FR2462479A1 - Procede de fabrication de toles magnetiques par laminage - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LES OPERATIONS DE REDUCTION D'EPAISSEUR DES BANDES D'ACIER LAMINEES A CHAUD. ELLE SE RAPPORTE A UN PROCEDE SELON LEQUEL, APRES UNE OPERATION DE LAMINAGE A FROID QUI REDUIT LA BANDE LAMINEE A CHAUD EN UN FEUILLARD D'EPAISSEUR INTERMEDIAIRE, ET AVANT UN LAMINAGE FINAL A FROID QUI REDUIT L'EPAISSEUR DU FEUILLARD INTERMEDIAIRE A CELLE DU FEUILLARD FINAL, LE FEUILLARD SUBIT UN TRAITEMENT THERMIQUE A BASSE TEMPERATURE, SUFFISANT A LA REVERSION DE LA STRUCTURE LAMINEE A FROID ET A LA RELAXATION DES CONTRAINTES RESIDUELLES, MAIS NE PROVOQUANT PAS LA RECRISTALLISATION DE LA MATIERE DU FEUILLARD. APPLICATION A LA FABRICATION DES TOLES MAGNETIQUES AU SILICIUM POUR NOYAUX DE TRANSFORMATEURS.
Description
La présente invention concerne le laminage des tôles et plus précisément
un procédé de laminage d'un alliage fer-silicium, par mise en oeuvre d'au moins deux opérations séparées de réduction d'épaisseur par laminage à froid, jusqu'à une épaisseur finale et
sans réduction des qualités magnétiques. Plus précisé-
ment, l'invention concerne un traitement thermique interné-
diaire de réversion à basse température et de courte durée, appliqué à la matière en bande ou en feuillard entre plusieurs opérations de réduction
d'épaisseur par laminage à froid.
Divers procédés de fabrication de bandes ou de feuillards d'acier au silicium sont déjà décrits dans
la littérature, par exemple dans les brevets des Etats-
Unis d'Amérique n0 2 867 557, 2 599 340 et 3 933 024.
Au cours de la fabrication d'un feuillard d'acier au
silicium, une brame peut être préchauffée à une tempéra-
ture comprise entre environ 870 et 13150C, puis laminée à chaud sous forme d'un feuillard dont l'épaisseur est
comprise entre environ 1,5 et 4 mm.La matière est sou-
vent appelée "bande laminée à chaud" et son épaisseur
est appelée "épaisseur de la bande laminée à chaud".
Après cette opération de laminage à chaud, la bande
peut être recuite, décapée, séchée, huilée et réenrou-
lée en vue d'un traitement ultérieur. Ensuite, la bande laminée àchaud peut subir une découpe des bords avant passage entre des cylindres de laminage à froid destinés
à réduire l'épaisseur. La matière en bande ou en feuil-
lard est par exemple réduite à une épaisseur intermédiai-
re comprise entre 0,5 et 1 mm par exemple, au cours d'une première opération de laminage à froid. Cette opération peut être effectuée dans un laminoir, par exemple un laminoir tandem ayant trois à cinq cages, un laminoir
réversible à une seule cage ou un laminoir analogue.
Le feuillard d'épaisseur intermédiaire est alors laminé à froid à l'épaisseur finale au cours d'une seconde
opération de laminage à froid qui peut aussi être ef-
fectuée dans le même laminoir ou dans un laminoir diffé-
rent. L'épaisseur finale d'un feuillard magnétique est en généralcomprise entre 0,15 et 0,45 mm. Après le laminage à l'épaisseur finale, le feuillard subit par exemple une décarburation, un revêtement et un recuit. Le laminage d'une matière du type d'un alliage
fer-silicium à partir de la bande laminée à chaud jus-
qu'à l'épaisseur finale est effectué en deux opérations séparées de laminage à froid étant donné les restrictions imposées à chaque opération de laminage à froid. Ces restrictions qui peuvent empêcher la réduction jusqu'à l'épaisseur finale de la bande laminée à chaud, en une seule opération, pIrtent sur la puissance nécessaire, la nature du mécanisme d'entraînement utilisé, les diamètres des cyl!ndres de travail et analogue. En conséquence, dans
l'industrie, la bande laminée à chaud subit habituelle-
ment un premier laminage à froid jusqu'à une épaisseur intermédiaire puis un laminage à froid de la matière ayant cette épaisseur jusqlà l'épaisseur finale, dans le
même laminoir ou un autre laminoir à froid.
La matière sous forme de feuillard peut subir un traitement thermique entre les étapes de laminage à froid intermédiaire et finale. Comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 843 422, ce traitement thermique intermédiaire ou recuit peut comprendre le chauffage de la matière à une température d'environ
9400C pendant un temps qui suffit à la recristallisa-
tion de la structure granulaire. On considère que ce traitement thermique est nécessaire au retrait des contraintes résiduelles importantes qui ont été créées
dans la matière pendant la première opération de lami-
nage à froid. En l'absence du traitementthermique, la matière pourrait se fissurer ou se fendre, surtout
dans la direction longitudinale de laminage, lorsqu'el-
le subit ultérieurement des forces finales de laminage à froid. Cette opération de recuit intermédiaire qui
peut être appelée "traitement thermique de recristalli-
sation" assure une relaxation des contraintes induites dans la matière pendant le laminage à froid initial et permet la poursuite du laminage à froid de la matière recristallisée sans difficultés excessives. Ce recuit intermédiaire est avantageux pour la majorité des feuillards mais il nécessite une puissance importante pour l'obtention des températures nécessaires à la recristallisation de la matière. Bien que ce traitement thermique ait pour effet de permettre une réduction supplémentaire d'épaisseur par laminage à froid par relaxation des contraintes individuelles, on considère que la structure granulaire de la matière doit être recristallisée pendant ce traitement thermique afin que les qualités magnétiques du feuillard d'épaisseur
finale soient conservées.
Dans certains alliages fer-silicium, couram-
ment appelés "aciers à perméabilité élevée", les trai-
tement thermiques de recristallisation ne sont pas uti-
lisés à chaque étape deréduction de l'épaisseur de la bande laminée à chaud à l'épaisseur finale. Cependant, lors de l'utilisation d'au moins deux opérations de laminage pour la réduction de l'épaisseur d'un tel feuillard, on observe une quantité importante de ruptures du feuillard et une perte de rendement dans la seconde opération de laminage à froid étant donné la nature
fragile de la matière.
Ainsi, un autre procédé efficace de traite-
ment d'un feuillard magnétique intermédiaire ayant subi un laminage à froid est souhaitable afin qu'il permette une réduction plus importante d'épaisseur par laminage
à froid tout en conservant au produit final ses proprié-
tés magnégiques.
On peut considérer succintement que l'invention
concerne un procédé perfectionné de réduction d'une ban-
de laminée à chaud sous forme d'un feuillard magnétique d'épaisseur finale, avec conservation des propriétés magnétiques du feuillard. Selon ce procédé, la bande laminée à chaud subit une opération intermédiaire et une opération finale de laminage à froid assurant une réduction progressive d'épaisseur, avant le recuit final de la matière. L'invention se caractérise par le chauffage de la matière entre les opérations de
laminage intermédiaire et final à froid, à une tempé-
rature qui suffit à la réversion de la structure qui a été laminée à froid et à la relaxation des contraintes
résiduelles de la matière ayant subi le laminage inter-
médiaire à froid sans que la matière du feuillard -pré-
sente une recristallisation importante.
Un avantage de l'invention est que le procédé de laminage à froid d'un feuillard magnétique conserve
les qualités magnétiques élevées du produit.
L'invention concerne ainsi un procédé de rela-
xation des contraintes d'un feuillard magnétique d'épais-
seur intermédiaire, sans recristallisation, avant lami-
nage final à froid, par mise en oeuvre d'une opération de traitement thermique qui peut être introduite au
cours des opérations.
L'invention concerne aussi un procédé de re-
laxation des contraintes dans un feuillard d'alliage
fer-silicium d'épaisseur intermédiaire, à une tempéra-
ture relativement faible, avant le laminage à froid à
l'épaisseur finale.
L'invention concerne un procédé de traitement
thermique de réversion d'un feuillard d'alliage fer-
silicium d'épaisseur intermédiaire, à température re-
lativement basse, avant le laminage à froid du feuillard sous forme de la matière d'épaisseur finale voulue. L'invention concerne aussi un procédé de
traitement thermique d'un feuillard d'alliage fer-
silicium d'épaisseur intermédiaire, à température re-
lativement basse, afin que la sensibilité de la matière
auxcontraintes appliquées soit améliorée lors du lami-
nage final à froid.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la
description détaillée qui va suivre d'exemples de ré-
alisation. Comme indiqué précédemment, on constate qu'un recuit intermédiaire du feuillard est avantageux pour la relaxation des contraintes résiduelles élevées créées dans une opération intermédiaire de laminage
à froid. Cependant, ce recuit est effectué à des tem-
pératures si élevées qu'elles provoquent la recristal-
lisation de la matière ayant l'épaisseur intermédiaire.
L'invention concerne un procédé perfectionné de réduction de l'épaisseur d'une bande laminée à chaud d'une matière magnétique, en un produit ayant
l'épaisseur finale, par mise en oeuvre de deux opéra-
tions séparées de laminage à froid. Les matières ma-
gnétiques obtenues selon l'invention sont des aciers sous forme d'alliages fer-silicium, par exemple des aciers au silicium à grain orienté, contenant 2,0 à 5,0 % et de préférence 3,00 à 3,50 % de silicium. Ces alliages fer-silicium ont une résistivité accrue et
une perméabilité élevée à l'état recuit. Une utilisa-
tion courante de ces matières sous forme de feuillards
est la fabrication des noyaux de transformateurs. Lors-
qu'elles sont utilisées dans de tels noyaux, ces ma-
tières présentent des pertes fortement réduites dans le noyau. La conservation des propriétés magnétiques telles que la perméabilité, est un but avantageux qui peut être atteint par mise en oeuvre du procédé de
l'invention.
Le procédé de laminage à chaud de l'acier sous forme d'une bande laminée à chaud est bien connu dans la technique. Le laminage à chaud des brames d'acier, préchauffées à une température comprise entre environ 870 et 13150C par exemple, permet la réduction de la tôle en une bande laminée à chaud dont l'épaisseur
est comprise entre 1,5 et 4 mm environ. Lors de la fa-
brication du feuillard, la réduction finale d'épaisseur est effectuée le plus souvent par laminage à froid. Ce laminage à froid de la bande laminée à chaud comprend
le passage d'un feuillard non chauffé entre des cylin-
dres assurant une plus grande réduction d'épaisseur. La réduction d'épaisseur à froid peut être effectuée au cours de plusieurs opérations séparées, par exemple au cours d'un certain nombre de passages
du feuillard dans un laminoir tandem à froid. La ré-
duction d'épaisseur à froid est habituellement de l'or-
dre de 25 à 90 % de l'épaisseur du feuillard introduit.
Par exemple, l'épaisseur d'une bande laminée à chaud, comprise entre 1,5 et 4 mm, peut être réduite, au cours d'une opération de laminage à froid intermédiaire, à
une valeur comprise entre 0,5 et 1 mm et peut être en-
- suite réduite à une valeur comprise entre 0,15 et
0,45 mm dans une opération finale de laminage à froid.
Par exemple, le feuillard subit un traitement thermi-
que de recristallisation ou un recuit entre les opéra-
tions intermédiaire et finale de laminage à froid afin
que le laminage final à froid ne pose pas de problèmes.
En l'absence du traitement thermique intermédiaire, l'opération ultérieure de laminage à froid a tendance à provoquer des défauts dans le feuillard, c'est-à-dire que celui-ci présente des fissures et des fentes dans
la direction longitudinale de laminage et/ou en direc-
tion transversale, lors de l'application ultérieure de
forces de laminage à froid.
L'invention concerne un procédé perfectionné de fabrication d'un feuillard d'alliage fer-silicium, ayant l'épaisseur finale voulue, au cours duquel la
matière subit un traitement thermique à basse tempéra-
ture, entre les 'réductions intermédiaire et finale
d'épaisseur par laminage à froid, ce traitement évi-
tant la recristallisation mais favorisant une réduc-
tion finale efficace d'épaisseur sans formation de dé-
fauts. Une caractéristique particulièrement originale
du procédé de l'invention est que, étant donné la sup-
pression de la recristallisation de la matière du feuillard par un traitement thermique contrôlé de réversion, les propriétés magnétiques du produit final recuit sont conservées, par comparaison à celles d'un feuillard magnétique laminé par mise en oeuvre des
procédés connus.
Selon l'invention, la matière ayant l'épaisseur intermédiaire est portée à une température qui favorise la réversion de la structure ayant subi le laminage à
froid et qui assure la relaxation des contraintes ré-
siduelles créées dans l'opération intermédiaire de la-
minage à froid. Cependant, de façon importante, la tempé-
rature et la durée de ce traitement thermique intermé-
diaire doivent être inférieures à celles qui permettent
à: la matière de présenter une recristallisation notable.
On constate qu'une température comprise entre environ
et 5950C peut être utilisée pour ce traitement ther-
mique qui permet à la matière de subir ensuite un la-
minage final à froid sans défaillance. On constate que les aciers électriques classiques, c'est-à-dire les aciers au silicium à grain orienté, ont tendance à
présenter une recristallisation lorsqu'ils sont expo-
sés à des températures supérieures à 6200C pendant un temps excessif tel que 30 à 45 s. En conséquence, bien
que la température du traitement thermique intermédiai-
re ne doive pas dépasser notablement 5950C, le dépasse-
ment de cette température pendant une faible durée,
par exemple moins de 10 % du temps total de traite-
ment thermique, ne permet pas une recristallisation
notable de la matière.
Les temps de traitement thermique intermédi-
aire sont par exemple compris entre 30 s. et 60 min, aux températures nécessaires, afin que la réversion de la
structure laminée à froid et la relaxation des con-
traintes soient assurées. Les hommes du métier peuvent noter que les durées et les températures varient en sens
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inverses les unes par rapport aux autres, lors de la
mise en oeuvre de l'invention.
La détermination du fait que le traitement thermique a assuré la réversion et la relaxation des contraintes est effectuée par une procédure(spéciale
d'essai, mettant en oeuvre des échantillons de la ma-
tière. Des essais de tension peuvent donner une indi-
cation sur l'effet du traitement thermique, en ce qui
concerne l'augmentation de la résistance à la rupture.
L'essai doit être effectué par application d'une force de traction à une première extrémité d'un échantillon, à une vitesse de 25 cm/s environ de déplacement des mâchoires, à l'aide d'une configuration géométrique particulière des échantillons. Les dimensions les plus avantageuses pour un tel échantillon sont une longueur totale d'environ 14 cm, et une largeur d'environ 3,2 cm, au niveau des flasques formés à chaque extrémité de
l'échantillon. Ces flasques ont une forme évasée rac-
cordée- par un rayonde3,2 cm, à une partie centrale de dimension réduite ayant une longueur de 6,35 mm et une largeur de 6,35 mm. Les hommes du métier peuvent aussi déterminer que la réversion de la structure ayant subi le laminage à froid a eu lieu par observation
d'un échantillon de la matière ayant subi le traite-
ment thermique, à l'aide d'un microscope électronique.
Un grandissement de 20 000 peut facilement montrer les changements de la sous-structure, représentatifs de
l'opération de réversion. Les changements observés doi-
vent présenter une réduction de la densité des disloca-
tions présentes et un réarrangement de ces dislocations suivant un dessin géométrique, par exemple sous forme de réseaux polygonaux ayant des limites de sous-grains formant des angles faibles. Ces-angles faibles, par exemple inférieurs à 200, indiquent une réversion sans cristallisation alors que les angles élevés indiquent des températures élevées de recuit qui provoquent une recristallisation. La détermination du fait que les grains de la
matière présentent une recristallisation peut être ef-
fectuée par des opérations de routine, par observation de la matière, par exemple au microscope électronique, avec un grandissement d'environ 10 000. Il faut noter que la recristallisation de quelques grains n'a pas
d'effets nuisibles sur la matière ayant subi le traite-
ment thermique selon l'invention.
En outre, le traitement thermique intermé-
diaire doit être effectué en atmosphère non oxydante.
Cette atmosphère peut être formée à 100 % d'azote, ou
d'un mélange d'hydrogène et d'azote, ou d'un gaz inerte.
Il faut noter en outre que des traitements de dégraissa-
ge et de nettoyage peuvent être effectués avant le trai-
tement thermique intermédiaire de réversion et de re-
laxation des contraintes de la matière le cas échéant.
Lors de la mise en oeuvre du procédé de l'in-
vention, un acier au silicium à grain orienté, ayant subi
un laminage à froid intermédiaire, est soumis à un trai-
tement thermique à basse température selon l'invention.
Le feuillard subit ce traitement thermique de réversion sans recristallisation, par passages consécutifs dans sept zones d'un tronçon chauffé à tube chauffant, puis dans onze zones d'un tronçon assurant un maintien en température par chauffage électrique. Les températures
du four, indiquées dans le tableau qui suit, correspon-
dent aux températures du tronçon à tube chauffant et
du tronçon de maintien en température respectivement.
Températu-
re du four Oc
621/482
621/482
566/441
566/441
566/454
Vitesse
du feuil-
lard, m/mrin ,7 34,1 48,8 42,7 34,1
TABLEAU)
Epaisseur
du feuil-
lard in-
termédiai-
re, mm 0,61 0,61 0,66 0,66 0,66
Températu-
re maxima-
le du feuillard Oc
Durée du trai-
tement ther-
mique 103 s à 482 C s à 538 C 193 s à plus de 480 C 58 s à plus de 400 C s à plus de 400 C s à plus de 425 C 143 s à plus de 4000C Les propriétés magnétiques de la matière ayant
l'épaisseur finale sont comparées à celles d'un feuil-
lard analogue qui n'a pas subi le traitement thermique à basse température selon l'invention. Le tableau qui
suit indique que les propriétés magnétiques du feuil-
lard selon l'invention sont comparables à celles du feuillard connu qui a subi un laminage à froid sans le traitement thermique intermédiaire de réversion selon l'invention.
TABLEAU II
Epaisseur
intermédi-
aire, mm Epaisseur finale, mm Taille de
l'échantil-
lon, nombre de bobines Propriétés magnétiques W/kg à l,7T P à 796 A/m
extré-extré- extré-
mité mité mité riche pauvre pauvre selon l'invention technique antérieure selon l'invention technique antérieure 0,61 0,61 0,66 0,66 0,28 0,28 0,28 0,28
1,58 1,64
1,49 1,53
1,51 1,52
1,46 1,58
F- k- ru O% N o0 Une indication de l'avantage du traitement thermique de l'invention est aussi la réduction du nombre de cassures dans les bobines de feuillard au
cours du laminage final à froid. Lors de la fabrica-
tion du feuillard selon l'invention, 42,8 % des bobi- nes sont fabriqués sans rupture. A titre comparatif, 18,5 % seulement des bobines de feuillard laminé à
froid sans traitement thermique intermédiaire de réver-
sion selon l'invention, ne présentent pas de cassure.
Le traitement thermique de réversion à basse température selon l'invention assure aussi la formation de bords de feuillard plus ductiles qui facilitent l'efficacité de la découpe des bords et de la collecte des déchets formant les bords. En outre, le traitement thermique de réversion permet au feuillard de mieux
se tenir à plat, cette caractéristique étant avanta-
geuse pour la découpe des bords et l'opération de la-
minage, permettant éventuellement une augmentation de
la vitesse du laminage final.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et
procédés qui viennent-d'être décrits uniquement à ti-
tre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (7)
1. Procédé de réduction d'épaisseur d'une bande laminée à chaud sous forme d'un feuillard d'acier formé d'un alliage fer-silicium, ayant une épaisseur finale, avec conservation des qualités magnétiques du feuillard d'épaisseur finale après recuit, le procédé étant du type qui comprend le traitement de la matière dans une opération intermédiaire et dans une opération finale de laminage à froid afin que la réduction d'épaisseur soit progressive avant le recuit final de la matière, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend
le chauffage de la matière entre les opérations intermé-
diaire et finale de laminage à froid, en atmosphère non oxydante, à une température et pendant un temps qui suffisent à la réversion de la structure laminée à froid et à la relaxation des contraintes résiduelles de la matière, mais inférieurs à ceux qui provoqueht un
début de recristallisation des grains de la matière.
2. Procédé de réduction d'épaisseur d'une bande laminée à chaud sous forme d'un feuillard d'acier formé d'un alliage fer-silicium, ayant une épaisseur
finale, afin que le feuillard d'épaisseur finale con-
serve ses qualités magnétiques à l'état recuit, le procédé comprenant le traitement de la matière dans
une opération intermédiaire et dans une opération fi-
nale de laminage à froid afin que la réduction d'é-
paisseur soit progressive avant le recuit final de la matière, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il
comprend le chauffage de la matière, entre les opéra-
tions intermédiaire et finale de laminage à froid, à une température comprise entre environ 150 et 595 C, pendant un temps compris entre environ 30 s et 60 min, enatmosphère non oxydante, afin que la structure de la matière laminée à froid subisse une réversion et que les contraintes résiduelles de cette matière ayant subi
le laminage intermédiaire soient relaxées, sans recris-
tallisation notable de la matière.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'atmosphère non-oxydante est formée par un gaz choisi dans le groupe qui comprend l'hydrogène,
l'azote et leurs mélanges.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur intermédiaire est comprise entre
0,5 et 1 mm.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur finale est comprise entre 0,15 et
0,45 mm.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la bande laminée à chaud est
comprise entre 1,5 et 4 mm.
7. Procédé de réduction d'épaisseur d'une bande laminée à chaud d'acier formé d'alliage fer-silicium, jusqu'à une épaisseur finale, de manière que le feuillard d'épaisseur finale conserve ses propriétés magnétiques à l'état recuit, le procédé étant du type qui comprend le traitement de la bande laminée à chaud au cours d'une opération intermédiaire de laminage à froid afin que l'épaisseur de la bande laminée à chaud, qui est comprise entre-environ 1,5 et 4 mm, soit réduite à une valeur intermédiaire comprise entre environ 0,5 et 1 mm,
le traitement de la matière d'épaisseur inter-
médiaire dans une opération de laminage à froid finale afin que l'épaisseur du feuillard soit réduite de l'épaisseur intermédiaire comprise entre 0,5 et 1 mm environ, à une épaisseur finale comprise entre 0,15 et 0,45 mm environ,
la décarburation de la matière à une tempéra-
ture comprise entre environ 790 et 815'C,
le revêtement de la matière d'une poudre d'oxy-
de de magnésium MgO, et
le recuit du feuillard ayant l'épaisseur fina-
le, à une température comprise entre environ 1095 et
12600C,
ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il
comprend le chauffage du feuillard ayant l'épaisseur in-
termédiaire, avant son introduction dans le laminoir de laminage à froid final, à une température comprise entre environ 150 et 5950C, pendant un temps compris entre environ 30 s et 10 min, en atmosphère non oxydante, afin que la structure laminée à froid subisse une réversion
et que les contraintes résiduelles du feuillard d'épais-
seur intermédiaire soient relaxées, sans recristallisa-
tion de la matière du feuillard.
Applications Claiming Priority (1)
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