации конкретного оборудования. 

Отличительные особенности изотропной и анизатропной сталей

Опираясь на сказанное выше, стоит отметить, характеристики самого легированного соединения железа слишком прямо зависят от процентного содержания кремния в структуре сплава.

Вторым же фактором является непосредственно внутренняя структура, образование которой имеет место в рамках производственного процесса. Важно отметить, как холоднокатаная, так и горячекатаная стали имеют различные по размеру ячейки. Для тех металлов, которые имеют крупнокриссталическую решетку, отмечается большая магнитная проницаемость, но значительно меньший показатель коэрцитивной силы (относительно групп металлов, имеющих мелкокристаллическую решетку). Размер зерна варьируется посредством применения в процессе производства термической и механической обработки.

Учитываются следующие особенности производства:

• Проведенный отжиг стали будет способствовать последующему понижению показателей внутреннего напряжения в металле. Данное обстоятельство будет приводить к тому, что количество кристаллов, которые образуют его структуру, будет неизменно возрастать;
• В свою очередь, горячая прокатка стали не может создать достаточно устойчивую ориентацию отдельных зерен внутри самого металла, она остается хаотичной;
• Согласно исследованиям механических характеристик данной изотропной стали, она не может создавать устойчивую ориентацию отдельных зерен внутри металла, в результате чего, она остается хаотичной. В конечном счете, сталь может характеризоваться независимостью своих магнитных свойств от направления движения частиц.

Если попробовать использовать технологию повторной холодной прокатки стали, то можно добиться определенной текстурованной структуры, с четко выраженной пространственной ориентацией кристаллических элементов в трансформаторном железе. В конечном счете это позволит гарантировать получение анизотропной стали, в рамках которой ребра решетки всех кристаллов установлены непосредственно в направлении последующее прокатки. Если попробовать расположить саму анизотропную сеть в строго правильном направлении, достигается высокая магнитная проницаемость, вместе с тем понижается и показатель коэрцитивной силы.

Само по себе производство данного сплава налажено в виде своеобразного листового проката, который предусматривает ширину одной полосы в пределах 240-1000 мм. Также, данный металл выпускается отдельными листами или же рулонами, длина которых может существенно варьироваться, в пределах 720-2000 мм. Отличается в данном случае и толщина листа, которая может начинаться с показателя в 0,05 мм и заканчиваться значением в 1,0 миллиметр. Лист очень тонкий, при его транспортировке обеспечиваются все необходимые меры предосторожности. Показатели толщины позволят выбрать оптимальное значение для конкретного случая эксплуатации. Помимо прочего, классификация всех электротехнических сталей предусматривает наличие отдельных типов – сортовой и резанной ленты.

Форма трансформаторного железа

Рассматривая структуру трансформатора, можно отметить наличие множества пластин, которые носят вид букв «Е» или «Ш» (в перевернутом виде). Как раз эти пластины и изготавливаются из того самого трансформаторного железа, их можно было видеть в огромном количестве разбросанным по дворам. Появлялись такие элементы после разбора и ремонта трансформаторов, сердцевина которых просто была невостребованной.

Выделяют четыре отдельные маркировки трансформаторного железа, которые проставляются в виде отдельных цифр на пластине. К примеру, первая цифра устанавливает состояние структуры металла, соответствующий класс его прокатки. Вторая цифра отображает уже процентное соотношение количества Si, которое входит в сплавжелеза, третья позволяет определить сами электромагнитные характеристики, которые присущи данному материалу. Последние цифры в маркировке позволяют увидеть количественное значение всех указанных выше характеристик, особенное значение уделяется показателям из третьего пункта.

Важно четко понимать, какие именно характеристики требуется принимать к сведению, чтобы не ошибиться в своем выборе.