Brevet FR2046939A1 — publié le 19710312

On sait fabriquer du feuillard pour dynamo qui présente des pertes d'inversion d'aimantation"allant de 2,5 à 4,0 W/kg pour des aimantations à champs alternatifs de 10 kG (50 Hz), à une épaisseur de 0,35 à 1,0 mm, et qui est en acier comportant une teneur en silicium de 1,0 à 5 2,0 %, une teneur initiale en carbone de plus de 0,015 et, parfois, une teneur .en, aluminium de .0,10.à 0,50 Le feuillard, ou la tôle ou bande, est à cet effet laminé à chaud et à froid et ensuite récuit, pour l'opération de décarburation et de recristallisation» dans un four continu, dans un four à recuire en. caisses,, ou aussi dans un four à cloche à spires 10 ouvertes, four dénommé open-coil. Un inconvénient de ces procédés connus réside dans le fait que les feuillards, tôles ou bandes d'acier pour dynamo, présentent, en-général, pour toutes les intensités de .champ et toutes les fréquences, de faibles valeurs magnétiques d'induction dues essentiellement aux alliages de silicium et/ou d'aluminium. 15 On sait, en outre, (cf : Samarin "Physikalisch-chemische Grundlagen der Desoxydation von Stahl" 1960) fabriquer, dans un four à vide, de l'acier pour transformateurs avec des teneurs en silicium d'environ 3 % et soumettre à un recuit final le feuillard laminé ayant subi un recuit intermédiaire.Grâce à ce traitement, les pertes en watts (W/kG) sont 20 abaissées par rapport à un acier fabriqué dans un four à induction traditionnel, et les valeurs de la saturation magnétique sont augmentées. On connaît, de plus, un procédé de fabrication d'acier contenant du silicium et servant à des fins magnétiques (brevet des E.U.A. n° 2 287 647). Cet acier connu a une teneur en carbone initial d'environ 0,02 à 0,06% et 25 une teneur en silicium pouvant être aussi faible que 0,05 %. Après un recuit intermédiaire et le laminage à froid, on procède au recuit de décarburation à des température^ d'environ 730 à 900°C. Enfin, on sait encore (voir Houdremont "Handbuch der Sonderstahlkunde" 1956, page 1 403) que, pour un.acier ayant.des teneurs de 0,003 à 0,02 I en C, environ 0,04 X-en 30 Mn et environ 0,01. % en Si et une teneur en phosphore s'élevant jusqu'à environ 0,25 %, les valeurs des propriétés mécaniques, notamment l'allongement, la résistance à la traction et la limite d'allongement, augmentent. i L'invention a pour objectif de fournir un acier qui, pour des pertes d'inversion magnétique égales à celles des aciers alliés au silicium 35 et/ou à l'aluminium, présente par rapport .à ceux-ci, des valeurs magnétiques d'induction plus élevées. Un autre objectif de l'invention est, de fournir un procédé simplifié par rapport aux procédés connus de fabrication de feuillards ou bandes pour dynamo. 70 22353 2 2046939 Ces objectifs sont atteints, conformément à l'invention, par 1'utilisation d'un acier non silicié, et non allié d'aluminium, ayant moins de 0,015 7o de C, environ 0,050 à 0,250 % de P, acier qui est traité sous vide à l'état liquide, laminé à chaud après solidification, décape, "laminé 5 à froid et finalement soumis à un recuit de recristallisation et de décar-buràtibn jusqu'à ce qu'il présente une teneur en carbone de moins- de 0,010 °L, en tant que feuillard ou bande pour dynamo avec une perte d'inversion 'd'aimantation de 2,5 à 4,0 W/kg pour une aimantation-par champ alternatif de lÔkG (50 Hz) et une induction magnétique supérieure' au moins 10 de 500 à 1 OOOGàcelle d'un acier allié au silicium et pour dë& intensités de champ alternatif allant de 5 à 300 À/cm (50 Hz). Dans ce cas, 1'•acier présente, de préférence, une texture purement ferritique avec dè faibles restes de cémentite tertiaire et une grosseur de grain, suivant les normes ASTM, de 0 à 9, de préférence de 2 à 7, ainsi qu'une résistance à la trac- 2 15 tion, sans laminage d'écrouissage, de 35 à 50 kg/mm . De manière appropriée, on prévoit, en outre, que pour une teneur en phosphore inférieure à 0,050 % celle en manganèse de l'acier est portée de 0,50 à 1,10 7o. Si l'on veut améliorer davantage les propriétés de l'acier, conformes à l'invention, on peut avantageusement faire une désoxydation avec jusqu'à 0,80 % de ■ 20 manganèsé et/o*u jusqu'à 0,50.- "L de silicium et/ou jusqu'à 0,10 % d'aluminium". L'acier à employer, conformément à. l'invention, est avantageusement recuit à une température de 750 à 1 100°C pendant un temps de 2 à 7 mn. On peut cependant aussi procéder à un recuit stationnaire à une température de 650 à 950°C pendant un temps de 30 mn à 24 h. ' 25 On doit considérer que les avantages de l'acier à employer, conformément à l'invention, résident en particulier dans le fait que l'on peut, èn même temps, d'une manière simple,'et pour les pertes d'inversion d'aimantation mentionnées, augmenter au. moins de 500 et jusqu'à 2 000 G les valeurs d'aimantation ou d'induction, grâce à quoi on accroît la puis-30 sance des appareils électriques fabriqués à l'aide de ce matériau, sans augmenter le poids dès matériaux mis en oeuvre. Etant donné que- la puissance des appareils électriques, par exemple, les couples de rotation des moteurs électriques pour des "vitesses angulaires déterminées, sont essentiellement influencés par les valeurs magnétiques d'induction, 'l'on doit 35 préférer aux feuillards connus alliés au silicium, les feuillards ou ban-"" des pOûr dynamo qui, à pertes égales'd'inversion d'aimantationprésentent des valeurs magnétiques plus élevées. '' ' * : 70 22353 3 2046939 A côté d'une très bonne caractéristique de non-vieillissement, l'acier présente en outre la résistance mécanique requise, de sorte que l'on évite une formation accrue de bavures et un graissage lors de l'estampage et que lron assure aux outils une durabilité très bonne. 5 Ci-après seront expliqués plus en détail, à l'aide de plusieurs exemples de réalisation, le mode de fabrication de l'acier à employer conformément à l'invention ainsi que les propriétés obtenues dans ce cas. Trois aciers différents A» B, C ont été affinés dans un four Siemens-Martin (A, B) ou dans un four à induction (C) et, immédiatement 10 après, traités à l'état liquide dans une installation sous vide. Le tableau I montre la constitution chimique des aciers après le traitement sous vide. TABLEAU I 15 C % Si % m % P % S % N % Al % Acier A 0,007 0,02 0,34 0,148 0,014 0,003 0,006 Acier B 0,008 0,33 0,207 0,016 0,003 Acier C 0,015 0,46 0,140 0,022 0*006 Après un laminage à chaud des aciers A et B aux dimensions de 25 1 000 x 2 mm, on a décapé le feuillard ou bande à environ 98aC dans de l'acide sulfurique à 15 7°, on l'a laminé à froid à la dimension de 1 000 x 0,5 mm sur un train en tandem à cinq cages, et on l'a ensuite rogné à la dimension de 980 x 0,50 mm. On a laminé à chaud l'acier C à la dimension de 110 x 2,0 mm sur un train à feuillard moyen et, après le même décapage que précédemment-30 décrit, on l'a laminé à froid à la dimension de 110 x 0,50 mm, en cinq passes sur un laminoir du type duo. Après le recuit décarburant de recristallisation dans un four à passage continu, S une température de 850 à 900°C et avec des temps de séjour de 3 à 7 mn, on obtenait, à partir des échantillons pris les uns en long et d'autres en large, les- valeurs moyennes des 35 pertes d'inversion d'aimantation V 10 _ en W/kg pour une aimantation à * - champ alternatif de 10 kG, ces valeurs étant données pour 85QffC dans le tableau II et pour 900°C dans le tableau III. 70 22353 4 2046939 T A B L E A U II Temps de séjour 3 mn 4 mn 5 mn 6 mn 7 mn 5 Acier A 33 3,8 3,8 3,7 3,5 Acier B 3,5 3,3 3,4 3,3 3,2 Acier C 4,0 3,75 3,6 inconnu 3,3 10 T A "B L E A U III - 15 Temps de séjour 3 mn 4 mn 5 mn 6 mn 7 nsi Acier A 3,4 3,3 3,4 3,4 3,3 Acier B 3,5 3,2 3,1 3,1 3>1 20 Acier C 4,0 : 3,9 3,85 inconnu 3j8 ' Le tableau IV montre,en pourcentages la teneur en carbone résiduel,. des aciers après le recuit recristallisant de décarburation dans une 25 atmosphère de gaz distribué à grande distance et partiellement brûlé, et contenant 12 % 7 °L CD» 6 7» CO^ et le reste de N^, et ayant un point de rosée de 4- 20°C» TABLEAU IV 30 Teneur en carbone résiduel (%) après décarburation et reeristallisation à 850°C/4 mn - 850°C/7mn 900°C/4 mn 900°C/7 mn Acier A 0,002 0,001 0,002 0,001 Acier B 0,003 0,002 0,001 0,001 Acier C 0,0095 0,007 0,010 0,009 70 22353 5 2046939 Les valeurs magnétiques d'induction obtenues après la décarburation et la recristallisation à une température de 850°C en 4 mn sont données dans le tableau V par des valeurs moyennes provenant d'échantillons . pris les uns suivant la longueur et d'autres suivant la largeur du feuil-5 lard. Comme éléments de comparaison, on prend un acier D à 0,92 % de silicium et 0,08 °L d'aluminium et un acier E à 1,0 % de silicium et 0,20 % d'aluminium, dont les pertes par inversion d'aimantation V 10 ont été U 3 J mesurées égales à 2,6 W/kg. Pour un recuit à 900°C en 4 mn, on ne peut guère déterminer 10 de différences dans les valeurs de mesure. TABLEAU V Inductions magnétiques. (kG) B 25 B 50 B 100 ■ B 300 Acier A 16,9 18,4 18,9. 19,9 Acier B 17,2 18,8 19,3 20,3 ! Acier C inconnu inconnu 19,0. inconnu Acier D 16,5 17,4 18,4 19,4 Acier E 16,4 17,2 18,2 19,2 Le tableau VI montre une comparaison des valeurs mesurées avec les valeurs minimales pour l'induction magnétique selon la nouvelle proposition de normes 46 400 des normes industrielles allemandes pour feuillards pour dynamos ayant une perte d'inversion d'aimantation de 2,3 jusqu'à 30 3,6 W/kg pour des aimantations par- champ alternatif (50 Hz) de 10 kG. 70 22353 6 2046939 TABLEAU VI, Qualité Epaisseur de feuillaird ou de la bande (mm) Pertes par inversion d'aimantation (W/kg) Inductions magnétiques (kG) minimales B 25 B 50 B 100 B 300 Feuillard dynamo 23 0,50. 2,3 15,3 16,4 " 17,5 20,1 Feuillard dynamo 26 0,50 2,6 15,5 16,5 17,6 20,0 Feuillard dynamo 30 0,50 3,0 15,6 16,6 17 >7 19,8 Feuillard dynamo 36 0,50 3,6 15,8 16,8 17,8 19,7 15 .. Ce tableau VI montre que le feuillard ou la bande de tôle d'acier, conforme à l'invention, laminé à froid et soumis à un recuit final dans un four à passage continu, dépasse de 200 à 2 000 G les valeurs minimales des inductions magnétiques données par les normes industrielles allemandes (DIN). 20 Le tableau VEEmontre les propriétés mécaniques obtenues après la décarburation et la recristallisation à 850°C et à 900°C en 4 mn. TABLEAU VII Propriétés mécaniques après décarburation et recristallisation 30 35 à 850°C/4 mn limite d'allongement „ ifs (kg/mm ) résistance à la traction Allongement de rupture S 5 00 à 900°C/4 mn limite résis-d'allon- tance gement 2 à la ffSÛqgAm ) traction $"-B(fcg7mm2 ) Allongement de rupture S 5 (7o) Acier A 28,8 ,38,9 " 59,5 29,3 39,7 50,5 Acier B 30,9 41,1 47,5 29,8 39,8 50,5 Acier C 30,8 39,0 52,5 31,2 39,5 52,5 70 22353 7 2046939 Les propriétés mécaniques trouvées, en particulier la résistance à la traction,, montrent que l'acier conforme à l'invention a un bon comportement à l'estampage lorsque la fente est réglée de façon appropriée. Par ailleurs» les aciers présentaient après la décarburation une texture 5 purement ferritique avec de faibles résidus de cémentite tertiaire et une grosseur de grain ASTM comprise entre 5 et 8 ainsi qu'un bon degré de . pureté non métallique. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé et au produit qui viennent d'être décrits uni-10 quement à titre d'exemples non limitatifs» sans que l'on sorte pour cela du cadre de l'invention. 70 22353 2046939 REVENDICATIONS 1. Utilisation d'un acier non silicié et non allié d'aluminium, ayant moins de 0,015 % de C, environ 0,050 à 0,250 de P, acier qui est traité sous 5 vide à l'état liquide, laminé à chaud après solidification, décapé, laminé à froid et finalement soumis à un recuit de reeristallisation et de déearburation jusqu'à ce qu'il présente une teneur en carbone de moins de 0,010 "U en tant que feuillard ou bande pour dynamo avec une perte d'inversion d'aimantation de 2,5 à 4,0 W/kg pour une aimantation par champ 10 alternatif de 10 kG (50 Hz)- et une induction magnétique supérieure, d'au moins 500 à 1.000 G par rapport à celle d'un acier allié au silicium et peur des intensités de champ alternatif allant de 5 à 300 A/cm (50 Hz). 2. Utilisation d'un acier seon la revendication 1, présentant une texture purement ferritique avec de faibles restes de cémentite tertiaire 15 et une grosseur de grain, suivant les normes ASTM, de 0 à 9, de préférence de 2 -à 7, pour l'application indiquée dans la revendication 1. 3. Utilisation d'un acier selon la revendication 1 ou Z^sans laminaga 2 d'écrouissage et présentant une résistance à la traction de 35 à 50 kg/ma x pour l'application indiquée dans la revendication 1„ 20 4. Utilisation d'un acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, acier qui comporte, pour une teneur en phosphore inférieure à 0,050 %, une addition en manganèse de 0,50 à 1,10 pour l'application indiquée dans la revendication 1. 5. Utilisation d'un acier selon l'une quelconque des revendications î 25 à 3, acier qui comporte en tant que moyen de désoxydation une teneur de manganèse allant jusqu'à 0,80 % et/ou du silicium allant jusqu'à 0,50 % et/ou dé l'aluminium allant jusqu'à 0,10 % pour l'application indiquée dans la revendication 1. 6. Utilisation d^un acier selon l'une quelconque des revendications 1 30 à 5, acier qui a subi un recuit dans un four à passage continu à une température de 750 à 1„100°C pendant un temps de 2 à 7 mm, pour l'application indiquée dans la revendication 1„ T. Utilisation d'un acier selon l'une quelconque des revendications î à 5, acier qui a subi un recuit stationnaire dans une chambre de four fermée 35 à une température de 650 à 950°C pendant un temps de 30 mn à 24 h, pour l'application indiquée dans la revendication 1.