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" Perfectionnements aux aciers au silicium et à leur procédé de fabrication".
La présente invention se rapporte d'une façon générale aux procédés de travail des métaux et à des formes ou articles métalliques perfectionnés résultant de l'application de ces procédés.
L'invention est plus particulièrement re- lative à la fabrication de produits en acier laminé et de forme plane tels que des tôles en acier au. sili- cium par exemple, produits qui présentent les proprié- tés électriques voulues qui leur permettent d'être uti- lisés comme tôles pour appareils électriques, par
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exemple pour les noyaux d'induits, pour les noyaux de transformateurs, etc.....
Pendant longtempé, on a eu l'habitude de cons- truire les noyaux de ces appareils au moyen de couches ou tôles métalliques, formées d'alliages spéciaux, dans le but d'obtenir un noyau ou élément analogue ayant un rendement électrique plus grand, c'est-à-dire possé- dant une plus grande perméabilité magnétique et possé- dant une hystérésis magnétique plus faible.
On sait en particulier que des tôles formées d'alliages fer-silicium ou fer-silicium-aluminium cons- tituent des matières de qualité supérieure. En partant de cette constatation, on a effectué de nombreux essais pour améliorer encore le rendement électrique des aciers dits au silicium, en combinant les différents éléments constituants dans des proportions variables, en soumet- tant les alliages ainsi produits à différents traitements thermiques et traitements mécaniques et par d'autres moyens
Conformément à la présente invention, on cherche à obtenir des objets plats tels que des tôles présen- tant une perte plus faible de puissance et une perméabi- lité magnétique plus grande.
On a constaté que l'acier au silicium contenant par exemple de 3 1/2 à 4 1/2 ou 5% de silicium pouvait être traité de telle façon qu'on puisse obtenir un objet fabriqué caractérisé par le fait qu'il présente, après recuit à l'usine, des pertes tota- les de puissance inférieures à 1,3 watts par kilog, lorsqu'il est soumis à l'essai Epstein et caractérisé également par une perméabilité magnétique relativement élevée;
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¯ Une autre caractéristique de l'objetfabri- qué précité est qu'il est sensiblement exempt de gaz, le silicium qui est présent dans l'acier permettant de réali- , ser un acier "dégazéifié" ou acier duquel les gaz ont été presque complètement éliminés.
On a constaté que des tôles, par exemple pro- duites à partir d'alliages du type précité, pouvaient ê- tre traitées de façon qu'elles présentent les propriétés physiques et électriques de la nature indiquée ci-dessus,
Conformément à une caractéristique de l'inven- tion, ce traitement consiste en une série d'actions méca- niques et d'actions thermiques, bien que les caractéris- tiques désirables du produit fini ne soient pas limitées par le procédé conformément auquel ces propriétés peuvent être données,,
Le métal auquel peut être appliqué le traite- ment qui va être décrit ci-dessous et qui est, conformé- ment à l'invention, utilisé avec le plus grand succès, est le métal appelé communément "acier au silicium".
La matière avec laquelle on a obtenu les meilleurs résultats est constituée par du fer auquel a été incorporé du sili- cium dans la proportion de 2 à 6% ou plus ou tout autre pourcentage compris entre ces limites, ce fer contenant ka trace habituelle de carbone qui existe inévitablement dans les alliages de fer du comme rce , bien qu'il soit préférable de ne pas limiter la proportion de carbone au pourcentage le plus faible qu'on puisse obtenir pratique- ment; le métal en question contient également, si on le désire, une petite quantité d'aluminium.
Il doit être entendu que dans ce qui va suivre et dans le résumé, lorsqu'on parlera d'acier au silicium il faudra comprendre tous les alliages de fer-silicium ou de fer-silicium-aluminium ou leurs équivalents, quelle
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que soit la quantité réelle de silicium présente.
Dans le cas d'une tôle d'acier au silicium à laquelle on se réferera à titre d'exemple pour décrire l'invention, tôle qui a l'épaisseur, les dimensions et la forme voulues, le procédé qui fait l'objet de l'inven- tion, lorsqu'il est utilisé pour la fabrication de tôles de faible épaisseur, consiste d'abord à réduire un lingot d'acier au silicium en blooms par tout procédé convena- ble, par exemple par laminage à chaud.
Ces blooms sont ensuite laminés pour être transformés en tôleà. ce qui nécessite un réchauffage des blooms refroidis pour les amener à une température convenable dé laminage, c'est-à- dire à environ 815 ; on leur fait subir ensuite un cer- tain nombre d'opérations de laminage dans les laminoirs chauds afin de les réduire à l'état de tôles demi-finies qu'on appellera dans ce qui va suivre " tôles premières".
Au cours de cette opération, la température tombe évidem- ment, de sorte que pour recommencer le laminage suivant les tôles premières doivent être réchauffées à une tempé- rature de laminage convenable, c'est-à-dire, comme on l'a déjà dit, à 815 environ ; les tôles premières sont alors laminées de nouveau pour être amenées à la dimen- sion désirée qui dépendra de celle qu'on désire obtenir pour des tôles complètement terminées ; après ce nouveau laminage, on donnera aux tôles le nom de "tôles secondes"; à ce moment, la température estde nouveau tombée, comme dans le cas du premier laminage aboutissant aux tôles premières, jusqu'à 600-760 .
Ces tôles secondes sont alors doublées par pliage sur elles-mêmes, dans le sens de la longueur; elles sont ensuite réchauffées à la température de laminage, c'est- à-dire à 815 environ, après quoi, elles sont soumises à
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une série d'opérations de laminage final, conduites de telles façons que lorsque ces opérations sont terminées, les tôles aient la dimension finale voulue.
Conformément au mode de réalisation décrit de l'invention, la manière dont sont conduites les dernières opérations de laminage est de la plus grande importance.
Les opérations précédentes peuvent être exécutées de toute manière convenable et à une température appropriée quelcon- que, le but de ces opérations préliminaires étant simple- ment la production de tôles demi-finies de dimensions cou- rantes,
Le but des opérations de laminage qui suivent, après l'obtention des tôles secondes, est de mettre les tôles sous tension. On doit noter que la mise des tôles sous tension est désirable, conformément au mode de réali- sation décrit de l'invention, et que la manière dont ces tôles sont mises sous tension, soitpar laminage, soit à la presse, soit de toute autre manière est indifférente.
Un procédé pour obtenir la tension finale désirée, procédé convenable qui, ainsi qu'on l'a constaté, donne des résul- tats pratiques et satisfaisants, consiste en une série d'o- pérations de laminage particulières, mais il est entendu que l'invention n'est pas limitée à ce procédé qui peut recevoir des modifications suivant les caractéristiques de la matière soumise au traitement.
La tôle seconde qui a été chauffée à la tempéra- ture de laminage (c'est-à-dire 815 environ) est soumise à quatre passes à travers les laminoirs, de telle manière que la dernière passe soitexécutée lorsque la tôle a été re- froidie jusqu'à une température se trouvant juste au des- sous de la température critique la plus basse pour les tô- les de ce type; autrement dit, la dernière passe doit être
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êxécutée . 675 environ.
Il n'est aucunement nécessaire que le nombre de passes correspondant à cette phase du procédé soit exactement de quatre ; cenopbre a été simplement indiqué comme mnvenable et économique; dans d'autres cas ou dans d'autres circonstances, un plus ou moins grand nombre de passes pourra être préférable.
Quel que soit le nombre de passes de cette phase du procédé, il est nécessaire que la dernière pas- se, lorsqu'on veut obtenir des tôles du type indiqué, soit exécutée lorsque la tôle est arrivée à la tempéra- ture à laquelle on fait allusion ci-dessus; la tôle est ensuite découpée à la dimension et à la forme voulues et elle est recuite (par recuit en boîte) par exemple à une température de 700 environ, cette température étant approximativement la température à laquelle le recuit peut être pratiqué avec succès pour les tôles. Bien que les températures plus élevées ne soient pas nuisibles, elles ne sont pas nécessaires.
On laisse refroidir à la température ambiante la tôle ainsi recuite et on applique alors le procédé de mise sous tension de la dite tôle, procédé qui est une des caractéristiques du mode de réalisation décrit de l'invention.
La manière préférée de réaliser cette mise sous tension, manière qui est applicable aux tôles d'acier au silicium en général, quelles que soient leurs formes ou leurs dimensions, consiste à soumettre l'acier à un laminage convenable à froid ; est nécessaire que ce laminage à froid soit suffisant pour obtenir un al- longement d'au moins 1% environ. Cette opération peut être-accomplie en un nombre de passes quelconque désiré;
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elle est caractérisée par un allongement plus élevé, cet allongement n'étant pas nuisible s'il ne dépasse pas 5% environ ; il constitue un moyen d'assurer l'allon- gement minimum désiré et par conséquent la mise sous tension voulue.
On a constaté que l'acier au silicium étiré de cette façon, lorsqu'il était soumis à un traitement thermique approprié, tel que celui qui sera indiqué dans ce qui va suivre, possédait la tension voulue et montrait par conséquent les améliorations voulues au. point de vue des propriétés électriques.
Le traitement thermique auquel il a été fait allusion ci-dessus, après la phase du procédé qui con- siste à mettre la tôle sous tension, peut consister ensuite à recuire de nouveau la dite tôle à une tempé- rature de 870 environ ou au dessus, le fait que cette température de nouveau recuit est supérieure à la tem- pérature du premier recuit étant une des caractéristi- ques du mode d'exécution décrit de l'invention,
On a constaté que dans le cas des tôles, le laminage à chaud qui a été indiqué dans ce qui précède pouvait, si on le désirait, être omis, sans qu'on sa- crifie entièrement pour cela les résultats avantageux de l'opération de mise sous tension de la tôle refroi- die,
le but de ce laminage à chaud ainsi que celui du premier recuit étant simplement d'obtenir une matière convenablement pr-éparée pour la mise sous tension. Pour cette raison, dans le cas des tôles, il est désirable de suivre la succession des opérations indiquées ci- dessus.
Lorsque de l'acier au silicium convenablement préparé .pour la mise sous tension a subi cette opéra-
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tion, par exemple lorsqu'on a soumis le dit acier à un allongement de la manière qui a été décrite, le dit a- cier au silicium, si sa teneur en silicium se trouve dans les limites indiquées et s'il a une épaisseur de Om/m 35 environ, présentera, lorsqu'il sera essayé conformément aux conditions de l'essai Epstein, une perte de puissance inférieure à 1,3 watt par kilog, et, lorsqu'il est soumis, à raison de soixante fois par seconde, à des inductions magnétiques de 10.000 gauss.
Cet acier quelle que soit son épaisseur, présentera, ainsi qu'on l'a constaté, une perméabilité magnétique sensiblemen plus élevée pour toutes les densités de flux ou valeurs d'induction magnétique.
L'utilisation de cet acier au silicium est extrêmement intéressante pour la fabrication des appa- reils électriques et en particulier des noyaux de transformateurs, à raison de sa très grande perméabili- té, de son hystérésis magnétique faible et de sa perte de puissance également peu élevée.
La présente invention vise la fabrication d'appareils électriques à partir d'acier au silicium présentant les propriétés précitées.
Dans le but de faciliter la compréhension de l'invention, on a représenté sur le dessin annexé, d'une façon schématique, des graphiques montrant les ré- sultats qu'on peut espérer obtenir pour des tôles dont le métal comporte des teneurs en silicium variables.
Les différentes figures du dessin montrentdes courbes de perméabilité magnétique en fonction de l'induction magnétique.. Sur ce dessin t
La figure 1 estune représentation des résultats qu'on peut obtenir pour des inductions magnétiques très
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élevées avec des aciers au silicium contenant 1% environ de silicium tels qu'ils étaient obtenus jus- qu'ici et tels qu'ils peuvent être obtenus conformément à l'invention;
La figure la est analogue à la figure 1 mais elle montre la perméabilité pour des inductions magnéti. ques plus faibles, l'échelle de la représentation gra- phique ayant été modifiée pour obtenir une plus grande exactitude dans la lecture des différentes valeurs,
La figure 2 est une vue analogue à la figure 1, mais elle se rapporte à des aciers ayant une teneur en silicium de 2% environ.
La figure 2a est une vue analogue à la figure la mais elle est relative à des aciers dont la teneur en silicium est de 2% environ ;
La figure 3 est une vue analogue aux figures 1 et 2 mais elle se rapporte à des aciers dont la teneur en silicium est de 3% environ ou plus;
La figure 3a est une vue analogue aux figures la et 2a et montre les valeurs de la perméabilité pour des inductions magnétiques assez faibles et pour des aciers au silicium tels que ceux qui ont été indiqués à propos de la figure 3.
Les figures 1 et la montrent graphiquement et d'une façon comparative la perméabilité pour dif- férentes inductions magnétiques et pour des aciers au silicium ayant une teneur en silicium de 1% environ.
Sur ces figures, les ordonnées représentent les inductions magnétiques réelles indiquées généralement par ss, tandis que les abscisses représentent la , perméabilité pour les diverses inductions magnétiques.
Si l'on désire savoir quelle est la force
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magnétisante nécessaire pour provoquer une induction magnétique donnée avec une certaine perméabilité, on peut le faire en utilisant la formule suivante : force magnétisante égale induction magnétique divisée par perméabilité, c'est-à-dire la formule'-=: # dans laquelle # est la force magnétisante,# l'induc- tion magnétique et @ la perméabilité.
Sur les schémés représentés, la zône 1 en pointillé indique les perméabilités qu'il avait été pos- sible d'obtenir jusqu'ici pour des aciers au silicium dont la teneur en silicium était de 1% environ. La li- gne a dans cette zône peut par conséquent être considé- rée comme représentant la perméabilité moyenne,
Bien que des perméabilités dépassant légère- ment le maximum indiqué par la zône z aient pu être obtenues occasionnellement, il n'avait pas été possible d'avoir la certitude d'obtenir ces valeurs supérieures.
La ligne pleine b des figures 1 et la montre la perméabilité minimum qui peut être obtenue conformé- ment à la présente invention; elle peut être considérée par conséquent comme indiquant les perméabilités les plus basses qui puissent être obtenues conformément à la présente invention. Les perméabilités réelles qu'on peut espérer obtenir habituellement seront supérieures à celles qui sont indiquées par la ligne h . Des perméa bilités qui, pour des inductions magnétiques données dépassent d'une façon très appréciable les valeurs minima représentées par la courbe b ont pu, en fait, être obtenues grâce à la présente invention.
On notera que la figure la. doit se lire de la même façon que la figure 1, l'échelle des courbes
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ayant cependant été modifiée afin qu'on puisse effectuer des lectures plus précises sur les courbes correspondant aux inductions magnétiques plus faibles.
Les figures 2 et 2a sont analogues aux figures 1 et la mais elles se rapportent à des aciers au silicium contenant approximativement 2% de silicium; sur ces figures, la zone z' correspond à la zone z, la ligne ai à la ligne a et la ligie b' à la ligne b.
Les figures 3 et 3a sont analogues aux figures précédentes, mais elles se rapportent à des aciers au si- licium contenant 3% de silicium environ ou plus.
Sur ces figures, la zône z2 correspond aux zônes z etz', la ligne aux lignes n eta'et la ligne b2 aux lignes b etb'.
Si l'on considère les figures ci-dessus on verra que l'invention qui a été décrite dans ce qui précède est applicable très largement aux aciers au silicium présen- tant différentes teneurs en silicium, bien que les per- méabilités soient, dans chaque cas, fonction de la quan- tité réelle de silicium présente dans l'aciar.
Les avantages de la présente invention résident dans le fait qu'on obtient, conformément à celle-ci, un acier au silicium caractérisé par une faible perte de puissance et une perméabilité magnétique élevée; ils ré- sident également dans le fait que les rendements êlectri- ques sont améliorés par l'emploi, pour la construction des appareils électriques, des aciers précités.
Des modifications pourraient être apportées dans le mode de traitement de l'acier au silicium, dans le but d'obtenir les caractéristiques désirées, sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de la présente invention.