Vilka typer av elektriskt stål finns tillgängliga?

GNEE stål elektrisk stålspole

Kornorienterat elektriskt stål (GOES)

Processen för att tillverka GOES utvecklades av den amerikanske forskaren Norman P Goss på 1930-talet. En stålplåt valsas på ett speciellt sätt (med så kallad kritisk tjockleksreduktion), vilket skapar frön av korn som är i linje med valsriktningen. Under den efterföljande värmebehandlingen och omkristalliseringen växer korn från fröna tills de fyller hela volymen.

Varje korn är därför inriktat och de magnetiska egenskaperna maximeras längs rullriktningen, vilket också kallas riktningen för "lätt magnetisering". (Magnetisering vid 90º till denna riktning är "hård" och vid 60º är "hårdast" – ett direkt resultat av kornorienteringen). Detta innebär att GOES är mycket användbar i applikationer där det magnetiska flödet måste styras i en specifik riktning, till exempel i en gren av en transformator.

GOES innehåller vanligtvis cirka 96,5 % järn, 3 % kisel och 0,5 % andra grundämnen. Kislet minskar förlusterna och hjälper till att anpassa korntillväxten. Ur magnetisk synvinkel är den optimala mängden kisel faktiskt 6,5 %, där förlusterna är ännu lägre, permeabiliteten når maximalt och stålet inte uppvisar magnetostriktion, vilket är huvudorsaken till akustiskt brus som genereras av transformatorer. Stål med 6,5 % kiselinnehåll är dock så sprött att det inte kan skäras eller stansas mekaniskt, så det behöver skäras med laser eller med andra specialiserade tekniker. Ett alternativt tillvägagångssätt är att skära vanligt 3% kiselmaterial och sedan infundera det med mer kisel efter skärning.

Under åren har det skett många modifieringar och förbättringar av tillverkningsprocessen för kornorienterade elektroplåtar, vilket framför allt har lett till att förlusterna har minskat med en faktor tio eller så. Den produktionsprocess som för närvarande används har över 20 steg, vilket innebär att GOES är mycket dyrare än konstruktionsstål. Det är dock fortfarande mycket billigare än andra magnetiska alternativ som nickel och koboltlegeringar.

Ett av sätten som den magnetiska prestandan hos GOES har förbättrats är genom tillägget av ett speciellt beläggningsskikt som inducerar dragpåkänning på plåtens yta. Detta förbättrar permeabiliteten för GOES och minskar förlusterna. Resultatet är att stål tillverkat på detta sätt kan arbeta vid högre magnetisering (B) än de mer konventionella kvaliteterna. Denna process kallas ofta för sitt patenterade kommersiella namn "Hi-B".

Det har också gjorts laboratorieförsök med så kallat "dubbelorienterat" stål, som har två ortogonala "enkla" riktningar, uppnått genom lämplig korntillväxt. Produktionsprocessen för detta är dock ännu dyrare och materialet har ännu inte hittat en kommersiell volymtillämpning.

De rådande tjocklekarna för kommersiellt använda GOES är {{0}},35 mm (billigast), 0,27 mm och 0,23 mm (dyrast). Priset är vanligtvis några amerikanska dollar per kilogram.

Icke-orienterat elektriskt stål (NOES)

I NOES är kornen mycket mindre, vanligtvis mindre än 0,1 mm. De är inte orienterade i någon specifik riktning. Snarare motsatsen – de bör fördelas så slumpmässigt som möjligt för att ge lastsymmetri. Detta beror på att NOES används i kärnor i roterande maskiner där magnetiskt flöde roterar och ändrar sin position hela tiden i "tänderna" på lamineringarna. Tillverkningsprocessen är enklare än för GOES och stålet är därför billigare – vanligtvis mindre än halva priset.

Eftersom NOES tillverkas i tjockare ark (0.35 mm och mer) är stansning svårare och det uppstår fler mekaniska deformationer och påfrestningar under skärning. Detta försämrar den magnetiska prestandan och kan inte alltid tolereras. I dessa fall måste laminat glödgas efter skärning för att förbättra deras magnetiska egenskaper. Som ett resultat av detta finns NOES tillgängliga i två huvudtyper: helbearbetade som inte kräver återglödgning, och halvbearbetade för vilka slutlig värmebehandling är nödvändig.

En annan viktig faktor är också kiselhalten. Tillsatsen av kisel minskar mättnadsmagnetiseringen något. Detta är viktigt i roterande maskiner, där tänderna kan arbeta under mättade förhållanden. Det mekaniska vridmomentet hos den roterande maskinen är proportionellt mot kvadraten på magnetiseringen, så även en liten förbättring av magnetiseringen är motiverad för de resulterande betydande vridmomentvinsterna. Av denna anledning, när mekanisk prestanda är av största vikt, sänks kiselhalten ofta till mycket lägre nivåer (ibland till och med under 0,5 %). Detta förbättrar vridmomentet, men resulterar givetvis i högre virvelströmsförluster, som endast kan minskas genom att minska tjockleken på de använda lamineringarna.

NOES används ofta för små billiga transformatorer för hushållsapparater, där priset på enheten är en avgörande faktor.