Dodavanje silicijuma(Si) u željezo(Fe) u odgovarajućim omjerima uz pomoć određenog proizvodnog procesa značajno poboljšava magnetska i električna svojstva željeza. Krajem 19. stoljeća otkriveno je da dodavanje silicija željezu značajno poboljšava otpornost željeza, pa je tako razvijen silicijumski čelik ili ono što danas poznajemo kao električni čelik. Ne samo da su smanjeni gubici vrtložnih struja u čeliku, već je uočeno značajno poboljšanje magnetske permeabilnosti i smanjenje magnetostrikcije. Sljedeća tabela pokazuje kako se određena električna i magnetska ponašanja željeza mijenjaju kada se doda silicijum.
NP Goss, prvi izumitelj hladno valjanog procesa proizvodnje silikonskog čelika ili CRGO-a 1933. dao je ideju svojim riječima: „Imam eksperimentalne dokaze koji me navode da vjerujem da postoji očigledna veza između veličine zrna i duktilnosti uzorak i njegova magnetna svojstva. Ovi testovi pokazuju da mala, ujednačena zrna i visoka duktilnost prate visoku permeabilnost." Ova ideja izazvala je revoluciju u industriji čelika koja je dovela do proizvodnje čelika visokog kvaliteta. Ovisno o orijentaciji zrna, postoje dvije vrste silikonskih čelika:
Silicijumski čelik orijentisan na zrno (GO).
Silicijumski čelik bez zrna orijentisanog (GNO).
U narednim poglavljima ćemo govoriti o GO čeliku. Konkretno, govorit ćemo o hladno valjanom zrnasto orijentiranom silikonskom čeliku (CRGO) i njegovoj primjeni.
hladno valjani čelik
Radi se kako bi se smanjila debljina čelika u rasponu od 0.1mm do 2mm što se ne može postići vrućim valjanjem. Tokom ovog procesa, pod pažljivo kontrolisanim uslovima, postižu se optimalne magnetne karakteristike u smeru valjanja. Ovaj smjer je također poznat kao Goss tekstura (110)[001], što je smjer lakog magnetiziranja u smjeru kotrljanja. To se može prikazati na slici ispod. Zrno orijentirani čelik se ne koristi u rotirajućim električnim mašinama gdje je magnetsko polje u ravnini ploča, ali se kut između magnetnog polja i smjera kotrljanja stalno mijenja. Za to se koristi silikonski čelik bez zrna.
Svojstva CRGO čelika
To je meki magnetni materijal i ima sljedeća svojstva
Visoka magnetna permeabilnost.
Smanjena magnetostrikcija.
Visoka otpornost.
Visok faktor slaganja ili laminacije omogućava kompaktne dizajne jezgra.
Niski gubici.
CRGO klase čelika
Najranije vrste čelika bile su poznate kao M7 (0.7 Watts/lbs na 1.5T/6{7}}Hz) i M6 (0.6 Watts/lbs na 1.5T/60Hz).
Isto tako, krajem 1960-ih razvijeni su razredi M5, M4 i M3.
Novi materijal pod nazivom Hi-B ima izuzetan stepen orijentacije i 2-3 stepena je bolji od konvencionalnih CRGO čeličnih proizvoda.
Primjena CRGO silikonskog čelika kao jezgra transformatora
CRGO čelik se uglavnom koristi kao materijal za jezgro energetskih transformatora i distributivnih transformatora. Ovo se može objasniti na sljedeći način
Visoka magnetna permeabilnost dovodi do niskih pobudnih struja i nižih indukcija.
Niska histereza i gubici na vrtložne struje.
Odličan faktor kotrljanja omogućava bolje i kompaktnije dizajne i stoga zahtijeva manje materijala.
Karakteristike visoke zasićenosti koljena.
Veoma nizak nivo magnetostrikcije omogućava smanjenje buke.
Povećava lakoću namotavanja i poboljšava produktivnost.
Budući opseg CRGO silikonskog čelika
Iako su postojale alternative za CRGO čelik, kao što su nikl-gvožđe, mu-metal, amorfna borova traka, super staklo, itd., CRGO čelik je i dalje superioran izbor u industriji transformatora. Pokazalo se da legure kao što je amorfni metal Fe78-B13-Si9 imaju mnogo manje gubitke u jezgri kada se koriste kao jezgro distributivnog transformatora u poređenju sa čelikom CRGO razreda. Optimalna komponenta dodatka silicija u čeliku može promijeniti teksturu kako bi se postigla željena magnetna svojstva kada se proizvodi u kontroliranim uvjetima.