1. Литературный обзор, посвященный изучению технологии производства электротехнической изотропной стали

1.1. Основные требования, предъявляемые к электротехнической изотропной стали

Электротехнические стали, представляющие собой сплав железа с кремнием (до 6,5 % Si), являются наиболее значительной по потреблению в электромаши­ностроении и трансформаторостроении группой магнитно-мягких материалов. Важное место в этой группе по объему (~ 80 %) занимает изотропная (динамная) электротехническая сталь (до 3,5 % Si), применяемая для изготовления вра­щающихся магнитопроводов, низковольтной и высоковольтной аппаратуры, трансформаторов, радиодросселей, реле и т.д. Для изготовления электродвигате­лей малой мощности применяется и бескремнистая изотропная электротехниче­ская сталь.

Качество этих сталей определяет эксплуатационные показатели, затраты на производство, степень использования материала и эффективность преобразова­ния в электрических установках.

В ближайшие десятилетия физический принцип преобразования энергии едва ли претерпит какие-либо существенные изменения. Поэтому потребность в изо­тропной электротехнической стали будет постоянно повышаться. К этому нужно добавить неуклонно растущие требования электротехнической промышленности к магнитным и механическим свойствам стали, качеству ее поверхности, геомет­рии полос, точности соблюдения их размеров и величины допусков

Электротехническая изотропная сталь относится к классу ферромагнитных магнитно-мягких сплавов, которые характеризуются узкой петлей гистерезиса, малой коэрцитивной силой, высокой магнитной индукцией и проницаемостью, низкими потерями на гистерезис и вихревые токи, а также минимальными общи­ми удельными потерями.

Согласно ГОСТ 21427.2-83 изотропная электротехническая сталь подразделя­ется на пять групп в зависимости от содержания кремния и алюминия (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Группы легирования изотропной электротехнической стали

Номер группы	Группа легирования	Si+Al, % (мас.)	Марка стали
0 1 2 3 4а 4б	Нелегированная Низколегированная Слаболегированная Среднелегированная Повышеннолегированная »	<0,5 0.5-0,8 0,8-2,1 1,8-2,8 2,5-3,8 2,8-3,8	2011;2012; 2013 2111;2112; 2211;2212; 2213; 2214; 2215;2216 2312 2411; 2412; 2413; 2414 2421

В изотропных электротехнических сталях (ЭТС) основную долю (45-50 %) состав­ляют полуготовые нелегированные и низкокремнистые (содержание Si + Аl ~ 1 %) стали толщиной 0,50-1,00 мм, используемые в основном в электродвигателях малой мощности. Высоколегированная изотропная ЭТС толщиной 0,18-0,50 мм с низки­ми и особонизкими магнитными потерями занимает сейчас 12-15 % общего объе­ма изотропных ЭТС и используется в крупных электродвигателях и генераторах (сталь с особонизкими магнитными потерями), трансформаторах малой мощно­сти, низко- и высоковольтной аппаратуре, в электромашинах с высокой частотой перемагничивания сердечника.

На долю изотропных ЭТС со средним и слабым легированием приходится 35 – 40 % общего количества изотропного металла. Их используют в электродвигате­лях средней и большой мощности, в электродвигателях малой мощности, но с большой продолжительностью включения (холодильники, вентиляторы, насосы, компрессоры и др.). В группе среднего легирования разработаны марки так на­зываемой высокопроницаемой стали (highpermeabilitysteel) с повышенной маг­нитной индукцией при тех же или пониженных удельных магнитных потерях. Такая сталь наиболее эффективно применяется в электродвигателях нового типа с регулируемой частотой вращения. Поскольку машины этого типа развиваются очень быстро, следует ожидать, что в группе средне- и высоколегированных изо­тропных сталей так же быстро будет развиваться производство новых марок с низкими магнитными потерями при повышенных и высоких (100–400 Гц и бо­лее) частотах, в результате чего марочный состав изотропных ЭТС претерпит существенные изменения.

Изотропная электротехническая готовая сталь согласно EN 10106-96 (табл. 1.2) нормируется по трем основным магнитным характеристикам: удельным магнит­ным потерям Р_1,5/50; магнитной индукции B₂₅₀₀, B₅₀₀₀, B₁₀₀₀₀ и анизотропии маг­нитных удельных потерь ∆Р_1,5/50.

Таблица 1.2. Технические требования на изотропную электротехническую сталь (стандарт EN 10106)

Марка стали	Тол­щина, мм	Удельные магнит­ные поте­ри Р1,5/50, Вт/кг, не более	Магнитная индукция, Тл, не менее, при напряженности маг­нитного поля, А/м					Анизо­тропия удельных магнит­ных по­терь. %, не более		Коэф­фици­ент запол­нения, не менее		Число гибов, не менее		Плот­ность.кг/дм3
			2500	5000		10000
М235-35А М250-35А М270-35А М300-35А М330-35А	0,35	2,35 2,50 2,70 3,00 3,30	1,49 1,49 1,49 1,49 1,49		1,60 1,60 1,60 1,60 1,60	1,70 1,70 1,70 1,70 1,70	±17 ±17 ±17 ±17 ±17		0,95		2 2 2 3 3		7,60 7,60 7,65 7,65 7,65
М250-50А М270-50А М290-50А М310-50А М330-50А М350-50А М400-50А М470-50А М530-50А М600-50А М700-50А М800-50А М940-50А	0,50	2,50 2,70 2,90 3,10 3,30 3,50 4,00 4,70 5,30 6,00 7,00 8,00 9,40	1,49 1,49 1,49 1,49 1,49 1,50 1,53 1,54 1,56 1,57 1,60 1,60 1,62		1,60 1,60 1,60 1,60 1,60 1,60 1,63 1,64 1,65 1,66 1,69 1,70 1,72	1,70 1,70 1,70 1,70 1,70 1,70 1,73 1,74 1,75 1,76 1,77 1,78 1,81	±17 ±17 ±17 ±14 ±14 ±12 ±12 ±10 ±10 ±10 ±10 ±10 ±8		0,97		2 2 2 3 3 5 5 10 10 10 10 10 10		7,60 7,60 7,60 7,65 7,65 7,65 7,70 7,70 7,70 7,75 7,80 7,80 7,85
М310-65А М330-65А М350-65А М400-65А М470-65А М530-65А М600-65А М700-65А М800-65А M1000-65А	0,65	3,10 3,30 3,50 4,00 4,70 5,30 6,00 7,00 8,00 10,00	1,49 1,49 1,49 1,52 1,53 1,54 1,56 1,57 1,60 1,61		1,60 1,60 1,60 1,62 1,63 1,64 1,66 1,67 1,70 1,71	1,70 1,70 1,70 1,72 1,73 1,74 1,76 1,76 1,78 1,80	±15 ±15 ±14 ±14 ±12 ±12 ±10 ±10 ±10 ±10		0,97		2 2 2 2 5 5 10 10 10 10		7,60 7,60 7,60 7,65 7,65 7,70 7,75 7,75 7,80 7,80