بسیاری از انواع دستگاههای الکتریکی از مواد مغناطیسی نرم به عنوان حامل شار مغناطیسی استفاده میکنند. آلیاژ آهن-سیلیسیم (Si-Fe) که اغلب به عنوان «فولاد الکتریکی» نامیده میشود، ماده معمولی مورد استفاده برای موتور، ژنراتور، ترانسفورماتور و القاگر است.
فولاد الکتریکی که با نامهای مختلفی مانند فولاد لمینه، فولاد سیلیسیم الکتریکی، سیلیکون استیــــل، فـــولاد رلـــه و یا فــــولاد ترانسفورماتور شاخته میشود، آلیاژ آهن سیلیسیمدار با میزان کربن پایین است که معمولا به شکل ورق فولادی نورد سرد شده با ضخامت کمتر از ۲ میلیمتر تولید میشود.
فولاد الکتریکی یک ماده مغناطیسی نرم است که در هسته ترانسفورماتورهای برق، موتورها و ژنراتورها به کار برده میشود و دارای میزان سیلیسیم بالا در حدود ۳ تا ۴ درصد وزنی است. میزان بالای سیلیسیم مقاومت الکتریکی آهن را افزایش داده و باعث کاهش اتلاف ناشی از جریان گردابی میشود.
استفاده از این نوع ورق فولادی در هسته الکتروموتورها، باعث کاهش تلفات برق و قابلیت هدایــــت مغناطیسی بالاتر نسبت به سایر ورقها میشود. افزودن سه درصد سیلیسیم به آهن، باعت افزایش چهار برابری مقاومت الکتریکی آن میشود؛ با این حال بیشترین مقداری که میتوان سیلیسیم اضافه کرد،افزایش وزن چهار درصدی است؛ اضافه کردن بیشتر از این مقدار باعث سخت و شکننده شدن فولاد شده و مشکلاتی را در فرآیند تولید ایجاد میکند.
به طــور کلی مواد مغناطیســی نــرم در معرض میدانهای مغناطیسی حتی کوچک بهراحتی خاصیت مغناطیسی پیدا کرده و با قطع میدان، سریعا خاصیت مغناطیسی خود را از دست میدهند. در واقع این نوع مواد دارای نیروی وادارندگی پایین، دارای اشباع مغناطیسی بالا و پسماند پایین هستند. مواد مغناطیسی نرم در کاربردهایی که تغییر سریع گشتاور مغناطیسی با اعمال میدان مغناطیسی کوچک نیاز است، مانند موتورها، هدهای مغناطیسی، حسگرها، القاگرها و فیلترهای صوتی مورد استفاده قرار میگیرند.
نکتـــه دیگری کـــه در مـــورد کاربرد فولاد الکتریکی در هستهها باید به آن اشاره کرد، این اســـت کـــه برای کاهـــش تلفات جریانهای گردابی، به جای فـــولاد الکتریکی یک تکه از فولاد الکتریکــی ورقـــه ورقـــه شـــده استفــاده میشود. بر روی ورقهها نیز یک لایه نازک عایق الکتریکی وجود دارد. ورقه ورقه کردن باعث میشود که جریان گردابی مجبور به عبور از سطح مقطع نازک یک ورقه باشد که مقاومت بالایی دارد و چون تلفات جریان گردابی با مجذور جریان آن رابطه مستقیم دارد، مقدار این تلفات بسیار کاهش مییابد.
برای عایق کردن ورقهای فولاد الکتریکی، در گذشته از یک کاغذ نازک مخصوص که به یک سمت ورق چسبانده میشد، استفاده میکردند اما امروزه برای عایق کردن در هنگام تولید این ورقها یک لایه نازک اکسید فسفات یا سیلیکات به ضخامت دو تا ۲۰ میکرون به عنوان عایق روی آنها پوشش میدهند.
دو نوع ورق فولاد الکتریکی وجود دارد که یکی از آنها جهتدار و دیگری غیر جهتدار است که هر دوی آنها، گریدهای گوناگونی دارند و در ضخامتهای مختلف از جمله ۰٫۰۰۷، ۰٫۰۱۴، ۰٫۰۱۸۵ و ۰٫۰۲۵ اینچ تولید میشوند.
ورقهای فولاد الکتریکی جهتدار، دارای ساختاری همگن، یکنواخت و یکجهته هستند که باعث میشود بار مغناطیسی و چگالی آن در یک جهت بیشتر باشد. بهطــــور معمــــول، ورق فولاد الکتریکی جهتدار برای ترانسفورماتورهایی که جهت میدان مغناطیسی قابل پیشبینی و مشخص نیاز دارند، استفاده میشود.
ورقهای فولاد الکتریکی جهتدار، برای ایجاد نفوذپذیری بالا و ضریب خستگی پایین مورد نیاز برای ترانسفورماتورهای الکتریکی کارآمد و اقتصادی طراحی شدهاند. این ورقها دارای بیشترین کارآمدی در حفظ انرژی الکتریکی هستند و در ترانسفورماتورهایی بهکار میرود که استفاده از آنها برای حفظ انرژی حیاتی است.
در ورقهای فولاد الکتریکی غیر جهتدار، خواص مغناطیسی عملا در همه جهات یکسان است. میزان سیلیسیم در این نوع ورقهای الکتریکی بین دو تا ۳٫۵درصد است و در کاربردهایی مانند هستههای موتورها و ژنرانورها که متحرک هستند به کار برده میشود.
ورقهای فـــولاد الکتریکـــی با فرآیندهای متعددی تولید میشود. برای تولید فولاد الکتریکی جهتدار، پس از فولادسازی و آلیاژسازی ثانویه به منظور تنظیم ترکیب مورد نیاز سیلسیمدار، اسلب به ضخامت ۲۰۰ تا ۲۵۰ میلیمتر به صورت پیوسته ریختهگری میشود.
اسلب تولید شده در فرآیندهای نورد گرم تا ضخامت دو الی سهمیلیمتر تبدیل به کویل ورق گرم میشود. به منظور تولید ورق در ضخامتهای مورد نظر با دقت ابعادی بالا، ورق نورد گرم تولید شده ابتدا وارد عملیات آنیلینگ اولیه و اسید شویی شده و سپس نورد سرد میشود.
سپس کویل فولادی وارد مرحله آنیلینگ و دیکربوره کردن میشود؛ در این عملیات کربن اضافی حذف شده و یک لایه اکسید منگنز روی ورق پوشش داده میشود. در مرحله بعدی، عملیات آنیلینگ درجه حرارت بالا روی ورق فولادی انجام میشود که باعث کریستالیزاسیون مجدد فولاد شده و خـــواص مغناطیســـی فوقالعـــادهای بــــه آن میدهـــد. در پایان عملیات صافسازی ورق فولادی و پوششدادن ورق با لایه عایق الکتریکی انجام میشود.
برای تولید ورق فولاد الکتریکی غیرجهتدار، فرآیندهای کمتری مورد نیاز است و پس از نورد گرم، آنیلینگ اولیه و اسید شویی و نورد سرد، در پایان عملیات آنیلینگ و پوشش دهی انجام میشود. همین تعداد مراحل، کمتر سبب میشود تا ورق فولاد الکتریکی غیرجهتدار از ورق فولادی جهتدار ارزانتر باشد.