تاریخچه فولاد الکتریکی: از فولاد سیلیکونی تا دانه-گریدهای گرا

سالهای اولیه فولاد سیلیکونی

تحقیقات فولاد الکتریکی در حدود سال 1900 آغاز شد، زمانی که افزودن سیلیکون به آهن برای افزایش مقاومت الکتریکی و کاهش تلفات مغناطیسی یافت شد. در سال 1900 متالورژیست بریتانیایی رابرت هادفیلد مطالعات سیستماتیکی را در مورد آلیاژهای سیلیکون{3}آهن منتشر کرد و نشان داد که سیلیکون رفتار مغناطیسی آهن را برای کاربردهای الکتریکی بهبود می بخشد. این آلیاژهای اولیه اجداد فولادهای الکتریکی امروزی بودند، اگرچه ساختار دانه آنها هنوز کنترل نشده بود.

اختراع فولاد گرا-

گام تعیین کننده در سال 1933، زمانی که متالورژیست آمریکایی، نورمن گوس، فرآیندی را برای تولید فولاد با گرایش دانه ترجیحی قوی ثبت کرد. این فرآیند از دو مرحله نورد سرد با بازپخت میانی و به دنبال آنیل نهایی با دمای بالا در یک اتمسفر کنترل‌شده استفاده کرد. ماده به دست آمده، که بعداً فولاد الکتریکی گرین{4} نامیده شد، دارای دانه‌هایی بود که در جهت غلتش قرار داشتند، که به طور چشمگیری از دست دادن هسته را کاهش داد و چگالی شار کاری را افزایش داد. این کشف ترانسفورماتورهای مدرن با راندمان بالا را ممکن کرد.

درجات-نفوذپذیری بالا

در دهه 1960، کار بر روی بهبود وضوح بافت Goss منجر به درجات- نفوذپذیری بالا شد. این درجه ها به تراز کامل تری از جهت گیری (110)[001] و القای مغناطیسی بهتری دست یافتند، که به طراحان ترانسفورماتور اجازه داد هم اندازه هسته را کاهش دهند و هم بدون تلفات بار. مواد با نفوذپذیری بالا به سرعت به استاندارد ترانسفورماتورهای قدرت بزرگ تبدیل شدند.

اصلاح دامنه و نمرات مدرن

از سال 1979، نمرات بهبود یافته پی در پی با حوزه های مغناطیسی تصفیه شده معرفی شده اند. خط نویسی لیزری و سایر تکنیک‌های اصلاح دامنه، دامنه‌های مغناطیسی را در سطح نوار تقسیم می‌کنند و تلفات جریان گردابی غیرعادی را کاهش می‌دهند. این دامنه‌ها-درجه‌های تصفیه‌شده کمترین-تلفات موجود در تولید حجم هستند و در بزرگترین و کارآمدترین ترانسفورماتورهای قدرت استفاده می‌شوند.

فولاد الکتریکی غیر جهت دار به صورت موازی

به طور موازی، فولاد الکتریکی غیر جهت‌دار برای ماشین‌های دوار توسعه یافته است، جایی که شار به طور مداوم تغییر جهت می‌دهد. ساختار دانه‌ای تصادفی آن خواص همسانگردی می‌دهد، و گریدهای غیر جهت‌دار مدرن تلفات کم را با خواص مکانیکی خوب برای لمینیت‌های موتور و ژنراتور ترکیب می‌کنند.

فولاد برق امروز

تولید فولاد الکتریکی مدرن توسط چارچوب استانداردهای بین‌المللی کنترل می‌شود: IEC 60404 روش‌های اندازه‌گیری مغناطیسی را تعریف می‌کند، ASTM A876/A876M مواد دانه‌دار را برای پروژه‌های آمریکای شمالی پوشش می‌دهد، و GB/T 2521 نمرات مورد استفاده در چین و بسیاری از بازارهای آسیایی را پوشش می‌دهد. گریدها از مواد معمولی 0.30-0.35 میلی‌متری برای ترانسفورماتورهای توزیع تا دامنه‌های 0.23 میلی‌متری{10}}برای سخت‌ترین کاربردها متغیر است. مقررات کارآیی انرژی در سرتاسر جهان همچنان محدودیت‌های تلفات ترانسفورماتور را پایین می‌آورد، که باعث می‌شود توسعه درجات بهتری با دانه‌گرا فعال بماند.

سوالات متداول

چه کسی فولاد سیلیکونی را کشف کرد؟

مطالعه سیستماتیک آلیاژهای آهن{0}}سیلیکون به رابرت هادفیلد نسبت داده شده است، که انتشارات او در حدود سال 1900 مزایای مغناطیسی سیلیکون در آهن را نشان داد.

چه زمانی فولاد گرا-دانه اختراع شد؟

این فرآیند کلیدی در سال 1933 توسط نورمن گوس به ثبت رسید و اندکی بعد فولاد با گرایش غلات تجاری ظاهر شد.

چه چیزی فولاد دانه‌دار{0}}را از فولاد معمولی متمایز می‌کند؟

دانه‌های آن در جهت غلتش قرار دارند، بنابراین شار مغناطیسی با تلفات کم در آن جهت حرکت می‌کند. فولاد معمولی چنین همترازی ندارد.

چرا از دست دادن هسته در ترانسفورماتور مهم است؟

وقتی ترانسفورماتور برق می‌گیرد و هزینه آن در کل عمر سرویس پرداخت می‌شود، تلفات هسته وجود دارد، بنابراین درجات تلفات پایین‌تر، هزینه عملیاتی را کاهش می‌دهند.

اصلاح دامنه چیست؟

این یک درمان سطحی است، مانند خط کشی لیزر، که حوزه های مغناطیسی را تقسیم می کند و تلفات غیرعادی جریان گردابی در نوار گرا- را کاهش می دهد.

کدام استانداردها امروزه بر فولاد الکتریکی حاکم هستند؟

IEC 60404 برای اندازه گیری، ASTM A876/A876M و GB/T 2521 برای طبقه بندی، بسته به بازار هدف.