Brevet FR2669349A1 — publié le 19920522

PROCEDE DE FABRICATION DE TOLES EN ACIER A USAGE ELECTRIQUE, ET TOLE OBTENUE PAR CE PROCEDE L'invention concerne la fabrication de tôles en acier à usage électrique, utilisées notamment pour la construction de transformateurs, de moteurs et d'alternateurs Les produits habituellement élaborés pour ces usages sont traditionnel- lement divisés en trois catégories. Les tôles "Fully Process" à grains orientés ont la particularité de contenir des teneurs élevées en silicium (de l'ordre de 3 %), et d'avoir une orientation de leur texture très marquée du type ( 110) , la direction 100 étant orientée selon la direction de laminage C'est également selon cette direction que le champ magnétique ambiant est appliqué Le silicium augmente la résistivité de la tôle et15 limite ainsi les pertes par courants de Foucault Ces tôles sont appliquées notamment à la fabrication de transformateurs de puissance. Les tôles "Fully Process" à grains non orientés contiennent du silicium dans des proportions qui peuvent être plus faibles que pour les précédentes ( 0,5 à 3,2 %), et également 0,3 à 0,5 % d'aluminium Ce dernier élément a le même rôle que le silicium dans la limitation des pertes par courants de Foucault, et sa substitution partielle au silicium permet de ne pas trop augmenter la fragilité du25 métal Comme ces tôles sont destinées à des machines tournantes (moteurs, alternateurs) de puissance moyenne ou forte, il n'est pas souhaitable qu'elles présentent une texture directionnelle On peut leur appliquer une isolation superficielle par vernissage.30 Ces deux catégories de tôles sont utilisables par les clients directement dans l'état de livraison du producteur, sans qu'un traitement thermique ultérieur soit nécessaire pour obtenir les propriétés magnétiques visées. Ce n'est pas le cas des tôles dites "Semi Process", utilisées dans des appareils de faible à moyenne puissance: moteurs d'appareils électroménagers petits et moyens, transformateurs, alternateurs d'automobiles, etc Ces aciers contiennent 0,030 à 0,050 % de carbone, 0,2 à 0,7 % de 5 manganèse, 0, 020 à 0,0160 % de phosphore et éventuellement jusqu'à 1,2 % de silicium Ils subissent un laminage à chaud et à froid, puis un recuit continu suivi d'un passage au skin pass pour écrouir le métal par une déformation de 4 à 10 % afin d'augmenter leur limite d'élasticité C'est sous cette10 forme que les tôles sont expédiées au client Mais à ce stade, leurs propriétés magnétiques sont médiocres, car elles ont été dégradées par l'écrouissage Cet écrouissage est cependant nécessaire pour que le métal puisse être aisément découpé par le client Celui-ci doit ensuite imposer au15 produit un traitement thermique (recuit à 8000 C environ) visant à le décarburer jusqu'à une teneur en carbone inférieure à 0,005 %, à augmenter sa taille de grain (opération facilitée par l'écrouissage qui a été réalisé par le skin pass), et éventuellement à l'isoler, ce qui peut être fait par une oxydation superficielle. Ce mode opératoire oblige à multiplier les étapes du traitement, ce qui est long et coûteux De plus les dernières étapes doivent être conduites sur des produits découpés, ce qui entraîne une productivité de l'installation moindre que si elles étaient effectuées par le producteur au cours du cycle de fabrication de la tôle. Le but de l'invention est de proposer une méthode de fabrication de tôles pour appareils électriques de puissance faible à moyenne plus courte et plus économique que la30 méthode habituelle. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de tôles en acier à usage électrique du type comportant moins de 0,005 % en poids de carbone, 0,1 à 0,7 % en poids de manganèse et au moins 0,2 % en poids de silicium,35 caractérisé en ce que: on élabore, coule et lamine à chaud puis à froid sous forme de tôles un acier dont la teneur en carbone est déjà inférieure à 0,005 % en poids; puis on fait subir auxdites tôles un traitement de recuit continu sous atmosphère neutre à une température prise dans la gamme 800 à 9000 C environ et de manière à rester en dessous du point du point de transformation d L->ide la nuance d'acier traité. L'invention a également pour objet une tôle produite au moyen de ce procédé. Comme on l'aura compris, le procédé consiste d'une part à obtenir directement à l'aciérie la teneur en carbone finale désirée pour la tôle, et d'autre part à faire subir à celle-ci, après son laminage à froid, un recuit permettant de lui donner des propriétés magnétiques satisfaisantes, sans que des traitements thermomécaniques ultérieurs soient forcément nécessaires. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit. L'évolution des techniques d'aciérie a rendu possible, ces dernières années, l'obtention de teneurs en carbone extrêmement basses dans l'acier liquide, y compris en production de masse sur des installations pouvant traiter simultanément plus de 300 t de métal Les différents types de filières d'élaboration permettant de garantir des teneurs inférieures à 0,005 %, voire même souvent inférieures à 0,003 %, et de conserver ces teneurs jusqu'à la solidification du métal, sont détaillées dans l'article "Elaboration d'aciers à ultra-basses teneurs en carbone et en azote " (Revue de Métallurgie-CIT, janvier 1990 pp 63-77 et février 1990 pp 145-155) Ces filières nécessitent l'usage d'un appareil permettant de dégazer l'acier liquide sous vide, de préférence un réacteur de type RH ou DH. Selon l'invention, on utilise une telle filière pour élaborer et couler sous forme de lingots ou de brames un acier dont la teneur en carbone ne dépasse pas 0,005 %, dont la teneur en silicium est supérieure à 0,2 % (et de préférence inférieure à 0,6 % pour éviter une oxydation superficielle du produit qui détériorerait les outils de5 laminage), et dont la teneur en manganèse est comprise entre 0,1 et 0,7 % De préférence, cet acier est exempt d'aluminium pour que l'azote ne soit pas piégé sous forme de nitrures et participe au durcissement On peut également donner à cet acier une teneur en phosphore de 0,15 à 0,20 %, pour lui10 procurer un comportement amélioré lors de sa découpe Toutes ces valeurs sont exprimées en pourcentages pondéraux On obtient donc ainsi directement un demi-produit dont la composition, en particulier la teneur en carbone, est semblable à celle du produit final désiré, sans qu'il soit15 ultérieurement nécessaire de pratiquer un recuit décarburant sur les pièces découpées. Un fois obtenues les brames, celles-ci subissent un laminage à chaud, puis un laminage à froid, identiques à ceux habituellement pratiqués, de manière à obtenir des tôles dont20 l'épaisseur est généralement de 0,5 à 1 mm Les épaisseurs 0,5 et 0,65 mm sont les plus courantes Ces tôles subissent ensuite une opération de recuit continu, de préférence sur une ligne à brins verticaux pour tôles minces, qui diffère de 1 'opération habituellement pratiqué après le skin-pass sur les points suivants: la phase de maintien s'effectue sous une atmosphère neutre et à une température de 800 à 9000 C pendant 30 S à 1 min (pour une épaisseur de tôle de 0,5 à 1 mm), contre une atmosphère décarburante et une température de 8000 C environ;30 la phase de survieillissement à 350-450 'C, qui a normalement pour but de précipiter le carbone, est désormais facultative puisque la teneur résiduelle en carbone est très faible (de l'ordre de 10 fois moindre que la teneur habituelle).35 Dans la production conventionnelle de tôles semi- process, le choix de températures de recuit habituelles de 700 à 7500 C pour l'opération de recuit précédant le skin-pass est guidé par l'obtention de la recristallisation après laminage à froid Dans le procédé selon l'invention, le5 recuit est réalisé dans des conditions permettant la croissance de grains recristallisés Une température élevée est donc souhaitable mais elle ne doit cependant pas faire dépasser à la tôle le point de transformation J 0-', typique de la nuance traitée La structure de la tôle doit donc demeurer10 entièrement ferritique Pour les nuances les plus courantes, une température de 8500 C est bien adaptée, mais les nuances les plus décarburées et les plus chargées en silicium et en phosphore peuvent supporter des températures de 900 'C sans subir d'austénitisation Quant à la durée du traitement lors15 de ce recuit, elle doit simplement être suffisante pour que le grossissement du grain affecte l'ensemble du produit, et est donc fonction de l'épaisseur de la tôle Pour les épaisseurs classiques de 0,5 à 1 mm, un recuit d'une durée de S à 1 min est bien adapté. Traditionnellement, les tôles semi-process dans leur état final sont classées selon le niveau de leurs performances magnétiques en deux catégories définies par les normes AFNOR NFC 28295 (pour les tôles sans silicium) et NFC 28926 (pour les tôles alliées au silicium) A cette dernière correspondent les performances les meilleures du point de vue des pertes totales spécifiques L'appartenance d'une tôle semi- process à l'une ou l'autre de ces catégories dépend notamment de sa composition: les tôles les plus chargées en éléments d'alliage (notamment en silicium qui permet de réduire les pertes par courants de Foucault) se retrouvent généralement dans la 2 ème catégorie En revanche la perméabilité magnétique diminue quand on passe des aciers non alliés aux aciers alliés, ce qui peut constituer un inconvénient. A titre d'exemple, on peut dire que des tôles selon l'invention, de composition (en t pondéraux) C magnétique que celles-ci, et ce pour des teneurs en silicium25 moindres. Le procédé décrit permet d'abaisser les coûts de production des tôles à usage électrique pour appareils de faible à moyenne puissance en raccourcissant leur filière de fabrication, et en diminuant la quantité d'éléments d'alliage30 à introduire dans le métal liquide, à performances au moins égales pour le produit final. REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication de tôles en acier à usage électrique du type comportant moins de 0,005 % en poids de carbone, 0,1 à 0,7 % en poids de manganèse et au moins 0,2 % en poids de silicium, caractérisé en ce que: on élabore, coule et lamine à chaud puis à froid sous forme de tôles un acier dont la teneur en carbone est déjà inférieure à 0,005 % en poids; puis on fait subir auxdites tôles un traitement de recuit continu sous atmosphère neutre à une température prise dans la gamme 800 à 9000 C environ, et de manière à rester en dessous du point de trantormationd->S' de la nuance d'acier traitée. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites tôles comportent de 0,2 à 0,6 % en poids de silicium. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites tôles comportent de 0,15 à 0,2 % en poids de phosphore. 4) Tôle d'acier à usage électrique du type comportant moins de 0,005 % en poids de carbone, 0,2 à 0,7 % en poids de manganèse et au moins 0,2 % en poids de silicium, caractérisé en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon la25 revendication 1. ) Tôle d'acier selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte de 0,2 à 0,6 % en poids de silicium. 6) Tôle d'acier selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce qu'elle comporte de 0,15 à 0,2 % en poids de phosphore.