¿Qué es el acero de silicio?

Como uno de los materiales magnéticos suaves más importantes en la actualidad, el acero al silicio se utiliza extensamente en una variedad de industrias electrónicas, de energía y militares. Va desde unas pocas onzas para pequeños relés o transformadores de pulso hasta varias toneladas para generadores, motores y transformadores. Por lo tanto, el acero al silicio se ha convertido en un material de aleación indispensable en nuestra vida diaria. Pero, ¿qué es exactamente el acero al silicio? ¡Síguenos ahora! ¡Vamos a explorar qué es, cómo se hace, por qué lo usamos y dónde lo usamos!¿Qué es el acero al silicio?El acero al silicio, también conocido como acero eléctrico o acero eléctrico al silicio, es una aleación magnética suave de ferrosilicio (Si-Fe) con un contenido extremadamente bajo de carbono (<0.8%) y alto contenido de silicio (0.4%-4.5%) en peso. Se utiliza principalmente para producir ciertos núcleos magnéticos, como estatores y rotores en transformadores y motores.Función del silicioEl silicio es un buen desoxidante para el acero. Puede combinarse con oxígeno para convertir el oxígeno en SiO2 estable que no es reducido por carbono, evitando la distorsión de la red de hierro debido a la dopaje de átomos de oxígeno. Además, el silicio puede convertirse en una solución sólida en α-hierro, lo que aumenta la resistividad y ayuda a separar impurezas dañinas de carbono. Por lo tanto, el hierro que contiene impurezas puede agregar elementos de silicio para aumentar la permeabilidad magnética y reducir la fuerza coercitiva y la pérdida de hierro, formando así acero al silicio. Sin embargo, aumentar el contenido de silicio hará que el material sea duro y quebradizo, y la conductividad térmica y la tenacidad disminuirán, lo que es perjudicial para la disipación de calor y el procesamiento mecánico. Por lo tanto, el contenido de silicio del acero al silicio generalmente no supera el 4.5%.Diferentes tipos de acero al silicioEl acero al silicio se puede clasificar en diferentes categorías según diferentes criterios de partición como contenido de silicio, método de fabricación, uso y forma. Veámoslos uno por uno.1. Contenido de silicioNombre Contenido de silicio Grosor FunciónAcero al silicio de bajo contenido de silicio <2.8% 0.5mm tiene cierta resistencia mecánicaAcero al silicio de alto contenido de silicio 2.8%-4.8% 0.35mm magnético pero quebradizo2. Proceso de fabricaciónEl acero al silicio a menudo se fabrica mediante procesos de laminación, incluyendo laminado en caliente y laminado en frío.Laminado en caliente de acero al silicioEl acero al silicio laminado en caliente se fabrica fundiendo la aleación Fe-Si en un horno abierto o un horno eléctrico, laminándola repetidamente en una placa delgada y finalmente recocida a 800-850°C. Este tipo tiene baja disponibilidad y alta pérdida de energía, que ha sido gradualmente eliminada.Acero al silicio laminado en fríoEl acero al silicio se produce mediante un proceso llamado laminado en frío, donde la aleación se lamina en láminas delgadas para lograr las propiedades deseadas. El grosor y la orientación del grano se controlan cuidadosamente durante el proceso de fabricación para optimizar el comportamiento magnético. En comparación con el acero al silicio laminado en caliente, el acero al silicio laminado en frío tiene un grosor uniforme, buena calidad de superficie y altas propiedades magnéticas. Por lo tanto, con el desarrollo de la industria, el acero al silicio laminado en frío ha reemplazado gradualmente al acero al silicio laminado en caliente y se ha convertido en el principal.Y según su orientación de grano, el acero al silicio laminado en frío se puede subdividir en acero al silicio no orientado y acero al silicio orientado.Acero al silicio no orientado laminado en frío (CRNGO)El acero al silicio no orientado laminado en frío, generalmente contiene un nivel de 2%-3.5% de silicio. Tiene propiedades magnéticas similares en todas las direcciones, la llamada isotropía.Por lo tanto, el acero al silicio no orientado laminado en frío (CRNGO) es menos costoso que el acero al silicio orientado laminado en frío (CRGO). CRNGO se puede utilizar en aplicaciones orientadas al costo con la dirección inconstante del flujo magnético, como motores eléctricos y generadores. CRGO suele estar en forma de bobina y debe cortarse en laminaciones adicionales, utilizándose en aplicaciones de núcleo de transformador, como ciertas partes internas en transformadores de salida de audio.Acero al silicio orientado laminado en frío (CRGO)Como su nombre lo indica, el acero al silicio orientado laminado en frío contiene un nivel de 3% de silicio y se procesa de una manera (paralela a la dirección de laminación) para desarrollar propiedades ideales en la dirección de laminación.En comparación con el acero al silicio no orientado laminado en frío, el magnetismo del acero al silicio orientado tiene una fuerte direccionalidad. Por lo tanto, tiene una permeabilidad magnética alta y características de baja pérdida en la dirección de laminación donde la magnetización es fácil, cumpliendo con los requisitos de permeabilidad magnética de equipos de potencia estática como transformadores. Además, bajo la misma capacidad, el volumen y el peso del núcleo del transformador hecho de acero al silicio orientado se reducen, lo que puede ahorrar acero al silicio, alambres electromagnéticos y materiales aislantes.Además, el acero al silicio orientado se evaluará mediante pruebas magnéticas después de la producción. Cuando la inducción magnética es inferior a 1.88T, se puede subdividir en acero al silicio regular (RGO); cuando la inducción magnética es mayor que 1.88T, se puede subdividir en acero al silicio orientado de alta permeabilidad (HGO).3. UsoEn cuanto a sus aplicaciones detalladas, se puede agrupar en:Acero al silicio para motor: principalmente utilizado para fabricar motores.Acero al silicio para transformador: principalmente utilizado para fabricar núcleos de transformadores.4. FormaEn el mercado del acero, el acero al silicio se produce y vende comúnmente en forma de bobina, lámina y tira, como:Lámina de acero al silicio,Bobina de acero al silicio,Tira de acero al silicio,Laminación de acero al silicio.¿Cómo se hace el acero al silicio?El acero al silicio se funde principalmente en un convertidor de oxígeno (también se puede utilizar un horno de arco eléctrico), combinado con tratamiento al vacío del acero fundido y tecnología AOD. Por lo general, utiliza fundición a presión o fundición continua. Dependiendo del propósito, el contenido de silicio (0.5-4.5%) y aluminio (0.2-0.5%) se cambiarán durante la fusión para cumplir con diferentes requisitos magnéticos. A continuación se muestra un proceso general del proceso de fabricación de acero al silicio:Preparación de mineral - fundición - colada - calentamiento de la losa - laminado - normalización - decapado - laminado - recocido - recubrimiento aislante¿Cuáles son las propiedades del acero al silicio?El acero al silicio exhibe varias propiedades importantes que lo hacen adecuado para su uso. Son:1. Alta permeabilidad magnética. El acero al silicio tiene alta permeabilidad magnética, lo que significa que puede conducir fácilmente el flujo magnético. Esta propiedad es crucial para el funcionamiento eficiente de motores y transformadores.2. Baja pérdida en el núcleo. El acero al silicio tiene una baja pérdida en el núcleo, que se refiere a la energía disipada como calor cuando se aplica un campo magnético alternante. La baja pérdida en el núcleo ayuda a minimizar las pérdidas de energía en dispositivos eléctricos.3. Alta resistividad eléctrica. En comparación con el hierro, el acero al silicio muestra un aumento significativo en la resistividad, hasta 5 veces. Este cambio resulta en una disminución de las pérdidas por corrientes de Foucault de la aleación, mejorando así la eficiencia energética.La resistividad eléctrica aumentada, por lo tanto, ayuda a mejorar sus características magnéticas, reducir las pérdidas por corrientes de Foucault y aumentar la permeabilidad.4. Superficie elegante. El acero al silicio es liso en la superficie y uniforme en el grosor, lo que ayuda a mejorar el coeficiente de laminación del núcleo de hierro. Un alto coeficiente de laminación puede aumentar la utilización efectiva del espacio en el núcleo de hierro, reducir la brecha de aire y reducir la corriente de excitación. Por ejemplo, una disminución del 1% en el coeficiente de laminación del acero al silicio es equivalente a un aumento del 2% en la pérdida de hierro y una disminución del 1% en la inducción magnética.5. Baja edad magnética. Cuando el contenido de carbono y nitrógeno en el acero al silicio es inferior al 0.0035%, el efecto de envejecimiento magnético se reduce significativamente.6. Cierta plasticidad. Para satisfacer las necesidades de punzonado y corte al fabricar electrodomésticos eléctricos, también se requiere que el acero al silicio tenga cierto grado de plasticidad. Esto es muy importante para fabricar motores micro y pequeños.7. Baja pérdida de hierro. La baja pérdida de hierro es el indicador más importante de la calidad del acero al silicio. Puede ahorrar mucha electricidad, lo que prolonga el tiempo de funcionamiento del motor y del transformador y simplifica el sistema de refrigeración. Además, los países de todo el mundo clasifican las calidades de acero al silicio según el valor de pérdida de hierro. Cuanto menor sea la pérdida de hierro, mayor será la calidad.8. Excelente rendimiento de película aislante. Para evitar cortocircuitos entre las laminaciones del núcleo y aumentar las pérdidas por corrientes de Foucault, la superficie del acero al silicio suele recubrirse con una fina capa de sal inorgánica o una película de aislamiento semiorgánica de sal inorgánica + sal orgánica. Por otro lado, puede prevenir la corrosión y mejorar las propiedades de procesamiento de la película.¿Dónde se puede usar el acero al silicio?Como material magnético suave esencial, el acero al silicio se ha establecido como un actor clave en las aplicaciones industriales contemporáneas. Desde operaciones a pequeña escala en relés y transformadores de pulso hasta el uso a gran escala en generadores, motores y transformadores, el acero al silicio continúa creciendo en importancia. Su adopción ha sido impulsada por la necesidad de un uso más eficiente de la energía y la miniaturización de equipos potentes. Sus principales aplicaciones incluyen:Transformadores: el acero al silicio se utiliza comúnmente en los núcleos de transformadores de potencia. La baja pérdida en el núcleo y la alta permeabilidad magnética del acero al silicio ayudan a mejorar la eficiencia de la transferencia de energía de un nivel de voltaje a otro en los transformadores. Al utilizar núcleos de acero al silicio, los transformadores pueden operar con alta eficiencia y minimizar el desperdicio de energía.Motores: el acero al silicio también se utiliza en la construcción de estatores y rotores eléctricos. Sus propiedades magnéticas reducen las pérdidas de energía causadas por la histéresis magnética y las corrientes de Foucault, lo que permite la conversión eficiente de energía eléctrica en energía mecánica.Inductores: el acero al silicio se utiliza en la construcción de inductores y bobinas, que son componentes electrónicos pasivos que almacenan y liberan energía en forma de campos magnéticos.En general, el acero al silicio desempeña un papel crucial en maximizar la eficiencia y el rendimiento de varios dispositivos eléctricos. Sus propiedades magnéticas únicas lo convierten en un material indispensable en las industrias de energía, electrónica y militar, contribuyendo a mejorar la eficiencia y reducir el consumo de energía de los equipos eléctricos.¿Cómo nombrar el acero al silicio?En China, el grado de acero al silicio suele estar compuesto por número + letra en inglés + número.El primer número indica el grosor del acero (número/100); la letra indica orientación o no orientación (orientación=Q, no orientación=W); mientras que el último número indica la pérdida de hierro (número/100). Por ejemplo:Acero al silicio orientado: 30Q120, 30Q130, 30Q140…Acero al silicio no orientado: 50W470, 50W600…ConclusiónEn conclusión, el acero al silicio es una parte integral de las industrias modernas, desempeñando un papel clave en diversas aplicaciones. Puede aumentar la resistividad, reducir las pérdidas por histéresis, aumentar la permeabilidad y prácticamente eliminar el envejecimiento. Estas propiedades únicas lo convierten en un componente irremplazable en la generación, distribución y consumo de transformadores, motores, inductores y otros aparatos eléctricos. Con la investigación y el desarrollo continuos, se anticipan formas mejores de acero al silicio, revolucionando aún más el panorama industrial!