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2024-04-25
En tant que l`un des matériaux magnétiques souples les plus importants aujourd`hui, l`acier au silicium est largement utilisé dans une variété d`industries électroniques, électriques et militaires. Il varie de quelques onces pour de petits relais ou transformateurs d`impulsions à plusieurs tonnes pour les générateurs, moteurs et transformateurs. Par conséquent, l`acier au silicium est devenu un matériau allié indispensable dans notre vie quotidienne. Mais qu`est-ce que l`acier au silicium exactement? Suivez-nous maintenant. Nous allons explorer ce que c`est, comment il est fabriqué, pourquoi nous l`utilisons et où nous l`utilisons!
L`acier au silicium, également connu sous le nom d`acier électrique ou d`acier électrique au silicium, est un alliage magnétique doux au ferrosilicium (Si-Fe) avec une teneur en carbone extrêmement faible (＜0,8%) et une teneur élevée en silicium (0,4%-4,5%) en poids. Il est principalement utilisé pour produire certains noyaux magnétiques, tels que les stators et les rotors dans les transformateurs et les moteurs.
Le silicium est un bon désoxydant pour l`acier. Il peut se combiner avec l`oxygène pour convertir l`oxygène en SiO2 stable qui n`est pas réduit par le carbone, évitant la distorsion du réseau de fer due au dopage par des atomes d`oxygène. De plus, le silicium peut devenir une solution solide dans le fer α, ce qui augmente la résistivité et aide à séparer les impuretés nocives du carbone. Par conséquent, le fer contenant des impuretés peut ajouter des éléments de silicium pour augmenter la perméabilité magnétique et réduire la force coercitive et la perte de fer, formant ainsi de l`acier au silicium. Cependant, augmenter la teneur en silicium rendra le matériau dur et cassant, et la conductivité thermique et la résistance diminueront, ce qui est préjudiciable à la dissipation de chaleur et au traitement mécanique. Par conséquent, la teneur en silicium de l`acier au silicium ne dépasse généralement pas 4,5%.
L`acier au silicium peut être classé dans différentes catégories selon différents critères de partition tels que la teneur en silicium, le procédé de fabrication, l`utilisation et la forme. Voyons-les un par un.
| Nom | Teneur en silicium | Épaisseur | Fonction |
| Acier au silicium à faible teneur en silicium | ＜2.8％ | 0.5mm | a une certaine résistance mécanique |
| Acier au silicium à haute teneur en silicium | 2.8％-4.8％ | 0.35mm | magnétique mais cassant |
L`acier au silicium est souvent fabriqué par des procédés de laminage, comprenant le laminage à chaud et le laminage à froid.
Acier au silicium laminé à chaud
L`acier au silicium laminé à chaud est fabriqué en faisant fondre un alliage Fe-Si dans un four ouvert ou un four électrique, en le laminant à chaud à plusieurs reprises pour obtenir une plaque mince, puis en le recuisant enfin à 800-850°C. Ce type a une faible disponibilité et une perte d`énergie élevée, qui a été progressivement éliminée.
Acier au silicium laminé à froid
L`acier au silicium est produit par un processus appelé laminage à froid, où l`alliage est laminé en fines feuilles pour obtenir les propriétés souhaitées. L`épaisseur et l`orientation des grains sont soigneusement contrôlées pendant le processus de fabrication pour optimiser le comportement magnétique. Comparé à l`acier au silicium laminé à chaud, l`acier au silicium laminé à froid a une épaisseur uniforme, une bonne qualité de surface et de hautes propriétés magnétiques. Par conséquent, avec le développement de l`industrie, l`acier au silicium laminé à froid a progressivement remplacé l`acier au silicium laminé à chaud et est devenu dominant.
Et selon son orientation de grain, l`acier au silicium laminé à froid peut être subdivisé en acier au silicium non orienté et acier au silicium orienté.
Acier au silicium non orienté laminé à froid (NGO)
L`acier au silicium non orienté laminé à froid, contient généralement un niveau de 2%-3.5% de silicium. Il a des propriétés magnétiques similaires dans toutes les directions, la soi-disant isotropie.
Par conséquent, l`acier au silicium non orienté laminé à froid (CRNGO) est moins cher que l`acier au silicium orienté laminé à froid (CRGO). Le CRNGO peut être utilisé dans des applications axées sur les coûts avec une direction inconstante du flux magnétique, telles que les moteurs électriques et les générateurs. Le CRGO est généralement sous forme de bobine et doit être découpé en laminations supplémentaires, utilisé dans des applications de noyau de transformateur, telles que certaines pièces internes dans les transformateurs de sortie audio.
Acier au silicium orienté laminé à froid (GO)
Comme son nom l`indique, l`acier au silicium orienté laminé à froid contient un niveau de 3% de silicium et est traité d`une manière (parallèle à la direction de laminage) pour développer des propriétés idéales dans la direction de laminage.
Comparé à l`acier au silicium non orienté laminé à froid, le magnétisme de l`acier au silicium orienté a une forte directionnalité. Il présente donc une perméabilité magnétique élevée et des caractéristiques de faible perte dans la direction de laminage où la magnétisation est facile, répondant aux exigences de perméabilité magnétique des équipements électriques statiques tels que les transformateurs. De plus, sous la même capacité, le volume et le poids du noyau de transformateur en acier au silicium orienté sont réduits, ce qui peut économiser de l`acier au silicium, des fils électromagnétiques et des matériaux d`isolation.
De plus, l`acier au silicium orienté sera évalué par des tests magnétiques après la production. Lorsque l`induction magnétique est inférieure à 1,88T, il peut être subdivisé en acier au silicium régulier (RGO); lorsque l`induction magnétique est supérieure à 1,88T, il peut être subdivisé en acier au silicium orienté à haute perméabilité (HGO).
En ce qui concerne ses applications détaillées, il peut être regroupé en:
Acier au silicium pour moteur: principalement utilisé pour fabriquer des moteurs.
Acier au silicium pour transformateur: principalement utilisé pour fabriquer le noyau de transformateur.
Sur le marché de l`acier, l`acier au silicium est couramment produit et vendu sous forme de bobine, de feuille et de bande, comme:
Stratification d`acier au silicium.
L`acier au silicium est principalement fondu dans un convertisseur à oxygène (un four à arc électrique peut également être utilisé), combiné avec un traitement sous vide de l`acier fondu et une technologie AOD. Il utilise généralement la coulée sous pression ou la coulée continue. Selon l`objectif, la teneur en silicium (0,5-4,5%) et en aluminium (0,2-0,5%) sera modifiée pendant la fusion pour répondre à différents besoins magnétiques. Voici un processus général de fabrication de l`acier au silicium:
Préparation du minerai — fusion — coulée — chauffage de la plaque — laminage — normalisation — décapage — laminage — recuit — revêtement isolant
L`acier au silicium présente plusieurs propriétés importantes qui le rendent adapté à une utilisation. Ce sont:
1. Perméabilité magnétique élevée. L`acier au silicium a une perméabilité magnétique élevée, ce qui signifie qu`il peut facilement conduire le flux magnétique. Cette propriété est cruciale pour le fonctionnement efficace des moteurs et des transformateurs.
2. Faible perte dans le noyau. L`acier au silicium a une faible perte dans le noyau, ce qui désigne l`énergie dissipée sous forme de chaleur lorsqu`un champ magnétique alternatif est appliqué. Une faible perte dans le noyau contribue à minimiser les pertes d`énergie dans les dispositifs électriques.
3. Résistivité électrique élevée. Par rapport au fer, l`acier au silicium présente une augmentation significative de la résistivité, jusqu`à 5 fois. Ce changement entraîne une diminution des pertes par courants de Foucault de l`alliage, améliorant ainsi l`efficacité énergétique.
Une résistivité électrique accrue aide donc à améliorer ses caractéristiques magnétiques, à réduire les pertes par courants de Foucault et à augmenter la perméabilité.
4. Surface élégante. L`acier au silicium est lisse en surface et uniforme en épaisseur, ce qui aide à améliorer le coefficient de laminage du noyau de fer. Un coefficient de laminage élevé peut augmenter l`utilisation efficace de l`espace dans le noyau de fer, réduire le jeu d`air et réduire le courant d`excitation. Par exemple, une diminution de 1% du coefficient de laminage de l`acier au silicium équivaut à une augmentation de 2% de la perte de fer et à une diminution de 1% de l`induction magnétique.
5. Faible vieillissement magnétique. Lorsque la teneur en carbone et en azote dans l`acier au silicium est inférieure à 0,0035%, l`effet de vieillissement magnétique est considérablement réduit.
5. Certaine plasticité. Pour répondre aux besoins de poinçonnage et de découpe lors de la fabrication d`appareils électriques, l`acier au silicium doit également avoir un certain degré de plasticité. Cela est très important pour la fabrication de micro et petits moteurs.
7. Faible perte de fer. La faible perte de fer est l`indicateur le plus important de la qualité de l`acier au silicium. Cela peut économiser beaucoup d`électricité, ce qui prolonge le temps de fonctionnement des moteurs et des transformateurs et simplifie le système de refroidissement. De plus, les pays du monde entier classent les grades d`acier au silicium en fonction de la valeur de perte de fer. Plus la perte de fer est faible, plus le grade est élevé et plus la qualité est élevée.
8. Excellente performance de film isolant. Pour éviter les courts-circuits entre les laminations de noyau et augmenter les pertes par courants de Foucault, la surface de l`acier au silicium est généralement revêtue d`une fine couche de sel inorganique ou d`un film isolant semi-organique de sel inorganique + sel organique. D`autre part, cela peut empêcher la corrosion et améliorer les propriétés de traitement du film.
En tant que matériau magnétique souple essentiel, l`acier au silicium s`est imposé comme un acteur clé dans les applications industrielles contemporaines. Allant des opérations à petite échelle dans les relais et les transformateurs d`impulsions à une utilisation à grande échelle dans les générateurs, les moteurs et les transformateurs, l`acier au silicium continue de gagner en importance. Son adoption a été motivée par la nécessité d`une utilisation plus efficace de l`énergie et la miniaturisation d`équipements puissants. Ses principales applications comprennent:
1. Transformateurs: l`acier au silicium est couramment utilisé dans les noyaux des transformateurs de puissance. La faible perte dans le noyau et la perméabilité magnétique élevée de l`acier au silicium contribuent à améliorer l`efficacité du transfert d`énergie d`un niveau de tension à un autre dans les transformateurs. En utilisant des noyaux en acier au silicium, les transformateurs peuvent fonctionner avec une grande efficacité et minimiser les pertes d`énergie.
2. Moteurs: l`acier au silicium est également utilisé dans la construction des noyaux de stators et de rotors électriques. Ses propriétés magnétiques réduisent les pertes d`énergie causées par l`hystérésis magnétique et les courants de Foucault, permettant une conversion efficace de l`énergie électrique en énergie mécanique.
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