Brevet FR2478155A1 — publié le 19810918

L'invention concerne des éléments de voie pour trains ou autres véhicules à sustentation magnétique, ou des éléments de tels véhicules, qui transmettent des forces de sustentation ou de support, de guidage ou de propulsion, en particulier des rails de guidage latéral, et qui sont en acier magnétiquement doux à haute induction magnétique, résistivité élevée, bonne tenue au vieillis- sement des propriétés magnétiques, bonne stabilité aux intempéries et bonne soudabilité. Pour les parties magnétiquement actives de machines électriques, on emploie habituellement des aciers pour dynamos ou des aciers au silicium. Ces aciers peuvent contenir jusqu'à 0,10 "/ de carbone, jusqu'à 4 % de silicium, jusqu'à 0,5 % de manganèse, moins de 0,8 % d'aluminium, reste fer (demande de brevet DE-OS 26 22 353 de la République Fédérale d'Allemagne). Bien que les aciers pour dynamos connus aimtune haute induction magnétique et une résistance électrique élevée, ils se laissent difficilement souder et ils ne possèdent pas une stabilité suffisante aux intempéries, ce qui est cependant indispensable pour des éléments de construction soudés montés ou se déplaçant à l'extérieur. Bien que les aciers dont la teneur en éléments d'alliage a été fixée surtout en vue de la tenue à la corrosion pos- sèdent une résistance électrique spécifique élevée, leur induction magnétique n'est pas suffisante en raison de la forte teneur en élé- ments d'alliage. La forte teneur, de l'ordre de 5 à 20 %, en éléments d'alliage relativement coûteux, en particulier en chrome, exclut en outre, pour des raisons de prix, l'emploi de ces aciers pour des constructions demandant de grandes quantités d'acier. Dans le cadre du développement des trains à susten- tation magnétique, on a utilisé, à titre d'essai, l'acier de cons- truction St 37 pour les éléments de support et de guidage. La rési- tance électrique relativement faible de cet acier conduit cependant à des pertes d'énergie excessives. De plus, la tenue médiocre de cet acier aux agents atmosphériques implique une peinture protectrice. Or, les couches de peinture destinées à procurer la résistance adx intempéries sont à proscrire sur tous les éléments de support et de guidage des voies pour véhicules à sustentation magnétique. En effet, 2478 1 55 en cas de freinages de secours des véhicules, des mâchoires de frein s'appliquent contre ces éléments. Une couche de peinture serait alors détruite et déminuerait en plus la capacité de freinage; la peinture demande par ailleurs beaucoup d'entretien. L'invention vise à réaliser les éléments mentionnés d'un acier qui présente non seulement une haute induction magnétique et une résistance électrique spécifique élevée mais aussi une bonne tenue au vieillissement des propriétés magnétiques, une stabilité satisfaisante aux intempéries et une bonne soudabilité. Selon l'invention, lesdits éléments sont faits d'un acier ayant la composition suivante 0 à 0,15 % carbone 0 à 0,045 % phosphore 0 à 0,008 % azote 0,75 à 2,0 % silicium 0,15 à 1,0 % manganèse 0,02 à 0,07 % aluminium soluble 0,25 à 0,55 % cuivre 0,65 à 1,00 % chrome Reste fer et impuretés inévitables. L'acier selon l'invention possède de préférence la composition suivante: 0,05 à 0,08 Z carbone 0,005 à 0,02 % phosphore 0,006 à 0,008 % azote 1,60 à 1,80 % silicium 0,30 à 0,40 % manganèse 0,040 à 0,07 % aluminium soluble 0,25 à 0,35 Z cuivre 0,75 à 0,85 % chrome Reste fer L'acier selon l'invention pour éléments de support et de guidage de trains à sustentation magnétique, en particulier pour leurs rails de guidage latéral, remplit les exigences sévères auxquelles doit satisfaire le matériau pour de tels éléments; 24781 5 5 - forte densité de flux magnétique, surtout dans le domaine d'inten- sités de champ élevées, ce qui est nécessaire pour établir des champs magnétiques suffisamment forts; il faut, par exemple, une induction d'au moins 1,5 T pour une intensité de champ de 4000 A/m, - résistance spécifique élevée, d'au moins 0,3 5_mm2/m à la tempéra- ture ambiante, en vue d'une faible consommation d'énergie par des pertes par courants parasites, - bonne stabilité aux intempéries, ce qui est nécessaire pour que l'entrefer entre le rail et les aimants des véhicules reste cons- tant, - bonne soudabilité, ce qui est une condition préalable pour des éléments de construction soudés. La teneur en-carbone de l'acier selon l'invention a été limitée à 0,15 % afin de garantir la densité de flux magnétique nécessaire. La teneur enmanganèse a été limitée a tout au plus 1 % pour la même raison. Une teneur minimale en manganèse est néces- saire pour satisfaire l'exigence de la résistance électrique élevée. Une teneur minimale en silicium de 0,75 % est néces- saire pour la même raison. Cependant, pour que le comportement magné- tique ne soit pas affecté excessivement, la teneur en silicium doit être limitée vers le haut à 2 %. La teneur relativement élevée en silicium permet en outre de limiter l'addition de chrome - prévue pour augmenter la résistance à la corrosion - à tout au plus 1 %, sans nuire à la tenue aux intempéries, ce qui favorise l'aptitude à l'aimantation. Des teneurs en chrome plus fortes réduisent notablement l'induction. Pour la même raison, la teneur en phosphore, néces- saire pour la tenue aux intempéries et atteignant tout au plus 0,045 %, a pu être maintenue relativement basse, ce qui garantit en même temps la bonne soudabilité. En plus de la teneur en aluminium prévue pour la séparation complète de l'azote et empêchant la formation de nitrure de feraffectant les propriétés magnétiques, l'acieridoit contenir un excès d'aluminium destiné à accroître la résistance électrique spécifique, sans toutefois affecter les propriétés magnétiques. La séparation complète de l'azote par l'aluminium est essentielle pour empêcher, en cas de sollicitation thermique ou mécanique, la diminu- tion des propriétés magnétiques (susceptibilité au vieillissement magnétique) par de l'azote non lié à de l'aluminium. Comme la teneur en nitrure d'aluminium de l'acier influe sur l'induction magnétique du matériau, il s'est avéré avantageux de limiter la teneur en azote de l'acier à 0,08 Z. Avec un acier ayant les teneurs en silicium indiquées, il suffit déjà d'une teneur en cuivre relativement faible pour amé- liorer considérablement la tenue à la corrosion. Il faut cependant de 0, 25 à 0,55 % de cuivre pour obtenir la tenue aux intempéries requise. L'addition de plus de 0,55 7. Cu conduit à une diminu- tion des propriétés magnétiques, notamment de l'induction et de la force coercitive. Les caractéristiques mécaniques de l'acier selon l'invention, telles que limite d'élasticité apparente, résistance à la traction, propriétés de déformation et résistance à la fatigue, correspondent à celles de l'acier St 37. Pour obtenir des propriétés physiques et-mécaniques optimales, l'acier selon l'invention est normalisé et, éventuellement, soumis à un recuit de détente. Le tableau I montre des exemples de compositions d'acier selon l'invention. TABLEAU I C Si Mn P Al Cr Cu N (%) (M) (.) ( M) () (ppm) Bain A 0,05 1,78 0>32 0, 012 0,047 0,78 0,33 80 Bain B 0,07 1>60 0,40 0,006 0,048 0>76 0>29 60 Bain C 0,07 1,69 0,40 0,009 0,064 0,80 0,26 70 Le tableau II montre clairement la supériorité de l'acier selon l'invention sur un acier témoin non allié à 0,07 % carbone, 0,25 % silicium, 0,39 % manganèse, 0, 010 % phosphore, 0>016 % aluminium, 0,07 % chrome, 0,06 % cuivre, reste fer. 2478 155 TABLEAU II Densité de Résistivité Tenue aux Résis- Allongement flux magné- à RT en intempéries tance à la Acier tique en J mm2/m exprimée par mécani- rupture Tesla à la perte de que 4000 A/m poids en R A g/m2/an N/m2 % Selon 'A 1,584 0,406 88 1'inven- 1,593 0,393 93 480 30 tion C 1,588 0,405 90) Acier témoin (St 37) 1,642 0,175 150 450*) 23*) X) (DIN 17100) R E V E N D ICATIONS 1. Eléments de voie pour trains ou autres véhicules à sustentation magnétique, ou éléments de tels véhicules, qui trans- mettent des forces de sustentation ou de support, de guidage ou de propulsion, en particulier rails de guidage latéral, et qui sont en acier magnétiquement doux à haute induction magnétique, résisti- vité élevée, bonne tenue au viellissement despropriétsmagnétiques, bonne stabilité aux intempéries et bonne soudabilité, caractérisés en ce que l'acier contient: 0 à 0,15 % carbone Oà 0,045 % phosphore 0 à 0,008 % azote 0,75 à 2,0 % silicium 0,15 à 1,0 % manganèse 0,02 à 0,07 % aluminium soluble 0, 25 à 0,55 % cuivre 0,65 à 1,00 % chrome Reste fer et impuretés dues à la fusion. 2. Eléments selon la revendication 1, caractérisés en ce que l'acier contient: 0,05 à 0,08 % carbone 0,005 à 0,02 % phosphore 0,006 à 0,008 % azote 1,60 à 1,80 %7. silicium 0,30 à 0,40 % manganèse 0,040 à 0,07 % aluminium soluble 0,25 à 0,35 % cuivre 0,75 à 0,85 % chrome Reste fer et impuretés inévitables.