Электротехническая сталь

Низкое электрическое сопротивление железа приводит к тому, что в переменных полях в железе возникают большие потери на вихревые токи и снижается магнитная проницаемость. При легировании железа кремнием удельное электрическое сопротивление существенно возрастает. Так, у сплава, содержащего 5% кремния, удельное электрическое сопротивление достигает 0,7 мкОм´м, т. е. увеличивается более чем в 7 раз по сравнению с чистым железом.

Кроме того, присутствие кремния в железе снижает магнитную анизотропию и магнитострикцию. При увеличении отношения a/r снижается разница в значениях обменного интеграла по различным направлениям, а следовательно, уменьшается магнитная анизотропия. У сплава, содержащего 6,8% Si, магнитная анизотропия в 3 раза меньше, чем у чистого железа, а магнитострикция практически равна нулю. Наконец, при добавке к железу кремния нейтрализуется вредное влияние примесей кислорода и углерода. Последнее обстоятельство связано с тем, что кремний раскисляет сталь и способствует переходу углерода из карбида железа (цементита) в графит в соответствии с уравнениями:

FeO + Si = Fe + SiO₂ .

Fe₃C + Si = (Fe,Si) + Г .

Важно отметить, что взаимодействие кремния с дислокациями приводит к снижению их подвижности, поэтому снижается пластичность сплавов, они становятся хрупкими. В связи с этим промышленные сплавы железа с кремнием - электротехнические стали -содержат не более 5% Si (табл. 4.1).

Поскольку у электротехнических сталей сохраняется магнитная анизотропия, то для улучшения магнитных свойств применяют тек-стурованную сталь, т. е. сталь, у которой определенные кристалло-графические направления в зернах совпадают. Для получения стали с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями необходимо совпадение направлений типа [111]. Для того чтобы получить магнитную текстуру, применяют холодную прокатку с большими обжатиями и последующий отжиг при температуре 900-1000^оС.

Таблица 4.1

В ходе холодной деформации происходит ориентация зерен, а при отжиге идет рекристаллизация, приводящая к снижению плотности дислокаций и росту зерен. Текстурованную сталь называют также холоднокатаной. Холоднокатаная сталь в 1,5 раза дороже горячекатаной, но потери в ней вдвое ниже. Важно иметь в виду, что для эффективного использования текстурованной электротехнической стали магнитный поток должен проходить вдоль направления легкого намагничивания.