Koje su vrste elektrotehničkog čelika dostupne?

GNEE čelični električni čelični namotaj

Zrnati elektrotehnički čelik (GOES)

Proces proizvodnje GOES-a razvio je američki istraživač Norman P Goss 1930-ih. Čelični lim valja se na poseban način (s tzv. kritičnom redukcijom debljine), pri čemu se stvaraju zrnca zrna koja su usklađena sa smjerom valjanja. Tijekom naknadne termičke obrade i rekristalizacije zrna rastu iz sjemenki dok ne ispune cijeli volumen.

Svako zrno je stoga poravnato i magnetska svojstva su maksimizirana duž smjera kotrljanja, koji se također naziva smjerom "lakog magnetiziranja". (Magnetizacija pod 90º u ovom smjeru je "tvrda", a na 60º je "najteža" – izravna posljedica orijentacije zrna). To znači da je GOES vrlo koristan u primjenama u kojima se magnetski tok mora voditi u određenom smjeru, na primjer u kraku transformatora.

GOES obično sadrži oko 96,5% željeza, 3% silicija i 0.5% drugih elemenata. Silicij smanjuje gubitke i pomaže u usklađivanju rasta zrna. S magnetske točke gledišta, optimalna količina silicija je zapravo 6,5%, gdje su gubici još niži, permeabilnost doseže maksimum i čelik ne pokazuje magnetostrikciju, što je glavni uzrok akustične buke koju stvaraju transformatori. Međutim, čelik sa 6,5% udjela silicija toliko je krt da se ne može mehanički rezati ili bušiti, pa ga je potrebno rezati laserom ili korištenjem drugih specijaliziranih tehnika. Alternativni pristup je rezanje uobičajenog materijala od 3% silicija, a zatim ga nakon rezanja uliti s još silicija.

Tijekom godina bilo je mnogo modifikacija i poboljšanja u procesu proizvodnje za GOES, što je najvažnije dovelo do smanjenja gubitaka za faktor deset ili tako nešto. Proizvodni proces koji se trenutno koristi ima preko 20 koraka, što znači da je GOES puno skuplji od konstrukcijskog čelika. Međutim, još uvijek je daleko jeftiniji od drugih magnetskih alternativa poput legura nikla i kobalta.

Jedan od načina na koji je poboljšana magnetska izvedba GOES-a je dodavanje posebnog sloja premaza koji izaziva vlačni stres na površini ploče. Time se poboljšava propusnost GOES-a i smanjuju gubici. Rezultat je da čelik proizveden na ovaj način može raditi s većom magnetizacijom (B) od konvencionalnijih razreda. Ovaj se proces često naziva patentiranim komercijalnim nazivom "Hi-B".

Provedena su i laboratorijska ispitivanja takozvanog "dvostruko orijentiranog" čelika, koji ima dva ortogonalna "laka" smjera, što se postiže odgovarajućim rastom zrna. Proizvodni proces za to je, međutim, još skuplji i materijal tek treba pronaći masovnu komercijalnu primjenu.

Prevladavajuće debljine za komercijalno korištene GOES su {{0}}.35 mm (najjeftiniji), 0.27 mm i 0.23 mm (najskuplji). Cijena je obično nekoliko američkih dolara po kilogramu.

Neorijentirani elektrotehnički čelik (NOES)

Kod NOES zrna su mnogo manja, obično manja od 0,1 mm. Nisu orijentirani u nekom određenom smjeru. Upravo suprotno – trebali bi biti raspoređeni što je moguće nasumičnije kako bi se osigurala simetrija opterećenja. To je zato što se NOES koriste u jezgrama rotirajućih strojeva gdje magnetski tok rotira i mijenja svoj položaj cijelo vrijeme u "zubima" laminata. Proces proizvodnje je jednostavniji nego za GOES i čelik je stoga jeftiniji – obično manje od pola cijene.

Budući da se NOES proizvodi u debljim listovima (0.35 mm i više), probijanje je teže i dolazi do više mehaničkih deformacija i naprezanja tijekom rezanja. To pogoršava magnetsku izvedbu i ne može se uvijek tolerirati. U tim slučajevima, laminati se moraju žariti nakon rezanja kako bi se poboljšala njihova magnetska svojstva. Kao rezultat toga, NOES su dostupni u dvije glavne vrste: potpuno obrađeni koji ne zahtijevaju ponovno žarenje i poluobrađeni za koje je potrebna završna toplinska obrada.

Još jedan važan faktor je i sadržaj silicija. Dodatak silicija malo smanjuje magnetiziranje zasićenja. Ovo je važno kod rotirajućih strojeva, u kojima zubi mogu raditi u zasićenim uvjetima. Mehanički zakretni moment rotirajućeg stroja proporcionalan je kvadratu magnetizacije pa je čak i malo poboljšanje magnetizacije opravdano za rezultirajuće značajne dobitke u zakretnom momentu. Iz tog razloga, kada je mehanička izvedba od primarne važnosti, sadržaj silicija često se smanjuje na mnogo niže razine (ponekad čak i ispod 0,5%). Ovo poboljšava zakretni moment, ali naravno rezultira većim gubicima vrtložnih struja, koji se mogu smanjiti samo smanjenjem debljine korištenih lamela.

NOES se često koristi za male jeftine transformatore za kućanske aparate, gdje je cijena uređaja presudan faktor.