규소강 및 그 응용

최초의 연자성체는 불순물이 많이 포함된 철이었다. 연구원들은 실리콘을 추가하면 저항이 증가하고 히스테리시스 손실이 감소하며 투자율이 증가하고 노화가 거의 제거된다는 사실을 발견했습니다.

상당한 양의 방향성 강이 주로 전력 및 배전 변압기에 사용됩니다. 그러나 저비용, 저손실 소재가 필요한 곳, 특히 회전 장비에 널리 사용되는 무방향성 규소강을 대체하지는 못했다. 릴레이, 전기자 및 솔레노이드에 널리 사용되는 릴레이용 강철도 언급해야 합니다. 계전기 강철은 1.25~2.5%의 Si를 함유하며 더 나은 투자율, 더 낮은 보자력 및 노화 부족으로 인해 직류 응용 분야에 사용됩니다.

규소 강의 중요한 물리적 특성은 저항률, 포화 유도, 자기 결정 이방성, 자기 변형 및 퀴리 온도입니다. 철에서 상당히 낮은 저항률은 실리콘을 추가함에 따라 현저하게 증가합니다. 저항이 높을수록 와전류 성분을 줄여 코어 손실을 줄입니다. 실리콘 함량을 높이면 자기 변형이 감소하지만 처리가 더 어려워집니다. 철의 높은 퀴리 온도는 합금 원소에 의해 낮아질 것이지만, 규소강의 사용자에게는 그 저하가 별로 중요하지 않습니다.

자화 과정은 불순물, 결정립 방향, 결정립 크기, 변형률, 밴드 두께 및 표면 평활도의 영향을 받습니다. 연자성 재료를 개선하는 가장 중요한 방법 중 하나는 자벽의 움직임을 방해하는 불순물을 제거하는 것입니다. 고용체에 존재하는 경우 덜 해롭습니다. 다른 상업용 철강에 비해 규소강은 매우 순수합니다. 탄소 간질 불순물인 탄소는 낮은 유도 투자율을 손상시킬 수 있으므로 강철이 최종 조직을 형성하기 위해 소둔되기 전에 제거해야 합니다.

최종 어닐링 동안 큐브 에지 방향으로 결정립 성장의 메커니즘은 완전히 이해되지 않았습니다. 이 과정은 정의상 이미 재결정화된 매트릭스에서 한 세트의 입자가 가속화된 성장을 특징으로 하는 2차 재결정화를 포함합니다.

2차 재결정을 위해서는 정상적인 결정립 성장이 어떤 식으로든 억제되어야 합니다. 온도가 상승함에 따라 일부 곡물은 억제력에서 벗어나 이웃을 희생시키면서 광범위하게 자랍니다. 생산자는 실제로 원하는 2차 재결정 핵과 정확한 조직을 얻기 위해 적절한 냉간 압연 및 재결정 순서를 주의 깊게 따라야 한다는 것을 알고 있습니다. 현재의 규소강은 MnS를 결정립 성장 억제제로 사용하지만 탄화물, 산화물 또는 질화물과 같은 다른 화합물도 효과적입니다.

방향성 강재의 제조 및 사용

지향성 규소강은 무방향성 품종보다 조성이 더 제한적입니다. 텍스처는 일련의 신중한 작업 및 어닐링 작업을 통해 개발되며, 상 변형이 텍스처를 파괴하기 때문에 특히 최종 어닐링 동안 재료는 본질적으로 공정 전반에 걸쳐 단상을 유지해야 합니다. Fe-Si 상 시스템의 Y-루프를 피하기 위해 오늘날 상용 강철은 약 3.25% Si입니다. 저항이 증가하고 자기 변형이 감소하여 선호될 수 있는 더 높은 실리콘 종류는 냉간 압연의 어려움으로 인해 배제됩니다.

표면을 산화시키지 않고 웹을 탈탄소화하기 위해 온도, 대기 조성 및 이슬점을 밀접하게 제어합니다. 이 처리 동안, 작고 균일하며 등거리의 입자를 형성하는 1차 재결정이 발생합니다. 형성된 규산마그네슘 유리 클래딩은 변압기 코어에 조립될 때 연속 시트 사이에 전기 절연을 제공합니다. 이 단계에서 강철은 코일에서 Epstein 샘플을 절단하여 분류됩니다. 샘플은 790°에서 어닐링되고 평평해지며 코어 손실이 확인됩니다.

지향성 규소강의 응용 분야에는 변압기(전력, 배전, 안정기, 계기, 오디오 및 특수)와 증기 터빈 및 수차용 발전기가 포함됩니다.

일반적으로 밀 코어는 전체 범위의 곡물 지향 등급 및 게이지를 사용합니다. 주어진 응용 분야에 대한 게이지 및 재료 등급은 경제성, 변압기 전력, 소음 수준 요구 사항, 손실 요구 사항, 작동 밀도 및 코어 크기에 따라 결정됩니다. 좋은 코어를 생산하려면 스트립이 평평해야 하므로 고온 어닐링 후에 코일이 평평해집니다. 그런 다음 밴드는 분리를 위해 무기 인산염으로 코팅됩니다. 코일의 각 끝에서 샘플은 위에서 설명한 대로 실험실 응력 제거 풀림 후에 등급이 매겨집니다. 이러한 스트립에서 변압기 제조업체는 스트립의 절연을 개선하기 위해 필요한 길이를 자릅니다. 결과적으로 임펄스 테스트를 견뎌야 하는 변압기에서 특히 중요한 와전류 손실과 열 축적을 감소시킵니다.

위에서 언급했듯이 적층 코어 제조의 중요한 요구 사항은 변압기 노이즈를 최소화하는 것입니다. 노이즈는 코어 제조 및 설계 요소의 함수이며 코어 재료 특성이 가장 중요한 것 중 하나입니다. 실리콘 함량에 대한 자기 변형의 의존성은 이미 지적되었습니다. 또한, 유리와 같은 절연 코팅을 적용하여 질감을 개선하고 인장 응력을 도입하여 자기 변형을 줄입니다. 압축 응력은 자기 변형에 부정적인 영향을 미치므로 장착을 위해 적층을 평평하게 유지하는 것이 중요합니다. 러닝 인덕션 역시 노이즈에 영향을 미치는 요인이며 실제로 변압기의 전체 동작 특성에 영향을 미칩니다. 적층 변압기의 작동 유도는 일반적으로 10.{1}} ~ 17.{3}} G; 거듭제곱 범위는 500에서 1.000.{7}} kVA입니다.

권선 코어는 밴드 주위에 [100] 결정학적 방향으로 환상형으로 감겨 있습니다. 처리 단계는 레고 변압기에 사용되는 단계와 다소 다르지만 출발 재료는 동일합니다. 일반적으로 충분한 절연을 제공하는 마그네슘 실리케이트로 코팅된 큰 환상형 어닐링 코일입니다.

권선 코어 적용을 위해 스트립 표면에서 미반응 MgO 분말을 제거하고 코일의 각 끝에서 샘플을 엡스타인 스트립으로 절단하여 이전과 같이 테스트합니다. 분류가 완료되면 코일은 절단 배수 또는 추가 절단을 위한 전체 폭 코일로 변압기 제조업체에 배송됩니다. 주어진 코어 치수에 감긴 절단 배수는 건조한 비산화성 분위기에서 790도로 어닐링된 응력 제거여야 합니다. 어닐링 팬과 플레이트는 품질에 매우 해로울 수 있는 탄소 오염을 제거하기 위해 저탄소강이어야 합니다.

응력 제거 어닐링 후 코어를 절단하고 구리(또는 알루미늄) 전류 전달 코일 주위에 강철을 묶어 변압기 코어를 조립합니다. 응력 완화 풀림 상태에서 방향성 강은 기계적 응력에 민감합니다. 따라서 코어는 주의해서 조립해야 합니다. 조립이 수행되는 주의에 관계없이 코어의 최종 품질은 절단되지 않은 풀림된 응력 제거 품질보다 항상 열등합니다.

일반적으로 "킬 팩터"라고 하는 품질의 차이는 방향성 강재의 상대적인 변형 감도, 제조 시 처리 절차, 코어의 균일성과 공기 공간의 양으로 인한 것입니다. 변압기 설계 및 제조의 기능이므로 마지막 두 요소는 제조업체에서 가장 잘 제어하는 ​​요소입니다. 대부분의 코어 권선은 25~500kVA의 배전 변압기 애플리케이션에 사용됩니다.

무방향성 규소강 제조 및 사용

무방향성 규소강은 2차 재결정 과정을 거쳐 특성을 발전시키지 않으며, 고온 소둔이 필요하지 않습니다. 따라서 지향성 등급에 필요한 것과 같은 낮은 실리콘 한계는 필수가 아닙니다.

무방향성 등급에는 {{0}}.5~3.25%의 Si와 최대 0.5%의 Al이 포함되어 저항을 높이고 1차 재결정 온도를 낮춥니다. 결정립 성장은 무방향성 등급에서 매우 바람직하지만 일반적으로 방향성 등급보다 훨씬 적습니다.

열간 압연 스트립의 처리는 품질 지향에 대해 설명한 것과 유사합니다. 표면 컨디셔닝 후 스트립은 일반적으로 최종 게이지로 직접 냉간 압연되며 완전 가공 또는 반 가공의 두 가지 조건 중 하나로 변압기 제조업체에 판매됩니다. 최종 냉간 압연 후 스트립은 소둔되어 0.005% C 이하로 탈탄되고 자기 특성에 필요한 입자 구조가 발달합니다. 그런 다음 코일의 각 끝에서 샘플을 채취하여 테스트합니다.

완전 처리된 무방향성 규소강은 일반적으로 다음과 같은 응용 분야에 사용됩니다.

소비자의 스트레스 해소를 보증하기에는 양이 너무 적거나

시트가 너무 커서 843도 응력 제거 어닐링 후에 양호한 물리적 형태를 유지하기 어려울 것입니다.

무방향성 강은 방향성 제품만큼 변형에 민감하지 않습니다. 결과적으로 전단 변형은 자기 품질을 저하시키는 유일한 변형 효과입니다. 라미네이션이 일반적으로 크기 때문에 이러한 전단 변형은 허용될 수 있습니다. 대부분의 완전히 가공된 등급은 회전자 및 고정자와 같은 응용 분야에서 스탬프 적층판으로 사용됩니다.

무방향성 강철은 임의의 방향을 갖습니다. 그들은 일반적으로 AC 모터, 발전기 및 교류 발전기와 같은 대형 회전 장비에 사용됩니다. 완전 가공된 강철은 최적의 자기 품질을 개발하기 위해 "완전" 어닐링을 거치므로 반가공 제품보다 부드럽고 드릴링하기가 더 어렵습니다. 합금 함량이 높은 재종은 더 단단하여 펀칭이 더 쉽습니다.

완전 처리된 강철의 펀칭 능력은 스탬핑 동안 윤활제 역할을 하고 베이스 스케일에 추가적인 절연을 제공하는 유기 코팅을 추가하여 향상될 수 있습니다. 좋은 층간 강도가 필요한 경우 기본 베니어와 함께 완전히 가공된 재료를 구입할 수 있습니다.

반가공 제품은 일반적으로 최종 냉간 압연 후 저온 탈탄 소둔을 거칩니다. 탄소는 완전히 가공된 재료에서와 같은 수준으로 반드시 제거되는 것은 아닙니다. 그런 다음 변압기 제조업체는 습한 탈탄 분위기에서 재료를 어닐링하여 자기 특성을 추가로 탈탄하고 개발합니다. 공장 탈탄 소둔 후 샘플을 채취하여 쿠폰으로 절단하고 최소 1시간 동안 843도에서 탈탄하고 테스트하여 코일을 분류합니다.

반가공 무방향성 규소강은 고객 탈탄 소둔 응용 분야에 사용됩니다. 일반적으로 이러한 제품은 펀칭 특성이 우수하여 소형 회전자, 고정자, 소형 전력 변압기 등 다양한 용도에 사용됩니다. 반가공된 강철은 접착력이 높은 스케일로 또는 녹 위에 절연 코팅을 한 상태로 구입할 수 있습니다. 유기 코팅은 펀칭 중에 윤활제 역할을 하지만 응력 제거 어닐링 온도를 견디지 ​​못합니다. 따라서 반가공 재료에는 적용되지 않습니다.

표 1. 다른 표준에 의해 지정된 규소강의 가장 중요한 이름