Tilsætning af silicium(Si) til jern(Fe) i passende proportioner ved hjælp af en bestemt fremstillingsproces forbedrer jernets magnetiske og elektriske egenskaber markant. I slutningen af det 19. århundrede opdagede man, at tilsætning af silicium til jern væsentligt forbedrede jernets modstandsevne, og dermed blev siliciumstål eller det, vi nu kender som elektrisk stål, udviklet. Ikke kun blev hvirvelstrømstab i stålet reduceret, men en signifikant forbedring i magnetisk permeabilitet og en reduktion i magnetostriktion blev observeret. Følgende tabel viser, hvordan visse elektriske og magnetiske opførsel af jern ændres, når silicium tilsættes.
NP Goss, den første opfinder af den koldvalsede kornorienterede siliciumstålfremstillingsproces eller CRGO i 1933 gav ideen med sine egne ord: "Jeg har eksperimentelle beviser, som får mig til at tro, at der er en tilsyneladende sammenhæng mellem kornstørrelse og duktiliteten af en prøve og dens magnetiske egenskaber. Disse test viser, at små, ensartede korn og høj duktilitet ledsager høj permeabilitet." Denne idé udløste en revolution i stålindustrien, der førte til produktion af højkvalitetsstål. Afhængigt af orienteringen af kornene er der to typer siliciumstål:
Kornorienteret siliciumstål (GO).
Ikke-kornorienteret (GNO) siliciumstål.
I de næste afsnit vil vi tale om GO-stål. Specifikt vil vi tale om koldvalset kornorienteret siliciumstål (CRGO) og dets anvendelser.
koldvalset stål
Det er gjort for at reducere tykkelsen af stålet i intervallet 0.1 mm til 2 mm, hvilket ikke kan opnås ved varmvalsning. Under denne proces, under nøje kontrollerede forhold, opnås optimale magnetiske egenskaber i rulleretningen. Denne retning er også kendt som Goss-tekstur (110)[001], som er retningen for let magnetisering i rulleretningen. Dette kan vises i figuren nedenfor. Kornorienteret stål bruges ikke i roterende elektriske maskiner, hvor magnetfeltet er i pladernes plan, men vinklen mellem magnetfeltet og rulleretningen bliver ved med at ændre sig. Til dette anvendes ikke-kornorienteret siliciumstål.
Egenskaber af CRGO stål
Det er et blødt magnetisk materiale og har følgende egenskaber
Høj magnetisk permeabilitet.
Reduceret magnetostriktion.
Høj resistivitet.
Høj stablings- eller lamineringsfaktor giver mulighed for kompakte kernedesigns.
Lave tab.
CRGO stålkvaliteter
De tidligste stålkvaliteter var kendt som M7 (0,7 Watt/lbs ved 1,5T/6{7}}Hz) og M6 (0,6 Watt/lbs ved 1,5T/60Hz).
Ligeledes blev der i slutningen af 1960'erne udviklet kvaliteterne M5, M4 og M3.
Et nyt materiale kaldet Hi-B har en bemærkelsesværdig grad af orientering og er 2-3 grader bedre end konventionelle CRGO stålprodukter.
Anvendelse af CRGO Silicon Steel som transformerkerne
CRGO stål anvendes hovedsageligt som kernemateriale til krafttransformatorer og distributionstransformere. Dette kan forklares som følger
Den høje magnetiske permeabilitet fører til lave excitationsstrømme og lavere induktioner.
Lav hysterese og hvirvelstrømstab.
Den fremragende rullefaktor giver mulighed for bedre og mere kompakte design og kræver derfor mindre materiale.
Høje knæmætningskarakteristika.
Et meget lavt niveau af magnetostriktion gør det muligt at reducere støj.
Øger nemheden af vikling og forbedrer produktiviteten.
Fremtidigt omfang af CRGO siliciumstål
Selvom der har været alternativer til CRGO stålkvaliteter, såsom nikkel-jern, mu-metal, amorft borbånd, superglas osv., er CRGO stål stadig det overlegne valg i transformerindustrien. Legeringer såsom det amorfe metal Fe78-B13-Si9 har vist sig at have meget lavere kernetab, når de bruges som en distributionstransformatorkerne sammenlignet med stål af CRGO-kvalitet. En optimal siliciumtilsætningskomponent i stål kan ændre teksturen for at opnå de ønskede magnetiske egenskaber, når den fremstilles under kontrollerede forhold.
