МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ СТАЛИ

Электротехнические стали представляют собой сплав железа с 0,5—5,0% кремния. Они известны уже более 60 лет и занима­ют по объему производства и разнообразию применения пер­вое место среди магнитных материалов. Это объясняется их вы­сокими электромагнитными свойствами, удовлетворительными и хорошими механическими качествами, а также отсутствием де­фицитных компонент и малой стоимостью.

Среди работ, посвященных физическим процессам в кремни­стых сталях, разработке технологии их производства и примене­ния, большое значение имеют труды советских ученых.

Рассмотрим влияние кремния на свойства железа.

(41)

Кремний, образуя с железом твердый раствор, приводит к увеличению удельного сопротивления. Зависимость удельного со­противления от процентного содержания кремния можно пред­ставить следующим эмпирическим уравнением:

Р = 0,10 —(— 0,12- (?6 Si) [ом-мм2/м].

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ СТАЛИ

Рис. 20. Кривые намагничивания малоуглеродистых и низколегированных сталей после отжига при 750 — 900° С [Л. 3]:

1 — ст. 10, горячекатаная; 2 — от 20, горячекатаная; 3 — ст. 30. горячекатаная; 4 — сталь С г— Си— Si низколегированная, горячекатаная; 5 — сталь маломаргаицевая, горячекатаная; 6 — нс -2,08 э; 7 — Нс = 3,55 э; 8 — Нс=ЬА0 э

Из формулы следует, что, например, при содержании 4,8% Si удельное сопротивление стали возрастает по сравнению с сопротивлением железа в 6,7 раз[25], соответственно уменьшаются потери на вихревые токи.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ СТАЛИ

^ 10/50,вт/кг

"0 0,04 0,08 ОД 0,16 0,Z0 Содержание примеси, %

Рнс. 22. Зависимость потерь на гистерезис при В=10 кгс и f= = 50 гц от содержания приме­сей в железокремнистом спла­ве с S і=4 % (по данным Иенсена)

На магнитные свойства чистейшего железа кремний влияет отрицательно. Однако магнитные свойства технического железа при легировании его кремнием улучшаются. Возрастают началь­ная и максимальная проницаемости, уменьшаются коэрцитивная сила и потери на гистерезис, существенно улучшается стабиль­ность свойств.

\

У

А

У

/

У

К

А

Pmaz

Т3 160

1Z0

80

40

О

3 4 5 6 7 8 9 10 11 Содержание кремния, °/0

Рис. 21. Зависимость максимальной про­ницаемости от содержания кремния [Л. 17]:

А — отжиг при 1000° С без магнитного поля; б — отжнг при 1-300° С в водороде без магнит­ного поля; в — отжиг при 1300° С в водороде с магнитным полем (по данным Гертца)

Положительное действие кремния на магнитные свойства технически чистогб железа объясняется рядом причин. Кремний переводит углерод из вредной для магнитных свойств формы цементита в графит. Он, действуя как раскислитель, связывает часть растворенных в металле газов, прежде всего кислород, а также способствует росту зерен и уменьшает константы магнит­ной анизотропии и магнитострикции.

На рис. 21 приведена зависимость максимальной проницае­мости от содержания кремния. Наибольшее значение максималь­ной проницаемости наблюдается при содержании 6,5—6,8%) Si,
чему соответствует близкое к нулю значение магнитострикции. М. Гертц[26] в результате обработки в магнитном поле рамочного монокристалла из сплава с 6,8% Si получил максимальную про­ницаемость, равную 3 800 000. Однако в технике применяют спла­вы с содержанием кремния не свыше 5,0%. Это объясняется тем, что кремний ухудшает механические свойства, повышая твер­дость и хрупкость. Уже при 4,0—5,0% Si материал выдерживает не более 1—2 перегибов на 90°.

Кремний снижает индукцию насыщения Bs, что явл. яется не­желательным. Снижение индукции можно оценить следующей эмпирической формулой:

Bs = 21 580-480- (% Si) [гс]. (42)

Кремний влияет также на плотность, теплоемкость и т. п.

Электротехническая сталь, кроме кремния, содержит углерод, серу, марганец, фосфор и др. На рис. 22 представлена зависи­мость потерь на гистерезис в сплаве с 4% Si от различных при­месей. График приведен для чистейшего железа при наличии в нем только одной из примесей. »

Как видно из рис. 22, наиболее вредной примесью является углерод. Его влияние на магнитные свойства определяется не только процентным содержанием, но и формой, в которой он на­ходится (например, в виде цементита или в виде графита), а также дисперсностью включений.

Форма и дисперсность включений углерода зависят от мно­гих причин, в том числе и от режима термообработки. В этом отношении нежелательным, например, является быстрое ох­лаждение стали с последующим ее старением для стабилиза­ции свойств (нагревом до 120—150°С в течение 100 — 120 ч). Такой режим может вызвать увеличение коэрцитивной силы в два-три раза [JI. 17].

Углерод несколько снижает потери на вихревые токи, однако не настолько, чтобы уменьшить полные потери.

Влияние серы, кислорода и марганца на магнитные свойства электротехнической стали отрицательно. Фосфор уменьшает по­тери как на гистерезис, так и на вихревые токи и, следовательно, может использоваться для легирования стали, но он повышает хрупкость.

В технически чистом железе всегда имеется небольшое коли­чество различных примесей, поэтому влияние каждой из них на­до рассматривать в совокупности с действием других. Для этого случая зависимости, приведенные на рис. 22, являются неспра­ведливыми.

Для улучшения свойств стали необходимо тщательно очи­щать ее от примесей, обезуглероживать и подвергать особой термообработке. Однако существенно улучшить указанными ме­тодами свойства электротехнических сталей, выпускаемых в про­мышленном масштабе, не удается.

Свойства значительно улучшаются в результате образова­ния магнитной текстуры в стали при ее холодной прокатке и последующем отжиге.

Ранее отмечалось, что электротехнические стали, особенно с большим содержанием кремния, отличаются большой хрупко­стью, поэтому долгое время при их изготовлении применяли го­рячую прокатку. Применение холодной прокатки считалось не­рентабельным.

В 1935 г. Госс[27] обнаружил высокие магнитные свойства хо­лоднокатаной электротехнической стали вдоль направления про­катки. Во всех других направлениях свойства оказались хуже, т. е. такая сталь обладала магнитной текстурой и являлась маг- нитноанизотропной. Существенно улучшились и механические свойства: качество поверхности листа, волнистость и штампуе - мость. Все это привлекло большое внимание к опытам Госса и завершилось выпуском в промышленных масштабах холодно­катаных электротехнических сталей, оттеснивших на последнее место горячекатаные стали.

Высокие свойства холоднокатаных сталей и их магнитная анизотропия объясняются образованием в процессе прокатки и отжига кристаллографической текстуры.

Элементарная ячейка железокремнистого сплава представля­ет собой объемноцентрированный куб, для которого направле­ниями легкого намагничивания являются его ребра, а самому трудному намагничиванию соответствуют пространственные диа­гонали.

При отсутствии текстуры имеет место хаотическое располо­жение кристаллов. Вследствие этого материал приобретает изо­тропные свойства со статистически постоянной средней намагни­ченностью по любому направлению.

В результате холодной прокатки зерна в кристаллографиче­ском отношении получают преимущественную ориентацию, кото­рая называется текстурой прокатки [28]. Степень текстуры зави­сит от температуры прокатки, степени обжатия и толщины листа.

Однако деформация в холодном состоянии приводит к появ­лению больших внутренних напряжений и, следовательно, к ро­сту коэрцитивной силы. Эти напряжения можно снять отжигом.

При нагреве холоднокатаной стали до температуры свыше 900°С наблюдается рекристаллизация, сопровождающаяся бур­ным ростом зерен кристаллитов и одновременной ориентацией их вдоль направления легкого намагничивания. В результате ребра
кубов оказываются расположенными параллельно к направле­нию прокатки, а плоскости ромбических додекаэдров — парал­лельно плоскости прокатки (рис. 23). Такая текстура называет­ся ребровой текстурой рекристаллизации. Ее интенсивность достигает 80—90%.

Технологический процесс производства стали с ребровой тек­стурой заключается в следующем:

Горячая прокатка полосы до 2,5—2,8 мм;

Холодная прокатка ленты 2,5—2,8 1—0,9 мм;

Промежуточный отжиг ленты при температуре 750—780° С;

Холодная прокатка ленты 0,9—1,0н-0,35—0,50 мм;

Окончательный отжіиг ленты при температуре 1100— 1150° С.

Усложнение технологического процесса приводит к тому, что текстурованная сталь дороже горячекатаной стали того же со­става при одинаковой толщине ленты в 1,5—2 раза. Однако увеличение стоимости полностью окупается уменьшением потерь (приблизительно в 2 раза), высоким качест­вом поверхности листа и хорошей штампуемостью.

Применение сталей, обладающих магнитной анизотропией, требует та­кой конструкции магнитопровода, при которой магнитный по­ток проходит только в направлении наилучших магнитных свойств, т. е. в направлении прокатки. Самые плохие магнитные свойства наблюдаются под углом 55° к направлению прокатки.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ СТАЛИ

Рис. 23. Схематическое изображение распо­ложения кристаллов относительно направ­ления прокатки:

А — горячекатаная сталь; б — холоднокатаная сталь с ребровой текстурой рекристаллизации

Выполнение поставленного условия для сердечников транс­форматоров возможно в результате применения ленточных сер­дечников (сплошных или разрезных), а также комбинированных магнитопроводов, у которых стержни изготовлены из текстуро - ванных, а ярмо — из горячекатаных сталей. Схематическое изо­бражение магнитопроводов различных типов представлено на рис. 24.

Применение текстурованных сталей позволяет для мощных трансформаторов уменьшить потери энергии на 20—30%, стои­мость трансформатора — на 5%, вес — на 10%), расход стали — на 20%. Для трансформаторов малой мощности выигрыш в весе еще более значителен[29].

Для імагнитопроводов электрических машин с круговой фор­мой статора и ротора выполнить требование параллельности на­правлений намагничивания и прокатки значительно труднее. Наиболее рациональным решением в этом случае является при­менение малотекстурованных сталей, которые обладают не­сколько повышенными по сравнению с горячекатаными сталями магнитными свойствами и хорошими механическими качества­ми, присущими холоднокатаным сталям, что обеспечивает вы­сокий коэффициент заполнения при незначительной магнитной анизотропии.

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ СТАЛИ

Рис. 24. Схематическое изображение магнитопроводов транс­форматоров для тексту ров анных материалов: а. б — сплошные ленточные сердечники; в, г — разрезиые ленточные сердечники; д — сборный комбинированный магннтопровод (/ — стер­жни из текстуроваиного материала; 2 — ярмо из горячекатаной изо­тропной стали)

Большой интерес представляют проводимые в последнее вре­мя работы по получению электротехнических сталей не с ребро­вой, а с кубической текстурой. Схематическое изображение рас­положения кристаллитов с двумя указанными видами текстур показано на рис. 25, из которого видно, что в случае кубической текстуры наилучшие ' магнитные свойства обеспечиваются при прохождении магнитного потока в двух направлениях: вдоль и поперек прокатки, а направление самого трудного намагничива­ния (по пространственным диагоналям) вообще исключается из плоскости намагничивания. Получение материалов с кубической текстурой будет являться крупным шагом вперед в вопросе улуч­шения свойств электротехнических сталей, уменьшения потерь энергии, а также веса и габаритов электромагнитных устройств.

В настоящее время электротехнические стали выпускают в соответствии с двумя стандартами: ГОСТ 802—58 «Сталь элек­тротехническая тонколистовая» и ГОСТ 9925—61 «Лента холод­нокатаная рулонная из электротехнической стали».

Марка стали обозначается буквой «Э» и следующими за ней цифрами.

Первая цифра после буквы обозначает степень легирования стали кремнием. Ориентировочно можно считать, что эта цифра соответствует среднему содержанию кремния в весовых процен­тах (1 — слаболегированная, 2 — среднелегированная, 3 — по-

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ СТАЛИ

Рис. 25. Схематическое изображение расположения кри­сталлов относительно направления прокатки: а — для материала с ребровой текстурой; б — для материала с кубической текстурой

Вышеннолегированная, 4 — высоколегированная). Часто первые две группы (Э1, Э2) называют динамными сталями, а третью и четвертую (ЭЗ, Э4)—трансформаторными. Стандарт такую классификацию не предусматривает.

Вторая цифра (1—8) означает гарантированные электромаг­нитные свойства стали при ее работе в определенных условиях эксплуатации. Это деление определяет область применения той или иной марки стали.

По этому признаку различают три группы сталей.

Стали, предназначенные для работы в средних и сильных магнитных полях при частоте перемагничивания 50 гц (1 — нор­мальные, 2 — пониженные и 3 — низкие удельные потери).

Стали, предназначенные для работы в средних полях при частоте перемагничивания 400 гц (ГОСТ 802—58 цифра 4; ГОСТ 9925—61 цифры 4 — нормальные, 5 — пониженные, 6 — низкие удельные потери).

Стали, предназначенные для работы в малых или средних полях (ГОСТ 802—58 для работы в слабых полях цифры 5 —с нормальной и 6 — с повышенной магнитной проницаемостью; для работы в средних полях цифры 7 — с нормальной н 8 — с повы­шенной магнитной проницаемостью; ГОСТ 9925 — 61 цифры 7 и 8 — повышенные свойства соответственно в малых и в средних полях).

После второй цифры может стоять нуль (текстурованная сталь) или два нуля (малотекстурованная сталь). Для материа­лов с особо низкими удельными потерями в конце обозначения марки ставится буква «А», а для материалов повышенной точ­ности проката и повышенной отделки поверхности дополнитель­но вводится буква «П».

Листы и рулоны должны поставляться заказчику в отожжен­ном состоянии. По требованию заказчика допускается постав­ка листов и рулонов в нагартованном виде (без отжига), в этом случае к обозначению марки стали добавляется буква «Т».

Рассмотрим пример условных обозначений электротехниче­ской стали.

Пример. Сталь Э310 П—0,35 X 750 X 1500 ГОСТ 802—58 читается так: сталь электротехническая с содержанием 3% Si, т. е. повышеннолегированная (трансформаторная) с гарантированными магнитными свойствами в средних и сильных полях при частоте перемагничивания 50 гц, текстурованная, с по­вышенным качеством отделки поверхности, в виде листа толщиной 0,35 мм и с размерами 750 X 1500 мм, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 802—5S.

Перейдем к рассмотрению свойств основных групп сталей.

Свойства сталей, работающих в средних и сильных магнит­ных полях при частоте 50 гц. Эта группа сталей является самой большой по количеству марок и объему применения. Она исполь­зуется главным образом, для энергетического оборудования — генераторов, двигателей, силовых трансформаторов. Стали этой группы выпускаются 20 марок[30], из них 4 марки текстурованных, 5 малотекстурованных и 11 горячекатаных. Четыре марки стали выпускаются в листах и в рулонах (Э310, Э320, ЭЗЗО, ЭЗЗОА), остальные — только в листах. Толщина проката от 1,0 до 0,2 мм.

Основными электромагнитными характеристиками этой груп­пы сталей являются кривая намагничивания в области средних и сильных полей, удельные потери при частоте 50 гц и различ­ных амплитудах магнитной индукции. Эти данные приведены в табл. 5.

По требованиям стандарта кривая намагничивания опреде­ляется коммутационным баллистическим методом, т. е. в посто­янных полях. При работе на частоте 50 гц и выше значения индукции будут меньше указанных в табл. 5 [Л. 17], что иллюст­рируется рис. 26, на котором представлены кривые намагничи­вания стали ЭЗЗО, измеренные в постоянном поле и в перемен­ном поле частоты f= 50 гц. В сильных полях кривые практически совпадают, а в слабых и в средних существенно различаются.

Таблица 5

Электромагнитные свойства электротехнической стали, применяемой в энергетическом электромашиностроении

(по данным ГОСТ 802—58 и ГОСТ 9925—61)

S

Н и S

Магнитная индукция в гауссах при напряженности магнитного поля, а/см

Удельные потери вт/кг

О е-

Ffi

X S

ВЮ

B25

В50

B100

B300

Р10/50

Р15/50

Си

3

Л

1

Ь ч

Не менее

Не

Более

Горячекатаная сталь

Э11

1,0

15 300

16 300

17 600

20 000

5,8

13,4

Э12

1,0

15 000

16 200

17 500

19 800

5,5

12,5

Э11

0,50

15 300

16 400

17 600

20 000

3,3

7,7

Э12

0,50

15 000

16 200

17 500

19 800

3,2

7,5

Э13

0,50

15 000

16 200

17500

19 800

2,8

6,5

Э21

0,50

14 800

15 900

17 300

19 500

2,5

6,1

Э22

0,50

14 800

15 900

17 300

19 500

2,2

5,3

Э31

0,50

14 600

15 700

17 200

19 400

2,0

4,4

Э32

0,50

14 600

15 700

17 100

19200

1,8

3,9

Э31

0,35

14 600

15 700

17 100

19 200

1,6

3,6

Э32

0,35

14 600

15 700

17 100

19 200

1,4

3,2

Э41

0,50

13 000

14 600

15700

17 000

19 000

1,55

3,5

Э42

0,50

12 900

14 500

15 600

16 900

18 900

1,4

3,1

Э43

0,50

12 900

14 400

15 500

16 900

18 900

1,25

2,9

Э43А

0,50

12 900

14 400

15 500

16 900

18 900

1,15

2,7

Э41

0,35

13 000

14 600

15 700

17 000

19 000

1,35

3,0

Э42

0,35

12 900

14 500

15 600

16 900

18 900

1,2

2,8

Э43

0,35

12 900

14 400

15 500

16 900

18 900

1,05

2,5

Э43А

0,35

12 900

14 400

15500

16 900

18 900

0, 9

2,2

Холоднокатаная малотекстурованная сталь

Э1100

0,50

—.

15 300

16 400

17 600

20 000

3,3

7,5

Э1200

0,50

15 300

16 400

17 600

20 000

2,8

6,5

Э1300

0,50

15 500

16 400

17 600

20 000

2,5

5,8

Эзюо

0,50

15 000

16 000

17 300

19 600

1,7

3,7

Э3200

0,50

14 800

15 800

17 200

19 500

1,5

3,4

Холоднокатаная текстурованная сталь

Э310

0,50

16 000

17 500

18 300

19 100

19 800

1,1

2,45

3,2

Э320

0,50

16 500

18 000

18 700

19 200

20 000

0,95

2,1

2,8

ЭЗЗО

0,50

17 000

18 500

19 000

19 500

20 000

0,8

1,75

2,5

Э310

0,35

16 000

17 500

18 300

19 100

19 800

0,8

1,75

2,5

Э320

0,35

16 500

18 000

18 700

19 200

20 000

0,7

1,5

2,2

ЭЗЗО

0,35

17 000

18 500

19 000

19 500

20 000

0,6

1,3

1,9

Э330А

0,35

17 000

18 500

19 000

19 500

20 000

0,5

1,1

1,6

Примечания:

1. Свойства горячекатаной и малотекстурованной холоднокатаной стали указаны для проб, не подвергающихся после нарезкн отжигу. Свойства тексту - рованной холоднокатаной стали указаны для проб, подвергнутых после нарез­ки отжигу для снятия наклепа.

При испытании проб текстурованной холоднокатаной стали без отжига полученные результаты по удельным потерям снижаются на 10% при сравне­нии с нормами табл. 5.

Для малотекстурованной холоднокатаной стали разница в значениях магнитной индукции В25 вдоль и поперек листа не должна превышать: для марок Э1100, Э1200, Э1300—1300 гс, для марок Э3100, Э3200—1600 гс.

Стали марок Э310, Э320, ЭЗЗО, Э330А выпускаются также в рулонах (ГОСТ 9925—61).

На рис. 27 показаны кривые намагничивания, измеренные в широком диапазоне изменения напряженности поля, для трех наиболее характерных марок рассматриваемой группы. Рисунок наглядно иллюстрирует зависимость магнитных свойств от сте­пени легирования и наличия текстуры.

Для текстурованных сталей представляет большой интерес зависимость свойств от угла между направлением магнитного по­тока и прокатки. Типичные кривые такого рода приведены на рис. 28. Для малотекстурованных сталей разница в свойствах при разных направлениях магнитного потока составляет всего

3-5%.

Выше отмечалось, что магнитные свойства зависят от толщи­ны листа. На рис. 29 показана такая зависимость, из которой видно, что уменьшение толщины проката сверх определенной для каждого материала величины приводит к резкому возраста­нию коэрцитивной силы, а следовательно, и потерь на гисте­резис.

Для рассматриваемой группы сталей, применяемых в энерге­тическом электромашиностроении, большое значение имеют удельные потери.

Из рассмотрения данных табл. 5 следует, что удельные поте­ри для индукции 10 кгс и частоты 50 гц составляют для мало­текстурованных сталей 1,5—3,3 вт/кг и для текстурованных 0,5— 1,1 вт/кг. Удельные потери зависят от марки стали, толщины ли­ста, амплитуды индукции, частоты перемагничивания и микро­структуры стали (например, от режима термической обра­ботки).

Чем выше магнитные свойства стали, тем меньше доля по­терь на гистерезис в полных потерях. Для горячекатаных слабо­легированных сталей (Э1, Э2) потери на гистерезис составляют 70—75% от общих потерь (f = 50 гц), для текстурованных (Э320, ЭЗЗО) —25—35%. Соотношение потерь мало зависит от ампли­туды индукции при изменении ее в пределах рабочего диапазона.

Зависимость удельных потерь от магнитной индукции для различных марок сталей имеет приблизительно одинаковый ха­рактер. На рис. 30 показана такая зависимость для текстурован­ных сталей.

Рис. 26. Кривые намагничива - Рис. 28. Кривые намагничивания стали ния стали ЭЗЗО [Л. 17] Э320, снятые иа образцах, вырезанных под

Разными углами к направленню прокатки [Л. 17]

При изменении угла между направлениями прокатки и маг­нитного потока величина удельных потерь возрастает, достигая максимума для 55°.

Зависимость удельных потерь от частоты определяется соот­ношением составляющих полных потерь. Потери на гистерезис пропорциональны частоте, потери на вихревые токи — квадрату частоты, дополнительные потери — частоте в степени, большей 1 и меньшей 2. Поэтому, чем больше доля потерь на гистерезис, тем закон изменения удельных потерь от частоты ближе к ли­нейному, чем больше доля потерь на вихревые токи, тем ближе к квадратичному.

Например, при изменении частоты в четыре раза (от 15 до 60 гц) для горячекатаных сла­болегированных сталей (Э1, Э2) удельные потери возрастают в 5 раз, для текстурованных — в 8 раз.

Во многих случаях примене­ния рассматриваемой группы сталей значительный интерес представляют кривые намагни­чивания и удельные потери для сложных случаев действия по­лей — переменного при наличии постоянного поля, импульсных полей и т. п. [Л. 4, 22 и др.]. Ог­раниченный объем настоящей книги не позволяет уделить дол­жного внимания этому вопросу.

Свойства сталей, предназна­ченных для работы в средних полях на повышенной частоте. Эта группа сталей появилась недавно в связи с широким использова­нием в технике повышенной частоты. Возрастание частоты уве­личивает влияние вихревых токов на процессы перемагничива­ния. Для уменьшения вихревых токов применяют стали с боль­шим удельным сопротивлением (повышенно - и высоколегиро­ванные марок ЭЗ и Э4), преимущественно толщиной проката 0,05; 0,8; 0,1; 0,15 мм.

Почти все марки сталей этой группы выпускаются как тек- стурованные в рулонах и только одна марка (Э44) выпускается как горячекатаная в листах.

Электромагнитные свойства сталей, предназначенных для ра­боты в полях повышенной частоты, приведены в табл. 6.

Р, бт/кг ft

0,5 1,0 1,5 Б, тл

Рис. 30. Зависимость удельных по­терь от магнитной индукции для

Текстурованных сталей: 1 — сталь ЭЗЗО, й= 0,35 мм, 2 — сталь Э320, d= 0,35 мм; 3 — сталь ЭЗЮ, d= 0,35 мм [Л. 17]

Сравнение свойств сталей предыдущей и рассматриваемой групп (ср. табл. 5 и 6) показывает существенное увеличение по­терь на частоте 400 гц. Например, для горячекатаной стали Э44

Таблица 6

Электромагнитные свойства электротехнической стали, предназначенной для работы в средних полях повышенной частоты (400 гц)

А) По данным ГОСТ 802—58

Марки стали

Толщи­на лис­та, мм

Магнитная индукция в гауссах при напряженности поля, а/см

Удельные потери, сі і кг

Удельное электросо­противле­ние,

ОМ-мм"1 jM

В 5

В 10

В 25

Р 7,5,400

Р 10/400

Не менее

Не более

Не менее

Э44

0,35

12 100

13 000

14 400

10,7

19

0,57

Э44

0,20

12000

12 900

14 200

7,2

12,5

0,57

Э44

0,10

11 900

12 800

14 000

6

10,5

0,57

Э340

0,20

15 000

16 000

17 000

7

12

0,47

Б) По данным ГОСТ 9925—61

Марки

Толщи­

Магнитная индукция в тл при напряжен­ности магнитного поля, а\см

Коэр­цитив­ная си­ла Н с

Удельные по­тери, вт,'кг

О о <J з:

«її

2

Стали

На лен­ты, мм

В 0,4

В С,8

В 2

| В 4

| В 10

В 25

Р 10/400|Р 15/40С

Ї ° Ч

Ё О -

Не менее

Асм

Не

Более

>> по

Э340 Э350 Э360

0,05 0,05 0,05

0,40 0,55 0,80

0,75 0,90 1,05

1,10

1,25 1,40

1,25 1,35 1,50

1,45 1,55 1,65

1,70 1,75 1,82

0,36 0,36 0,32

10,0 8,5 7,5

21,0 19,0 16,0

0,5 0,5 0,5

Э340 Э350 Э360

0,08 0,08 0,08

0,40 0,55 0,80

0,75 0,90 1,05

1,10 1,25 1,40

1,25 1,35 1,50

1,45 1,55 1,65

1,70 1,75 1,82

0,36 0,32 0,28

10,0 8,5 7,5

22,0 19,0 17,0

0,5 0,5 0,5

Э340 Э350 Э360

0,10 0,10 0,10

0,45 0,60 0,80

0,75 0,90 1,05

1,10 1,25 1,40

1,25 1,35 1,50

1,45 1,55 1,65

1,70 1,75 1,82

0,36 0,32 0,28

10,0 8,5 7,5

22,0 19,5 17,0

0,5 0,5 0,5

Э340 Э350 Э360

0,15 0,15 0,15

0,50 0,60 0,80

0,80 0,95 1,10

1,10 1,25 1,40

1,30 1,40 1,55

1,45 1,55 1,65

1,70 1,75 1,82

0,34 0,32 0,26

10,0 9,0 8,0

23,0 20,0 19,0

0,5 0,5 0,5

При толщине листа 0,35 мм удельные потери Р 10/400 = = 19 вт/кг, а для сталей того же химического состава (Э41, Э42, Э43, Э43А) и той же толщине листа Р 10/50 = 0,9—1,35 вт/кг. Для текстурованных сталей вместо Р 10/50 = 0,5—1,1 вт/кг име­ем Р 10/400 = 7,5—10 вт/кг. Следовательно, удельные потери уве­личились в 15—20-раз.

Магнитные свойства, измеренные в постоянных полях, не­сколько понизились.

Зависимости свойств сталей, предназначенных для работы при повышенных частотах (например, зависимость удельных потерь от амплитуды магнитной индукции и частоты или кривой намагничивания от частоты и др.), качественно имеют тот же ха­рактер, что и для сталей предыдущей группы.

Свойства сталей, предназначенных для работы в слабых (0,002—0,008 а/см) или в средних (0,03—10 а/см) полях. Для ра­боты в слабых полях предназначены стали Э45 и Э46; для работы в средних полях — Э47, Э48, Э370, Э380. Толщина ленты в рулонах или листов — 0,20; 0,35 и 0,50 мм.

Электромагнитные свойства этих материалов приведены в табл. 7, а кривые намагничивания основных марок сталей — на рис. 31 и 32.

Таблица 7

Электромагнитные свойства электротехнической стали, предназначенной для работы в малых или средних полях

(по данным ГОСТ 802—58 и ГОСТ 9925—61)

А) Для работы в слабых полях

Марки стали

Толщина лис­та, мм

Магнитная индукция в гауссах при напряженности поля, а см

Удельное электросо­противление, ом - мм?/м

В 0,002 | В 0,004 | В 0,008

Не менее

0,35 0,35 0,20 0,20

Б)

1,2

1,3

Для работы

2,6

3,3 2,8 3,5

В средних noj

7,0 8,8

Гях

0,55 0,55 0,55 0,55

О S

Магнитная индукция в гауссах при

Напряженности

Поля, а/см

С а.

Н и

5

ГО О

Ю о

С

LO

С

А о • к

З: *

= ^

О"

О"

О

О"

О

О"

(N

О

2

= О 5

К а.

CQ

Е

Q

Q

А

Q

Q

А

С

Ca

^

Ч н " ч

5

Г - н

Не менее

>> m ь о

Э47

0,35

_

_

350

1400

4800

6100

7700

9200

12 100

13 000

0,55

Э48

0,35

450

1700

5700

7100

8700

10 200

12 500

13 000

0,55

Э47

0,20

300

1000

3800

5300

6600

9000

11 800

12 900

0,55

Э48

0,20

400

1400

4800

6200

7400

9200

12000

12 900

0,55

Э370

0,50

140

400

2500

8000

12 000

13 000

14 500

15 500

16 500

17 000

0,47

Э380

0,50

200

550

4200

10 200

13 800

14 700

15 200

15 800

16 700

17 000

0,47

Э370

0,35

120

250

2000

7000

11000

12 000

13 500

14 500

16 000

17 000

0,47

Э380

0,35

180

450

4000

10 000

13 500

14 500

15 000

15 500

16 500

17 000

0,47

Э370

0,20

100

200

1400

5000

9000

10 400

11 600

14 200

15 700

16 700

0,47

Э380

0,20

180

450

2000

7000

11000

12000

13 500

14 500

16 000

17 000

0,47

Примечания:

Свойства стали, приведенные в табл. 7, указаны для проб горячеката­ной стали, не подвергающихся после нарезки отжигу, а для проб холоднока­таной стали — после дополнительного отжига для снятия наклепа от резки.

Стали марок Э370 и 3380 выпускаются также и в рулонах (ГОСТ 9925—613•

Главное требование к этим материалам состоит в высоких значениях магнитной проницаемости в области слабых и сред­них полей. Удельные потери не имеют существенного значения, поэтому они не нормируются.

Высокие магнитные свойства в средних и особенно в слабых полях обеспечиваются в результате очистки металла от приме­сей и снятия внутренних напряжений, а для текстурованных ста­лей— дополнительно высокой степенью текстуровки.

Для материала, полученного от завода-изготовителя, даль­нейшее улучшение свойств может быть достигнуто путем прове­дения дополнительного отжига после механической обработки деталей. Характер и режим отжига существенно влияют на маг­нитные свойства (см. § 12).

346,

345

0,00г o, ooЦ - о, сов н, а/см

Рис. 31. Кривые намагничива­ния на постоянном токе сталей Э45 и Э46 [Л. 17]

348

347

343

В, тл *10~Ч

0,25 0,5 0,75 Н, с/см

Рис. 32. Кривые намагничива­ния на постоянном токе ста­лей Э43, Э47, Э48 [Л. 17]

Для сталей этой группы свойственна большая степень ани­зотропии магнитной индукции. В горячекатаных сталях она до­стигает 30—40% в области слабых полей и 5—7%—в области средних. Для текстурованных сталей свойства вдоль и поперек направления прокатки могут отличаться в десятки раз.

В заключение рассмотрим вопрос стабильности свойств элек­тротехнических сталей всех трех групп.

Магнитные свойства сталей с течением времени ухудшаются, что объясняется структурными изменениями в материале (старе­нием стали). Для стабилизации свойств процессы старения ис­кусственно ускоряют, подвергая сталь нагреву до 120—150°С в течение 120 ч.

Кремний повышает стабильность свойств во времени, поэто­му изменение свойств в результате искусственного старения для высоколегированных сталей меньше (~3%), чем для слаболеги­рованных (—7—9%).

Следует отметить, что быстрое охлаждение стали при повтор­ном отжиге (сотни градусов в час) вызывает значительное уси­ление процессов старения.

Свойства сталей зависят также от температуры и механиче­ских напряжений.

При повышении температуры происходит значительное паде­ние константы магнитной анизотропии и небольшое уменьшение магнитной индукции насыщения. Этому соответствует возраста­ние магнитной проницаемости в слабых полях и ее уменьшение в сильных.

Кривые, иллюстрирующие зависимость магнитных свойств стали от температуры, приведены на рис. 33.

Удельные потери при повышении температуры несколько сни­жаются, что объясняется возрастанием удельного электросопро­тивления.

Механические напряжения могут возникать в электротехни­ческих сталях 'по разным причинам. Например, при остывании листа в процессе его производства края остывают быстрее, чем середина, в результате чего срединные части оказываются под действием растягивающих, а краевые — сжимающих напряже­ний. При изготовлении магнитопровода после штамповки или резки материала по его кромке возникают сжимающие напряже-
ния (наклеп). В процессе сборки сердечника пакет обжимается и стягивается, и поэтому сталь оказывается под воздействием механических напряжений и т. п.

Во всех случаях наличие механических напряжений приво­дит к ухудшению магнитной проницаемости, особенно в слабых полях. Удельные потери также увеличиваются.

Степень воздействия механических напряжений зависит от их величины, марки материала, отношения деформированной зоны к общей площади пластины и т. п.

В качестве примера воздействия механиче-. ских напряжений на маг­нитные свойства на рис. 34 приведена зависи­мость увеличения потерь на гистерезис при штам­повке от ширины кольца.

Магнитные свойства могут быть в значитель­ной степени восстановле­ны путем проведения пов­торного отжига.

Некоторые технологи­ческие вопросы примене­ния электротехнических сталей рассмотрены в § 12.

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

НАМАГНИЧИВАНИЕ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Важнейшим вопросом эффективного использования магнит­нотвердых материалов является высокое качество намагничива­ния систем с постоянными магнитами. Обычно магниты (кроме магнитов из феррита бария) намаг­ничиваются после сборки системы, так как при этом после …

ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ ШЕРРИТОВ ДЛЯ СВЧ

Основными параметрами, характеризующими свойства фер­ритов на СВЧ, являются компоненты тензора магнитной прони­цаемости р и диэлектрическая проницаемость е. Техника измерения этих параметров сложна, связана с громоздким рас­четным аппаратом и, что самое …

ПЕРМАЛЛОИ

Развитие автоматики, радиосвязи, электрических измерений и других областей техники потребовало создания материалов с более высокими магнитными свойствами в слабых полях, чем у электротехнических сталей. К таким материалам относятся прежде всего …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.