Qu'est-ce que l'acier au silicium à grains orientés ?
L'acier au silicium à grains-orientés contient généralement 3 % de silicium (Si : 11 Fe). Il est traité de telle manière que les propriétés optimales se développent dans le sens du laminage, grâce à un contrôle strict (proposé par Norman P. Goss) de l'orientation des cristaux par rapport à la feuille. La densité de flux magnétique est augmentée de 30 % dans le sens de déroulement de la bobine, bien que sa saturation magnétique soit diminuée de 5 %. Il est utilisé pour les noyaux des transformateurs de puissance et de distribution, l'acier orienté -grain laminé à froid-est souvent abrégé en CRGO.


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Source d'acier au silicium à grains orientés
acier au silicium à grains orientés
Les alliages de ferrosilicium à orientation préférentielle des grains produits par recuit de déformation et de recristallisation ont une teneur en silicium d'environ 3 % et une très faible teneur en carbone. Les produits sont des plaques ou des bandes laminées à froid-d'épaisseurs nominales de 0,18, 0,23, 0,28, 0,30 et 0,35 mm. Principalement utilisé pour fabriquer divers transformateurs, ballasts de lampes fluorescentes et noyaux de stator de turbogénérateur . 6 % à 10 % de l'énergie électrique est consommée dans les systèmes de transport et de distribution d'énergie, dont environ 60 % est consommée dans les conducteurs de transmission et de distribution, et environ 40 % dans les transformateurs. La perte de fer et la perte de cuivre représentent chacune environ 50 % de la perte totale du transformateur, et la perte de fer est directement liée à la qualité de l'acier au silicium utilisé pour fabriquer le noyau de fer.
Classification de l'acier au silicium à grains orientés CRGO
L'acier au silicium orienté -à grains (ci-après dénommé acier au silicium orienté) est divisé en deux catégories : l'acier au silicium orienté ordinaire (acier G0) et l'acier au silicium orienté à haute induction magnétique (haute perméabilité magnétique) (acier Hi-B). L'angle de déviation d'orientation moyen de l'acier GO est d'environ 7, le diamètre du grain est de 3 ~ 5 mm et l'induction magnétique B8 est d'environ 1,82 T. L'angle de déviation de l'acier Hi-B est d'environ 3, le diamètre du grain est de 10 à 20 mm et le B8 est d'environ 1,92 T. Étant donné que l'acier Hi-B a une orientation plus élevée que le B8, la perte de fer est réduite d'au moins 15 % et le coefficient de magnétostriction est également nettement inférieur à celui de l'acier G0. La perte de fer du transformateur fabriqué est réduite de 10 à 15 % et le courant d'excitation est réduit de 40 à 50 %. , le bruit est réduit de 4 à 7 dB. L'acier au silicium orienté a des grains plus gros, en particulier l'acier Hi-B, et une taille de domaine magnétique plus grande, principalement 180 domaines magnétiques. La somme de la perte par courants de Foucault Pe et de la perte anormale Pa dans la perte de fer est 1,5 à 2,0 fois supérieure à la perte par hystérésis Ph, et Pa est 1 à 2 fois supérieure à Pe. Par conséquent, l'objectif principal est de réduire Pe, en particulier Pa. Parce que Pe+Pa∝ 2Lt2/ρ (2L est l'espacement des parois du domaine, t est l'épaisseur de la plaque et ρ est la résistivité). Depuis les années 1980, le Japon a adopté trois mesures techniques : amincir l'épaisseur des tôles d'acier, augmenter la teneur en silicium (de 2,9 % à 3,1 % à 3,2 % à 3,4 %) et affiner les domaines magnétiques, et a développé 3 aciers GO et 3 Hi- De nouvelles nuances d'acier B ont été produites dans des variétés de 0,18 et 0,23 mm d'épaisseur. Des technologies de raffinage du domaine magnétique telles que l'irradiation laser et le traitement par rouleaux dentés sont utilisées dans la production.
L'acier électrique a des exigences strictes en matière de composition chimique et la plage de composition spécifiée est étroite. Le silicium est contrôlé entre 2,9 % et 3,1 % et la haute teneur est augmentée entre 3,2 % et 3,4 %. Pour chaque augmentation de 0,1 % de la teneur en silicium, la perte en fer P17 peut être réduite de 0,019 W/kg. Le carbone est de 0,03 % à 0,05 % (acier Go) ou de 0,05 % à 0,08 % (acier Hi-B). Assurez-vous que 20 % à 30 % de la phase 7 existe pendant le laminage à chaud de la dalle coulée pour empêcher la formation de grains de déformation grossiers dans la zone centrale de la plaque laminée à chaud dans le sens de l'épaisseur et l'apparition de grains fins linéaires dans le produit. La teneur en carbone plus élevée de l'acier Hi-B est d'avoir un plus grand nombre de phases ya pendant le recuit à haute-température pour garantir l'obtention d'une grande quantité d'AlN fin. Parce que la solubilité solide de l’azote dans la phase lambda est environ 9 fois supérieure à celle de la phase a. À mesure que la teneur en silicium augmente, la teneur en carbone devrait également augmenter en conséquence. Le manganèse est spécifié entre 0,05 % et 0,10 % et le soufre entre 0,015 % et 0,03 % pour garantir une petite quantité de précipitation de MnS. La teneur en manganèse et en soufre de l'acier Hi-B est supérieure à la limite supérieure. Le but est d'augmenter la température de chauffage et de laminage à chaud de la brame pour réduire la quantité de précipitation d'AlN, de sorte qu'un AIN plus fin précipitera lorsque la température sera normalisée à l'avenir. L'aluminium Als soluble dans l'acide - (A1 dans le total Al - Al203) dans l'acier Hi - B est spécifié comme étant compris entre 0,02 % et 0,03 %, et l'azote entre 0,006 % et 0,01 % pour garantir une petite quantité de précipitation A1N après normalisation à haute température. La quantité de phosphore est égale ou inférieure à 0,015 %. Le contrôle de la teneur en silicium en limite supérieure et l'amincissement de l'épaisseur du produit rendent plus difficile le développement d'une recristallisation secondaire. Pour cette raison, 0,15 % à 0,20 % de cuivre sont ajoutés à l'acier GO de haute qualité-, et 0,05 % à 0,09 % de cuivre sont ajoutés à l'acier de haute qualité-Hi-B. (Le cuivre forme plus finement (Cu, Mn)1,8S) et 0,06 % à 0,14 % d'étain (ou d'antimoine) pour renforcer la force d'inhibition, augmenter les composants de la couche superficielle (110) de la plaque laminée à chaud- et favoriser le développement d'une recristallisation secondaire. Le deuxième taux de réduction par laminage à froid de l'acier GO est augmenté de 50 % à 55 % à 60 % à 70 %, la granulométrie secondaire est réduite et la perte de fer est réduite. L'étain se sépare le long des joints de grains et le long de l'interface entre les particules de MnS et la matrice, empêchant le grossissement du MnS, renforçant la force d'inhibition et augmentant la composante (1lO), ce qui entraîne de petits grains secondaires et une réduction du P17.
Flux de processus de fabrication d'acier au silicium orienté -à grains laminés à froid
(1) Démanganisation, fusion, traitement sous vide et coulée en moule (ou coulée continue) du fer en fusion. Lorsque la teneur en manganèse du fer fondu dans le haut fourneau est supérieure à 0,35 %, ajoutez Fe0, etc. à la poche de fer fondu pour réduire la teneur en manganèse à moins de 0,35 % et soufflez de l'argon pour remuer. Fondu dans un convertisseur soufflé par le haut-ou par le haut-bas-soufflé, contrôle C<0.06%, P<0.01%, s<0.03% and Mn<0.07%. During tapping, aluminum is added to the ladle for deoxidation, ferrosilicon is added for alloying, and argon is blown to make the temperature and composition uniform and the oxide inclusions to float up. Vacuum processing fine-tunes ingredients. In the past, mold casting was used, but now continuous casting is mostly used.
(2) Laminage à chaud. La billette est placée dans une fosse de conservation de la chaleur et refroidie lentement. Lorsque la température de la billette est supérieure à 250 degrés, elle est placée dans un four de chauffage et chauffée à une température élevée de 1 350 à 1 400 degrés pour que le MnS et l'AlN grossiers contenus dans la billette se dissolvent en solution solide. Pendant le processus de laminage à chaud, le MnS est régénéré. Précipite en fine dispersion (moins de 50 nm). Par conséquent, le chauffage et le laminage à chaud sont également des procédés de traitement thermique pour la solution solide et la précipitation de MnS. L'épaisseur de la dalle laminée brute est de 30 à 40 mm. Contrôlez la température avant de terminer le laminage pour qu'elle soit comprise entre 1 160 et 1 200 degrés, car le MnS précipite à nouveau pendant le processus de laminage de finition. Minimisez la quantité de précipitation d'AlN pendant le laminage à chaud de l'acier Hi-B. La température de laminage finale est de 950 à 1 050 degrés. Après laminage à chaud, il est pulvérisé avec de l'eau et refroidi à environ 550 degrés pour l'enroulement. L'épaisseur de la bande laminée à chaud est de 2,2 à 2,5 mm.
(3) Normalisation à haute température, laminage à froid, recuit de décarburation et revêtement avec agent de démoulage. La bande laminée à chaud en acier Hi-B-est soumise à un traitement de normalisation (1100~1120 degrés) × (3~5min) dans l'azote, et est refroidie à l'air-à 900 degrés et pulvérisée avec de l'eau pour précipiter l'AlN fin. Après le laminage à chaud ou la normalisation, décaper et conserver à 50 ~ 60 degrés pour le laminage à froid. G.0. Une fois que l'acier est laminé à froid à un taux de réduction de 60 % à 70 %, il est soumis à (850 ~ 950 degrés). Élimine l'écrouissage et la décarburation partielle. Après laminage secondaire à froid avec un taux de réduction de 50% à 70% jusqu'à l'épaisseur finie. L'acier Hi-B adopte la méthode de laminage à froid avec le taux de réduction le plus élevé (82 % à 90 %). Pendant le processus de laminage à froid, le traitement de vieillissement entre 150 et 300 degrés augmente la quantité de carbone et d'azote en solution solide dans l'acier, empêchant le mouvement des dislocations et favorisant la formation de davantage de bandes de déformation et de noyaux cristallins secondaires. La plaque laminée à froid-est décarburée et recuite dans un four continu dans 20 % de H2+N2 humide à (835~850 degrés). Développer une recristallisation secondaire parfaite dans la phase unique-a et éliminer le phénomène de vieillissement magnétique du produit ; deuxièmement, obtenir des grains recristallisés primaires fins et uniformes et une recristallisation primaire propice à la croissance préférentielle des noyaux cristallins secondaires (110)[001]. Texture de recristallisation ; la troisième consiste à former un film de SiO2 uniforme et dense à la surface. Après la décarburation et le recuit, appliquez une couche humide de MgO (agent isolant) pour empêcher l'adhérence pendant le recuit à haute température du rouleau et formez une couche inférieure de film de verre de silicate de magnésium (.Mg2SiO4) avec du SiO2 de surface.
(4) Recuit à haute température, recuit étirable à plat et revêtement de film isolant. Les bobines d'acier revêtues de MgO-sont recuites à haute température dans un four de type cloche-ou un four annulaire continu. Le but est de terminer la recristallisation secondaire et d'obtenir la texture (110)[001] (acier G0 à 850~950 degrés, acier Hi-B à 980 ~1030 degrés) ; former une couche inférieure de silicate de magnésium (1 000 ~ 1 100 degrés) ; élimination du soufre et de l'azote dans l'acier (1180 ~ 1200 degrés). Élevez-le d'abord à 600 degrés dans l'azote et maintenez-le pendant 1 heure pour éliminer l'eau combinée dans MgO, puis augmentez-le lentement jusqu'à environ 1150 degrés dans 75 % de H2+N2 à 15-20 degrés/h, puis passez à une sécheresse pure avec un point de rosée de -60 degrés. L'hydrogène a été porté à 1 200 degrés, maintenu au chaud pendant 20 heures, puis remplacé par un four à 75 % de H2+N2 et refroidi à 700 degrés, puis remplacé par de l'azote pour continuer le refroidissement. Après recuit à haute température, il est aplati, étiré et recuit et recouvert d'un film isolant. La bande d'acier est d'abord frottée avec de l'eau et diluée pour éliminer le MgO résiduel, recouverte d'un revêtement de contrainte à base de SiO2 colloïdal et de phosphate, puis traitée dans un four à azote continu à 800 degrés × 5 minutes et sous une tension appropriée pour rendre la bande d'acier lisse. et film isolant fritté. Le coefficient de dilatation thermique du revêtement sous contrainte (environ 4×10-6/degré) est différent de celui de l'acier au silicium (environ 13×10-6/degré). Pendant le recuit de traction et le refroidissement, une contrainte de traction d'environ 4,9 N/mm2 est générée dans la plaque d'acier, ce qui permet un affinement du domaine 180 . et une réduction des pertes de fer. Afin de réduire davantage la perte de fer, il peut être traité par irradiation laser, traitement au rouleau denté ou pulvérisation plasma dans le sens transversal.
Nuances d'acier au silicium à grains orientés laminés à froid
Les premières qualités d'acier étaient connues sous les noms de M7 (0,7 watts/lb à 1,5 T/60 Hz) et M6 (0,6 watts/lb à 1,5 T/60 Hz).
De même, les grades M5, M4 et M3 ont été développés à la fin des années soixante.
Un nouveau matériau appelé Hi-B présente un degré d'orientation remarquable et est 2 à 3 fois supérieur aux produits en acier CRGO conventionnels.
Propriétés de l'acier au silicium à grains orientés laminé à froid
C'est un matériau magnétique doux et possède les propriétés suivantes :
Haute perméabilité magnétique
Magnétostriction réduite
Haute résistivité
Un facteur d'empilage ou de laminage élevé permet des conceptions de noyau compactes
Caractéristiques de l'acier au silicium à grains orientés
Orientation des cristaux
Contrairement à l'acier électrique non-orienté, dont l'orientation des grains est aléatoire, l'acier électrique à grains-orientés est produit de manière à aligner les grains cristallins dans une direction spécifique. Cette orientation améliore les propriétés magnétiques dans le sens de laminage du matériau.
01
Haute perméabilité magnétique
La structure cristalline alignée du GOES se traduit par une perméabilité magnétique élevée, ce qui le rend idéal pour les applications où le flux magnétique doit circuler principalement dans une seule direction.
02
Faible perte de noyau
L'acier électrique à grains-orientés est conçu pour présenter des pertes minimales dans le noyau, réduisant ainsi la dissipation d'énergie due à l'hystérésis et aux courants de Foucault lorsqu'il est soumis à des champs magnétiques alternatifs. Cette propriété augmente l’efficacité globale des transformateurs et autres machines électriques.
03
Applications
La principale application de l'acier électrique à grains orientés est la production de transformateurs de puissance pour la distribution et le transport d'électricité. Les transformateurs fabriqués à partir de GOES sont plus efficaces et présentent des pertes inférieures à ceux fabriqués à partir d'autres types d'acier électrique.
04
Application de l'acier au silicium à grains orientés CRGO comme noyau de transformateur
L'acier de qualité CRGO trouve principalement des applications comme matériau de base pour les transformateurs de puissance et les transformateurs de distribution. Cela peut être expliqué comme ci-dessous
Une perméabilité magnétique élevée conduit à de faibles courants d'excitation et à des inductions plus faibles.
Faible hystérésis et pertes par courants de Foucault.
Un excellent facteur de stratification conduit à des conceptions meilleures et compactes et donc à une faible consommation de matériaux.
Caractéristiques élevées de saturation du genou.
Un très faible niveau de magnétostriction entraîne une réduction du bruit.
Améliore la facilité de bobinage et améliore la productivité.
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FAQ
Q: Qu'est-ce que l'acier au silicium-à grains orientés ?
Q: Quelle est la différence entre l'acier à grain-orienté et l'acier à grain-orienté- ?
Q: Qu’est-ce que le matériau CRGO ?
Q: Quels sont les avantages du CRGO ?
Q: Quel est l'avantage des tôles d'acier-à grains orientés ?
Q: Quelle est l’utilisation de l’acier électrique à grains orientés ?
Q: Quelle est la forme complète de l’acier au silicium CRGO ?
Q: Quelle est l’application du CRGO ?
Q: Qu'est-ce que la technologie orientée grains laminés à froid ?
Q: Quelle est la composition du matériau de base CRGO ?
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