L'ajout de silicium (Si) au fer (Fe) dans des proportions appropriées à l'aide d'un certain procédé de fabrication améliore considérablement les propriétés magnétiques et électriques du fer. À la fin du 19e siècle, on a découvert que l'ajout de silicium au fer améliorait considérablement la résistivité du fer, et c'est ainsi que l'acier au silicium ou ce que nous appelons maintenant l'acier électrique a été développé. Non seulement les pertes par courants de Foucault dans l'acier ont été réduites, mais une amélioration significative de la perméabilité magnétique et une réduction de la magnétostriction ont été observées. Le tableau suivant montre comment certains comportements électriques et magnétiques du fer changent lorsque du silicium est ajouté.
NP Goss, le premier inventeur du procédé de fabrication d'acier au silicium à grains orientés laminé à froid ou CRGO en 1933 a donné l'idée dans ses propres mots "J'ai des preuves expérimentales qui me portent à croire qu'il existe une relation apparente entre la taille des grains et la ductilité de un échantillon et ses propriétés magnétiques. Ces tests démontrent que des grains petits et uniformes et une ductilité élevée accompagnent une perméabilité élevée. Cette idée a déclenché une révolution dans l'industrie sidérurgique qui a conduit à la production d'aciers de haute qualité. Selon l'orientation des grains, il existe deux types d'aciers au silicium :
Acier au silicium à grains orientés (GO).
Acier au silicium à grains non orientés (GNO).
Dans les sections suivantes, nous parlerons de l'acier GO. Plus précisément, nous parlerons de l'acier au silicium à grains orientés laminé à froid (CRGO) et de ses applications.
acier laminé à froid
Il est fait pour réduire l'épaisseur de l'acier dans la plage de 0.1mm à 2mm qui ne peut pas être obtenue par laminage à chaud. Au cours de ce processus, dans des conditions soigneusement contrôlées, des caractéristiques magnétiques optimales sont obtenues dans le sens du laminage. Cette direction est également appelée texture de Goss (110)[001] qui est la direction de facile aimantation dans le sens du laminage. Cela peut être illustré dans la figure ci-dessous. L'acier à grains orientés n'est pas utilisé dans les machines électriques tournantes où le champ magnétique est dans le plan des plaques, mais l'angle entre le champ magnétique et la direction de laminage ne cesse de changer. De l'acier au silicium à grain non orienté est utilisé à cet effet.
Propriétés de l'acier CRGO
C'est un matériau magnétique doux et possède les propriétés suivantes
Haute perméabilité magnétique.
Magnétostriction réduite.
Haute résistivité.
Facteur d'empilement ou de stratification élevé permettant des conceptions de noyau compactes.
Faibles pertes.
Nuances d'acier CRGO
Les premières nuances d'acier étaient connues sous le nom de M7 (0.7 Watts/lbs à 1.5T/6{7}}Hz) et M6 (0.6 Watts/lbs à 1.5T/60Hz).
De même, à la fin des années 1960, les grades M5, M4 et M3 ont été développés.
Un nouveau matériau appelé Hi-B a un degré d'orientation remarquable et est de 2 à 3 degrés supérieur aux produits en acier CRGO conventionnels.
Application de l'acier au silicium CRGO comme noyau de transformateur
L'acier de qualité CRGO est principalement utilisé comme matériau de base pour les transformateurs de puissance et les transformateurs de distribution. Ceci peut être expliqué comme suit
La perméabilité magnétique élevée conduit à de faibles courants d'excitation et à des inductions plus faibles.
Faible hystérésis et pertes par courants de Foucault.
L'excellent facteur de roulement permet des conceptions meilleures et plus compactes et nécessite donc moins de matériau.
Caractéristiques de saturation élevée du genou.
Un très faible niveau de magnétostriction permet de réduire le bruit.
Augmente la facilité d'enroulement et améliore la productivité.
Portée future de l'acier au silicium CRGO
Bien qu'il existe des alternatives aux nuances d'acier CRGO, telles que le nickel-fer, le mu-métal, la bande de bore amorphe, le super verre, etc., l'acier CRGO reste le meilleur choix dans l'industrie des transformateurs. Il a été démontré que les alliages tels que le métal amorphe Fe78-B13-Si9 ont des pertes de noyau beaucoup plus faibles lorsqu'ils sont utilisés comme noyau de transformateur de distribution par rapport à l'acier de qualité CRGO. Un composant d'addition de silicium optimal dans l'acier peut modifier la texture pour obtenir les propriétés magnétiques souhaitées lorsqu'il est fabriqué dans des conditions contrôlées.
