Brevet FR2836156A1 — publié le 20030822

La présente invention est relative à un alliage magnétique doux utilisable pour la fabrication de blindages magnétiques. Les blindages magnétiques sont réalisés en alliage magnétique à haute perméabilité, et en particulier, en alliage du type Fe-Ni80, contenant environ 80% de nickel. Ils ont, en effet, une perméabilité en champ continu Ucc supérieure à 100000, et une perméabilité en champ alternatif à 300Hz, UsooHz, supérieur à 10000. En outre, ces alliages ont un champ coercitif Hc inférieur à 20 mOe et une induction à saturation Bs supérieure à 6000Gauss. Mais, ces alliages sont très coûteux car ils contiennent une importante teneur en nickel. Lorsqu'on cherche à fabriquer des blindages moins coûteux, on utilise des alliages du type Fe-Ni36, contenant environ 36% de nickel. Mais, ces alliages ont une perméabilité en champ continu Ucc comprise entre 20000 et 30000 seulement, une perméabilité en champ alternatif à 300Hz, U300Hz, comprise entre 8000 et 9000, un champ coercitif Hc compris entre 50 et 100 mOe, et une induction à saturation Bs voisine de 13000Gauss. Avec de telles propriétés magnétiques, les blindages obtenus sont moins performants que les blindages réalisés en alliage Fe-Ni80. On a également proposé, par exemple dans le brevet US 5,158, 624, d'utiliser un alliage contenant 35 à 40% de nickel et 5 à 14% de chrome, le reste étant du fer et des impuretés. La composition satisfaisant les relations 3 x Ni-5 x Cr : : : 80 et NiCr > 25. En outre, les teneurs en oxygène, soufre et bore doivent être strictement contrôlées, en particulier, la teneur en oxygène doit rester inférieure à 0,005%. De plus, l'alliage contient environ 0,5% de manganèse, environ 0,2% de silicium, environ 0, 01% d'aluminium. Cet alliage a une perméabilité en champ alternatif à 300Hz, UsooHz, comprise entre 9400 et 14900, un champ coercitif Hc compris entre 10 et 80 mOe, et une induction à saturation Bs comprise entre 5000 G et 8200G. Cet alliage a l'avantage d'avoir une perméabilité UsooHz plus élevée que l'alliage Fe-Ni36 et de contenir du chrome, ce qui lui donne une certaine résistance à la corrosion, mais, sa perméabilité meilleure ne peut être obtenue qu'avec de très faibles teneurs en oxygène ce qui rend sa fabrication contraignante. De plus, il serait souhaitable de disposer d'un alliage économique ayant une perméabilité magnétique encore meilleure. Le but de la présente invention est de proposer un alliage magnétique doux économique, apte à la fabrication de blindages magnétiques, plus performant et moins contraignant à fabriquer que les alliages connus. A cet effet, l'invention a pour objet un alliage magnétique doux dont la composition comprend, en % en poids : éventuellement, un ou plusieurs éléments pris parmi le magnésium et le calcium en des teneurs telles que leur somme reste inférieure à 0,1%, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration. En poutre, la composition chimique satisfaisant les relations : De préférence, il est préférable que la teneur en silicium soit inférieure à 0,15%, que la teneur en manganèse soit supérieure à 0,05%, que la somme des teneurs en cobalt et cuivre soit supérieure à 0,015%. La teneur en oxygène peut être supérieure à 0,0050%. L'invention va maintenant être décrite plus en détails et illustrée par des exemples. L'alliage selon l'invention contient en % en poids : - plus de 30% de nickel pour obtenir de bonnes propriétés magnétiques, et en particulier une perméabilité magnétique et une induction à saturation suffisantes, mais moins de 40% car le nickel est un élément cher et au delà de 40% il n'améliore pas les propriétés magnétiques recherchées. - Un ou plusieurs éléments pris parmi le cuivre et le cobalt, la somme de leurs teneurs étant comprise entre 0% et 4%, et, de préférence, supérieure à 0,015%, et mieux, supérieure à 0,5%, et mieux encore, supérieure à 1%, afin d'augmenter l'induction à saturation Bs et de permettre d'obtenir une perméabilité magnétique élevée lorsque la teneur en nickel est relativement faible. Un ou plusieurs éléments pris parmi le chrome et le molybdène, la somme de leurs teneurs étant comprise entre 5% et 17%, et la teneur en chrome étant supérieure à 5%. Ces éléments augmentent la perméabilité magnétique et diminuent le champ coercitif tant que leurs teneurs ne sont pas trop élevées. En outre, pour obtenir les propriétés magnétiques souhaitées, à savoir, Bs > 4000G à 40 C, et une bonne perméabilité magnétique, les teneurs en Cr, Mo, Ni, Cu et Co doivent être telles que : de plus, pour avoir une bonne perméabilité magnétique, les teneurs en Cr, Mo et Ni doivent être telles que : - éventuellement jusqu'à 2% de niobium pour augmenter la résistance mécanique, - moins de 0,35%, et, de préférence plus de 0,05%, de manganèse ainsi que moins de 0,20% et de préférence moins de 0,15% de silicium. Ces éléments sont nécessaires à l'élaboration, mais, les inventeurs ont constaté de façon nouvelle qu'en limitant les teneurs en ces éléments, on augmente sensiblement la perméabilité magnétique à 300Hz, usooHz, même pour des teneurs en oxygène importantes pouvant aller jusqu'à 0,0160%. Moins de 0,0500% de carbone, moins de 0,0020% de soufre, moins de 0,0010% de bore, moins de 0,0200% d'azote, moins de 0,0160% d'oxygène. Ces limites de teneurs en impuretés permettent d'obtenir une perméabilité magnétique élevée. A noter cependant, que la teneur en oxygène peut être supérieure à 0,0050% sans détériorer les propriétés magnétiques, ce qui permet d'élaborer l'alliage plus facilement et de façon plus économique, ce qui est souhaitable. Eventuellement du magnésium ou du calcium et des teneurs dont la somme peut atteindre 0,1000%, et, de préférence doit rester inférieure à 0,0500%, mais être supérieure à 0,0010%, afin de former des oxydes de magnésium ou de calcium qui facilitent la découpe mécanique de pièces dans des bandes. Le reste de la composition est du fer et, éventuellement des impuretés. Avec cet alliage on fabrique par exemple des bandes par laminage à chaud puis laminage à froid. A l'épaisseur finale, les bandes sont soumises à un recuit à au moins 1050 C, et de préférence au-dessus de 1100 C, de préférence également sous atmosphère réductrice d'hydrogène ou d'un mélange vapeur d'eau et d'hydrogène. Après le recuit, le refroidissement jusqu'à la température ambiante doit, de préférence, être réalisé à vitesse lente, c'est à dire nécessiter plus d'une heure pour atteindre 200 C si on cherche à optimiser la perméabilité magnétique à 300Hz, ou si on cherche à optimiser la perméabilité magnétique en champ continu et que la teneur en nickel est supérieure à 35%. Au contraire, si on cherche à optimiser la perméabilité magnétique en champ continu et que la teneur en nickel est inférieure ou égale à 35%, le refroidissement doit être effectué en moins d'une heure pour atteindre 200 C. Pour des bandes ainsi obtenues et d'épaisseur égale à 0, 4mm, on obtient les propriétés magnétiques suivantes : Ces propriétés permettent de fabriquer des blindages magnétiques très performants, aussi bien pour les champs basse fréquence (fréquence inférieure à quelques kHz) que pour les champs continu (champ terrestre par exemple). A titre d'exemple on a réalisé les alliages repérés 1 à 21 conformes à l'invention, et les alliages repérés 22 à 32 donnés à titre de comparaison. Les compositions et les propriétés de ces alliages sont reportés aux tableaux 1 et 2, et les propriétés magnétiques des alliages sont reportées aux tableaux 3 et 4. Les propriétés magnétiques ont été mesurées sur des bandes de 0, 6mm d'épaisseur pour ce qui concerne le champ coercitif Hc, exprimé en mOe, et pour la perméabilité en champ continu Ucc qui a été mesurée à 0 C et à 40 C. L'induction à saturation Bs, exprimée en Gauss, a été mesurée à 40 C. La perméabilité magnétique en champ alternatif à 30Hz, UsooHz. a été mesurée à 40 C sur des bandes de 0, 4mm d'épaisseur. Les alliages ont été élaborés au four à induction sous vide, puis coulés sous forme de lingots laminés à chaud puis à froid pour obtenir des bandes dans lesquelles on a découpé des échantillons qui ont été recuits 4 heures à 1170 C sous hydrogène pur et sec, avec des refroidissements rapides lorsqu'ils étaient destinés à mesurer la perméabilité en champ continu et des refroidissements lents lorsqu'ils étaient destinés à mesurer la perméabilité en champ alternatif. Les alliages 1 à 21 ont tous un champ coercitif sensiblement inférieur à 100mOe, une perméabilité en champ continu supérieure à 40000 aussi bien à 0 C qu'à 40 C, une perméabilité en champ alternatif à 300Hz supérieure à 15000, et une induction saturation supérieure à 4000G. Tableau 1 En % en poids En ppm Rep Ni Cr Mo Co Cu Mn Si Nb C S P N 0 B 1 38,94 9,14 0,042 0,022 0,323 0,163 traces 65 13 41 28 67 2 36,52 9,02 0,0057 0,065 0,020 0,315 0,168 traces 55 14 43 27 80 3 36, 88 9,04 005 0,044 0,022 0, 310 0,155 traces 45 14 43 27 100 4 37, 64 6, 98 005 0, 005 0,017 0,333 0,144 traces 45 14 13 93 5 33, 66 7, 95 - - - 0,188 - 41 9 34 29 120 6 33, 55 8, 17 005 0,014 01 0, 172 0, 016 traces 160 21 35 7 37, 63 9, 31 0,023 0,503 0,094 0, 293 01 0, 007 86 8 27 90 8 37, 95 9, 56 0,0056 1, 42 0,020 0, 289 0,017 traces 83 9 30 84 37, 86 10,55 005 0, 962 0, 018 0,299 0,019 traces 49 10 27 140 10 39. 49 9,6 0, 0097 1,02 0,287 0,021 0,006 96 10 30 29 29 11 37,75 9,54 - 1,02 - 0,300 - -91 6 6,6 62 12 37, 66 9,19 005 1,02 0,178 0,105 traces 150 6 14 25 13 35,8 9,05 - 1,04 - 0,300 - - 83 99 14 35, 7 9, 17 1,03 0,173 0,111 traces 130 12 64 15 35, 77 5, 6 1, 01 0,306 0,035 traces 94 40 8, 3 75 16 37, 74 5, 76 0, 969 01 0, 308 0,033 traces 92 38 7, 5 58 17 35, 85 5,89 2,85 0, 308 0,031 traces 83 34 5, 5 52 18 35, 79 8, 92 - 3,03- 0,290 - - 90 9,6 69 19 37, 77 5,8 0,0086 2,87 01 0,298 0,033 traces 69 37 8, 8 83 20 37, 45 8, 7213, 0610, 30011895 21 31,84 8,23 3,07 0,174 0,013 traces 150 6 10 19 Les alliages 22 à 32, donnés à titre de comparaison, montrent l'importance des limites imposées à la composition chimique. Tableau 2 En % en poids Enppm Rep Ni Cr Mo Co Cu Mn Si Nb C S P N 0 B 22 31,84 8,2 0,011 0,173 0,018 traces 150 5 10 24 23 33,46 4,88 0,014 0,014 0,011 0,133 0,018traces 66 11 19 94 24 33,78 2,02 2,03 traces 0,186 traces 150 10 13 25 33,78 0,019 2,21 traces 0,183 traces 130 34 26 37, 69 3,14 1,06 0,296 0,031 traces 90 35 57 27 33, 7 8 2, 07 0, 187 traces 66 15 38 7 180 28 33,96 2,64 1,96 0,259 0,032 - 89 35 5,1 85 29 33,83 5,1 2,02 0,152 traces 67 7 7,2 110 30 31, 68 8,03 0,027 0, 01 2, 97 0,176 0, 018 traces 120 7 31 54 67 31 30, 14 2,09 005 traces 2, 99 0,193 0,005 130 10 29 32 32, 29 1,87 0, 082 traces 3, 92 0,166 0, 014 0,007 83 9 35 7, 6 86 L'alliage 22 a une teneur en chrome trop élevée qui ne satisfait pas les conditions Cr + Mo Les alliages 23, 24 et 25 ont des teneurs en chrome trop importantes pour satisfaire la condition 4 x (Cr + Mo) > 125-3 x Ni, et leur perméabilité en champ continu est sensiblement inférieure à 40000. L'alliage 26 ne satisfait pas la relation Cr > 5%, et sa perméabilité en champ alternatif à 300Hz est sensiblement inférieure à 15000. L'alliage 27 a une teneur en oxygène supérieure à 160ppm et sa perméabilité en champ continu est sensiblement inférieure à 40000. Les alliages 28 et 29 ne satisfont pas la condition 4 x (Cr + Mo) > 125-3 x Ni et l'alliage 28 ne satisfait pas la condition Cr > 5%. D'une part leurs perméabilités en champ continu sont sensiblement inférieures à 40000, d'autre part leurs perméabilités en champ alternatif sont sensiblement inférieures à 15000. L'alliage 30 ne satisfait pas la condition Cr + Mo L'alliage 31 ne satisfait pas les conditions Cr + Mo # 4 x Ni + 3 x (Co + Cu)- 124 et 4 x (Cr + Mo) > 125-3 x Ni, et sa perméabilité magnétique tant en champ alternatif qu'en champ continu est insuffisante. Tableau 3 Propriétés magnétiques Rep Hc Bs cc 0 C cc 40 C 300Hz 1 28 6800 61400 62400 17900 2 23 5500 64000 50300 23200 3 22 6000 69000 59600 21700 4 39 8100 69200 67200 21100 5 18 4500 47500 44700 17800 6 10 4200 80300 72000 16000 7 22 6500 67600 67400 21400 8 26 6700 66800 64700 19100 9 22 5600 48100 77200 20800 10 21 7200 72600 72100 18600 11 22 6800 98300 93000 18500 12 14 6800 12900 118300 22000 13 24 5700 71500 66900 22100 14 22 5700 86900 78900 22400 15 44 8400 42700 57100 17900 16 34 9500 74900 93400 19400 17 45 9100 52500 60500 17000 18 27 6700 84200 97600 19100 19 44 10000 48100 68200 17600 20 25 7500 91900 84100 20800 21 13 4700 51600 65000 17900 Tableau 4 Propriétés magnétiques Rep Hc BS cc 0 C cc 40 C 300Hz 22 7 500 45800-13600 23 36 7000 24200 29100 14400 24 28 7400 33300 31900 14200 25 33 8200 2910026600 14100 26 54 11700 48200 59200 13700 27 32 5900 26600 37600 20000 28 85 10200 18000 22900 10800 29 69 8400 14100 21300 13000 30 26 4700 31700 32200 15300 31 33 6500 20500 21400 11100 32 73 10400 12500 18100 - L'alliage 32 ne satisfait pas la condition 4 x (Cr + Mo) > 125-3 x Ni, et sa perméabilité magnétique est très insuffisante. REVENDICATION 1-Alliage magnétique doux dont la composition comprend, en % en poids : éventuellement, au moins un élément pris parmi le magnésium et le calcium en des teneurs telles que leur somme reste inférieure à 0,1%, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique satisfaisant en outre les relations : 2-Alliage magnétique doux selon la revendication 1 caractérisé en ce que : 3-Alliage magnétique doux selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que : 4-Alliage magnétique doux selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que : 5-Alliage magnétique doux selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que : 6-Blindage magnétique constitué d'un alliage conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5.