Электротехническая сталь

Электротехни́ческая сталь — тонколистовая магнитно-мягкая сталь со специальными ферромагнитными свойствами (относительно узкой петлёй гистерезиса) для применения в знакопеременных магнитных полях, что главным образом достигается наличием в составе стали кремния в количестве 0,8—4,5 % и специальной механической, термической и магнитной обработкой. В ряде случаев легируется алюминием (до 0,5 %). В зависимости от технологии производства подразделяют на холоднокатную (изотропную или анизотропную, до 3,3 % кремния) и горячекатную (изотропную, до 4,5 % кремния). К электротехнической стали также относят (нелегированное) чистое железо, прошедшее специальную механическую и термообработку для достижения требуемых магнитных свойств. В зависимости от содержания кремния и технологии получения разделяют на динамную сталь ( изотропную, 0,8—2,5 % кремния)^[1][2][3], трансформаторную сталь (анизотропную, 3,0—4,5 % кремния)^[4][5][6] и релейную (изотропную, нелегированную)^[7][8]. Готовый продукт выпускается в виде тонких листов толщиной от 0,05 до 2 мм, лент, либо рулонов. Используется при изготовлении магнитопроводов различного электротехнического оборудования — электромагнитов, трансформаторов, генераторов, электродвигателей, дросселей, магнитопроводов реле, феррорезонансных стабилизаторов напряжения и др^[9].

Трансформатор с шихтованным магнитопроводом из электротехнической стали

Свойства

Электромагнитные свойства

Электротехнические стали характеризуют следующие электромагнитные показатели^[10]:

• высокая магнитная проницаемость;
• низкая коэрцитивная сила и узкая петля гистерезиса;
• высокое удельное электрическое сопротивление для снижения потерь на нагрев сердечника вследствие эффекта вихревых токов.

Относительная магнитная проницаемость μ/μ₀ электротехнической стали сильно зависит от величины приложенного поля. К примеру, сталь электротехническая сернистая Э43 в слабых полях имеет μ/μ₀ = 600—1000, в средних полях — до 11000^[11].

Производство

Электротехническая сталь выпускается в виде листов (часто в рулонах) и узкой ленты толщиной 0,05—1 мм. Качество электротехнической стали характеризуется электромагнитными свойствами (удельными потерями, коэрцитивной силой и индукцией), изотропностью свойств (разницей в значениях свойств металла вдоль и поперёк направления прокатки), геометрическими размерами и качеством листов и полос, механическими свойствами, а также параметрами покрытия. Снижение удельных потерь в стали обеспечивает уменьшение потерь энергии, а повышение максимальной индукции стали позволяет уменьшить габариты, снижение анизотропии свойств улучшает характеристики устройств с вращающимися магнитопроводом. Электротехническая сталь обычно поставляется в отожжённом состоянии. Для снятия механических напряжений, возникающих при изготовлении деталей, проводят дополнительный кратковременный отжиг при 800—850°С. Некоторые электротехнические стали поставляются в неотожжённом виде; в этом случае для обеспечения заданного уровня свойств после механической обработки необходимо проводить термическую обработку деталей^[12].

Стандарты

Для изотропной тонколистовой электротехнической стали в различных странах приняты следующие стандарты: ГОСТ 3836—83^[7], ГОСТ 11036—75^[8], ГОСТ 21427.1-83^[4], ГОСТ 21427.2-83^[1], ASTM A677/A677M-89, EN 10106-96.

Отдельные марки

Сталь 10895

Э12 — по старой маркировке. Изготавливается по ГОСТ 3836–83 и ГОСТ 11036–75. Сортовая электротехническая горячекатная нелегированная сталь с коэрцитивная силой не более 95  А/м^[7][8]. Имеет нормируемую зависимость магнитной индукции от напряженности прикладываемого магнитного поля^[13][14]. При изготовлении по ГОСТ 11036–75 по требованию потребителя могут также нормироваться следующие механические свойства^[15]:

• временное сопротивление, не менее — 270 Н/мм2;
• относительное удлинение, не менее — 24%;
• относительное сужение, не менее — 60%;
• число твердости по Бринеллю, не более — 131;
• диаметр отпечатка, не менее — 5,2 мм.

Химический состав, в % (масс)^[16][17]

Углерод	Марганец	Кремний	Фосфор	Сера	Медь
0.035	0.3	0,3	0,020	0.030	0.3

Показано, что интенсивность адгезивного взаимодействия при шлифовании стали 10895 кругом из кубического нитрида бора существенно меньше, чем при шлифовании титанового сплава^[18]. Твёрдость стали наиболее отзывчива к изменению содержания углерода и кремния и к двойной термообработке по режиму нормализации^[19].

Из стали 10895 рекомендуется изготавливать детали, применяемые в магнитных цепях электрических аппаратов и приборов. Материал обладает запасом пластичности и обрабатывается в горячем состоянии^[20].

См. также

• Технически чистое железо