Brevet FR3120635A1 — publié le 20220916

Procédé de fabrication d’un demi-produit magnétique doux en métal Procédé de fabrication d’un demi-produit magnétique doux en métal, doué d’un comportement de magnétisation particulièrement bon, ledit procédé comportant les étapes opératoires suivantes : fabrication ou mise à disposition d’une ébauche métallique d’un produit métallique apte au laminage, dégrossissage de l’ébauche métallique au laminoir avec un degré de déformation bien défini, jusqu’à une épaisseur intermédiaire, lequel degré de déformation est coordonné avec un taux de réduction critique ou post-critique devant être respecté lors du laminage consécutif, traitement thermique de l’ébauche dégrossie au laminoir, de préférence recuit de ladite ébauche dégrossie au laminoir, laminage de ladite ébauche avec un taux de réduction critique ou post-critique, jusqu’à une épaisseur définitive, et recuit opéré dans l’enchaînement direct en vue de régler une grosseur de grains bien définie, et parachèvement du demi-produit. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 Procédé de fabrication d’un demi-produit magnétique doux en métal L’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’un demi-produit magnétique doux en métal, doué d’un comportement de magnétisation particulièrement bon. Des demi-produits magnétiques doux sont connus, dans l’art antérieur, en tant que feuillard électrique. Par « matériaux magnétiques doux », il convient d’entendre des matériaux qui peuvent être magnétisés et démagnétisés de manière simple, notamment sous l’influence de champs électriques extérieurs, de conducteurs parcourus par un courant, et de champs magnétiques, de telle sorte que leur utilisation dans des systèmes électriques permette de tirer optimalement parti de l’énergie électrique. Le demi-produit magnétique doux est transformé en des produits finis trouvant, par exemple, application dans la construction de machines électriques. Un demi-produit doué de propriétés magnétiques douces, conséquemment appropriées, est sélectionné et mis en œuvre en fonction de l’objectif d’application et des exigences. Si par exemple, pour l’objectif d’application, le flux magnétique n’est pas fermement établi vers une direction déterminée, mais s’il est en revanche nécessaire d’instaurer de bonnes propriétés magnétiques dans toutes les directions, on utilise un demi-produit présentant des propriétés isotropes. Ce dernier est également désigné par « feuillard électrique à grains non orientés » et est mis en œuvre, par exemple, dans des générateurs, des moteurs électriques ou des relais. De tels matériaux à grains non orientés sont pris en considération ci-après. Ces propriétés et d’autres encore, par exemple la perméabilité, la rémanence, la densité du flux et la saturation, ainsi que l’intensité du champ coercitif, décrivent la qualité quant aux propriétés magnétiques douces de matériaux. Ces propriétés peuvent, et doivent être coordonnées avec l’objectif d’application respectif du produit. Un produit semi-fini, de préférence un feuillard d’acier laminé à chaud, est mis en œuvre en tant que produit de départ, dans l’art antérieur, pour fabriquer un feuillard électrique présentant de telles propriétés souhaitées. Dans des types de feuillards électriques « à grains non orientés, soumis à recuit final », il est procédé, à l’issue du décapage du feuillard laminé à chaud, à un laminage à froid en plusieurs passes de laminage jusqu’à l’épaisseur définitive souhaitée, et à un recuit final consécutif, auquel cas la structure laminée est recristallisée, la teneur en carbone est réglée sur des valeurs très faibles et une formation de grains grossiers est provoquée, permettant ainsi une aptitude à la magnétisation aisée du matériau. Dans la continuité directe, le demi-produit (feuillard laminé à froid) est traité pour obtenir des produits finis, lesquels produits finis sont, par exemple, poinçonnés à partir du feuillard laminé à froid ou débités par découpe au laser. Au cours de cette transformation, une déformation du matériau doit être absolument évitée étant donné qu’une déformation engendre, dans la structure, des mutations qui dégraderaient considérablement l’aptitude du matériau à la magnétisation et se traduiraient par un produit fini insatisfaisant. Une autre possibilité, pour fabriquer un feuillard électrique présentant les propriétés souhaitées, consiste en ce que le feuillard d’acier laminé à chaud est laminé à froid à l’issue du décapage, soumis à un recuit de cristallisation, puis laminé à froid avec un faible degré de déformation (déformation critique), de manière à provoquer une croissance des grains ciblée et à faciliter, de la sorte, l’aptitude du matériau à la magnétisation. Des produits finis, par exemple des pièces venues d’emboutissage-pliage ou des pièces venues d’étirage profond, peuvent ensuite être élaborés à partir de ce demi-produit, sachant qu’à l’issue de leur parachèvement, lesdits produits finis doivent être soumis à un recuit particulier en vue, par exemple, d’éliminer les mutations induites dans la structure du matériau au cours du formage, et de fournir un produit doué de propriétés magnétiques douces optimales. Un tel feuillard électrique est qualifié de « feuillard électrique à grains non orientés, non soumis à recuit final ». Le recuit particulier consécutif des produits finis est fastidieux et onéreux, car chaque pièce individuelle doit être vouée au processus de recuit. L’objet de l’invention consiste à fournir un procédé pouvant être mis en œuvre de manière économique, dans lequel les propriétés magnétiques douces et mécaniques d’un demi-produit puissent être adéquatement réglées, lesdites propriétés pouvant notamment être coordonnées avec une transformation mettant en forme ledit demi-produit, de façon à ne nécessiter aucun traitement thermique fastidieux de produits finis engendrés par formage dudit demi-produit, et à fournir un produit fini doué de bonnes propriétés magnétiques douces. Il convient, de surcroît, de procurer un enrichissement des multiples facettes du procédé, c’est-à-dire des variantes de solutions ciblant la fabrication de demi-produits doués de propriétés magnétiques douces particulièrement bonnes. Pour atteindre cet objet, l’invention propose un procédé de fabrication d’un demi-produit magnétique doux en métal doué d’un comportement de magnétisation particulièrement bon, de préférence d’une bande, d’un fil ou d’un produit semi-fini similaire en métal, ledit procédé comportant les étapes opératoires suivantes : fabrication ou mise à disposition d’une ébauche métallique d’un produit métallique apte au laminage, dégrossissage de l’ébauche métallique au laminoir avec un degré de déformation bien défini, jusqu’à une épaisseur intermédiaire, lequel degré de déformation est coordonné avec un taux de réduction critique ou post-critique devant être respecté lors du laminage consécutif, traitement thermique de l’ébauche dégrossie au laminoir, de préférence recuit de ladite ébauche dégrossie au laminoir, laminage de ladite ébauche avec un taux de réduction critique ou post-critique, jusqu’à une épaisseur définitive, et recuit opéré dans l’enchaînement direct en vue de régler une grosseur de grains bien définie, et parachèvement du demi-produit. Une ébauche métallique, apte au laminage, est fabriquée ou mise à disposition en tant que produit de départ. Ladite ébauche peut consister, par exemple, en de l’acier ferritique ou en un autre matériau métallique, et présente des propriétés isotropes. Dans un premier temps, l’ébauche métallique est dégrossie au laminoir, le laminage préalable ayant lieu jusqu’à une épaisseur intermédiaire. Lors dudit laminage préalable, le degré de déformation est coordonné avec un taux de réduction critique ou post-critique devant être réglé au cours d’un laminage ultérieur de façon telle que, lors dudit laminage ultérieur ciblant l’épaisseur définitive, seule demeure encore nécessaire une déformation modeste entrant dans la plage de déformation respectivement critique ou post-critique du matériau, avec un faible taux de réduction. Ainsi, au stade dudit laminage préalable ciblant l’épaisseur intermédiaire, le degré de déformation est dépendant du taux de réduction critique ou post-critique lors du laminage ciblant l’épaisseur définitive. A l’issue du laminage préalable, l’ébauche est soumise à un traitement thermique, de préférence à un recuit de recristallisation. Dans la continuité directe, il est procédé au laminage au cours duquel l’ébauche, présentant le taux de réduction critique ou post-critique, est laminée jusqu’à son épaisseur définitive souhaitée, puis à un recuit supplémentaire en succession directe dudit laminage. Le laminage avec le taux de réduction critique ou post-critique, et le recuit succédant directement à ce dernier, ont pour effet de provoquer une croissance de grains dans la structure métallique, ce qui permet une magnétisation et une démagnétisation plus aisées et plus rapides du matériau. Au cours du formage d’un matériau par laminage avec un taux de réduction inférieur au taux de réduction critique, il ne s’opère dans la structure, dans un premier temps, aucune croissance des grains ou, pour le moins, aucune croissance notable. Une croissance des grains est provoquée, dans la structure, uniquement lorsque le taux de réduction critique est atteint, la grosseur de grains maximale étant atteinte lors d’un formage avec le taux de réduction critique. Si le taux de réduction est supérieur audit taux de réduction critique (taux de réduction post-critique), la grosseur des grains s’amenuise au fur et à mesure de l’accroissement du taux de réduction. Ledit taux de réduction est sélectionné de façon telle qu’une croissance des grains soit provoquée dans la structure, à savoir au moins un taux de réduction critique, voire post-critique, la grosseur des grains et, par-delà, les propriétés magnétiques pouvant alors être réglées de manière bien définie à l’aune du taux de réduction. Des grains engendrés dans la structure sont d’autant plus gros et les propriétés de magnétisation sont d’autant meilleures, c’est-à-dire que le matériau peut être magnétisé d’autant plus aisément et rapidement, que le taux de réduction est choisi faible. Les propriétés mécaniques dudit matériau se dégradent néanmoins, dans le même temps, au fur et à mesure que la grosseur des grains augmente. La grosseur des grains et les propriétés magnétiques et mécaniques liées à cette dernière peuvent, et doivent par conséquent être adéquatement réglées à l’aune du taux de réduction critique ou post-critique, et être adaptées à l’objectif d’utilisation ultérieur respectif du matériau, de telle sorte qu’un demi-produit approprié puisse être adéquatement fourni pour l’objectif d’application considéré. Les propriétés magnétiques douces, induites dans le matériau par la mise en œuvre du procédé, permettent une transformation du demi-produit exécutée également par formage, par exemple par étirage profond ou par pliage, en des produits finis doués de propriétés magnétiques douces particulièrement bonnes, sans que lesdits produits finis doivent être nécessairement soumis à un recuit consécutif particulier. Un post-traitement des produits individuels, fastidieux et onéreux, s’en trouve ainsi superflu. Le procédé permet d’engendrer, et de mettre à disposition différents demi-produits doués de propriétés magnétiques douces particulièrement bonnes, par exemple des bandes, des fils ou des produits semi-finis similaires en métal qui, dans la continuité directe, sont mis en forme pour obtenir des produits finis. Il est prévu, de préférence, que l’ébauche soit un feuillard laminé à chaud, en un acier ferritique (ou non allié). Il est préférentiellement prévu que, lors du laminage préalable, l’ébauche soit dégrossie au laminoir avec un degré de déformation de 30-80 %. Un degré de déformation de cet ordre de grandeur est nécessaire, par exemple, lors du façonnage d’un feuillard d’acier laminé à chaud, de façon telle qu’une déformation du matériau, entrant dans la plage de déformation respectivement critique ou post-critique, puisse être assurée au cours du laminage consécutif avec un taux de réduction critique ou post-critique. Un feuillard d’acier laminé à chaud, devant être façonné conformément au procédé, peut présenter une épaisseur atteignant jusqu’à 50 mm. Dans la mesure où une ébauche ou un matériau respectivement autre est utilisé(e), le degré de déformation est adapté au taux de réduction respectif, critique ou post-critique, spécifique du matériau. Il est alors prévu, de préférence, que le recuit de l’ébauche dégrossie au laminoir s’opère à une température de 550 °C - 700 °C, sachant qu’il est préférentiellement prévu que le recuit soit effectué durant jusqu’à 50 heures. La structure s’en trouve ainsi recristallisée à l’issue du laminage préalable. Il est de préférence prévu, par ailleurs, que le taux de réduction critique ou post-critique se situe entre 8 et 25 %, de préférence entre 9 et 15 %, sachant qu’il est préférentiellement prévu que le recuit, succédant directement au laminage avec le taux de réduction critique ou post-critique, ait lieu à une température atteignant jusqu’à 710 °C et que ledit recuit soit effectué sur une période atteignant jusqu’à 80 heures. Sous l’effet du laminage préalable avec un taux de réduction dans les limites indiquées, et d’un recuit lui succédant directement, les grosseurs de grains d’un matériau de type acier non allié peuvent être réglées de manière variable et avec adaptation à l’objectif d’application ultérieur du demi-produit. Selon le choix du matériau, les taux de réduction critique, et donc également post-critique, se situent dans la plage mentionnée et plusieurs grosseurs de grains peuvent être réglées en fonction du taux de réduction. Dans le cas de l’acier (allié ou non allié), des grosseurs de grains d’indice ASTM de 1 à 6 peuvent être réglées, sachant que la grosseur des grains s’amenuise au fur et à mesure de l’accroissement du degré de déformation. S’il advient qu’un matériau autre soit mis en œuvre, le taux de réduction critique ou post-critique qui lui est spécifique doit être déterminé, et appliqué lors du laminage. Il est préférentiellement prévu qu’un traitement thermique opéré en amont, de préférence un recuit, soit exécuté avant le laminage préalable de l’ébauche, auquel cas il est prévu, de préférence, que ledit recuit opéré en amont ait lieu à une température comprise entre 650 et 800 °C et soit effectué, de préférence, sur une période atteignant jusqu’à 60 heures. Le traitement thermique opéré en amont, le recuit de préférence, sert à préparer le matériau métallique de l’ébauche en vue de son façonnage, et à amener la structure de ladite ébauche à un état initial amélioré. En présence d’ébauches en un matériau du type acier ferritique, le traitement thermique opéré en amont provoque, par exemple, une modification de la teneur en carbone. Sous l’effet du traitement thermique, le carbone, réparti aléatoirement dans la structure préalablement audit traitement thermique, se dépose au niveau des frontières entre les grains. Le traitement thermique opéré en amont autorise une amélioration supplémentaire des propriétés magnétiques douces du demi-produit, et il est possible de fournir un demi-produit de qualité meilleure encore. Il est prévu, de préférence, que l’ébauche soit soumise à un laminage de finition avant le parachèvement et après le traitement thermique final, sachant qu’il est préférentiellement prévu que le laminage de finition s’opère avec un degré de déformation situé entre 0,1 et 2 %. De la sorte, il est possible de régler l’épaisseur exacte du matériau, ainsi que la planéité et la qualité de la surface. Un exemple de réalisation du procédé conforme à l’invention est illustré sur les dessins et est décrit plus en détail ci-après. Sur les dessins : est une représentation schématique du déroulement du procédé ; montre, sous la forme d’un tableau, les propriétés magnétiques et mécaniques d’un acier non allié, après mise en œuvre dudit procédé, avec différents taux de réduction. La illustre, de manière schématique, le déroulement d’un procédé de fabrication d’un demi-produit magnétique doux en métal, doué d’un comportement de magnétisation particulièrement bon. Un demi-produit, revêtant la forme d’un feuillard d’acier laminé à froid, est fabriqué à l’aide dudit procédé. Une ébauche métallique en acier apte au laminage, à savoir un produit semi-fini, de préférence un feuillard en un acier non allié laminé à chaud, est fabriquée ou mise à disposition en tant que produit de départ à cette fin, le matériau dudit feuillard laminé à chaud présentant des propriétés isotropes. Le feuillard laminé à chaud est tout d’abord dégrossi au laminoir, le laminage préalable étant effectué jusqu’à une épaisseur intermédiaire. Au cours dudit laminage préalable, le degré de déformation se situe entre 30 et 80 % et est coordonné avec un taux de réduction respectivement critique ou post-critique, devant être réglé lors du laminage ultérieur ciblant une épaisseur définitive, de sorte que, lors dudit laminage ciblant ladite épaisseur définitive, seule demeure encore nécessaire une déformation modeste entrant dans la plage de déformation respectivement critique ou post-critique du matériau, avec un faible taux de réduction. Le degré de déformation, au cours du laminage préalable ciblant l’épaisseur intermédiaire, est ainsi dépendant du taux de réduction critique ou post-critique lors du laminage ciblant l’épaisseur définitive. Dans l’enchaînement, l’ébauche dégrossie au laminoir est soumise à un traitement thermique, un recuit étant de préférence effectué à une température comprise entre 550 et 700 °C, pour une durée atteignant jusqu’à 50 heures. Le recuit est suivi du laminage au cours duquel l’ébauche, présentant le taux de réduction critique ou post-critique, est laminée jusqu’à son épaisseur définitive souhaitée ; et dans la succession directe du laminage, d’un recuit supplémentaire à une température atteignant jusqu’à 710 °C durant une période atteignant jusqu’à 80 heures. Ledit laminage avec le taux de réduction critique ou post-critique, et le recuit lui succédant directement, ont pour effet de provoquer une croissance de grains dans la structure métallique, permettant ainsi une magnétisation et une démagnétisation plus aisées et plus rapides du matériau. Le formage doit être au moins effectué avec un taux de réduction critique étant donné que, lors d’un formage du matériau par laminage avec un taux de réduction inférieur audit taux de réduction critique, aucune croissance des grains ou, pour le moins, aucune croissance notable ne s’opère dans la structure. Une croissance des grains manifeste est provoquée, dans la structure, uniquement lors d’une déformation au cours de laquelle le taux de réduction critique est atteint, la grosseur de grains maximale étant réglée lors d’un formage avec le taux de réduction critique. La grosseur des grains se réduit de nouveau si le taux de réduction est supérieur audit taux de réduction critique (taux de réduction post-critique), laquelle grosseur des grains s’amenuise au fur et à mesure de l’accroissement du taux de réduction post-critique. Au moins un taux de réduction critique, voire post-critique s’en trouve ainsi réglé, sachant que la grosseur des grains et, par-delà, les propriétés magnétiques peuvent être réglées de manière bien définie à l’aune du taux de réduction. Ledit taux de réduction se situe entre 11 et 25 % dans l’exemple illustré. Les résultats obtenus, concernant les propriétés magnétiques et mécaniques acquises par formage du matériau avec de tels taux de réduction, sont représentés dans le tableau de la . Des grains engendrés dans la structure sont d’autant plus gros et les propriétés de magnétisation sont d’autant meilleures, c’est-à-dire que le matériau peut être magnétisé d’autant plus aisément et rapidement, que le taux de réduction est choisi faible. Dans le même temps, toutefois, les propriétés mécaniques dudit matériau se dégradent au fur et à mesure de l’accroissement de la grosseur des grains. La grosseur des grains, et les propriétés magnétiques et mécaniques qui y sont liées, sont donc adéquatement réglées à l’aune du taux de réduction critique ou post-critique, et adaptées à l’objectif d’utilisation ultérieur respectif du matériau, si bien qu’un demi-produit approprié peut être adéquatement fourni pour l’objectif d’application considéré. Les propriétés magnétiques douces, induites de la sorte dans le matériau, permettent une transformation du demi-produit s’opérant également par formage, par exemple par étirage profond ou par pliage, en des produits finis doués de propriétés magnétiques douces particulièrement bonnes, sans qu’il faille soumettre lesdits produits finis à un recuit consécutif particulier. Cela dispense d’un fastidieux et onéreux post-traitement des produits individuels. A l’issue du laminage et du recuit consécutif, l’ébauche subit un laminage de finition avec un degré de déformation de 0,7 %, par exemple. L’épaisseur exacte du matériau, ainsi que la planéité et la qualité de la surface, s’en trouvent ainsi réglées. La possibilité est offerte, de surcroît, de vouer tout d’abord l’ébauche à un recuit précédant le laminage préalable, de manière à préparer le matériau en vue des étapes opératoires suivantes et d’amener la structure à un état initial amélioré. Ce recuit est effectué, de préférence, à une température comprise entre 650 et 800 °C. Le recuit gouverne une modification de la teneur en carbone dans la structure. Préalablement au traitement thermique, le carbone est réparti aléatoirement dans la structure et se dépose, sous l’effet du recuit, au niveau des frontières entre les grains. De ce fait, le carbone n’entrave pas négativement la magnétisation du matériau à un stade ultérieur et les propriétés magnétiques douces du demi-produit peuvent être additionnellement améliorées. Il est possible de fournir un demi-produit offrant une qualité particulièrement bonne. Les autres étapes opératoires sont exécutées après le traitement thermique opéré en amont. Le procédé permet de fournir un demi-produit doué de propriétés magnétiques douces particulièrement bonnes, pouvant être réglées de façon à autoriser également un formage consécutif du matériau, par exemple en des pièces venues d’étirage profond ou d’emboutissage-pliage, avec des propriétés magnétiques douces particulièrement bonnes, sans que les produits finis doivent nécessairement être soumis, dans la continuité directe, à un recuit particulier ou à un traitement thermique comparable. L’invention n’est pas cantonnée à l’exemple de réalisation, mais peut subir de nombreuses modifications dans le cadre de l’exposé. Toutes les caractéristiques individuelles et combinées, divulguées dans la description et/ou sur les dessins, sont réputées revêtir un caractère essentiel pour l’invention. Procédé de fabrication d’un demi-produit magnétique doux en métal doué d’un comportement de magnétisation particulièrement bon, de préférence d’une bande, d’un fil ou d’un produit semi-fini similaire en métal, ledit procédé comportant les étapes opératoires suivantes : fabrication ou mise à disposition d’une ébauche métallique d’un produit métallique apte au laminage, dégrossissage de l’ébauche métallique au laminoir avec un degré de déformation bien défini, jusqu’à une épaisseur intermédiaire, lequel degré de déformation est coordonné avec un taux de réduction critique ou post-critique devant être respecté lors du laminage consécutif, traitement thermique de l’ébauche dégrossie au laminoir, de préférence recuit de ladite ébauche dégrossie au laminoir, laminage de ladite ébauche avec un taux de réduction critique ou post-critique, jusqu’à une épaisseur définitive, et recuit opéré dans l’enchaînement direct en vue de régler une grosseur de grains bien définie, et parachèvement du demi-produit. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l’ébauche est un feuillard laminé à chaud, en un acier ferritique ou non allié. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que, lors du laminage préalable, l’ébauche est dégrossie au laminoir avec un degré de déformation de 30-80 %. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le recuit de l’ébauche dégrossie au laminoir s’opère à une température de 550 °C - 700 °C. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le recuit est effectué durant jusqu’à 50 heures. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le taux de réduction critique se situe entre 8 et 25 %, de préférence entre 9 et 15 %. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le recuit, succédant directement au laminage avec le taux de réduction critique, s’opère à une température atteignant jusqu’à 710 °C. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le recuit s’opère sur une période atteignant jusqu’à 80 heures. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu’un traitement thermique opéré en amont, de préférence un recuit, est exécuté avant le laminage préalable de l’ébauche. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le recuit opéré en amont a lieu à une température comprise entre 650 et 800 °C. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé par le fait que le recuit opéré en amont est effectué sur une période atteignant jusqu’à 60 heures. Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l’ébauche est soumise à un laminage de finition avant le parachèvement et après le traitement thermique final. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le laminage de finition s’opère avec un degré de déformation situé entre 0,1 et 2 %.