Tehnologija primjene i proizvodnje ne-orijentiranog silikonskog čelika visoke čvrstoće

Što je ne-orijentirani silikonski čelik visoke čvrstoće?

Ne-orijentirani silikonski čelik visoke-čvrstoće je ravno-valjani elektrotehnički čelik u kojem je mehanička granica razvlačenja namjerno podignuta iznad razine standardnog materijala za-motore, dok su magnetska svojstva potrebna za rotirajuće strojeve očuvana. Materijal se koristi za jezgre statora i rotora elektromotora, generatora i drugih elektromagnetskih uređaja, gdje se lamele moraju oduprijeti mehaničkom naprezanju, kao i provoditi magnetski tok. U vučnim motorima električnih vozila rotor se vrti brzinom do 15000 o/min ili više, a centrifugalna sila koja djeluje na jezgru rotora raste s kvadratom brzine, pa bi se jezgra niske-čvrstoće deformirala ili otkazala.

Zašto je snaga važna kod pogonskih motora

Kod vučnog-motora velike brzine, lamele rotora drže zajedno osovina i ravnoteža sklopa. Centrifugalno naprezanje na rubu rotora proporcionalno je gustoći materijala, kvadratu brzine vrtnje i polumjeru rotora. Kada je granica razvlačenja laminacije nedovoljna, rotor se deformira, zračni raspor postaje neravnomjeran, a motor razvija vibracije, buku i dodatne gubitke. Ne-orijentirani tipovi visoke-čvrstoće rješavaju to pružanjem granice razvlačenja od obično 400 MPa do 700 MPa, ovisno o kvaliteti, bez žrtvovanja niskog gubitka željeza koji održava motor učinkovitim.

Dizajn legura i mehanizmi za ojačavanje

Magnetska jezgra pogonskog motora mora kombinirati nizak gubitak željeza pri visokoj frekvenciji s dovoljnom mehaničkom čvrstoćom. Dizajn koristi nekoliko mehanizama zajedno: ojačanje čvrste otopine silicijem i manganom, ojačanje taloženjem fino raspršenim česticama, au nekim razredima dodatke fosfora ili niobija koji povećavaju čvrstoću s ograničenim učinkom na magnetska svojstva. Sadržaj silicija je uravnotežen u odnosu na otpor, jer više silicija poboljšava otpor i smanjuje gubitak vrtložne struje, ali smanjuje gustoću toka zasićenja i čini traku težom za hladno valjanje. Konačna magnetska svojstva kontroliraju ciklus žarenja, koji postavlja veličinu zrna i kristalografsku teksturu gotove trake.

Tehnologija proizvodnje

Vruće valjanje i hladno valjanje

The steel is produced as a continuously cast slab, hot rolled to an intermediate thickness and then cold rolled in several passes to the final gauge, typically 0.20 mm to 0.50 mm for motor applications. The cold rolling reduction and the intermediate annealing steps determine the recrystallization behavior of the final product.

Završno žarenje

Završno žarenje provodi se u kontinuiranoj peći pod kontroliranom atmosferom, obično mješavinom vodika-dušika. Temperatura žarenja i brzina trake određuju veličinu zrna: veće zrno daje manji gubitak histereze, dok zahtjev za mehaničkom čvrstoćom ograničava dopušteni rast zrna. Moderne peći precizno kontroliraju temperaturu trake i atmosferu tako da gubitak željeza i granica razvlačenja zavojnice ostaju ujednačeni od glave do repa.

Izolacijski premaz

Tanak anorganski ili polu-organski premaz nanosi se na obje površine trake. Premaz osigurava međuslojnu izolaciju naslagane jezgre, podnosi temperaturu žarenja i mora preživjeti operacije utiskivanja i slaganja bez oštećenja. Kvaliteta premaza izravno utječe na faktor slaganja i gubitak vrtložne struje gotove jezgre.

Tipične primjene

Vučni motori električnih vozila i hibridnih vozila, gdje je rotoru potrebna velika čvrstoća pri velikoj brzini vrtnje

Jezgre statora i rotora visoko{0}}učinkovitih industrijskih motora

Rotori generatora-brzinskih generatora i mikroplinskih turbina

Vretena velike{0}}brzine i kompresori koje pokreću motori s trajnim magnetima

U svim ovim primjenama odabir stupnja je kompromis: stupanj veće čvrstoće nosi više naprezanja, ali obično ima nešto veći gubitak željeza, tako da dizajner motora odabire stupanj koji zadovoljava mehanička ograničenja rotora s najmanjim mogućim gubicima.

Često postavljana pitanja

Koja je razlika između visoko-čvrstog i standardnog ne-orijentiranog silikonskog čelika?

Klase visoke -čvrstoće obrađuju se s dodatnim elementima za ojačavanje i kontroliranim ciklusom žarenja tako da se granica razvlačenja podiže na 400 MPa ili više, dok standardne klase daju prednost minimalnom gubitku željeza u odnosu na mehaničku čvrstoću.

Zašto jezgra rotora treba veliku čvrstoću?

Centrifugalna sila na rotoru raste s kvadratom brzine vrtnje. Pri brzinama koje postižu vučni motori, jezgra male-čvrstoće deformirala bi se i motor bi razvio vibracije, buku i neuravnoteženu magnetsku silu.

Kako se mjeri gubitak željeza kod motornog čelika?

Gubitak željeza mjeri se Epsteinovim okvirom ili testerom s jednim-listom prema metodama IEC 60404-2 ili GB/T 3655, pri navedenoj frekvenciji i vršnoj gustoći toka, obično 1,5 T i 50 Hz ili 400 Hz za motore.

Znači li veća čvrstoća uvijek veći gubitak željeza?

Općenito da, jer elementi za ojačavanje i finija zrnasta struktura koji podižu granicu razvlačenja također povećavaju gubitak na histerezi. Razvoj razreda ima za cilj povećati snagu uz najmanju moguću kaznu u magnetskim performansama.

Koja se debljina koristi za čelik motora električnih vozila?

Tanke debljine od 0,20 mm do 0,35 mm tipične su za vučne motore. Tanja traka smanjuje gubitak vrtložnih struja na visokim električnim frekvencijama koje koristi-motor koji se napaja iz pretvarača, po cijenu nižeg faktora slaganja i viših troškova proizvodnje.

Zašto je izolacijski premaz važan?

Premaz izolira lamele jedne od drugih, što ograničava vrtložne struje koje teku preko hrpe. Mora preživjeti žarenje, utiskivanje i slaganje te pridonosi faktoru slaganja gotove jezgre.