Brevet FR2133742A1 — publié le 19721201

I 2133742 En raison de leurs propriétés magnétiques supérieures, les tôles d'acier au silicium sent largement utilisées pour produire des cléments de noyaux magnétiques dans des appareils électriques, tels que moteurs, générateurs, transformateurs, etc. Ces 5 propriétés magnétiques favorables, à savoir une perméabilité magnétique élevée, une résistance électrique élevée et de faibles pertes par hystérésis, réduisent au minimum la transformation indésirable d'énergie électrique en chaleur et permettent, par conséquent, la fabrication d'appareils électriques d'une plus forte 10 puissance et d'une meilleure efficacité. Pour obtenir et optimaliser les propriétés magnétiques désirées, les tôles en acier au silicium doivent cependant être fabriquées au moyen de paramètres de traitement réglés avec précision et exacts. Les tôles d'acier au silicium sont, par conséquent, nettement plus onéreuses que d'au-15 très produits d'acier laminé à plat classiques. Dans la fabrication en grande masse de petits élcaents électriques destinés à de petits appareils, des jouets et l'équivalent, le prix unitaire est probablement 3a considération la plus importante, et dépasse largement les considérations d'efficacité et de puissan-20 ce des appareils. Pour ces applications, les fabricants d'appareils électriques utilisent, par conséquent, fréquemment les tôles d'acier à basse teneur en carbone moins onéreuses et plus classiques pour des éléments de noyaux magnétiques. Il y a donc un marché considérable pour les tôles d'acier à basse teneur en carbone possédant 25 d.es propriétés magnétiques acceptables pour la fabrication de noyaux magnétiques. Au cours de la fabrication d*aciers à tôles à basse teneur en carbone destinés à des applications magnétiques, des considérations économiques ont exigé que l'on évite les opérations 30 de traitement onéreuses et même que l'on réduise au minimum les opérations peu onéreuses. Cela étant, malgré que des procédés évolués aient été mis au point pour produire des aeieis à tôles à basse teneur en carbone possédant des propriétés magnétiques exceptionnelles, ces procédés n'ont pas été adaptés conuaerciale^ent 35 parce que leur emploi augmenterait fortement le prix de revient du produit sans améliorer les propriétés magnétiques de la tôle obtenue au point de les renure égales à celles des tôles d'acier au silicium dont les frais de fabrication sont comparables. Four être d'une quelconque valeur commerciale, tout nouveau procédé visant à améliorer IfO les propriétés magnétiques des aciers à tôles à basse teneur en. car 72 13188 2 2133742 bone doit être un procédé qui n'augmente pas rensiULeoient !■:.£ i'ivi:. ; fabrication de l'acier. Cela étant, i^our ôtre- uo .uerçîiv; os, etes scie-rs à tCA*« à basse teneur en carbone destines à des applications magnétiques sont produits à. partir de charges d'acier à b?.s-5 se teneur en carbone classiques contenant moins de 0,1;'. de carbone avec les éléments résiduels habituels qui sont présents à des niveaux normaux pour les produits laminés à froid. Les processus de laminage sont semblables à ceux utilisés pour d'autres produits laminés à froid. D'une manière spécifique, les opérations de fabri-10 cation sont habituellement limitées à la transformation par laminage à chaud d'un lingot à basse teneur en carbone en une brame, à latransformation de la brame par laminage à chaud en une tôle, au décapage de la tôle laminée à chaud, au laminage à froid de la tôle décapée pour réduire son épaisseur de ^0 à 80£" et au recuit 15 de la tôle en vue d'effectuer une recristallisation, en général dans un four à recuire en caisse. Un laminage d'endurcissement final éventuel de 0,5 à 2£est parfois prévu en vue d'aplanir la tôle produite et de l'amener à mieux se prêter a.ux opérations de refente et de poinçonnage ultérieures. Pour optimaliser la planéi-20 té de la tôle et ainsi son aptitude à la refente et au poinçonnage, les allongements sous l'effet du laminage d'endurcissement doivent être réduits au minimum c'est-à-dire entre 0,5 et 2>S. Les aciers à tôles à basse teneur en carbone comrncrçables destinés à des applications magnétiques, lors-25 qu'ils sont laminés à une epeisseur de JflQ iaicrons, accusent des perméabilités dans le sens du laminage de 5000 à 6000,à 10 kilogauss, les pertes dans le fer étant comprises entre 2,86 et 3,52 watts par kg. Pour la même épaisseur,à 15 kilogauss, les perméabilités dans le sens du laminage vont de 2000 à MDOO avec 30 des pertes dans le fer de 6,61 à 8,81 watts par kg. Des tôles laminées jusqu'à 635 microns présentent des perméabilités dans le sens du laminage de teOO à **800 avec des pertes dans le fer de 3,96 à ifj'+l watts par kg,à 10 kilogauss,et des perméabilités dans le sens du laminage de 2000 à 3000 avec des pertes dans le fer comprises 35 entre 9,25 et 10,57 watts par kg,à 15 kilogauss. Ces gammes relativement larges des propriétés magnétiques reflètent une tendance bien établie de la part de l'industrie à ne pas se préoccuper des propriétés magnétiques dans les aciers à. tôles à basse teneur en carbone et à mettre l'accent sur le bas prix de revient de la fabrication. Néanmoins', les clients ont récemment 72 13188 3 2133742 commencé à demander de meilleures propriétés raagnctiques, en particulier à 15 kilogauss, sans renchérissement appréciable. Comme mentionné plus haut, les fabricants ont été fortement incites à améliorer les pi'oprietés magnétiques de ces aciers sans 5 augmentation appréciable des frais de fabrication. Cela étant, l'invention a pour but de procurer un procédé nouveau pour fabriquer de l'acier à tôles à basse teneur en carbone possédant de meilleures propriétés magnétiques sans augmentation sensible des frais de fabrication. 10 L'invention a également pour but de procurer un proces sus de laminage d'endurcissement nouveau à utiliser pour fabriquer de l'acier à tClesà basse teneur en carbone destiné à des applications magnétiques. L'invention a encore pour but de procurer un acier à tô-15 les à basse teneur en carbone possédant de meilleures propriétés magnétiques. L'invention est basée sur la découverte que le laminage d'endurcissement de l'acier à tôles à basse teneur en carbone laminé à froid et recuit entre des limites d'allongement très critiques 20 de 6 à 10% améliore très sensiblement les propriétés magnétiques de l'acier, à des valeurs jamais atteintes jusqu'à présent dans des aciers à tôles ncm au silicium. Comme les autres phases du procédé peuvent être sensiblement les mêmes que celles utilisées actuellement dans l'industrie, la seuJLe modification apportée par l'in-25 vention, c'est-à-dire l'allongement accru lors du laminage d'endurcissement, n'augmente pas sensiblement le coût du produit. D'une manière plus spécifique, l'invention procure un procédé pour fabriquer de l'acier à tôlss à basse teneur en carbone destiné à des applications magnétiques, suivant lequel on' 30 lamine l'acier à chaud jusqu'à une épaisseur de 1,27 à 2,51+ mm de telle sorte que sa température soit comprise entre IO38 et 1110°C lorsque l'acier a environ 2,5*+ cm d'épaisseur, entre 80^ et 882°C lorsque le laminage à chaud est achevé et entre kQ2 et 6^9°C lorsque l'acier est envidé,et suivant lequel on nettoie 35 l'acier, on le lamine à froid pour réduire son épaisseur de M) à 80^ et on le recuit pour effectuer une recristallisation, l'amélioration introduite par l'invention consistant à faire subir tua laminage d'endurcissement à l'acjer après recuit pour effectuer un allongement plastique de 6 à 10£. !+0 L'invention sera décrite ei-après, à titre d'exemple, 72 13188 2133742 avec référence aux dessins annexés dans lesquels : les Fig. 1 à ^ sont des graphiques illustrant des résultats d'essais effectués sur une charge expérimentale décrite à la fin du présent mémoire. Les graphiques indiquent les perméa-5 bilités et les pertes dans le fer à 10 et 15 kilogauss en fonction du pourcentage d'allongement sous l'effet du laminage d'endurcissement. Dans la pratique préferée de 1*invention, l'acier de ckSpart doit avoir une composition en substance identique à celle des 10 aciers à tôlesbasse teneur en carbone actuellement fabriqués à l'échelle industrielle. D'une manière spécifique, la composition de l'acier est normalement limitée de la manière suivante : 0,10$ au maximum de carbone, 0,*f0 à 0,60$ au maximum de manganèse, 0,02 à 0,09$ au maximum de phosphore, 0,025$ au maximum de soufre et 15 0,010$ au maximum de silicium, le reste comprenant du fer et d'autres impuretés accidentelles types. Pour produire l'acier à tôles suivant la pratique préférée de l'invention, on coule une charge d'acier présentant la composition précitée, sous la forme d'un lingot,puis on le lami-20 ne à chaud en une brame conformément à des techniques classiques de laminage de branes. On réchauffe ensuite la brame et on la lamine à chaud en une tôle d'une épaisseur d'environ 1,5 mm ou de 1,27 a 2,5^ mm de telle façon que la température de l'acier, lorsqu'il a environ 2,5*f cm d'épaisseur, soit comprise entre IO38 et 1110°C 25 et que sa température de finissage à sa sortie du dernier train finisseur soit comprise entre 777 et 882°C. La tôle est ensuite refroidie au moyen de jets d'eau pulvérisée et elle est finalement envidée à une température comprise entre *f82 et 6*f9°C. Les gammes de températures préférées vont de 1038 à 1066°C lorsque l'acier a 30 environ 2,5** cm d'épaisseur et de 793 à B71°C lorsque l'acier"est achevé. Apres refroidissement, l'acier est convenablement décapé ce qui élimine les battitures de laminage, puis il est laminé à froid en vue de réduire son épaisseur de M) à 80$. La tôle 35 est ensuite convenablement recuite pour effectuer une recristallisation. Le recuit s'effectue de préférence dans un four à recuire en caisse à une température comprise entre 607 et 704-0 0 pendant 3 ^ 30 heures. L'invention consiste essentiellement à faire subir un ifO laminage d'endurcissement à la tôle après le recuit de recristal- 72 13188 5 2133742 lisatioa pour effectuer un allongement plastique entre 3es valeurs critiques de 6 à 10£ et de préférence de 7 à ou dans des conditions idéales de 8;--. Comme les dessins annexés le montrent, les propriétés magnétiques.de l'acier sont fortement améliorées 5 lorsque 1'on fait sxibir un laminage d'endurcissement à l'acier dans les gammes spécifiées. D'une manière spécifique; la tôle laminée à une épaisseur finale de 635 microns suivant l'invention et éprouvée à 15 kilogauss, peut être optimalisée à des perméabilités, dans le sens du laminage,d'environ 4-200 et des pertes 10 dans le fer d'environ 8537 watts par kg. Ceci est à comparer aux perméabilités,dans le sens du laminage,des aciers connus et à leur pertes dans le fer qui ne sont, en général, pas supérieures à environ 3000 et 9)25 watts par kg. Lorsqu'on les éprouve à 10 kilogauss, ces mêmes aciers laminés à une épaisseur de 635 microns, 15 conformément à l'invention,peuvent etre optimalisés à des perméabilités dans le sens du laminage d'environ 5200 et des pertes dans le fer d'environ 3j30 watts par kg, par opposition aux valeurs con nues qui ne dépassent pas environ 4-800 et 3,96 watts par kg, respectivement. Les aciers à basse teneur en carbone laminés à une épais-20 seur de 4-70 microns conformément à l'invention et éprouvés à 15 kilogauss, peuvent être optirù&lir.os• à des perméabilités dans le sens du laminage d'environ 5500 et des pertes dans le fer d'env ron 5,51 watts par kg, contrestcais avec les valeurs connues qui ne dépassent, en général, pas environ 4-000 et 6,61 watts par kg, 25 respectivement. A 10 kilogauss, les aciers de 4-70 microns suivant l'invention peuvent être optimalisés à des perméabilités dans le sens du laminage d'environ 7200 et à des pertes dans le fer d'environ 2,4-2 watts par kg par opposition atix valeurs connues qui ne dépassent, en général, pas 6000 et 2,86 watts par kg,respective-30 ment. L'essai sviivant est présenté pour illustrer la nature critique de l'invention. Pour cet essai, une seule charge d'acier a été préparée, son analyse dans- la poche de coulée étant la suivante : 35 Carbone 0,07/» Manganèse 0,57$ Phosphore 0,06$ Soufre 0,021$ Silicium 0,003$ 4-0 Cuivre 0,01$ 72 13188 6 2133742 Molybdène Etain Nickel Chrome 0,01$ 0,02$ 0,01$ 0,006$ Cette charge est coulée en lingots et est laminée à chaud tout d'abord en une brame puis en une tôle de 1,52 mm d'épaisseur» Le laminage à chaud est réglé de telle façon que la tôle soit à une température de 1066°C pour une épaisseur de 2,5i:- cia et sorte des derniers cylindres à 782°C. Avant d'être envidée, la 10 tôle laminée à chaud est refroidie à 638°C au moyen de jets d'eau pulvérisée. ties et est laminée à froid à diverses épaisseurs de telle sorte que,lors du laminage final ou d'endurcissement qui suit le recuit, 15 divers degrés de déformation puissent être imposés pour amener les tôles à l'une de deux épaisseurs finales. Les épaisseurs intermédiaires, les épaisseurs finales et le degré de laminage d'endurcissement sont indiqués dans le tableau suivant. La tôle laminée à chaud est alors segmentée en cinq par- TABLEAU Programme d'amincissement par laminage et propriétés magnétiques à 60 hertz, 10 kilogauss 15 kilogauss 635 668 686 699 762 Epaisseur intermédiaire en microns 4-77 4-95 510 518 56*+ Pour-cent d'allongement 1,6 8,0 10,2 20,0 l»6 ?»° 8,0 10,0 20,0 Pour-cent de réduction d'épaisseur i'5 7,8 9,3 16,7 1,5 M 7,8 2'1 16,7 Perte dans le fer en watts/kg Perméabilité Tôle de 4-70 microns d'épais- seur 3,34-3,19 2,46 2,90 3,26 5618 5629 7246 5905 5391 TOle de 635 microns d'épaisseur 4,05 4-, 03 3,30 4-, 05 4-, 22 4-761 454-5 5155 4-348 4348 Perte dans le fer en watts/kg 8,14-6,75 5,59 6,64-7,52 10,16 2>3?- 8,3^ 9,55 10,32 Perméabilité 2055 5004-54-56 4^39 34-09 2679 4-054-4-286 3661 3000 IV) I—* Lvl 1-^ OO 00 PO \J4 V>4 i\> 72 13188 8 2133742 Après la réduction par laminage jusqu'à l'épaisseur intermédiaire, les tôles sont recuites en caisse pendant 12 heures à 64-9°C dans une atmosphère d'azote contenant 10% d'hydrogène et ayant un point de rosée d'environ 21°C. Les tôles sont ensuite sou--5 mises à un laminage d'endurcissement, comme indiqué dans le tableau qui précède et sont cisaillées en éprouvettes. Les éprouvet-tes longitudinales sont recuites pendant 1 heure à 788°C dans l'atmosphère mentionnée plus haut afin de supprimer les contraintes de cisaillement et les propriétés magnétiques sont ensuite mesurées à 10 60 hertz. Les propriétés obtenues sont indiquées dans le tableau qui précède et illustrées graphiquement sur les Fig. 1 à 4- qui sont des graphiques de perméabilité et de pertes dans le fer en fonction du pourcentage d'allongement plastique à 10 et 1? kilogauss. La supériorité de l'effet du laminage d'endurcissement entre 6 et 10>à a'«JL-15 longeaient est clairement démontrée. 72 13188 9 2133742 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour produire de l'acier à tôl?s à basse teneur en carbone destiné à des applications magnétiques, suivant lequel on lamine l'acier à chaud en une tôle ayant une épaisseur de 5 1,27 à 2,54- mm de telle façon que sa température soit comprise entre 1038 et 1110°C lorsque l'acier a environ 2,54- cm d'épaisseur, entre 777 et 882°C lorsque le laminage à chaud est achevé, et entre 4-82 et 64-9°C lorsque l'acier est envidé et suivant lequel on nettoie l'acier, on le lamine à froid pour réduire son épaisseur 10 de 4-0 à 80$ et on le recuit pour effectuer une recristallisation, caractérisé en ce qu'on soumet l'acier à un laminage d'endurcissement après recuit pour effectuer un allongement plastique de 6 à 10$. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en 15 ce que le laminage d'endurcissement produit un allongement plastique de 7 à 9/î« 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le laminage d'endurcissement produit un allongement plastique de 8%.