Электротехническая сталь

Представляет собой низкоуглеродистый железокремнистый сплав (0,05-0,005% С; 0,8-4,8% Si).

Кремний, образуя с Fe твердый раствор, увеличивает электросопротивление, а, следовательно, уменьшает потери на вихревые токи. Кроме того, железокремнистый твердый раствор вследствие искажений в решетке, вызванных наличием в ней инородных атомов кремния, имеет более высокую коэрцитивную силу, чем чистое железо, которая не уменьшается при охлаждении, что несколько снижает значение Нс и повышает магнитную проницаемость (Нс/Br).

Электротехническую сталь изготавливают в виде тонких листов и подвергают отжигу при 1100-1200⁰С либо в водороде, либо в диссоциированном аммиаке, либо в вакууме (для рекристаллизации, укрупнения зерна, выгорания углерода). Резание, холодная штамповка, навивка ухудшают магнитные свойства стали. Возрастает коэрцитивная сила, а, как следствие, потери на гистерезис. Поэтому для восстановления магнитных свойств, проводят отжиг при 750-800⁰С с медленным (меньше 50^оС/ч) охлаждением.

- Листовую сталь подразделяют по структурному состоянию и виду прокатка на 3 класса: 1-горячекатаная изотропная; 2-холоднокатаная изотропная; 3-холоднокатаная анизотропная с реберной текстурой.

Для магнитных листовых электротехнических сталей принята иная система маркировки, чем для обычных сталей. Эти стали, маркируются четырьмя цифрами, например, 1211, 1413, 2011, 2212, 3411, 3414. Первая цифра – класс по структурному состоянию и виду прокатки; вторая - группа по содержанию кремния; третья-группа по основной нормируемой характеристике, четвертая - порядковый номер типа стали. Другими словами – первые три цифры означают тип стали, а четвертая – номер типа стали (порядковый).

Те есть стали 1211 и 1413 – горячекатаные изотропные с содержанием кремния у первой 0,4-0,8%, а у второй 2,8-3,8%, нормируемой характеристикой которых являются удельные потери.

Стали 2011 и 2212 – холоднокатаные изотропные, а стали 3411 и 3414 – холоднокатаные анизотропные с ребровой текстурой.

Анизотропные (текстурированные) стали относятся к трансформаторным. Последние содержат 2,8-3,8% кремния и относятся к ферритному классу сталей, которые не испытывают g«a превращений при нагреве. Магнитные свойства холоднокатаной стали с ребровой текстурой в продольном направлении прокатки значительно выше, чем в поперечном. Это связано с тем, что в каждом зерне текстурированой стали кристаллическая решетка ориентирована так, что в плоскости листа лежит плоскость (110), а в направлении прокатки – ребро куба [100]. Такую текстуру и называют ребровой. Для Fe_α и сплавов Fe-Si ребро куба [100] является направлением легкого намагничивания. Подобная структура достигается многократной прокаткой и отжигом в водородной среде.

Немагнитные (парамагнитные) стали.

Многие детали машин и приборов должны быть изготовлены из немагнитного материала. Ранее для этой цели применяли цветные (и,естественно, дорогие) сплавы. В настоящее время широко используют немагнитные аустенитные стали 12Х18Н9, 55Г9Н9Х3, 45Г17Ю3. Нержавеющие стали типа 12Х18Н9Т достаточно дороги и поэтому в качестве аустенитообразователей используют марганец, хром и алюминий при сравнительно повышенном (до 0,4%) содержании углерода и ограниченном содержании никеля.

Аустенитная структура у сталей этого класса получается закалкой, а упрочнение – холодным наклепом. Поэтому точка М_д у них должна быть ниже 0⁰С, чтобы холодная деформация при комнатной температуре не вызывала мартенситное превращение.

Окалиностойкие стали с высоким омическим сопротивлением.

К этой группе относятся стали с высоким электросопротивлением, предназначенные для изготовления проволоки и лент нагревательных элементов печей и т.д. Для этой цели широко используют ферритные стали, содержащие хром и алюминий (последнего не должно быть больше 5-7%, чтобы не охрупчивать сталь), резко увеличивающих околиностойкость и электросопротивление. Примерами сталей этой группы являются: Х13Ю4 – фехраль, 0Х23Ю5 – хромаль, 0Х27Ю5А.

Содержание углерода в них строго ремитировано (0,06-0,12%), т.к. появление карбидов снигает пластичность и понижает срок службы нагревателей.

Si сильно повышает электросопротивление, однако его содержание не должно превышать 1%, т.к. при большем содержании сталь теряет способность к горячей деформации.

Номинальное удельное электросопротивление у фехраля (1,26-1,34 Ом мм²/м), у хромаля –1,3-1,45 Ом мм²/м. Большие значения имеют, естественно, хромоникелевые сплавы, например, нихром Х20Н80 (1,05-1,15Ом мм²/м).

Окалиностойкость колеблется до 1000⁰С у фехраля, до 1200⁰С у стали 0Х27Ю5А. Причем по этому показателю они не уступают нихрому.

Фехраль широко используется в виде проволоки для изготовления нагрузочных реостатов, бытовых приборов, низкотемпературных печей сопротивления.

Стали же 0Х23Ю5 и 0Х27Ю5А малопластичны и из них изготавливают литые элементы сопротивления, которые могут работать при температурах 1200⁰С и выше в атмосфере воздуха, кислорода, водорода, азота, сероводорода, углеводорода.