Справочник

Электротехнические стали. Марки, свойства и области применения

Электротехнические стали (ЭТС) – класс ферромагнитных материалов, применяющихся для изготовления магнитно-активных частей электромашин и приборов, вырабатывающих и преобразующих электрическую энергию: генераторов, трансформаторов, электродвигателей, реле, электромагнитов. По способу изготовления ЭТС делятся на горячекатаные и холоднокатаные. Несмотря на то что химический состав ЭТС обычно не нормируется, они распределяются на группы в зависимости от массовой доли главного легирующего элемента (кремний или кремний совместно с алюминием), как это показано в табл. 1.

Стали могут изготовляться с незащищённой металлической поверхностью или иметь электроизоляционное покрытие. Термостойкость обозначается в марке буквой Т, улучшение штампуемости – буквой Ш, нетермостойкое покрытие – буквой Н. Если для листовой стали проводился контроль внутренних дефектов, то добавляется буква У.

Обозначение марки стали состоит из четырёх- пяти цифр с возможным добавлением одной-двух букв.

Первая цифра означает класс по структурному состоянию и виду прокатки:

  • 1 – горячекатаная изотропная,
  • 2 – холоднокатаная изотропная,
  • 3 – холоднокатаная анизотропная.

Вторая цифра – группа стали по содержанию кремния (см. табл. 1).

Третья цифра – вид стали по основным нормируемым характеристикам магнитных свойств.

  • при цифре 0 – это величина удельных магнитных потерь при частоте тока в 50 Гц и индукции 1,7 Тл, а также индукция при напряжённости поля 100 А/м;
  • при цифре 1 – величина удельных магнитных потерь при частоте тока в 50 Гц и индукции 1 и 1,5 Тл, а также индукция при напряжённости поля 2500 А/м;
  • при цифре 2 – величина удельных магнитных потерь при частоте тока от 200 Гц и индукции 0,75, 1 и 1,5 Тл;
  • при цифре 6 – величина индукции в слабых полях при напряжённости поля 0,4 А/м;
  • при цифре 7 – величина индукции в сильных полях при напряжённости поля 10 А/м;
  • цифра 8 характеризует релейные стали.

Таким образом, первые три цифры определяют тип стали. Для всех сталей, кроме релейных, четвёртая (последняя) цифра означает уровень основных нормируемых характеристик: 1 – нормальный, 2 – повышенный, 3 – высокий, 4 и более – высшие уровни.

Для релейных сталей четвёртая и пятая цифры задают величину их характеристики (значение коэрцитивной силы в А/м).

По сортаменту и видам продукции ЭТС подразделяются следующим образом:

  • для электромашин промышленной частоты тока (трансформаторы, генераторы, электродвигатели) они выпускаются в виде рулонов, листов и резаных лент;
  • для аппаратов, работающих при повышенных частотах тока, – в виде лент;
  • для магнитопроводов машин и приборов, работающих в режиме включение – отключение (реле, пускатели, электромагниты), – в виде листов, рулонов, лент и профилей из релейных сталей.

Ниже (табл. 2–5) приводятся основные показатели магнитных свойств (удельные магнитные потери, индукция и её разброс) ЭТС различных типов. Здесь и далее частота задаётся в герцах, магнитная индукция – в теслах. Таким образом, например, Р1,5/50 означает величину удельных магнитных потерь в Вт/кг при магнитной индукции, равной 1,5 Тл, и частоте тока 50 Гц.

Для релейных сталей содержание основных элементов обычно не должно превышать: 0,04% углерода; 0,3% кремния; 0,3% марганца.

В настоящий момент производятся 20 марок таких сталей, их магнитные свойства должны соответствовать нормам, приведённым в табл. 5.

Таблица 1.

1. Группы ЭТС

Номер группы 0 1 2 3 4 5
Наименование группы Нелеги- рованная Низко- легированная Слабо- легированная Средне- легированная Повышенно- легированная Высоко- легированная
Si+Al, % ≤0,5 0,5-0,8 0,8-2,1 1,8-2,8 2,5-3,8 3,8-4,8
γ, кг/м3 7820 7800 7750 7700 7600 7550
ρ, нОм·м 140 170 250 400 500 600

Таблица 2.

2. Удельные показатели магнитных свойств анизотропной тонколистовой стали

Марка стали Толщина, мм Р1/50 Р1,5/50 Р1,7/50 В, Тл, при Н, А/м, не менее
Вт/кг, не более 100 2500
3311

3311

0,8

0,7

4,0

3,8

1,75

1,75

3411 0,5 2,45 1,75
3412 2,00 1,80
3413 1,75 1,85
3414 1,50 1,88
3411 0,35 1,75 1,75
3412 1,50 1,80
3413 1,30 1,85
3404 1,60 1,60
3405 1,50 1,61
3406 1,43 1,62
3407 1,36 1,72
3408 1,30 1,74
3409 1,24 1,74
3412 0,3 1,30 1,80
3413 1,19 1,85
3404 1,50 1,60
3405 1,40 1,61
3406 1,33 1,62
3407 1,26 1,72
3408 1,20 1,74
3409 1,14 1,74
3413 0,27 1,15 1,85
3405 1,38 1,61
3406 1,27 1,62
3407 1,20 1,72
3408 1,14 1,74
3409 1,08 1,74

Таблица 3.

3. Магнитные свойства изотропной тонколистовой стали

Марка

стали

Толщина,

мм

Р1,5/50, Вт/кг,

не более

В2500, Тл,

не менее

ΔВ2500, Тл,

не более

2421 0,27 Р1/400 ≤19,5 1,47 0,16
2431 0,35 2,5 1,50 0,16
2412 2,7 1,50
2411 3,0 1,50
2414 0,5 2,7 1,49 0,16
2413 2,9 1,50
2412 3,1 1,50
2411 3,6 1,49
2312 3,8 1,58
2216 4,0 1,60 0,13
2215 4,5 1,64
2214 4,8 1,62
2213 5,0 1,65
2212 5,0 1,60
2211 5,5 1,56
2112 6,0 1,62
2111 7,0 1,60
2013 6,5 1,65
2012 7,0 1,62
2011 8,0 1,60

Таблица 4.

4. Магнитные свойства тончайшей ленты из анизотропной ЭТС

Марка

стали

Толщина,

мм

Р1,5/400 Р1/1000 Нс, А/м,

не более

В, Тл, при Н, А/м, не менее
Вт/кг, не более 40 80 200 400 1000 2500
3421 0,15

0,08

0,05

23

22

24

0,34

0,36

0,40

0,50

0,40

0,40

0,80

0,75

0,75

1,10

1,10

1,10

1,30

1,25

1,25

1,45

1,45

1,45

1,70

1,70

1,70

3422 0,15

0,08

0,05

20

19

24

0,32

0,32

0,60

0,55

0,55

0,95

0,90

0,90

1,25

1,25

1,25

1,40

1,35

1,35

1,55

1,55

1,55

1,75

1,75

1,75

3423 0,15

0,08

0,05

19

17

22

0,26

0,28

0,80

0,80

0,80

1,10

1,05

1,05

1,40

1,40

1,40

1,55

1,50

1,50

1,65

1,65

1,65

1,82

1,82

1,82

3424 0,15

0,08

0,05

18

16

22

0,80

0,80

0,80

1,10

1,10

1,10

1,40

1,40

1,40

1,55

1,55

1,55

1,65

1,65

1,65

1,82

1,82

1,82

3425 0,15

0,08

0,05

17

15

20

1,10

1,05

1,05

1,35

1,30

1,30

1,50

1,50

1,50

1,65

1,65

1,65

1,75

1,75

1,75

1,82

1,82

1,82

Таблица 5.

5. Значения магнитной индукции и проницаемости для релейных сталей

Марка

стали

Толщина

листа, мм

Коэрцитивная

сила, Нс, А/м,

не более

Максимальная

магнитная

проницаемость,

μ, мГн/м

Магнитная индукция, В, Тл,

при напряженности магнитного поля, Н, А/м

500 1000 2500 5000 10000 30000
не менее
10895

20895

11895

21895

0,1-3,9 95,0 3,8 1,38 1,50 1,62 1,71 1,81 2,05
10880

20880

11880

21880

0,1-3,9 80,0 5,0
10860

20860

11860

21860

0,1-3,9 60,0 5,6
10848

20848

11848

21848

0,7-3,9 48,0 6,0
10832

20832

11832

21832

0,7-3,9 32,0 6,3

Механические свойства ЭТС существенно влияют на их способность к обработке (штамповке, обточке, прокатке) и на себестоимость изделия.

Должен быть обеспечен определённый запас пластичности, чтобы предотвратить поломку пластин и лент магнитопроводов при вырезке, сборке и навивке. В табл. 6 и 7 приведены сведения о механических характеристиках и необходимом числе перегибов для листов и лент основных ЭТС.

Таблица 6.

6. Механические свойства1 тонколистовых изотропных и анизотропных ЭТС

Марки σв, Н/мм2 σ, % HV 2
Изотропные стали  

 

 

 

2011-2013

2111, 2112

2211-2216

2312

2411-2414

290-490

300-450

300-450

330-470

370-600

15-35

20-35

20-35

20-35

15-30

120-160

110-145

120-145

120-160

140-210

Анизотропные стали
3311 280-335

335-380

10-16

35-50

140-160
3411-3414 295-345

345-390

9-15

30-50

145-170
3404-3406 295-345

345-390

9-15

30-50

145-175
3407-3409 290-340

360-395

10-14

40-50

145-175
1 В числителе – вдоль прокатки, в знаменателе – поперёк прокатки.

2 При нагрузке 50 Н.

Таблица 7.

7. Число перегибов (не менее)1 тонких листов и лент из ЭТС

Анизотропные стали Изотропные стали Анизотропная

тончайшая лента 2

Толщина,

мм

Число

перегибов

Марки

стали

Число перегибов

при толщине, мм

Толщина,

мм

Число

перегибов

0,27 0,35 0,50
0,27

0,30

0,35

0,50

0,80

4(1)

4(1)

3(1)

2(1)

(1)

2111, 2112

2211, 2212

2311, 2312

2411–2413

2421

3(1)

3(2)

10(3)

10(2)

7(2)

3(1)

0,05

0,08

0,15

5(2)

5(2)

5(2)

1 В скобках – минимальное число для каждого образца.

2 Из ЭТС марок 3421–3425.

Примечание . Число перегибов – среднее арифметическое на основе испытаний четырёх образцов.

Отметим, что для каждой группы анизотропных сталей требуемое число перегибов зависит лишь от толщины листа.

Что касается релейных сталей, то они должны иметь при испытаниях на растяжение σв≥270 Н/мм2,

δ 24% , Ψ  60% , а твёрдость НВ ≤ 131.

Таблица 8.

8. Зарубежные ЭТС, близкие к отечественным

Марка Страна НД
2011 Россия ГОСТ
M 890-50 D

Fe V 890-50 HD

50 A 800

Германия

Франция

Япония

DIN; EN

AFNOR NF

JIS

2012 Россия ГОСТ
M 660-50 D

Fe V 660-50 HD

Германия

Франция

DIN; EN

AFNOR NF

2013 Россия ГОСТ
S2 США ASTM
2111 Россия ГОСТ
M 700-50 A

47 F 450

50 A 700

Германия

США

Япония

DIN; EN

ASTM

JIS

2112 Россия ГОСТ
M 600-50 A

Fe V 600-50 HA

Германия

Франция

DIN; EN

AFNOR NF

2215 Россия ГОСТ
M 470-50 A

Fe V 470-50 HA

Германия

Франция

DIN

AFNOR NF

2216 Россия ГОСТ
400

M 400-50 A

47 F 230

Великобритания

Германия

США

B.S.

DIN

ASTM

2411 Россия ГОСТ
300; 355

M 350-50 A

47 F 205

Великобритания

Германия

США

B.S.

DIN; EN

ASTM

2412 Россия ГОСТ
280

M 310-50 A

47 F 174

Великобритания

Германия

США

B.S.

DIN; EN

ASTM

2413 Россия ГОСТ
M 290-50 A

47 F 168

Германия

США

DIN; EN

ASTM

3404 Россия ГОСТ
Fe M 150-30 N

M 111-35 N

Франция

Евронормы

AFNOR NF

EN

3405 Россия ГОСТ
M 140-30 S

30 G 140

Германия

Япония

DIN; EN

JIS

3406 Россия ГОСТ
27 H 076 США ASTM

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *