Thép silic là gì? Phân tích cấu tạo, phân loại và cách lựa chọn theo nhu cầu sản xuất

Thép silic là một loại vật liệu từ tính cao, tổn thất lõi thấp và khả năng dẫn từ tốt. Loại thép này được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp điện – điện lực.

Nếu bạn đang cân nhắc sử dụng thép silic, tham khảo thêm một vài thông tin kỹ thuật cần biết (thành phần, cấu tạo, các loại, v.v.), vì vậy Ace Cheap Việt Nam đã phân tích chi tiết bên dưới.

Xem thêm: Các loại thép silic

Thép silic là gì?

Thép silic (hay Thép Silicon) còn gọi là thép điện hay thép silic kỹ thuật điện. Chúng là một hợp kim từ mềm giữa sắt (Fe) và silic (Si) với hàm lượng silicon dao động từ 0,5% đến khoảng 4,8% trọng lượng. Trong khi đó hàm lượng cacbon được duy trì ở mức cực thấp (dưới 0,08%).

Đặc điểm của thép silic nằm ở tính chất từ tính mềm. Khác với các loại hợp kim từ cứng dùng chế tạo nam châm vĩnh cửu. Thép này có độ từ thẩm cao và mức bão hòa từ cực đại khoảng 1,8-2,0 Tesla (lên đến 2,0 Tesla – cao nhất trong số các vật liệu từ tính). Bao gồm tính trễ từ thấp và khả năng từ hóa – khử từ dễ dàng. Điện trở suất của thép điện có thể cao đến 5 lần so với sắt thuần mà còn cải thiện đáng kể độ thẩm thấu từ tính.

Phân loại thép silic

Thép silic là vật liệu từ mềm quan trọng trong ngành điện. Được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau để phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. Hiểu rõ cách phân loại sẽ giúp bạn chọn đúng loại thép cho nhu cầu sử dụng.

Tiêu chí phân loại	Loại thép silic	Đặc điểm kỹ thuật chính	Ứng dụng phổ biến
Theo định hướng	Thép định hướng CRGO (Grain Oriented)	Cấu trúc tinh thể định hướng Từ thông ổn định Chứa khoảng 3,25% silicon Mật độ từ thông tăng ~30% theo hướng cán cuộn Hiệu suất cao	Máy biến áp điện lực, thiết bị yêu cầu từ trường ổn định
	Thép không định hướng CRNGO (Non-Grain Oriented)	Hạt tinh thể phân bố ngẫu nhiên  Từ tính đa hướng Hàm lượng Si: 0,5 – 3,25% + tối đa 0,5% Al  Chi phí thấp hơn CRGO	Động cơ xoay chiều, máy phát điện, motor dân dụng
Theo quy trình sản xuất	Thép silic cán nguội	Bề mặt nhẵn, độ dày đồng đều Cảm ứng từ cao Tổn thất sắt thấp Độ dày phổ biến: 0.35mm, 0.5mm, 0.65mm Giảm khối lượng 10–25% so với cán nóng	Biến áp, thiết bị điện hiệu suất cao
	Thép silic cán nóng	Quy trình truyền thống Hiệu suất thấp, tổn thất năng lượng cao Đang dần bị thay thế trên thị trường	Một số ứng dụng đặc biệt có yêu cầu thấp
Theo hàm lượng silicon	Thép silic thấp (Low Silicon)	Hàm lượng Si < 2,8% Độ bền cơ học cao hơn Giá thành thấp Dễ gia công	Động cơ điện, quạt công nghiệp, thiết bị điện phổ thông
	Thép silic cao (High Silicon)	Si từ 3,25% – 4,8% Độ từ tính cao Giòn, khó gia công hơn Giá trị cao	Lõi máy biến áp, máy biến tần, thiết bị điện quan trọng
Theo dạng sản phẩm thương mại	Thép tấm silic	Kích thước cố định: rộng 800-1000mm, dài ≤ 2,0m Dễ cắt, tiện cho gia công chi tiết nhỏ	Nhà máy sản xuất thiết bị điện nhỏ
	Thép cuộn silic	Dạng cuộn linh hoạt, dễ bảo quản Cần cắt thành dải trước khi sử dụng	Gia công hàng loạt, ngành sản xuất công nghiệp quy mô lớn
	Lõi thép silic EI (dạng ghép)	Sản xuất sẵn theo chuẩn EI Gắn ráp nhanh chóng Tiết kiệm thời gian gia công	Biến áp dân dụng, thiết bị điện tử tiêu dùng

Bảng phân loại thép silic

Cấu tạo thép silic

Thành phần và cấu tạo của thép silic có thể ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất thiết bị. Cụ thể như:

Thành phần hóa học và nguyên tố hợp kim

Thép silic có cấu trúc đặc biệt với thành phần chính là sắt. Được pha với silic hàm lượng dao động từ 0,5% đến 4,8%, với các loại cao cấp có thể đạt 3,5 – 4,8%. Cùng một lượng nhỏ các nguyên tố như mangan, carbon, nhôm.

Đặc biệt, hàm lượng cacbon trong thép silicon được giữ rất thấp, chỉ từ 0,01% đến 0,1%. Nhằm đảm bảo tổ chức ferrite ổn định và giảm tổn thất từ trường. Các tạp chất khác như mangan, oxit và các chất ức chế (MnS, AlN) được giữ ở mức tối thiểu. Nhằm tối ưu đặc tính từ, giảm tiêu hao năng lượng trong quy trình luyện thép điện.

Silic đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao điện trở suất, giảm tổn thất dòng xoáy và tăng độ từ thẩm. Khi hàm lượng silic tăng, điện trở suất tăng đáng kể so với sắt thường, giúp cải thiện hiệu suất năng lượng.

Tuy nhiên, hàm lượng silic không nên vượt quá 4% vì có thể làm thép quá giòn. Riêng với lõi máy biến áp và stato máy điện, có thể sử dụng hàm lượng 3,8-4,4% do hoạt động ở chế độ tĩnh.

Quy cách sản phẩm

Quy cách sản phẩm phổ biến bao gồm kích thước tiêu chuẩn và khả năng gia công như sau:

Kích thước tiêu chuẩn:

• Chiều rộng cuộn chuẩn: 900mm, 950mm, 1000mm, 1200mm;
• Chiều rộng tối đa: 1250mm
• Độ dày: từ 0,23mm – 0,35mm (CRGO) và 0,3mm – 0,5mm (CRNGO)
• Chiều dài tấm cắt: 2000mm, 2500mm
• Trọng lượng đóng gói: 1000-5500 kg

Khả năng gia công:

• Cắt xẻ nhỏ nhất: 30mm
• Có thể cắt theo bội số 10mm

Quy trình sản xuất thép silic

Thép silic định hướng

Với thép silic định hướng, quá trình chế tạo đòi hỏi:

• Khử cacbon bằng khí đặc biệt
• Kết tinh lại sơ cấp để hình thành hạt cân bằng
• Phủ lớp kính magie-silicat bảo vệ bề mặt
• Kiểm tra tổn thất sắt bằng mẫu chuẩn như Epstein

Thép silic không định hướng

Quy trình sản xuất thép không định hướng với thời gian sản xuất ngắn hơn. Phù hợp cho sản xuất hàng loạt với số lượng lớn:

• Nấu sắt tinh khiết và silic trong lò cao 1600-1650°C, loại bỏ tạp chất đạt thành phần tối ưu.
• Cán nóng sơ bộ phôi thép ở 1100-1200°C tạo tấm dày 2-3mm, hình thành cấu trúc vật liệu ban đầu.
• Xử lý bằng hỗn hợp khí ở 750-850°C nhằm giảm hàm lượng cacbon và cải thiện tính chất từ tính.
• Cán nguội nhiều lần đưa thép về độ dày chuẩn 0,30-0,50mm, chuẩn bị cho quá trình ủ kết tinh.
• Ủ kết tinh lại thép ở 800-900°C trong môi trường khí bảo vệ khôi phục cấu trúc hạt và nâng cao hiệu suất từ tính.
• Bề mặt thép được phủ lớp cách điện 1-3μm giúp giảm tổn thất dòng xoáy và chống ăn mòn.
• Kiểm tra chất lượng thép thành phẩm gắt gao về tổn thất lõi, độ từ thẩm, điện trở suất và độ dày trước khi xuất xưởng.

Mẹo lựa chọn đúng thép silic cho nhu cầu sản xuất

Để chọn đúng loại thép phù hợp cho nhà máy và thiết bị điện. Các doanh nghiệp cần hiểu rõ tính chất kỹ thuật và đặc thù từng ứng dụng. Dưới đây là mẹo lựa chọn đúng thép silic định hướng và thép không định hướng EI:

Xác định yêu cầu kỹ thuật cụ thể

Máy biến áp đòi hỏi thép silic định hướng để tối ưu hóa từ thông. Trong khi động cơ và máy phát điện thường sử dụng thép silic không định hướng để hiệu suất ổn định ở mọi hướng từ trường. Đối với việc sản xuất cần lõi thép silic EI, việc sử dụng thép không định hướng mang lại hiệu quả nhờ vào khả năng tập trung từ thông theo hướng cán.

Cân nhắc yếu tố chi phí và hiệu suất

Trong sản xuất máy biến áp, chi phí được phân bổ theo tỷ lệ 40% cho dây đồng và 60% cho kết cấu lõi. Việc sử dụng thép chất lượng cao trong lõi thép silic EI giúp tạo ra lõi có đường kính nhỏ hơn, giảm lượng dây đồng cần thiết. Do đó, biến động giá đồng có thể ảnh hưởng đáng kể đến quyết định lựa chọn loại thép này. Mặc dù thép silic định hướng đắt hơn do có thêm các bước xử lý, nhưng hiệu suất cao thường bù đắp được chi phí này.

Tối ưu hóa hiệu suất năng lượng

Thép điện có độ thẩm thấu cao tạo ra cường độ cảm ứng từ lớn hơn, giúp giảm thể tích thiết bị. Hàm lượng silicon cao hơn giúp giảm tổn thất năng lượng nhờ vòng trễ hẹp hơn. Đồng thời giảm tổn thất trễ và tổn thất dòng điện xoáy. Điều này đặc biệt quan trọng với lõi thép silic EI, giảm tổn thất sắt có thể cải thiện đáng kể hiệu suất tổng thể của máy biến áp.

Lựa chọn theo kích thước và môi trường vận hành

Các thành phần lớn phù hợp với thép silic không định hướng do ít nhạy cảm với biến dạng cơ học. Đối với môi trường nhiệt độ cao, cần chọn thép điện có nhiệt độ Curie cao hơn giúp duy trì ổn định từ tính. Lõi thép silic EI dạng ghép đặc biệt phù hợp với các ứng dụng cần độ ổn định cao và khả năng chịu nhiệt tốt.

Gợi ý cho nhà phân phối và đơn vị sản xuất

Nếu bạn đang tìm nguồn cung cấp lõi thép silic EI dạng ghép hoặc muốn thuê kho chứa và phân phối vật tư ngành điện. Nên ưu tiên lựa chọn đơn vị có sẵn hàng như Ace Cheap Việt Nam, hỗ trợ gia công, đóng gói theo kích thước yêu cầu và có hệ thống kho linh hoạt phục vụ B2C.

Việc kết hợp giữa vật tư đúng chuẩn và hệ thống phân phối tối ưu sẽ giúp doanh nghiệp rút ngắn thời gian sản xuất, giảm chi phí vận hành và đáp ứng nhanh nhu cầu thị trường.

Kết luận

Trong bài viết trên, Ace Cheap Việt Nam đã phân tích chi tiết thép silic là gì, từ cấu tạo, thành phần kỹ thuật đến phân loại các dòng sản phẩm thép silic hiện nay.

Đồng thời cung cấp hướng dẫn lựa chọn loại thép phù hợp theo từng ứng dụng để bạn dễ dàng đưa ra quyết định tối ưu cho nhu cầu sản xuất hoặc phân phối.