Storia dell'acciaio elettrico: dall'acciaio al silicio alle qualità a grana-orientate

I primi anni dell'acciaio al silicio

La ricerca sull'acciaio elettrico iniziò intorno al 1900, quando si scoprì che l'aggiunta di silicio al ferro aumentava la resistività elettrica e riduceva le perdite magnetiche. Nel 1900 il metallurgista britannico Robert Hadfield pubblicò studi sistematici sulle leghe di ferro-silicio, dimostrando che il silicio migliorava il comportamento magnetico del ferro per applicazioni elettriche. Queste prime leghe furono gli antenati degli odierni acciai elettrici, sebbene la loro struttura dei grani non fosse ancora controllata.

L'invenzione dell'acciaio a grani-orientati

Il passo decisivo avvenne nel 1933, quando il metallurgista americano Norman Goss brevettò un processo per produrre acciaio con un forte orientamento preferito dei grani. Il processo utilizzava due fasi di laminazione a freddo con una ricottura intermedia, seguita da una ricottura finale ad alta-temperatura in atmosfera controllata. Il materiale risultante, in seguito chiamato acciaio elettrico a grani-orientati, aveva i grani allineati nella direzione di laminazione, il che riduceva drasticamente la perdita del nucleo e aumentava la densità del flusso di lavoro. Questa scoperta ha reso possibili i moderni trasformatori ad alta-efficienza.

Gradi di permeabilità-alti

Negli anni '60, il lavoro volto a migliorare la nitidezza della trama Goss portò a gradi di permeabilità elevati-. Questi gradi hanno ottenuto un allineamento più perfetto dell'orientamento (110)[001] e una migliore induzione magnetica, che ha consentito ai progettisti di trasformatori di ridurre sia le dimensioni del nucleo che la perdita in assenza di carico. Il materiale ad alta-permeabilità è diventato rapidamente lo standard per i trasformatori di potenza di grandi dimensioni.

Perfezionamento del dominio e gradi moderni

Dal 1979 sono stati introdotti gradi successivamente migliorati con domini magnetici raffinati. La scrittura laser e altre tecniche di perfezionamento-del dominio suddividono i domini magnetici sulla superficie della striscia, riducendo le perdite anomale di correnti parassite-. Questi gradi-raffinati sono i materiali con le perdite-più basse disponibili nella produzione in serie e vengono utilizzati nei trasformatori di potenza più grandi ed efficienti.

Acciaio elettrico non-orientato in parallelo

Parallelamente, è stato sviluppato l'acciaio elettrico non-orientato per le macchine rotanti, dove il flusso cambia continuamente direzione. La sua struttura a grani casuali conferisce proprietà isotrope e i moderni gradi non-orientati combinano basse perdite con buone proprietà meccaniche per la laminazione di motori e generatori.

L'acciaio elettrico oggi

La moderna produzione di acciaio elettrico è regolata da un quadro di standard internazionali: IEC 60404 definisce i metodi di misurazione magnetica, ASTM A876/A876M copre i materiali a grani orientati-per progetti nordamericani e GB/T 2521 copre i gradi utilizzati nei mercati cinese e in molti mercati asiatici. Le qualità vanno dal materiale comune da 0,30-0,35 mm per i trasformatori di distribuzione alle qualità raffinate con dominio da 0,23 mm-per le applicazioni più esigenti. Le normative sull'efficienza energetica-in tutto il mondo continuano a ridurre i limiti di perdita dei trasformatori, il che mantiene attivo lo sviluppo di qualità a grani orientati migliori.

Domande frequenti

Chi ha scoperto l'acciaio al silicio?

Lo studio sistematico delle leghe di ferro-silicio è attribuito a Robert Hadfield, le cui pubblicazioni intorno al 1900 dimostrarono i vantaggi magnetici del silicio nel ferro.

Quando è stato inventato l'acciaio a grani{0}orientati?

Il processo chiave fu brevettato nel 1933 da Norman Goss e poco dopo apparve l'acciaio commerciale a grani orientati.

Cosa rende l'acciaio a grani orientati-diverso dall'acciaio comune?

I suoi grani sono allineati nella direzione di rotolamento, quindi il flusso magnetico viaggia con poche perdite in quella direzione; l'acciaio ordinario non ha tale allineamento.

Perché la perdita del nucleo è importante nei trasformatori?

La perdita del nucleo è presente ogni volta che il trasformatore viene alimentato e viene pagata per l'intera durata di servizio, quindi i gradi di perdita- inferiori riducono i costi operativi.

Cos'è il perfezionamento del dominio?

Si tratta di un trattamento superficiale, come il laser scribing, che suddivide i domini magnetici e riduce la perdita anomala di correnti parassite nella striscia-orientata a grano.

Quali norme regolano oggi l’acciaio elettrico?

IEC 60404 per la misurazione, ASTM A876/A876M e GB/T 2521 per la classificazione, a seconda del mercato di destinazione.