Acero silicio laminado en frío con orientación granular (CRGO) | Propiedades Aplicaciones
La adición de silicio (Si) al hierro (Fe) en las proporciones correctas con la ayuda de ciertos procesos de fabricación mejora significativamente las propiedades magnéticas y eléctricas del hierro. A finales del siglo XIX, se descubrió que la adición de silicio al hierro mejoraba significativamente la resistividad del hierro, por lo que se desarrolló el acero silicio o lo que hoy conocemos como acero eléctrico. No solo redujo las pérdidas por corrientes de Foucault en el acero, sino que también se observaron mejoras significativas en la permeabilidad magnética y una reducción en la magnetostricción. La tabla a continuación muestra cómo ciertos comportamientos eléctricos y magnéticos del hierro cambian con la adición de silicio.
N. P. Goss, el inventor temprano del proceso de fabricación de acero laminado en frío con orientación de grano (CRGO) en 1933, expresó su idea en sus propias palabras: “Tengo evidencia experimental que me lleva a creer que existe una relación aparente entre el tamaño de los granos y la ductilidad de una muestra y sus propiedades magnéticas. Esta evidencia muestra que granos pequeños y uniformes, junto con alta ductilidad, acompañan a la alta permeabilidad”. Esta idea llevó a una revolución en la industria del acero, resultando en la producción de aceros de alta calidad. Basándose en la orientación de los granos, existen dos tipos de aceros silicio:
Acero silicio con orientación de grano (GO).
Acero silicio sin orientación de grano (GNO).
En las secciones siguientes, discutiremos el acero GO. Específicamente, hablaremos del acero silicio laminado en frío con orientación de grano (CRGO) y sus aplicaciones.
Laminado en frío del acero
Se realiza para reducir el grosor del acero en un rango de 0.1 mm a 2 mm, lo cual no se puede lograr con el laminado en caliente. Durante este proceso, bajo condiciones cuidadosamente controladas, se logran características magnéticas óptimas en la dirección de laminado. Esta dirección también se conoce como textura Goss (110)[001], que es la dirección de fácil magnetización en la dirección de laminado. Esto se puede mostrar en la figura a continuación. El acero con orientación de grano no se utiliza en máquinas eléctricas rotativas en las que el campo magnético está en el plano de las láminas, pero el ángulo entre el campo magnético y la dirección de laminado sigue cambiando. Para este propósito, se utiliza acero silicio sin orientación de grano.
Representación esquemática de la textura de laminado (110)[001] o textura Goss
Propiedades del acero CRGO
Es un material magnético blando y tiene las siguientes propiedades:
Alta permeabilidad magnética.
Reducción de la magnetostricción.
Alta resistividad.
Alto factor de laminación o apilamiento, lo que permite diseños de núcleo compactos.
Bajas pérdidas.
Calidades de acero CRGO
Las primeras calidades de acero eran conocidas como M7 (0.7 vatios/lb a 1.5T/60Hz) y M6 (0.6 vatios/lb a 1.5T/60Hz).
De manera similar, se desarrollaron las calidades M5, M4 y M3 a finales de los sesenta.
Un nuevo material llamado Hi-B tiene un grado notable de orientación y es 2-3 calidades mejor que los productos de acero CRGO convencionales.
Aplicación del acero silicio CRGO como núcleo de transformador
El acero de la calidad CRGO se utiliza principalmente como material de núcleo para transformadores de potencia y transformadores de distribución. Esto se puede explicar de la siguiente manera:
La alta permeabilidad magnética conduce a corrientes de excitación bajas e inducciones menores.
Bajas pérdidas por histeresis y pérdidas por corrientes de Foucault.
Excelente factor de laminación que conduce a diseños más compactos y, por lo tanto, menos material requerido.
Altas características de saturación de rodilla.
Muy bajo nivel de magnetostricción, lo que conduce a una reducción del ruido.
Facilita el enrollado y mejora la productividad.
Futuro del acero silicio CRGO
Aunque han existido alternativas a las calidades de acero CRGO, como el níquel-hierro, mu-metal, tira de boro amorfo, superglass, etc., el acero CRGO sigue siendo la opción superior en la industria de los transformadores. Aleaciones como el metal amorfo Fe78-B13-Si9 han demostrado tener pérdidas de núcleo mucho menores cuando se utilizan como núcleo de transformadores de distribución en comparación con el acero de la calidad CRGO. Un contenido óptimo de silicio en el acero puede cambiar la textura para lograr propiedades magnéticas deseables cuando se fabrica bajo condiciones controladas.
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