Технология производства и свойства холоднокатаной трансформаторной стали

Одно из основных условий создания высокоэкономичных трансформаторов и электрических машин — применение для их изготовления высококачественной холоднокатаной трансформаторной стали, которая характеризуется меньшими удельными (ваттными) потерями и более высокой магнитной индукцией, чем горячекатаная. Магнитная индукция холоднокатаной трансформаторной стали на 25−30% выше, а удельные потери в 1,5−2 раза ниже, чем у горячекатаной.

Применение высококачественной холоднокатаной трансформаторной стали в трансформаторах, в крупных электрических машинах и приборах уменьшает их массу и габариты, значительно сокращает потери электроэнергии, расход материалов и средств.

Применение на заводах электротехнической промышленности рулонной трансформаторной стали вместо листовой позволяет значительно увеличить производительность труда в заготовительных цехах, обеспечивая механизацию и автоматизацию трудоемких операций штамповки и резки этой стали, сокращая на 10−20% расход металла благодаря более рациональному раскрою деталей из рулона. Все это позволяет организовать изготовление витых сердечников значительного диапазона размеров.

Обычно листовые заготовки из трансформаторной стали подвергают на заводах трансформаторостроения двух и трехкратной лакировке. Нанесение на заводах черной металлургии на поверхность стали электроизоляционной пленки позволяет не покрывать лаком заготовки для распределительных трансформаторов.

Холоднокатаную листовую трансформаторную сталь поставляют следующих размеров: толщиной 0,28; 0,30; 0,35 и 0,5 мм, шириной в основном 750, 860 и 1000 мм. Использование протяжных печей для обезуглероживающей обработки позволило поставлять сталь в рулонах такой же толщины и ширины, как и листовой прокат. Ленточный прокат, полученный роспуском рулонов на заданную ширину, поставляют шириной 170, 190, 200, 240, 250, 300 и до 500 мм. Ленту трансформаторной стали толщиной 0,04−0,08 мм и шириной 5−240 мм (в зависимости от толщины) ряд заводов поставляет по специальным техническим условиям. Магнитные свойства трансформаторной стали должны соответствовать требованиям стандартов.

У поликристаллических материалов, кристаллы которых ориентированы случайно, магнитные свойства в различных направлениях практически одинаковы. В процессе производства листовой холоднокатаной трансформаторной стали в ней создается преимущественная ориентировка кристаллов — текстура стали, вызывающая анизотропию магнитных свойств. Текстура характеризуется совмещением диагональной плоскости куба с плоскостью прокатки и ориентацией ребра куба вдоль направления прокатки.

Благодаря тому, что в решетке железа ребро куба является направлением легкого намагничивания вдоль направления прокатки, при такой текстуре магнитные свойства будут тем лучше, чем резче выражена текстура.

Следовательно, лучшие магнитные характеристики холоднокатаной трансформаторной стали получаются в направлении прокатки. В направлении, перпендикулярно прокатке, т. е. под углом 90° к направлению прокатки, располагается диагональ грани куба, т. е. направление более трудного намагничивания, и в этом направлении сталь обладает значительно худшими магнитными свойствами. Чем более текстурована сталь, тем выше анизотропия магнитных свойств.

Холоднокатаная трансформаторная сталь имеет в направлении прокатки меньшие потери на гистерезис и вихревые токи и более высокую магнитную индукцию, чем горячекатаная сталь. Это объясняется текстурой стали. Высокие магнитные свойства холоднокатаной трансформаторной стали объясняются также крупным зерном феррита, которое получается в результате высокотемпературного отжига. Различают электротехническую сталь с ребровой текстурой или текстурой Госса и электротехническую сталь с кубической текстурой. В ребровой текстуре (110) [100] диагональная плоскость куба (110) совпадает с плоскостью прокатки, а направление — ребро куба [100] совпадает с направлением прокатки (рис,). Таким образом, направление легкого намагничивания в решетке к-железа [100] совпадает с направлением прокатки, направление трудного намагничивания [111] находится под углом 45° к направлению прокатки, а направление среднего намагничивания [110] — под углом 90° к направлению прокатки. Следовательно, магнитные свойства стали с ребровой текстурой зависят от направления, в котором они измеряются. Более высокая магнитная индукция и низкие ваттные потери у такой стали будут в направлении холодной прокатки.