Brevet FR2012733A1 — publié le 19700320

i 2012733 La présente invention se propose de réaliser un acier au silicium possédant une perméabilité magnétique sensiblement constante et contenant environ 2 à 3,5% de silicium. La présente invention se propose aussi de créer un 5 procédé simple et économique pour fabriquer un acier au silicium du type décrit à partir d'un acier au silicium possédant une orientation cristalline du type (110)[00lf. Le procédé suivant la présente invention, permettant de fabriquer un acier au silicium dont la perméabilité est sen-10 siblement constante, consiste à fabriquer un ruban d'acier au silicium, le terme "ruban" pouvant désigner aussi bien une feuille, une lame ou tout autre produit laminé, contenant environ 2 à 3,5% de silicium et possédant un taux élevé de grains orientés suivant une direction préférée, puis à laminer, à froid 15 le ruban d'acier ainsi obtenu de façon à réduire considérablement son épaisseur. Le ruban ainsi laminé à froid possède une perméabilité magnétique constante et n'est pas soumis ultérieurement à un recuit ou à d'autres traitements. La présente invention sera mieux comprise par la des-20 cription suivante d'un mode d'exécution particulier de ce procédé donné à titre d'exemple et illustré au dessin annexé représentant une courbe caractéristique de la perméabilité magnétique, sensiblement constante, d'un acier au silicium traité suivant le procédé de la présente invention, cette courbe étant comparée à la 25 courbe caractéristique d'un acier au silicium similaire qui n'a pas été traité de la même façon, par exemple l'acier magnétique utilisé pour obtenir le matériau à perméabilité constante à l'aide d'un laminage à froid. Certains types d'appareils électriques nécessitent l'uti-30 lisation de dispositifs d'induction comportant des noyaux métalliques possédant une perméabilité magnétique relativement constante, c'est-à-dire dans lesquels la densité de flux B varie sensiblement linéairement en fonction de la force magnétisante ou de l 'intensité de champ H appliquée sur la bobine d'induction. Ces appareils 35 peuvent être, par exemple, des bobines utilisées pour équilibrer le facteur de puissance sur des lignes de transport d'énergie, ces bobines d'induction à perméabilité constante étant utilisées pour éviter les variations de réactance lorsque l'intensité du courant varie. Certaines bobines d'induction utilisées dans les 40 réseaux de télécommunication doivent aussi posséder une perméa- 69 233Vb 2 2012733 bilité sensiblement constante pour que le son soit reproduit de la façon souhaitée. Les dispositifs d'induction utilisés jusqu1 ici dans ces applications présentent cependant quelques inconvénients. Par exemple, on a utilisé jusqu'ici des noyaux cons-5 titués par des matériaux feuilletés séparés par des entrefers à air ou par tan autre milieu isolant mais ces dispositifs sont encombrants et difficiles et coûteux à réaliser. D'autres matériaux à perméabilité constante de type connu nécessitent des procédés de fabrication compliqués, longs et demandant tm con-10 trôle très précis, ne possèdent pas les caractéristiques souhaité tées dans un domaine suffisamment étendu de densité de flux ou présentent d'autres inconvénients. Suivant la présente invention, les caractéristiques de perméabilité constante d'un acier au silicium sont obtenues par 15 tin procédé simple et peu coûteux consistant à amincir à froid un acier au silicium de qualité électrique dans lequel les cristaux sont fortement orientés. Par "amincissement à froid" il faut comprendre une diminution de l'épaisseur de l'acier au silicium traité, cette diminution étant réalisée par laminage ou par 20 d'autres procédés connus à une température inférieure aux températures de cristallisation. Il sera évident pour ceux qui sont familiers avec cette technique que l'on peut utiliser un autre procédé que le laminage pour diminuer l'épaisseur d'un acier au silicium dont les grains sont orientés. 25 L'acier au silicium pouvant être utilisé pour la mise en oeuvre de la présente invention est d'un type couramment utilisé pour réaliser des noyaux dans des transformateurs, moteurs et autres appareils électromagnétiques, et se compose principalement d'un alliage fer-silicium contenant environ 2 à 3,5% 30 de silicium et des quantités relativement faibles de différentes impuretés, par exemple de soufre, de manganèse et de phosphore, le produit fini possédant une faible teneur en soufre et en carbone. Durant le traitement du ruban d'acier au silicium du 35 type décrit pour obtenir un.matériau possédant de bonnes caractéristiques électriques et magnétiques, le ruban est normalement soumis, après une série de laminages, â un traitement thermique par lequel on cherche à atteindre deux objectifs. Premièrement, le traitement thermique doit développer dans l'acier une struc-40 ture ou texture cristalline orientée de façon telle que le ruban 69 2330S 3 2012733 possède de bonnes caractéristiques magnétiques. L'orientation des grains de l'acier obtenu par ce procédé est du type (110)îpoîj en utilisant la notation de Miller. Une telle structure cristalline est habituellement obtenue par une recristallisation secondaire 5 comme expliqué ci-dessous. Deuxièmement le traitement thermique doit supprimer les impuretés, tels le soufre et le carbone, qui peuvent provoquer des pertes Joule trop importantes dans le matériau orienté. Par croissance secondaire des grains, ou recristallisation secondaire, on désigne le procédé dans lequel, lors du 10 traitement thermique final déterminant la texture, les grains ne subissant pas de contraintes croissent en s'absorbant les uns les autres, la croissance étant habituellement activée par l'énergie des surfaces limites des grains. Cette croissance secondaire des grains suit habituellement la recristallisation primaire 15 durant laquelle la structure cristalline déformée d'un métal travaillé à fçoid est remplacée par une nouvelle structure de grains ne subissant pas de contraintes à l'aide d'un traitement thermique à une température minimale particulière. C'est la recristallisation secondaire qui fournit l'orientation suivant 20 une direction préférée recherchée dans tin matériau magnétique de bonne qualité, et l'orientation obtenue par ce procédé est généralement différente de celle qui est obtenue simplement par une recristallisation primaire. Le ruban de matériau magnétique a subi en général une recristallisation primaire lorsqu'il est prêt 25 à être soumis au traitement thermique final à haute température. Les grains du matériau ayant subi une recristallisation primaire sont en moyenne beaucoup plus petits que ceux d'un matériau ayant subi une recristallisation secondaire et, tandis que le matériau qui a subi une recristallisation primaire ne possède qu'un faible 30 pourcentage de grains orientés, par exemple 15-20%, le matériau qui a subi une recristallisation secondaire et dont les grains sont plus gros possède un pourcentage beaucoup plus important de grains orientés, ce pourcentage étant en règle générale d'au moins 70-75% et pouvant atteindre 95%. 35 Suivant la présente invention, on a trouvé qu'en sou mettant un ruban d'acier au silicium de bonne qualité et ayant subi une recristallisation secondaire du type décrit ci-dessus à un laminage à froid qui déforme et détruit de façon importante la structure cristalline dans le ruban tout en diminuant son 40 épaisseur, on obtient un ruban d'acier au silicium caractérisé, 69 23305 4 2012733 de façon inattendue, par une perméabilité magnétique relativement constante. L'amélioration remarquable obtenue dans ce domaine est représentée dans la figure unique dans laquelle la densité de flux B, exprimée en Gauss, est tracée en fonction de l'inten-5 sité de champ H, exprimée en oersteds. La courbe I est tracée pour un acier au silicium, possédant une proportion importante de grains orientés, avant que l'épaisseur n'ait été diminuée par un laminage à froid tandis que la courbe II est tracée pour le même matériau après un laminage à froid. Gomme on peut le voir 10 d'après les courbes, qui montrent que la densité de flux des matériaux respectifs augmente lorsque la force magnétisante augmente (ce qui représente la perméabilité magnétique), le matériau II qui a subi un laminage à froid possède une perméabilité relativement constante lorsque l'intensité de champ H 15 varie de 0 à 14 oersteds tandis que le matériau I possède une courbe caractéristique de magnétisation non linéaire (hystérésis) dans laquelle la perméabilité varie brusquement lorsque la force magnétisante varie dans le même intervalle. Pour obtenir des résultats optimaux suivant la présente 20 invention il est essentiel d'utiliser un acier au silicium possédant un pourcentage important de grains orientés et de soumettre cet acier à une diminution d'épaisseur relativement importante par laminage à froid. En général, le ruban d'acier au silicium doit posséder une texture cristalline orientée ou anisotropie 25 magnétique d'au moins 70% et, plus le pourcentage de grains orientés est important meilleurs sont les résultats. De préférence le laminage à froid est effectué sur un ruban d'acier au silicium orienté dont l'épaisseur varie de 0,25 mm. à 0,75 mm. et la diminution d'épaisseur dûe à ce laminage à froid doit être 30 environ de 25% à 70%. Dans le cas du matériau particulier représenté dans la figure, l'épaisseur du ruban d'acier au silicium très orienté était de 0,63 mm. avant le laminage à froid et a été réduite de 60% pour arriver à 0,25 mm. Suivant la présente invention on peut utiliser le pro-35 cédé suivant qui est un exemple typique de ceux qui sont couramment utilisés actuellement pour la production commerciale d'un acier possédant de bonnes caractéristiques électriques utilisé dans les transformateurs. Un acier au silicium contenant environ 3,25% de silicium, moins de 0,035% de carbone, environ 0,02% 40 de soufre et moins de 0,15% de manganèse est laminé à chaud pour 69 23305 5 2*012733 obtenir un ruban possédant une épaisseur d'environ 2,5 mm., ce ruban est laminé à froid jusqu'à ce que son épaisseur soit environ 1,25 mm., puis subit un traitement thermique intermédiaire et est de nouveau laminé à froid jusqu'à ce que son épaisseur soit envi-5 ron 0,63 mm. Ce ruban est alors recristallisé et le pourcentage de carbone est diminué en soumettant ce ruban à un traitement thermique continu, à une température d'environ 300° C pendant quelques minutes (10 minutes par exemple) dans une atmosphère réductrice contenant suffisamment de vapeur d'eau pour réaliser 10 la décarburation sans faire apparaître des pailles dans l'acier. Le ruban recristallisé et décarburé est alors soumis à un traitement thermique à une température variant de 1.000° C à 1.200° C environ pendant une durée suffisante pour effectuer la recristallisation secondaire et supprimer les impuretés, par exemple 15 carbone, azote et soufre, m tel recuit s'effectuant habituellement dans une atmosphère d'hydrogène pur et sec. La température à laquelle est effectué ce recuit peut cependant varier d'une façon générale de 900° C à 1.250° C. La durée du recuit peut varier de quelques minutes à 160 heures en fonction principale-20 ment de la masse d'acier chauffé et de la capacité de croissance des cristaux secondaires de l'acier. Ce matériau dont les grains sont orientés, les dépôts et les oxydes étant de préférence supprimés, est alors soumis à un laminage à froid final suivant la présente invention, comme précédemment décrit. 25 Le recuit final peut être réalisé comme un traitement discontinu classique, comme décrit ci-dessus, l'acier étant traité sous forme de bobine, ou comme tin traitement par brins comme décrit par exemple dans le brevet américain No. 2.986.485. Comme décrit dans ce brevet l'acier sous forme de brin est chauffé 30 pendant 5 à 60 minutes, de préférence pendant environ 15 minutes, à une température d'environ 950° C à 1.050° C afin de faire débuter la nucléation et la croissance des cristaux possédant l'orientation magnétique préférée, puis le matériau est porté à une température d'environ 1.175° C à 1.250° C pendant 1 à 30 35 minutes, de préférence 15 minutes, pour faire continuer la croissance des cristaux possédant une orientation préférée. Les traitements thermiques décrits ci-dessus sont de préférence réalisés en présence d'une atmosphère réductrice dans le four et, bien que l'hydrogène pur soit particulièrement 40 utilisé, on peut utiliser si on le désire d'autres types connus 69 23305 6 2012733 d'atmosphères neutres ou réductrices. 69 23305 7 2012733 REVENDICATIONS 1. - Procédé de fabrication d'un ruban d'acier au silicium possédant une perméabilité magnétique sensiblement constante, 5 caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser un ruban d'acier au silicium contenant environ 2 à 3,5% de silicium et possédant un pourcentage élevé de grains orientés suivant une direction préférée, et à laminer à froid ce ruban pour en réduire sensiblement l'épaisseur. 10 2. - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que, avant le laminage à froid, le ruban d'acier au silicium possède une anisotropie cristalline, du type (110) C°°3 suivant la notation de Miller, d'au moins 70%. 3. - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé 15 par le fait que le laminage à froid réduit l'épaisseur du ruban dans line proportion de 25% à 70% environ. 4. - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que l'épaisseur du ruban d'acier au silicium, avant le laminage à froid, varie entre 0,25 mm. et 0,75 mm. 20 environ. 5. - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'acier au silicium possédant un pourcentage élevé de grains orientés suivant une direction préférée est obtenu par tin procédé qui consiste à chauffer l'acier au 25 silicium à une température variant de 900° C à 1.250° C environ pendant une durée suffisante pour effectuer une recristallisation secondaire. 6. - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que l'acier au silicium se présente sous la forme 30 d'un brin unique lors de son traitement thermique, ce traitement thermique s'effectuant à une température variant entre 950° C et 1.050° C dans une première phase puis à une température variant entre 1.175° C et 1.250° C dans une seconde phase. 7. - Procédé de traitement d'un acier au silicium, 35 possédant un pourcentage élevé de grains orientés, destiné à lui communiquer une perméabilité magnétique relativement constante, caractérisé par le fait qu'il consiste essentiellement à diminuer à froid l'épaisseur de ce matériau. 8. - Acier au silicium contenant environ 2 à 3,5% de 40 silicium caractérisé par le fait qu'il possède une perméabilité 69 23305 8 2012733 relativement constante. 9. - Acier au silicium suivant la revendication 8, caractérisé en outre par le fait qu'il contient des grains déformés et détruits dans une mesure importante par une recristallisation 5 secondaire. 10. - Acier au silicium fabriqué suivant le procédé de la revendication 1. 11. - Acier au silicium fabriqué suivant le procédé de la revendication 5.