Brevet FR2033209A1 — publié le 19701204

3960? 2033209 L'invention conccrne l'utilisation de tôle d'acier demi-doux non calmé de type classique pour un noyau de transformateur et d'autres composants électriques, ainsi qu'un procédé pour améliorer les caractéristiques magnétiques des aciers demi-5 doux non calmés classiques» Comme on le sait, les matériaux magnétiques utilisés pour les transformateurs doivent posséder une densité elevée de flux magnétique à l'état saturé, une haute perméabilité, une résistance électrique élevée et une faible perte dans le noyau. 10 En général, on a utilisé dans la technique de nom breux types d'aciers électriques à titre de matériaux magnétiques, mais sur le plan économique, les aciers au carbone sont généralement moins coûteux que les aciers électriques et seraient donc préférables s'il n'y avait pas les caractéristiques magnétiques 15 indésirables de l'acier demi-doux non calmé de type classique. Le but principal de l'invention est d'améliorer les caractéristiques magnétiques d'aciers demi-doux non calmés usuels afin que ces aciers demi-doux non calmés, moins coûteux, puissent être utilisés dans des systèmes magnétiques. 20 Ce but de l'invention ressortira, avec d'autres, d'une étude attentive du présent mémoire descriptif, auquel est . annexé le dessin dont la figure est une représentation graphique de la comparaison de l'acier au carbone traité selon l'invention, d'un acier demi-doux non calmé de type classique et d'un acier 25 électrique, (perte dans le noyau d'un acier au carbone à la suite du.traitement thermique, d'un acier au carbone classique avant recuit et d'un acier électrique classique). Les aciers au carbone auxquels l'invention se rappor-3Q te ont la composition chimique suivante : carbone -£-0,25% en poids; silicium Le procédé de l'invention comprend trois phases: 35 1 ère phase : La température d'aciers au carbone donnés est élevée au-dessus du peint de transformation A^, de 850-910°C, de sorte qu'une transformation phasec(phase y se produise, pendant 69 39609 2033209 0,1 â 2,0 h dans une atiaosphère oxydante ayant la composition chimique suivante : CO, 0—1'0 en volume; 00^, 6-13 % en volume; lU, 0-5% en volume; le reste étant constitué de ïïp, tout en maintenant la pression 5 de vapeur d'eau entre 6,9 mm Hg et 92,5 mm HG, à une valeur suffisante pour provoquer une décarburation, une désuifuration et une déphosphoration. A cette fin, le point de rosée de l'atmosphère doit être maintenu entre 5° et 50°C. Cela provient du fait que le carbone, le soufre et le phosphore sont nuisibles aux propriétés 10 magnétiques des aciers au carbone. Pendant la première phase, les aciers au carbone sont purifiés et la structure laminée primitive est détruite, au point qu'il ne reste aucune anisotropie cristalline. Deuxième phase : La température de l'acier au carbone est abais-15 sée aussi rapidement que possible au-dessous de 723°C, mais sans descendre au-dessous de 600°C, et elle est maintenue à ce niveau pendant 3 à 10 h. Par cette chute rapide de la température, L'énergie des tensions introduites par la transformation est emmagasinée dans les aciers au carbone et cette énergie provoque la 20 croissance de grains de ferrite. Tandis que le processus est en cours, le point de rosée de l'atmosphère doit être inférieur à 5°C et la composition chimique de l'atmosphère pendant cette phase est la suivante : CO, 2-12 '/o e, volume; C&2, 6-12 % en volume; 1-15 % en volume; 25 le reste étant constitué de ïïg" De préférence, l'atmosphère est faiblement oxydante. Au cours de ce traitement, la cémentite contenue dans la matrice précipite le long des limites des grains, la dimension de ceux-ci devient grossière et les caractéristiques magné-50 tiques des aciers au carbone sont améliorées. Troisième phase : La température des aciers au carbone est légèrement abaissée afin d'éviter l'apparition d'efforts de tension thermique, et elle est maintenue entre 300° et 400°G pendant 1 à 2 h. La composition chimique de l'atmosphère pendant cette phase 35 est la même que celle de la deuxième phase. A la suite de ce traitement, les aciers au carbone sont retirés du four. La figure représente les caractéristiques magnétiques de tôles d'acier a® carbop-e traitées par le procédé indiqué ci-dessus; „ ea aême temps que celles d'un acier demi-doux non calmé de type classique avant le recuit et d'un acier électrique usuel à des fins de comparaison. ) 39609 2033209 Exemple 1 - Une tôle d'acier demi-doux non calmé, ayant la composition chimique suivante : carbone, 0,08% en poids; manganèse, 0,28% en poids; phosphore, 0,015 % en poids; soufre, 0,020% en 5 poMs; autres éléments, Z0,10% en poids, a été traitée thermique-ment de la manière suivante : La température du matériau était élevée à 920°C et maintenue à ce niveau pendant 1 h. Les pourcentages de l'atmosphère contrôlée étaient les suivants : GO2, 13% en volume; le res-10 te étant constitué de Kg, P°in"fc Après avoir abaissé rapidement la température de l'acier au carbone à 710°C, la tôle était maintenue à cette température pendant 6 h, pour obtenir de gros grains de ferrite. Au cours de cette deuxième phase, les pourcentages de l'atmos-15 phère contrôlée étaient les suivants : 00, 8;7 % en volume; CO2, 6,5 % en volume; Hg, 9,5 % en volume; le reste étant constitué de Kg» point de rosée, 4°C. A la suite de la deuxième phase, la température de l'acier au carbone était abaissée à 350°C et maintenue pendant 20 1 h. Les pourcentages de l'atmosphère contrôlée étaient les mêmes qu'au cours de la deuxième phase. Après avoir subi ce traitement, l'acier au carbone était extrait du four et la perte dans le noyau de l'acier ainsi traité s'élevait à 5,5 W/kg à 14 kgauss et à 60 Hz. 25 Exemple 2 - Une tôle d'acier demi-doux non calmé, ayant la composition chimique suivante : carbone, 0,15 % en poids; manganèse 0,40% en poids; phosphore, 0,017% en poids; soufre, 0,030% en poids; autres éléments, moins de 0,10% en poids, était traitée 30 de la manière suivante : La température du matériau était élevée à 920°C tout d'abord et maintenue à ce point pendant 1,5 h. Les pourcentages de l'atmosphère contrôlée étaient les suivants : CO2, 13% en volume, le reste étant composé de Kg; point de rosée, 35°0. 35 Après avoir rapidement abaissé la température de l'acier au carbone à 710°G, on le maintenait à cette température pendant 7 h pour provoquer la croissance des grains de ferrite. Pendant cette deuxième phase, les pourcentages de l'atmosphère contrôlée étaient les•suivants : 00, 8,0% en volume; CO2; 7,0% 40 en volume; 8;0% en volume; le reste étant constitué de 69 39609 ZU33ZUi -point de rosée j 4,0°C. A la fin de la deuxième phase, la température de l'acier au carbone était abaissée à 350°C et maintenue pendant 1,5 h à ce point. Les pourcentages de l'atmosphère contrôlée étaient 5 les mêmes qu'au cours de la deuxième phase. La température de l'acier était alors abaissée régulièrement jusqu'à 200°G et maintenue pendant 1 h à ce point, dans l'atmosphère gazeuse de même composition que précédemment. A la suite de ce traitement, l'acier au carbone était extrait du four. La perte dans le noyau 10 de l'acier ainsi obtenu était de 5,7 W/kg à 14 kgauss et 60 Hz. L'acier demi-doux non calmé, produit conformément à l'invention, présente des propriétés magnétiques supérieures et sa matrice de ferrite est sous la forme de grains suffisamment gros pour qu'il y ait moins de 10 particules par mm^. En outre, 15 ces grains contiennent moins de 0,01% en poids de carbone en solution dans la matrice de ferrite, le reste du carbone étant présent aux limites des grains de ferrite et non dans la matrice de ferrite. Il est du reste bien entendu que le mode de réalisa-20 tion de l'invention qui a été décrit ci-dessus, à propos des exemples présentés, a été donné à titre purement indicatif et nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que l'on s'écarte pour cela du cadre de la présente invention. 69 39609 5 2033209 10 EEVEKUlGAïIGlvô 1 - Acier demi-doux non calmé comportant une matrice de ferrite et contenant les éléments suivants dans des proportions inférieures aux différents pourcentages en poids suivants : Carbone, 0,25%; silicium, 0,5%; manganèse, 1,65%, ph.osjjfc.ore ,0,5% soufre,0,05%; cuivre, 0,5%; autres éléments, 0,1%, la matrice de ferrite étant sous la forme de grains suffisamment gros pour 2 qu'il y ait moins de 10 particules par mm , ces grains contenant moins de 0,01% en poids de carbone en solution dans la matrice de ferrite, le reste du carbone étant présent aux limites des grains de ferrite et non dans la matrice' de ferrite. 2 - Procédé pour améliorer les caractéristiques magnétiques d'aciers au carbone, comprenant : une première phase consistant à élever la température de l'acier au carbone au- 15 dessus du point de transformation A-, de sorte que la transformation phasef(—> phase^ se produise, en maintenant le point de rosée de l'atmosphère entre 5° et 50°C;- une deuxième phase consistant à abaisser et à maintenir la température de l'acier au carbone au-dessous de 723°G, mais sans descendre au-delà de 20 600ÔC, pendant 3 à 10 h dans une atmosphère contrôlée; une troisième phase consistant à abaisser et à maintenir la température de l'acier au carbone à 300-400°C pendant 1 à 2 h. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les aciers au carbone ont la composition 25 suivante : carbone, 0,25% en poids; silicium» soufre, 0,05% en poids; cuivre,0,5% e, poids; autres éléments w£0,1> en poids, en vue d'obtenir des gros grains de ferrite dans lesquels moins de 0,01% en poids de carbone est présent 5° en solutioh dans la matrice, le reste du carbone étant présent aux limites des grains de ferrite et noa dans la matrice. 4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'atmosphère lors de la première phase est approximativement la suivante : 0-10% en volume de CO, 35 6-13% en volume de Cûg; 0-5% en volume de Hg, le reste étant constitué de î^j 5 - • Procédé selon la reeendication 2 ou la revendication 4, caractérisé par le fait que l'atmosphère de la 69 39609 2033209 deuxième et de la troisième phase a la composition suivante : 2-1® 5» en volume de CO, 6-12 % en volume de CO2, 1-15 en volume d!e étant constitué de