EP0401098A1 - Tôle d'acier magnétique laminée à chaud - Google Patents

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EP0401098A1
EP0401098A1 EP90401402A EP90401402A EP0401098A1 EP 0401098 A1 EP0401098 A1 EP 0401098A1 EP 90401402 A EP90401402 A EP 90401402A EP 90401402 A EP90401402 A EP 90401402A EP 0401098 A1 EP0401098 A1 EP 0401098A1
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EP
European Patent Office
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less
magnetic sheet
silicon
sheet according
rolling
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EP90401402A
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German (de)
English (en)
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EP0401098B1 (fr
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Pierre Brissonneau
Jacques Quenin
Jean Verdun
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Sollac usinor Sacilor SA
USINOR SA
Original Assignee
Ugine Aciers SA
Ugine SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1216—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the working step(s) being of interest
    • C21D8/1233—Cold rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium

Definitions

  • the subject of the present invention is a sheet containing in particular iron, silicon and aluminum, and forming part of a family of oriented grain sheets having a texture of cubic type, ie a sheet having two directions of easy magnetization, one confused with the rolling direction, the other perpendicular to the rolling direction, in the plane of the sheet, called transverse direction.
  • non-oriented magnetic sheets are more particularly intended for the construction of circuits supplied with alternating current, including in particular those of rotating machines of high power. For the construction of these machines, it is important to have very efficient magnetic circuits.
  • the stator is made up of assembled sheets and these have a degree of efficiency which is evaluated according to two parameters which are the level of induction on the one hand, and the volume losses on the other hand.
  • the induction is limited by the saturation magnetization of the material, and the losses include losses by hysteresis and by eddy currents. Also, it is necessary to find a compromise between materials with strong saturation magnetization and low losses.
  • Non-oriented silicon steel sheets currently give the best results, since the particularly strong magnetization of iron is only slightly reduced by the addition of alloying elements, going from 2.16 Tesla for pure iron to 2.0 Tesla for the 3.2% silicon alloy.
  • GOSS texture sheets are not used by manufacturers of rotating machines who prefer so-called non-oriented sheets, in principle without texture, or with a slight rolling texture.
  • Non-oriented grain sheets called N.O.
  • N.O. have a low anisotropy in the rolling plane, because the grains are distributed substantially randomly, which results in a statistically isotropic behavior.
  • the ternary alloy constituted by Iron, Silicon and Aluminum for example, has an important magnetocrystalline anisotropy energy which tends to maintain, inside each grain, the atomic magnetic moments parallel to the quaternary axes of the crystal. This results in a distribution in domains oriented along the directions of easy magnetization of type [100].
  • BLOCH walls the easiest magnetization mechanisms involve the displacement of walls, called BLOCH walls, between neighboring domains. It is therefore advantageous in N.O. sheets to preferentially orient these areas in the direction of flow flow.
  • the highest quality sheet steel listed in JIS (Japanese industry standard) C2552 (1986) is grade 35.A.230 (thickness 0.35 mm, W 15/50 ⁇ 2.30 W / Kg and Bs occ z 1.60 T).
  • This process applies to hot-rolled silicon steel sheets containing at most 0.020% carbon, 2.5 to 3.5% silicon, 0.1 to 1.0% manganese and 0.3 to 1.5% Aluminum, the rest being iron and accidental impurities.
  • the process After a cold rolling in at least two stages, with an intermediate annealing and a continuous final annealing to obtain the final thickness, the process provides that the sulfur and oxygen contents are respectively limited to at most 0.0025% and 0.005% and that the final cold rolling has a reduction rate of between 40 and 70%.
  • the percentages given are expressed in weight concentrations.
  • a comparative test was carried out with a sample having the same composition, with an identical decarburization and final annealing, but with an intermediate annealing temperature of 1050 ° C.
  • the losses in the iron W 15/50 and the magnetic induction Bsooo obtained are substantially the same, but in this case, the elongation relative to the break measured in the direction of rolling is 3% and the elongation relative to the break measured in the cross direction is 10%.
  • the present invention therefore aims to avoid these drawbacks while increasing the percentage of aluminum and decreasing the percentage of silicon unlike FR-A-2,316,338, and to provide a magnetic sheet containing in particular iron, silicon and aluminum having a so-called cubic texture, that is to say having two directions of easy magnetization in the plane of the sheet, one merged with the rolling direction, the other with the transverse direction, and whose magnetic properties are improved compared to existing non-oriented iron-silicon sheets, in particular, the permeability in large amplitude excitation fields and the specific losses at industrial frequency for a peak value of induction of 1.5 Tesla or plus, all with mechanical properties comparable to those of non-oriented iron-silicon sheets in common use.
  • the magnetic sheet according to the invention is further characterized in that the directions of easy magnetization are the rolling direction and the direction perpendicular to the rolling in the plane of the sheet.
  • the various stages of the manufacturing cycle have more or less marked influences on the characteristics of the sheet obtained, in particular the texture, the losses, the induction, as will be described with the aid of several examples.
  • Tests were carried out to verify the influence of the initial solidification texture of the ingot of the base steel on the final texture of the sheet.
  • the measurement consists in varying the angle made by the magnetization with the rolling direction and in recording the mechanical torque which must be exerted on the disc to keep it fixed.
  • the processing cycle of the hot rolled steel strip includes two cold rolls and determining the influence of the reduction rates during these rolls is important for characterize the evolution of the texture.
  • the measurement of the anisotropy torque is a parameter that allows us to appreciate this evolution.
  • the hot rolled steel strip is reduced after a first cold rolling to an intermediate thickness varying from 0.7 mm to 2 mm.
  • Table 1 presents the results of the measurements of anisotropy couples obtained on the strip reduced to the indicated thickness, of a steel according to the invention of composition Si, 1.92%, AL 1.86%.
  • the final texture can be influenced by the intermediate annealing of the manufacturing cycle according to the invention in particular by the atmosphere during this heat treatment.
  • the intermediate annealing to a thickness of 1 mm is carried out in a dry atmosphere of purified hydrogen, then by varying the oxygen level.
  • Table II summarizes the results obtained at the intermediate stage 1 mm and at the final stage 0.35 mm, for small and large maxima, as well as the corresponding anisotropy coefficients, the composition of the steel being Si 1.92%, AL 1.86%.
  • the role of the final annealing is important since the annealing must repair the defects introduced by the second cold rolling and, moreover, the sheet resulting from this final annealing is directly used. The characteristics after the final annealing are therefore the final characteristics.
  • the anisotropy torque measurements are indicated in Table III for the thickness of 0.35 mm, depending on the temperature of the final annealing.
  • the heat treatment temperature has no significant influence on the anisotropy curves, on the other hand the study of the magnetic losses measured respectively at two induction values of 1 Tesla and 1.5 Tesla as shown in the figures 2 and 3 shows a harmful increase in said magnetic losses, above a final annealing temperature of 1050 ° C and below 950 ° C.
  • the magnetization values as a function of the final annealing temperatures (for an annealing duration equal to 1 hour) represented in FIG. 4 show a reduction in the magnetization when the temperature of the final annealing increases.
  • the duration of the final annealing does not influence the value of the anisotropy beyond a certain stage, since the grains reach a size such that they pass through the sheet and their growth stops. From this state, the texture no longer changes.
  • Intermediate annealing can be carried out continuously at a temperature above 950 C for 1 to 5 minutes, and final annealing at a temperature between 950 and 1100 C also for 1 to 5 minutes.
  • Example 1 the composition of the steel is given in Table V.
  • the samples are produced from a hot-rolled sheet reduced to an intermediate thickness of 1 mm, then annealed under H 2 for 2 min at a temperature of 1020 ° C.
  • Example 2 the composition of the steel is given by the following Table VI:
  • the present invention provides an improvement in magnetic properties compared to existing non-oriented iron-silicon sheets, while having mechanical properties comparable to those of commonly used non-oriented iron-silicon sheets.

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Abstract

Tôle magnétique obtenue à partir d'une bande d'acier laminée à chaud, contenant notamment du fer, du silicium et de l'aluminium et formant partie d'une famille de tôles à grains orientés, caractérisée en ce que sa composition est la suivante : silicium inférieur à 3,3%, aluminium compris entre 1,5 et 8%, en concentration pondérale, et en ce que la bande d'acier est soumise à un laminage à froid en deux étapes avec un taux de réduction final compris entre 50 et 80%, la tôle magnétique obtenue ayant une texture générale de type cubique, 40% au moins des grains ne s'écartant pas de plus de 15° de l'orientation cubique idéale (100) [001] en notation de MILLER.

Description

  • La présente invention a pour objet une tôle contenant notamment du fer, du silicium et de l'aluminium, et formant partie d'une famille de tôles à grains orientés ayant une texture de type cubique, c'est à dire une tôle possédant deux directions de facile aimantation, l'une confondue avec la direction de laminage, l'autre perpendiculaire à la direction de laminage, dans le plan de la tôle, dite direction travers.
  • On sait que les tôles magnétiques dites non orientées sont plus particulièrement destinées à la construction de circuits alimentés en courant alternatif, dont en particulier, ceux des machines tournantes de forte puissance. Pour la construction de ces machines, il importe de disposer de circuits magnétiques très perfomants.
  • Le stator est constitué de tôles assemblées et ces dernières ont un degré d'éfficacité qui s'évalue en fonction de deux paramètres qui sont le niveau d'induction d'une part, et les pertes volumiques d'autre part.
  • L'induction est limitée par l'aimantation à saturation du matériau, et les pertes comprennent les pertes par hystérésis et par courants de Foucault. Aussi, il est nécessaire de trouver un compromis entre les matériaux à forte aimantation à saturation et à faibles pertes.
  • Les tôles d'acier au silicium non orientées donnent actuellement les meilleurs résultats, car l'aimantation particulièrement forte du fer n'est que peu diminuée par l'adjonction des éléments d'alliage, passant de 2,16 Tesla pour le Fer pur à 2,0 Tesla pour l'alliage à 3,2 % de silicium.
  • L'augmentation de la résistivité électrique due au silicium permet de diminuer les pertes.
  • En dehors de la nature et de la composition du matériau, au autre paramètre d'étude important est le texture. En effet, toujours dans les machines tournantes, les assemblages de tôles du stator sont répartis en secteurs dont le volume se décompose en trois régions essentielles :
    • - les dents, dans lesquelles l'induction est orientée suivant une direction radiale,
    • - le dos du stator, dans lequel l'induction est orientée suivant une direction tangentielle, et
    • - la région médiane. dans laquelle l'induction tourne dans le plan des tôles.
  • Les tôles connues de texture GOSS (110) [001] ou à grains orientés ou encore G.O. conviennent mal à une telle utilisation, car elles ont une anisotropie marquée, et même, si la texture GOSS entraîne une amélioration très sensible des propriétés magnétiques dans la direction de laminage, son avantage disparaît très rapidement dès que l'induction s'écarte de la direction de laminage. Par propriétés magnétiques mauvaises, il faut entendre non seulement les pertes magnétiques spécifiques élevées, mais aussi le fait qu'il est nécessaire d'appliquer un champ d'excitation de grande amplitude pour approcher l'aimantation à saturation dans une direction différente de la direction de laminage, ce qui peut entraîner un échauffement des bobinages par effet Joule, préjudiciable à la durée de vie de la machine.
  • C'est pourquoi, sauf cas exceptionnel , les tôles de texture GOSS ne sont pas utilisées par les constructeurs de machines tournantes qui leur préfèrent les tôles dites non orientées, en principe sans texture, ou avec une texture de laminage peu marquée.
  • Les tôles à grains non orientés, dénommés N.O., présentent une faible anisotropie dans le plan du laminage, car les grains sont répartis sensiblement de façon aléatoire, ce qui entraîne un comportement statistiquement isotrope. Mais l'alliage ternaire constitué par du Fer, du Silicium et de L'Aluminium par exemple, a une énergie d'anisotropie magnétocristalline importante qui tend à maintenir, à l'intérieur de chaque grain, les moments magnétiques atomiques parallèlement aux axes quaternaires du cristal. Il en résulte une répartition en domaines orientés suivant les directions de facile aimantation du type [100].
  • Or, les mécanismes d'aimantation les plus faciles font intervenir les déplacements de parois, dites parois de BLOCH, entre domaines voisins. Il est donc avantageux dans les tôles N.O. d'orienter préférentiellement ces domaines dans la direction de circulation du flux.
  • Les tôles d'acier au silicium non orientées sont en général classées d'après leurs pertes spécifiques W15150 (pertes pour une induction crète B = 1,5 Tesla à 50 Hertz exprimées en watts par kilogramme) et leur induction magnétique Bsocc, en Tesla (induction magnétique induite dans un champ d'excitation de 5000 A/m). La tôle d'acier de la qualité la plus haute figurant dans la JIS (norme industrielle japonaise) C2552 (1986) est la qualité 35.A.230 (épaisseur 0,35 mm, W15/50 ≦ 2,30 W/Kg et Bs occ z 1,60 T).
  • On connait par le brevet français FR-A-2 316 338, un procédé de fabrication de tôles d'acier au silicium, du type à grains non orientés, avec de faibles pertes et une forte induction magnétique.
  • Ce procédé s'applique à des tôles d'acier au silicium laminées à chaud contenant au plus 0,020% de carbone, 2,5 à 3,5% de silicium, 0,1 à 1,0% de manganèse et 0,3 à 1,5% d'Aluminium, le reste étant constitué par du fer et des impuretés accidentelles. Après un laminage à froid en au moins deux étapes, avec un recuit intermédiaire et un recuit final en continu pour obtenir l'épaisseur finale, !e procédé prévoit que les teneurs en soufre et oxygène sont limitées respectivement à au plus 0,0025% et 0.005% et que le laminage à froid final a un taux de réduction compris entre 40 et 70%. Les pourcentages apportés sont exprimés en concentrations pondérales.
  • Avec une telle composition les résultats suivants sont obtenus :
    • - pertes dans le fer W15/50, c'est à dire en watts/kilogramme à 50Hz pour B = 1,5 Tesla, sensiblement égales à 2,3 W/kg pour une épaisseur de 0,35mm.
    • - induction magnétique Bsooo, (c'est à dire l'induction magnétique dans un champ de 5000 A/m) de 1,70 Tesla pour une épaisseur de 0,35 mm.
    • - allongement relatif à la rupture mesurée en sens long : 26%.
    • - allongement relatif à la rupture mesurée en sens travers : 29%.
  • Ces caractéristiques favorables sont obtenues après un recuit intermédiaire ne dépassant pas 950 C conduit en atmosphère d'hydrogène sec, suivi d'une décarburation à 825 °C et d'un recuit final à 1050 °C en atmosphère d'hydrogène sec également.
  • Un essai comparatif a été effectué avec un échantillon ayant la même composition, avec une décarburation et un recuit final identique, mais avec une température de recuit intermédiaire de 1050° C.
  • Les pertes dans le fer W15/50 et l'induction magnétique Bsooo obtenues sont sensiblement les mêmes, mais dans ce cas, l'allongement relatif à la rupture mesurée dans le sens de laminage est de 3% et l'allongement relatif à la rupture mesurée dans le sens travers est de 10%.
  • Ces résultats montrent qu'avec une tôle d'acier ayant la composition du FR-A-2.316.338 et avec un recuit intermédiaire supérieur à 950° C, la tôle devient trop fragile et le laminage à l'épaisseur finale devient impossible.
  • Il est à noter que tous les exemples du FR-A-2.316.338 sont décrits avec une proportion de silicium comprise entre 2,5% et 3,5% et une proportion d'aluminium ne dépassant pas 1,5%, l'acier devenant trop fragile dans le cas où le pourcentage d'aluminium dépasse cette valeur.
  • Il ressort donc de ce brevet que l'addition d'aluminium, en quantité croissante, provoque une fragilisation de plus en plus marquée de l'alliage.
  • La présente invention a donc pour but d'éviter ces inconvénients tout en augmentant le pourcentage d'aluminium et en diminuant le pourcentage de silicium contrairement au FR-A-2.316.338, et de proposer une tôle magnétique contenant notamment du fer, du silicium et de l'aluminium possédant une texture dite cubique, c'est à dire possédant deux directions de facile aimantation dans le plan de la tôle, l'une confondue avec la direction de laminage, l'autre avec la direction travers, et dont les propriétés magnétiques sont améliorées par rapport aux tôles fer-silicium non orientées existantes, en particulier, la perméabilité dans des champs d'excitation de grande amplitude et les pertes spécifiques à fréquence industrielle pour une valeur crête de l'induction de 1,5 Tesla ou plus, le tout avec des propriétés mécaniques comparables à celles des tôles fer-silicium non orientées d'usage courant.
  • Selon l'invention, la tôle magnétique est obtenue à partir d'une bande d'acier laminée à chaud contenant notamment du fer, du silicium et de l'aluminium, caractérisée en ce que sa composition pondérale est la suivante :
    • - Silicium inférieur à 3,3%
    • - Aluminium compris entre 1,5 et 8%
    • - Manganèse inférieur à 0,2%
    • - Somme des résidus métalliques (Nickel, Chrome, Molybdène, Titane, Cuivre) inférieur à 0,1%
    • - Carbone inférieur à 30.10-4%, soufre inférieur à 20.10-4%, azote inférieur à 20.10-4%, oxygène inférieur à 20.10-4%, phosphore inférieur à 50.10-4%.
    • - le reste étant du fer,

    et en ce que la bande d'acier issue du laminage à chaud, soumise à deux laminages à froid séparés par un recuit intermédiaire et suivis d'un recuit final, le taux de réduction du laminage à froid final étant compris entre 50 et 80%, de préférence entre 60 et 75%, présente une texture de type cubique, 40% au moins des grains ne s'écartant pas de plus de 15" de l'orientation cubique idéale (100) [001 en notation de MILLER.
  • Selon d'autres caractéristques,
    • - la somme des pourcentages de silicium et d'aluminium est inférieure à 9% en concentration pondérale,
    • - la teneur en silicium est de préférence inférieure à 2,5% en concentration pondérale,
    • - la teneur en aluminium est de préférence comprise entre 1,5 et 5% en concentration pondérale,
    • - le recuit intermédiaire est effectué en continu à une température supérieure à 950` C pendant 1 à 5 minutes,
    • - le recuit final est effectué en continu à une température comprise entre 950 et 1100 ° C pendant 1 à 5 minutes.
    • - le recuit final est effectué en statique à une température comprise entre 1000" et 1100° C pendant 1 à 5 heures.
  • La tôle magnétique selon l'invention contenant notamment du fer, du silicium et de l'aluminium se caractérisé en ce que la texture cubique présente des caractéristiques d'anisotropie magnétocristalline qui, mesurées suivant la méthode de la balance de torsion, ont pour le grand maximum (Mi) et le petit maximum (m2) des valeurs supérieures à 8000 to 5600 J/m3 et pour le coefficient d'anisotropie p =
    Figure imgb0001
    une valeur supérieure à 0,70.
  • La tôle magnétique selon l'invention se caractérisé en outre en ce que les directions de facile aimantation sont la direction de laminage et la direction perpendiculaire au laminage dans le plan de la tôle.
  • Les essais décrits ci-dessous en regard des dessins annexés déterminent les caractéristiques de la tôle magnétique selon l'invention.
    • - la Fig. 1 représente l'évolution des maxima m2, M, du couple d'anisotropie mesurés à l'épaisseur intermédiaire après un premier laminage à froid et un recuit, en fonction de l'épaisseur intermédiaire.
    • - la Fig. 2 représente l'évolution des pertes à 1T-50Hz en fonction de la température du recuit final pour l'épaisseur de 0,35mm.
    • - la Fig. 3 représente l'évolution des pertes à 1,5 T-50Hz en fonction de la température du recuit final pour l'épaisseur de 0,35 mm.
    • - la Fig. 4 représente l'évolution des inductions Bsoo et B2500 pour les champs d'excitation de 800Aim et 2500 Am en fonction de la température du traitement final.
  • Les différentes étapes du cycle de fabrication ont des influences plus ou moins marquées sur les caractéristiques de la tôle obtenue, notamment la texture, les pertes, l'induction, ainsi que cela va être décrit à l'aide de plusieurs exemples.
  • Des essais ont été conduits pour vérifier l'influence de la texture de solidification initiale du lingot de l'acier de base sur la texture finale de la tôle.
  • Deux formes de lingotières ont été utilisées, l'une de forme parallélépipédique. l'autre de forme cylindrique.
  • Ces formes simulent les phénomènes susceptibles de se produire au cours d'une solidification, l'une en coulée continue et l'autre par la voie lingot.
  • Une analyse des textures par la technique des figures de corrosion montre que les deux lingots ne présentent pas de texture de solidification particulièrement marquée. Les tôles obtenues à partir des deux lingots de formes différentes ont des propriétés magnétiques très proches et des tailles de grains également semblables, forme initiale du lingot n'a pas de conséquence significative sur la texture des tôles qui en résulte après le traitement thermique.
  • Le lingot de l'acier de base est soumis à un laminage à chaud pour obtenir une tôle d'acier d'une épaisseur d'environ 2,5 mm. Le cycle de traitement de la bande d'acier laminée à chaud selon l'invention est le suivant
    • - Décapage,
    • - 1er laminage à froid à l'épaisseur de 1 mm,
    • - Recuit intermédiaire en continu à 1020° C durant 2mn,
    • - 2ème laminage à froid à l'épaisseur de 0,35 mm,
    • - Recuit final statique à 1050° C durant 3 heures.
  • Les caractéristiques des échantillons sont mesurées :
    • a - par analyse chimique,
    • b - par mesure optique pour la détermination de la dimension des grains,
    • c - par la mesure des pertes magnétiques,
    • d - par la mesure du couple d'anisotropie.
  • La mesure du couple d'anisotropie se fait au moyen d'une balance de torsion. Le principe de la mesure est le suivant :
    • Après le repérage de la direction de laminage, on découpe par poinçonnage dans la tôle, un disque d'un diamètre d'environ 15 mm. Ce disque est ensuite mis en place sur un support horizontal, mobile autour d'un axe vertical, et un champ magnétique extérieur sature l'échantillon dans une direction variable du plan horizontal repérée par l'angle que fait l'aimantation avec la direction de laminage. En présence d'une énergie d'anisotropie volumique, le disque échantillon est soumis à un couple, qui tend à aligner l'aimantation du disque suivant l'une des directions privilégiées dites de facile aimantation.
  • La mesure consiste à faire varier l'angle que fait l'aimantation avec la direction de laminage et à relever le couple mécanique qu'il faut exercer sur le disque pour le maintenir fixe.
  • Le module du couple en fonction de l'angle que fait l'aimantation avec la direction de laminage a sensiblement une allure sinusoïdale ayant deux maxima successifs différents M< et m2 où M, est le grand maximum et m2 le petit maximum, l'anisotropie étant carractérisée par le rapport ρ =
    Figure imgb0002
    squi tend vers 1 dans le cas d'une anisotropie idéale, alors que la qualité de la texture cubique est d'autant meilleure que M1 et m2 sont plus élevés.
  • Le cycle de traitement de la bande d'acier laminée à chaud comprend deux laminages à froid et la détermination de l'influence des taux de réduction au cours de ces laminages est importante pour caractériser l'évolution de la texture. La mesure du couple d'anisotropie est un paramètre qui permet d'apprécier cette évolution.
  • La bande d'acier laminée à chaud est réduite après un premier laminage à froid à une épaisseur intermédiaire variant de 0,7 mm à 2 mm.
  • L'étude du couple d'anisotropie magnétocristalline après le premier recuit intermédiaire permet de connaître la ou les directions de facile aimantation, et les modifications de la courbe de couple d'anisotropie permettent de repérer les modifications de texture.
  • Le tableau 1 présente les résultats des mesures de couples d'anisotropie obtenus sur la bande réduite à l'épaisseur indiquée, d'un acier selon l'invention de composition Si, 1,92%, AL 1,86%.
    Figure imgb0003
  • Ces résultats montrent que pour un premier taux de laminage à froid convenable, certains échantillons possèdent une texture d'allure cubique avec deux directions de facile aimantation bien marquées respectivement parallèles et perpendiculaires à la direction de laminage.
  • Les variations de m2 et Mi, et la valeur mesurée de p en fonction de l'épaisseur intermédiaire, représentées sur la figure 1, montrent que la texture n'est par très sensible à la variation de l'épaisseur inermédiaire entre 0,7 et 1,5 mm, mais se dégrade hors de ces limites.
  • La texture finale peut être influencée par le recuit intermédiaire du cycle de fabrication selon l'invention notamment par l'atmosphère lors de ce traitement thermique.
  • Le recuit intermédiaire à une épaisseur-de 1 mm est effectué en atmosphère sèche d'hydrogène purifié, puis en faisant varier le taux d'oxygène.
  • Le tableau Il récapitule les résultats obtenus au stade intermédiaire 1 mm et au stade final 0,35 mm, pour les petits et grands maxima, ainsi que les coefficients d'anisotropie correspondants, la composition de l'acier étant Si 1,92%, AL 1,86%.
    Figure imgb0004
  • Les valeurs de p étant plus élevées après des traitements thermiques en atmosphère sèche, on en déduit que l'utilisation d'une atmosphère humide est moins favorable qu'une atmosphère sèche pour l'obtention d'une texture cubique.
  • Le rôle du recuit final est important puisque le recuit doit réparer les défauts introduits par le second laminage à froid et, de plus, la tôle issue de ce recuit final est directement utilisée. Les caractéristiques après le recuit final sont donc les caractéristiques définitives.
  • Deux séries d'essais ont permis d'étudier les caractéristiques des tôles obtenues après recuit final statique, en fonction d'une part de la variation de la température utilisée du recuit final en statique et d'autre part en fonction de temps de maintien en température.
  • Les mesures de couple d'anisotropie sont indiquées dans le tableau III pour l'épaisseur de 0,35 mm, en fonction de la température du recuit final.
    Figure imgb0005
  • La température de traitement thermique n'a pas d'influence significative sur les courbes d'anisotropie, par contre l'étude des pertes magnétiques mesurées respectivement à deux valeurs d'induction de 1 Tesla et de 1,5 Tesla comme représentées sur les figures 2 et 3 montre une augmentation néfaste desdites pertes magnétiques, au-dessus d'une température de recuit final de 1050° C et au-dessous de 950° C.
  • De même, les valeurs d'aimantation en fonction des températures de recuit final (pour une durée du recuit égale à 1 heure) représentées sur la figure 4 montrent une diminution de l'aimantation lorsque la tempérautre du recuit final augmente.
  • L'étude des pertes magnétiques et de l'aimantation permet de déterminer un intervalle de température favorable pour le recuit final, compris entre 1000 et 1100 C.
  • Les mesures d'anisotropie en fonction de la durée du recuit final à 1000°C sont regroupées dans le tableau IV ci-dessous.
    Figure imgb0006
  • La durée du recuit final n'influe pas sur la valeur de l'anisotropie au-delà d'un certain stade, car les grains atteignent une taille telle qu'ils traversent la tôle et que leur croissance s'arrête. A partir de cet état, la texture n'évolue plus.
  • Le recuit intermédiaire peut être effectué en continu à une température supérieure à 950 C pendant 1 à 5mn, et le recuit final à une température comprise entre 950 et 1100 C également pendant 1 à 5 mn.
  • Parmi les impuretés que l'on trouve inévitablement dans les alliages utilisés pour la fabrication des tôles magnétiques fer - silicium -aluminium, les quatre éléments soufre, carbone, oxygène et azote engendrent des détériorations au niveau des caractéristiques magnétiques.
  • Les deux exemples suivants montrent l'influence de ces éléments sur l'anisotropie.
  • Le traitement de tôles d'acier contenant du silicium et de l'aluminium dans les proportions suivantes:
    • - silicium inférieur à 3,3% de préférence inférieur à 2,5%
    • - aluminium compris entre 1,5 et 8% de préférence compris entre 1,5 et 5% en concentration pondérale tel que la somme des pourcentages de silicium et d'aluminium ne dépasse pas 9% en concentration pondérale.
  • Ce traitement comprenant les étapes suivantes :
    • - un laminage à chaud
    • - un décapage
    • - un premier laminage à froid
    • - un recuit intermédiaire
    • - un deuxième laminage à froid
    • - un recuit final

    permet d'obtenir une tôle ayant une texture générale de type cubique, 40% au moins des grains ne s'écartant pas de plus de 15° de l'orientation cubique idéale (100) [001] en notation de MILLER.
  • Dans l'exemple 1, la composition de l'acier est donnée dans le tableau V.
    Figure imgb0007
  • Les échantillons sont élaborés à partir d'une tôle laminée à chaud réduite à une épaisseur intermédiaire de 1 mm, puis recuite sous H2 pendant 2 mn à la température de 1020° C.
  • Les valeurs caractéristiques de la mesure du couple d'anisotropie sont alors de :
    • Mi = 5000 J/m3 m2 = 4300J/m3 p = 0,85
  • L'anisotropie de la tôle est peu marquée, mais présente déjà une structure cubique, le rapport des maxima étant p = 0,85.
  • Un laminage à froid est ensuite réalisé pour obtenir des échantillons de 0,35 mm d'épaisseur qui sont soumis à un recuit sous H2 pendant 3 heures à 1050° C.
  • On peut caractériser la tôle obtenue par les résultats suivants :
    • - pertes à 1 Tesla - 50 Hz = 0,80 w/kg
    • - pertes à 1,5 Tesla - 50 Hz = 2,00 w/kg
    • - induction pour un champ continu
    • de 800 A/m : 1,50 T
    • de 2500 A/m : 2,63 T
    • - M1 = 9000 J/m3
    • - m2 = 6800 J/m 3
    • - p = 0,76
  • Le matériau obtenu au stade final est fortement anisotrope. Il présente une texture marquée, également d'allure cubique ( p = 0,76). Il est à noter, dans ce cas, que la texture obtenue équivaut à un mélange comprenant 46% d'une texture (100) [001] pure, le reste du matériau étant parfaitement isotrope. Que ce soit au stade intermédiaire, ou au stade final, la direction de laminage et la direction perpendiculaire à la direction de laminage peuvent être considérées comme des directions de facile aimantation.
  • Dans l'exemple 2, la composition de l'acier est donnée par la tableau VI suivant :
    Figure imgb0008
  • Le mode opératoire pour l'obtention des échantillons reste identique à celui décrit dans l'exemple 1.
  • Les valeurs caractéristiques du couple d'anisotropie et les pertes magnétiques sont dans ce cas :
    • Mi = 10200 J/m3 m2 = 8300 J/m3 p = 0,81
    • pertes à 1 Tesla-50Hz = 0,76 w/Kg
    • pertes à 1,5 Tesla-50Hz = 1,74 w/Kg
    • Baoo = 1,52 T B2500 =1,64T
  • Dans ce deuxième exemple, nous avons obtenu un pourcentage de texture cubique plus important que dans l'exemple 1 et nous pouvons remarquer qu'aussi bien les caractéristiques de pertes et que celles de l'aimantation sont améliorées.
  • La présente invention apporte une amélioration des propriétés magnétiques par rapport aux tôles fer-silicium non orientées existantes, tout en ayant des propriétés mécaniques comparables à celles des tôles fer-silicium non orientées d'usage courant.

Claims (9)

1. Tôle magnétique obtenue à partir d'une bande d'acier laminée à chaud, contenant notamment du fer, du silicium et de l'aluminium, caractérisée en ce que sa composition pondérale est la suivante :
- Silicium inférieur à 3,3%
- Aluminium compris entre 1,5 et 8%
- Manganèse inférieur à 0,2%
- Somme des résidus métalliques (Nickel, Chrome, Molybdène, Titane, Cuivre) inférieure à 0,1%
- Carbone inférieur à 30.10-4%, Soufre inférieur à 20.10-4%, Azote inférieur à 20.10-4%,
- Oxygène inférieur à 20.10-4%, phosphore inférieur à 50.10-4%,
- le reste étant du fer,

et en ce que le bande d'acier, issue du laminage à chaud, soumise à deux laminages à froid, séparés par un recuit intermédiaire et suivis d'un recuit final, le taux de réduction du laminage à froid final étant compris entre 50 et 80%, de préférence entre 60 et 75%, présente une texture de type cubique, 40% au moins des grains ne s'écartant pas de plus de 15° de l'orientation cubique idéale (100) 001 en notation de MILLER.
2. Tôle magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la somme des pourcentages de silicium et d'aluminium est inférieure à 9% en concentration pondérale.
3. Tôle magnétique selon les revneidcations 1 et 2, caractérisée en ce que la teneur en silicium est de préférence inférieure à 2,5% en concentration pondérale.
4. Tôle magnétique selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la teneur en aluminium est de préférence comprise entre 1,5 et 5% en concentration pondérale;
5. Tôle magnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le recuit intermédiaire est effectué en continu à une température supérieure à 950° C pendant 1 à 5 minutes.
6. Tôle magnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le recuit final est effectué en continu à une température comprise entre 950° et 1100 C pendant 1 à 5 minutes.
7. Tôle magnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le recuit final est effectué en statique à une température comprise entre 1000 et 1100 C pendant 1 à 5 heures.
8. Tôle magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la texture cubique présente des caractéristiques d'anisotropie magnétocristalline qui, mesurées suivant la méthode de la balance de torsion, ont pour le grand maximum (Mi) et la petit maxima (m2) des valeurs supérieures à 8000 et 5600 J/m3 et pour le coefficient d'anisotropie
m2 une valeur supérieure à 0,70.
M,
9. Tôle magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les directions de facile aimantation sont la direction de laminage et la direction perpendiculaire au laminage dans le plan de la tôle.
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