Brevet FR2013111A1 — publié le 19700327

Ls présente iavaatioa -soacera© des bandes et tôles pour transformateur, laminése à froid et ayant use structure cubique et procédé pour les piparer® On sait que 1'apparition ©a 1935 ds bandes ok de rubans 5 pour transformateur» présentant use texture dits d© G-osg a cons~ titué un progrès pour la «astructioa des transformateurs,, De telles» bandes se magnétisent le plias faeilement dans la direction du laminage et leurs propriétés esgaéliques sont partisElièrement bonnes dans la direction longitttd.is.also Ainsi g pas? esemple, la 10 perte de puissance d*ane bande ayant ûs35 mm d®épaisseur ne dépasse pas 0,48 W/&gj taadis ças s©a induction dans an champ magnétique de 25 It/cas est de Sn«- =2 18 900 S® Dans le sens trans« Tersaly s*est«à—dire perpendiculaii'oaeat à la direction du lami*» nage les caractéristiques magnétiques s®ati-,oepeada®.t nettement 15 moins avantageuses : la perte de puissance est de 1,37 V/kg tandis que B2j- a*est que de 12 200 _ Qa sait en entre que les propriétés magnétiques des bandes et tfcles Isotropes pour t sans format sur a aussi bien celles laminées à froid que celles laminées à chaud diffèrent peu suivant 25 ia direction du laminage et la direetles transversale, mais que le» propriétés magnétiques optimales pouvant être atteintes dans le cas de telles bandes sont nettement plus mauvaises que les propriétés correspondantes des bandes ayant une texture dite de fioss; la perte de puissance V10 est de 0f8»l,5 W/kg et l*induction peur un champ de 25 At/cm a une valeur de 14 500&o Pour les utilisations électroteeliniques plus exigeantes les propriétés magnétiques des bandes et des tôles isotropes ne 3ont pas satisfaisantes. Pour de telles utilisations ne conviennent que les bandas pour transformateur à texture cubique qui soat les plus faciles à magnétiser dansdeux directions, c*eat-à-dire dans la direction du laminage et dans la direction transversale. Le3 bandes pour transformateur., à texture cubique pré« sentent de nombreux avantages parmi lesquels on peut citer : a) les propriétés magnétiques sont partout avantageuses s 40 la perte de puissance V10 est de 0S4~OP6 W/kg aussi bien dans la BAD ORIGINAL 69 24076 2013111 direction leagituëiaale que dsas la u :jï?ansversais$ la perméabilité initiale (p, 5 est de 1500-5003 G/Oe et la perméabili» té maximale p. 5 atteint 25 000—50 000 Cr/09o fe) Les propriétés magaétiques lea plus avantageuses sont 5 presquea las mtmes dans la direction longitudinale et dans la direction transversale ce qui permet la productioa des noyaux les plus divers de forme Es ïï et H3 far les procédés les plus simples© s) Les bandes pour transforçâteur9 à texture cubique, la« minées à froid préaenteat des px-opriétés magnétiques équivalentes 10 à cellag des alliages fsr-niskel à 45^ (par exemple Eermalloy B) tandis que 1*induction est nettement supérieure à celle pouvant ttre obtenue avec les alliages fer-nickel.» Peur la préparation des Mandes et tfiles ayant une texture cubique les procédés connus l®s plus importants sont les suivants g 15 a) Va alliage contenant 2gG~4sQ?ode silicium (une partie du silioiua pouvant Itre remplacée par de l'aluminium), vjs0,5~0j>5*> de maaganèse et un peu de niokal est laminé à chaud jusqu'à mne épaisseur de 3,0 mm environ, puis est laminé à froid, avec 3 à 5 recuits intermédiaires, Jusqu*à une épaisseur de 0^04-0,20 mm ?0 st enfin subit ma traitement thermiqu® assez long (au moins 24 heures) dans "fine atmosphère d*hydrogàna sèche dont ie peint de rcsa® est inférieur à —5C b) On sait qu'ae pasit améliorer la texture cubiqu® en plaçant* au ecurs du dernier traitement thermique, des alliages ?5 de nickel ou d®s matières céramiques contenant du nickel à pro** xip.ité de la surface de la bande„ c) On peut également obtenir la formation de la texture cubique, en tffectuant les deux derniers recuits à des températures comprises entre 1100e et 1300°C« 3® d) 0& peut influencer favorablement la texture cubique en ajoutant à l'atmosphère gazeuse au cours du dernier traitement thermiqu® une petite quantité â*hydrogène sulfureux, tout en respectant certaines conditions * e) On sait quson peut préparer des bandes pour traasfcr-sateur à texture cubique à partir de lingots d'acier dont la cristallisation dirigée a été obtenue par des méthodes déterminées ea greeédaai à an laminage à sfc.aud convenable suivi d*ua trait®»" aent thermique et d'an laminage à froid comportant des recuits intermédiaires ai on effectue 13 dernier traitement thesmique 5 n daas nas ataesphère sèche à%yd?agàae an sous vide® ' ' BAD ORIGINAL 69 24076 3 .2013111 40 f ) On peut obtenir une bande à texture cubique en partant d'une bande terminée, ayant une texture dite de Goss, en la soumettant à un laminage en deux étapes caaportant des recuits intermédiaires et en utilisant le dernier traitement thermique dé-5 crit sous a). g) 0n sait enfin qu'on peut produire des bandes fer-sili-ciUK ayant une texture cubique en les soumettant à un laminage faisant un angle de 45° ou de 90° arec la direction du laminage initial* 10 fous ces procédés connus ont l'inconvénient commun qu'on est obligé de suivre très strictement les prescriptions du procédé de préparation. Déjà une petite déviation dans le système de laminage (nombre des déformations» importance des déformations individuelles) eu dans les recuits intermédiaires, ou de petites modi-15 fications dans la teneur des impuretés de l'alliage influencent de façon considérable la formation de la texture cubique. De môme le fait qu'avec la même orientation des cdstaux on peut obtenir des propriétés magnétiques divergentes constitue un inconvénient des procédés connus. Pour toutes ces raisons il est très difficile 20 de fabriquer .à l'échelle industrielle des bandes à texture cubique, pour transformateur. La présente invention a pour objet un procécfc qui évite les principaux inconvénients des procédés connus et qui permet la production en grande série facile et bon marché de bandes, rubans 25 et tdles à texture cubique pour transformateur. La présente invention est basée sur les points suivants : l) Sn ajoutant une certaine quantité de gallium à un acier contenant au maximum 4$ on poids de silicium on améliore au plus haut degré les propriétés magnétiques des alliages fer-sili-30 ciumf on améliore considérablement lia formation de la texture cubique tout en rendant les tolérances du laminage et du traitement thermique moins serrées. On peut citer parmi les nombreux avantages de3 alliages contenant du gallium; les suivants î 35 a) la température de la première recristallisation est modifiée* b) Le nombre des cristaux du réseau cubique formés au cours de la recristallisation primaire est augmenté, de façon que la recristallisation secondaire peut être effectuée à des températures inférieures, ce qui a pour conséquence une grosseur plus régulière des cristaux, BAD ORIG'NAL 69 24076 4 2013111 Tout ceoi influence f.avorabilemont les propriérés magnétiques» et la quantité de cristaux orientés à texture oubique atteint 80—90$. o) La présence de traces de gallium dissous dans la métal 5 modifie considérable ment au oours du damier traitement thermique le potentiel énergétique à la surface et à la limite des oristaux cette modification étant farorable. à la formation de la texture ouliique. d) Far suite du changement de la durée du dernier irai-tement thermique et éventuellement par suite de l'utilisation d'un champ magnétique au cours du refroidissement on favorise dans de larges limites la perméabilité initiale et la perméabilité maximale des bandes à texture oubique. 2} On peut augmenter l'influence du gallium dans l'allia-25 ge par addition de quantités déterminées d'un ou plusieurs métaux, par exemple nickel eu cuivre. Ces deux découvertes sont surprenantes car ju3qu*ioi on a admis qu'il est avantageux de maintenir le plus bas possible la teneur en impuretés des alliages fer-silicium destinés à la pré— gû paration de bandes peur transformateur à texture oubique et on a considéré comme désavantageux la préoesoe do tous les composants à ^exception du manganèse, da 1 *aluminium ot du silicium. 3} Dans le cas du gallium ou d®aa alliage contenant du gallium et d'autre» métaux, on peut éviter avec les meilleurs 25 résultats la es»liage des enroulements a5.a.ai que l'oxydation o* la pollution des surfaces des bandes, au cours du dernier traitement thermique, par l'interposition ou l'introduction d'une ime métal** lique ou d'une bande constituée par un alliage de fer, contenant 0,5~6$ en poids d'aluminium. 30 Les bandes selon l'invention peur transformateur, lami nées à freid et ayant une texture cubique contiennent au maximum 4$ en poids de silicium, 0,0001-0,20$ et de préférence 0,04-*0,06$ en poids de gallium, 0—0,5 «t de préférence 0,2—0,4$ en poids de nickel, 0-0 2 5 et de préférence 0,2-0,3$ ®a poids de ouivre. 35 La présente invention a également pour objet un procédé pour la préparation de bandes, rouleaux et tdles pour transformateur, laminées à froid et ayant une teœture oubique, par la formation de micro-alliages d'une matière de départ fer-silicium suivie d'opérations telles que le formage à chaud, décalaminago, laminage à froid, recuits intermédiaires, laminage terminal et 'v BAD ORIGINAL 69 24076 5 2013111 traitement bb-ersique terminal des lingots obtenus» Le procédé selon l'invention est caractérisé par 1© fait qu'on réalise un micro-alliage en partant d'un acier contenant au maximum 4$ en poids de silicium, avec 0,0001-0,20 et de préférence 0,04-0,06$ 5 en poids de gallium, 0-0,5 et de préférence 0,2-0,4$ en poids de nickel, 0-0,5 et de préférence Gs2-0,3 $ en poids de cuivre et qu'éventuellement avant le dernier traitement thermique, lors de l'envidage de la bande on utilise entre les enroulements ou parties du noyau, comme matière de séparation une âme métallique 10 ou une bande faite en un alliage de fer contenant 0,5-6,0$ en poids d'aluminium. On peut citer panai les avantages principaux du procédé suivant l'invention les suivants s a) Le procédé selon l'invention est plus simple et ses 15 tolérances sont moins serrées à ©elles des procédés connus pour la production de bandes à texture cubique» b) La perméabilité initiale, la perméabilité maximale, la force coercâitive, l*induetion et la perte de puissance de la bande à texture cubique peuvent 8tre améliorées considérablement® 20 c) 80 à 90$ environ des cristaux se trouvent dans le produit fini à l'état de texture cubique» d) Aussi bien les bandes que les noyaax terminés peuvent être soumis au "traitement thermique final» e) On peut utiliser pour la mise en oeuvre du procédé 25 les installations eonnits, utilisées pour la fabrication de bandes pour transformateur ayant une texture dite de Cross» L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples non limitatifs suivants t "EXEMPLE 1 30 On prépare, dans un four à vide à induction, un alliage fer-silicium ayant une teneur îsoiainale de 3,2$ de silicium, 0f05$ de gallium, 0,35$ de nickel et taie très faible teneur en impuretés à partir de fer pur de bonne qualité, de silicium métallique ayant une teneur en silicium supérieure à 98j5$ et une teneur 35 en aluminium inférieure à 0,5$ ainsi qusà partir de nickel métallique o Les impuretés de l'alliage obtenu ne dépassent pas les valeurs suivantes * carbone t 0,05$, soufre 8 05015$p chrome: 0,0 3$s molybdène s 0?03$f Taaadium x 0p03$a tungstène s GP03$S titane s 40 0,01$, oxygène x 0,005$® BAD ORIGINAL 6e* 24076 2013111 On lamine le lingot à chaud à nae température de départ de 1100-= 1150°Cj jusqu'à une épaisseur d© 3 asso A^uat lis, dernière pa.îse de laminage on saaîatient 1s température de la bande au-dessus de 90G®Co 5 On élimine la calamine- de la bando lanilnée à chaud, à l'aide d'un décapant à bas© d'acide suifurique, j>uis os fait recuire la bande à 80Q®0 pendant deux heures dans un© atmosphère d'hydrogène huraide ayant un point de roses- de + 20®Co Os lamine suite la fesœàes à l'sdâ© d® plusieurs penses, jusqa*à ase épais-X0 s®ur de 0P80 ess ®t après dégraissage on effectue un trait ©m-nt thermique pondant deux heures, à une température de 850®C# • dans uns atmosphère d'hydrogène ayant xm point de rosée de —30®Go On lamine ensuite la 'bande9 à froid? à l'aide d© plusieurs passes, Jusqu'à une épaisseur de 0:^3© rr-n et après dégraissage oa procède X5 à un traitement thermique pendant deux heures à une température de 1000°G, bous un ride de 10~3fflm de mercure. 0s lésine ensuit® 1rs, bander dont la, surface métallique ost propre $ à froid jjusqa* à un® épaisseur de 0,10 nm^ à l'aide de plusieurs passes, ©a utilisant dos cylindres polis» On place 30 ®ntr© les spires d® la bande -i-lsraiaséog cbc bande à surfao-a aei?«» vizrée proprep en acier sonte-nent 1,5$ d'eluEsiniume 0a soumet ©nsuit© la bobina ainsi préparée à un traitement thermique, dans —3 un 'four à rid©9 sous tm ride ào 10 ssb d® aeroure, en maintenant la ssat-ière su eours du résfe&uffosaQntg p-î-nd^ast deux heures entre 25 350® et 700®C9 en augmentant oasuite le, tesapér&ture à 110Q°C et on maintenant cette température pendent 20 heure s-* Après la fin du traitement thermiqu.® on refroidit la charge ®t le four jusqu'à 500®C« 85$ des cristaux de la bande ainsi obtenue se trouvent sous forme de texture cubique* Isa perméabilité initiale (pi 5) de la 30 bande ssi- de 4200 G/0e, et la perméabilité maximale de 45 000 G/Qe» On lamine à froid corn® décrit dans l'exemple 1 jusqu'à une épaisseur d® 3 mm, use bande obtenue à partir d'un lingot d'acier dont la composition figure dans l'exemple 1. puis on la dé-r 35 calamine a l'aide d'un décapant/d® l'acide sulfuriquèe On•effectue- ensuit® le traitement thermique à 8009G s ■ pendant deux heures dans use atmosphère d'hydriîg^jà® humide ayant un point de rosée de 4-20®C« On lamine ensuit© la bande, à froid, à l'aide d® plusieurs passes, jusqu8à une épaisseur 4a 190 sa et après dégraissage on 40 la soumet à un traitement thermique* pendant deux heures» a une BAD ORIGINAL 69 24076 7 2013111 température de 850°C, dans une atmosphère d'hydrogène ayant un point de rosée de -30°C* On lamine ensuite la bande, à l'aide de plusieurs passes, jusqu'à une épaisseur de 0,45 mm, puis après dégraissage on la soumet à un traitement thermique, pendant deux _3 5 heures à une température de 1000®C, sous un vide de 10 mm de mercure* On continue à laminer à froid, jusqu'à une épaisseur de 0.20 mm, la bande dont la surface est propre au point de vue métallurgique, à l'aide de plusieurs passes en utilisant des rou- 10 leaux polis* Pour le reste on procède comme décrit dans l'exemple 1. L'imperméabilité initiale y.5 de la bande ainsi obtenue est de 4100 G/0e, et la perméabilité maximale de 37 000 G/0e* EXEMPLE 3 15 On procède comme dans l'exemple 1, sauf que la teneur en silicium de l'alliage est de 2,6 $ en poids, la teneur en nickel de 0,30# en poids, et la teneur en gallium de 0,05# en poids* La perméabilité initiale p.5 de la bande ainsi obtenue est de 4000 G/0e et la perméabilité maximale de 38 000 G/0e* 20 EXEMPLE 4 On procède comme dans l'exemple 1, sauf que l'on effectue le dernier traitement thermique pendant cinq heures à 1100°C, La perméabilité initiale |i5 de la bande ainsi obtenue -est de 3300 G/0e, et la perméabilité maximale de 24 500 G/Oe* 25 EXEMPLE 5 On procède comme dans l'exemple 1, sauf qu'on effectue le dernier traitement thermique à 1200®C dans une atmosphère sèche d'hydrogène (point de rosée inférieur à ~50°C) à 1200®C et en maintenant cette température pendant 20 heures* On obtient de cette 30 façon une bande dont la perméabilité initiale est de 3700 G/Oe et la perméabilité maximale de 37 000 G/Oe* F.TRKTPT.TC 6 On procède comme dans 1*exemple 1, sauf qu'on découpe dans la bande, avant le dernier traitement thermique des tôles ayant 35 la forme du noyau désiré et on effectue le traitement thermique sur des tôles en les exposant quand le refroidissement atteint 700°C, à l'influence d'un champ magnétique ayant une intensité de 10-20 Oe* La perméabilité initiale p.5 de la tôle de noyau à l'état fini est de 4000 G/Oe et la permabilité maximale de 63 000 G/Oe. 40 69 24076 8 2013111 REVENDICATIONS 1°) Bandes, rubans et tôles pour transformateur, laminés à froid et ayant une texture cubique, caractérisés par le fait qu'ils contiennent au maximum 4# en poids de silicium allié à 5 0,0001-0,20 et de préférence 0,04-0,06# en poids de gallium, 0-0,5 et de préférence 0,2-0,4# en poids de nickel et 0-0,5 et de préférence 0,2-0,3# en poids de cuivre. 2°) Procédé de fabrication de bandes, rubans et tôles pour transformateur, laminés à froid et ayant une texture cubique sui-10 vant la revendication 1 par micro-alliage de la matière de départ en fer—silicium, déformation à chaud, décalaminage, laminage à froid, recuits intermédiaires, laminage terminal et traitement thermique terminal des lingots obtenus, caractérisé par le fait qu'on réalise tin micro-alliage de l'acier contenant au maximum 15 4# en poids de silicium en y alliant 0,0001-0,20 et de préférence 0,04-0,06# en poids de gallium, 0-0,5# et de préférence 0,2-0,4# en poids de nickel, 0-0,5 et de préférence 0,2-0,3# en poids de cuivre et qu'éventuellement avant le dernier traitement thermique on interpose entre les enroulements de bandes ou des noyaux, en 20 manière de séparation, une âme métallique ou une bande en un alliage de fer contenant 0,5-6,0# en poids d'aluminium*