BE512625A - - Google Patents

Description

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  PROCEDE POUR OBTENIR UNE PERMEABILITE MAGNETIQUE ELEVEE ET DES PERTES REDUITES DANS LE NOYAU, DANS LES TOLES D'ACIER AU SILICIUM DE TRES 
FAIBLE EPAISSEUR. 



   Au cours des dernières années, on a réalisé des progrès notables en ce qui concerne la technologie et la fabrication d'alliages fer-silicium (0,5 à 5 % de silicium), en vue d'atteindre une perméabilité élevée et de faibles pertes par hystérésis aux densités de flux élevées. Le produit ob- tenu était caractérisé par une perméabilité hautement directionnelle, c'est-   à-dire   une perméabilité très élevés dans la direction du laminage. L'existen- ce d'un tel produit sur le marché a amené des changements radicaux dans la construction des transformateurs et autres appareillages électriques. 



   La grande majorité des applications électromagnétiques d'un tel produit (par exemple, transformateurs pour force motrice, etc.) nécessitaient des tôles d'acier au silicium d'une épaisseur située entre 0,255 et   0,360   mm (10 et 14 mils). Les développements récents, auxquels la guerre a imprimé un grand élan, notamment dans l'électronique, la haute fréquence et dans d'autres applications spécialisées, exigent la production d'un acier au sili- cium en une épaisseur ne dépassant pas 0,0255 mm (1 mil). Toutefois, les ef- forts faits en vue de réaliser des perméabilités et des pertes par hystéré- sis comparables aux précédents dans des tôles aussi minces n'ont pas donné de bons résultats à ce jour. 



   La présente invention vise principalement à établir un procédé industriel pour la production d'un acier au silicium extrêmement mince de l'ordre de 0,0125 à 0,180 mm (0,5 à 7 mils) d'épaisseur, acier offrant de très faibles pertes par hystérésis et une perméabilité très élevée dans la direction de l'orientation des grains, c'est-à-dire lorsque le flux magné- tique est parallèle à la direction du laminage. 



   Les objectifs accessoire de l'invention, qui seront exposés ci- après ou qui viendraient à l'esprit de tout technicien à la lecture de la pré- 

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 sente description, sont atteints par le procédé selon l'invention, dont on décrira certains exemples d'exécution.

   On se référera ci-après aux dessins annexés, où la figure 1 est une image polaire, obtenue par des méthodes op- tiques,   relative   un acier au silicium à orientation prononcée et d'épais- seur intermédiaire en considérant le produit objet de l'invention; la figure 2 est une représentation schématique de l'orientation des cristaux dans un tel acier; la figure 3 représente l'aspect des grains dans un acier conve- nant au but de l'invention, cette figure étant une photographie avec agran- dissement d'environ deux diamètres; la figure 4 est une image polaire déterminée par un spectre de diffraction aux rayons X du même acier, après que celui-ci a été laminé à froid avec une réduction de 83 %; la figure 5 est une représentation schématique de l'orientation des cristaux dans un tel acier;

   la figure 6 montre l'allongement des grains dans cet acier préa- lablement à la recristallisation, cette figure étant une photographie réali- sée avec un agrandissement d'environ deux diamètres; la figure 7 est une imagepolaire caractéristique de ce dernier acier après la recristallisation dans un recuit à découvert; la figure 8 est une représentation schématique de l'orientation de cristaux dans un tel acier, cette figure étant une photographie avec a- grandissement d'environ deux diamètres; la figure 9 représente la structure des grains de l'acier; la figure 10 est une image polaire caractéristique de l'acier des figures   4,   5 et 6, après que celui-ci a été recristallisé au cours d'un re- cuit en caisses à haute température. 



   Les procédés faisant l'objet d'un quelconque des brevets ci-après: brevet belge n    433.708   demande de brevet belge n  400.363 et brevet améri- cain n    2.287.466,   permettent de produire des feuilles d'acier au silicium du calibre utilisé dans les transformateurs, dans lesquelles les grains ou cristaux ont une orientation du type (100) (110) selon la notation normali- sée par indices de Miller. Cette notation indique que la direction (100) des cristaux est parallèle à la direction de laminage et qu'un plan   (110)   est parallèle au plan de laminage.

   Si l'on considère les cristaux comme cu- bes, cette notation indique une position des cubes couchés sur une arête des cristaux dans le plan de la tôle, les arêtes parallèles s'étendant dans la direction de laminage, comme indiqué dans la figure 2 où le sens de lami- nage est indiqué par une flèche, le plan de laminage étant le plan du des- sin. 



   Cette orientation,   aii   que les propriétés magnétiques amélio- rées qui en résultent, ont été   obtenues   à ce jour dans des tôles d'une épais- seur de l'ordre de 0,180   à   635 mm (7 à 25 mils) par un laminage à froid et de recuits dans un, deux ou trois stades coordonnés entre eux conformément aux stipulations des susdits brevets. Le nombre de cycles ou stades de la- minage à froid appliqués étant déterminé dans une large mesure par l'épais- seur finale recherchée, comparée à la tôle de départ disponible, venant de laminage à chaud. 



   Lorsqu'il s'agissait d'obtenir un acier au silicium notablement plus mince, il était évident qu'il serait nécessaire d'appliquer un laminage à froid supplémentaire, la limite du calibre des tôles laminées à chaud dis- ponibles étant fixée. Toutefois, lorsque de tels stades ou échelons supplé- mentaires de laminage à froid avec recuit intermédiaire étaient introduits dans les modes opératoires antérieurs, conformément aux notions existantes, 

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 ils ne permettaient pas d'atteindre la qualité magnétique attendue. On a cons- taté que dans les tôles minces en acier au silicium ainsi produites, le com- portement des cristaux était différent de celui dans les tôles plus épaisses. 



  D'autre part, l'acier ne réagissait pas de la même façon aux mêmes manipula- tions. En d'autres termes, l'application de cycles supplémentaires de lami- nage et de recuit du type pratiqué dans la technique antérieure (de façon que l'épaisseur de l'acier au silicium puisse être réduite, pour se situer dans les limites entre 0,0255 et 0,125   mm   (1 et 5 mils) en un total de deux ou trois étapes ou stades de laminage à froid, ou plus, et l'application des techniques connues à une telle tôle,n'a pas eu pour résultat les perméabilités élevées ou.l'orientation avantageuse des cristaux, que l'on en attendait. 



   Par exemple, bien qu'une perméabilité allant jusqu'à 1500 à 10 oersteds ait été obtenue sporadiquement pour une tôle d'une épaisseur de 0,0760 mm (3 mils) (essayée parallèlement à la direction de laminage), on a pu obtenir une perméabilité supérieure à   1400   dans les tôles d'une épais- seur de 0,0510 mm (2 mils) et moins. En général, les perméabilités obtenues étaient de l'ordre de   1450   à 0,0765 mm (3 mils), de 1380 à 0,0510 mm (2 mils) et de 1325 à 0,0255 mm (1 mil) même dans les conditions de recuit les plus favorables. Il convient de comparer ces valeurs avec les perméabilités de 1650 à 1750 et plus, qui sont communes dans les tôles orientées d'une épaisseur de   0,330   mm (13 mils), établies selon les brevets énumérés ci-dessus.

   Si l'on se rappelle que des perméabilités de   1400   sont courantes pour alliages non orien- tés, se présentant en calibres employés dans la construction de transformateurs et ayant la même teneur en silicium, on constate que ces efforts n'ont pro- duit que très peu d'orientation du type qui assure une perméabilité élevée dans la direction de laminage. 



   Lorsque l'acier était réduit à des calibres très fins en une sé- rie de stades de laminage à froid du type antérieur, avec recuits intermédi- aires à découvert; l'orientation du type voulu n'était pas réalisée ou seule- ment très imparfaitement. D'autre part, les essais visant à utiliser simple- ment les tôles fortement orientées connues et à les réduire davantage en in- troduisant d'autres stades de laminage à froid et de recuit du même type, ont eu pour résultat de nuire sensiblement au type d'orientation préférée requis, même si ce type était obtenu à quelque moment intermédiaire. 



   De plus, les pertes dans le noyau se sont montrées extrêmement élevées pour toutes les tôles établies en vertu de tels essais. En essayant de réduire les pertes dans le fer, on a recouru au recuit à découvert aux tem- pératures très élevées allant de 1100  à 1200 C (2.000 à 2.200  F) ou au re- cuit en caisses de cette tôle mince à 1200 C (2.200  F) dans l'hydrogène sec. 



  Ces procédés sont d'une réalisation difficile;nonobstant leur application, les pertes dans le noyau demeuraient élevées, vu l'orientation défavorable des cristaux. 



   Les méthodes décrites ci-après permettent de produire des tôles en acier au silicium extrêmement fines, qui possèdent néanmoins des   perméa-   bilités élevées et de faibles pertes dans le noyau, comparativement à celles réalisées à ce jour dans les tôles électriques plus épaisses.

   L'inventeur a constaté que, bien qu'une orientation de cristaux du type [100] (110), at- teinte dans une tôle d'une épaisseur comprise sensiblement entre 0,180 et 0,635 mm (7 et 25 mils) soit appelée à être modifiée et changée par le lamina- ge à froid ultérieur appliqué à ces tôles, l'obtention de certaines qualités initiales dans l'acier -comme exposé plus loin - et l'exécution d'opérations ultérieures dans les conditions indiquées ci-après, produira dans la tôle une orientation modifiée et qui est encore excellente en ce qui concerne une per- méabilité élevée et hautement directionnelle, ainsi que de faibles pertes dans le noyau. 



   Bien que la meilleure orientation connue à ce jour pour l'obten- tion d'une perméabilité élevée soit celle du type [100] (110), l'inventeur a constaté qu'il existe une orientation modifiée tout aussi favorable, dans laquelle les cristaux tendent à occuper deux nouvelles positions, dont chacu- 

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 ne implique une légère rotation autour de l'axe de laminage d'environ 20  dans chaque direction. Dans cette nouvelle orientation, une direction [100] de cha- que cristal demeure parallèle à la direction de laminage; toutefois, les plans   (110),   jusqu'alors parallèles, basculent par rapport au plan de laminage et peuvent basculer autour de l'axe de laminage dans chaque direction, les angles de basculement des différents cristaux tendant vers 20  dans chaque di- rection, en tant que position moyenne. 



   Ainsi, l'inventeur a constaté que l'on pouvait employer une tö- le présentant une épaisseur de   0,180   à 0,635   mm   (7 à 25 mils) ou plus, déjà caractérisée par un degré élevé d'orientation [100]   (110),   et réduire cette tôle par laminage à froid jusqu'aux calibres extrêmement fins (dans les con- ditions exposées ci-après), et de réaliser ainsi une perméabilité élevée dans la direction du laminage, bien que la nature de   l'orientation   subisse une mo- dification. 



   Dans le procédé selon l'invention, lorsqu'une tôle orientée initialement suivant le type   [100]   (110), présentant une grosseur de grain suffisamment grande et une pureté très élevée - comme il sera expliqué ci- après - est ensuite laminée à froid et amenée à recristalliser dans les condi- tions exposées ci-après, il se forme, dans les limites des cristaux   initiaüx;   une multitude de petits cristaux qui prennent une orientation différente de l'orientation initiale, mais régie par celle-ci dans une mesure telle que les cristaux dérivés possèdent l'orientation décrite en dernier lieu. 



   Les matériaux de départ ou de base auxquels s'applique la présen- te invention sont les aciers au silicium contenant de préférence 2,90 à 3,30 % de silicium, 0,007 % ou moins de carbone et 0,06   %   à 0,12 % de manganèse, le restant étant du fer, avec une teneur totale en oxyde de 0,015 % ou moins. 



   La teneur en silicium n'est pas limitative, mais peut être supé- rieure ou inférieure aux valeurs préférées indiquées, sans pour cela s'écar- ter de l'invention. Les valeurs préférées définissent la gamme opératoire pré- férée qui, dans   la   pratique, et dans le cas de transformateurs pour impulsions électroniques à haute fréquence, est limitée au-dessous par les pertes dans le noyau plus défavorables qui résultent de la faible teneur en silicium (faible résistivité) et au-dessus, avec   4,5 %   environ par les difficultés mécaniques que l'on rencontre dans le travail à froid de l'acier riche en si- licium dans l'état actuel de la technique du laminage.

   Par contre, si la te- neur en silicium est inférieure à 2 %, un recuit à une température suffisam- ment élévée pour affiner convenablement le métal peut causer une transforma- tion allotropique propre à détruire l'orientation initiale, essentielle à l' exécution du présent procédé. 



   La teneur en carbone présente une importance pour des considéra- tions déterminées par des pertes dans le noyau et la ductilité et pour d'au- tres raisons qui seront exposées ci-après. La teneur en carbone de la tôle fi- nale devient, en s'élevant, de plus en plus défavorable à l'abaissement des pertes dans le fer; d'autre part, une teneur en carbone supérieure à   0,007 %   diminue la ductilité dans le matériau de départ lorsque celui-ci est recuit encaisses dans une atmosphère réductrice et à température élevée. L'aigreur provoquée par la teneur en carbone peut donner lieu à des ruptures à un degré excessif lorsque le métal de départ est laminé aux calibres extrêmement fins. 



   Dans la formule préférée, la teneur en manganèse est prévue as- sez faible pour réduire au minimum les matières   magnétiquement   inertes pré- sentes dans le produit fin. Autrement, la teneur en manganèse indiquée n'est pas limitative en ce qui concerne la présente invention, mais doit être con- sidérée du point de vue du traitement de l'acier au silicium en vue de produi- re l'orientation   [100]   (110) dans les calibres destinés aux transformateurs pour force motrice, comme il ressortira de l'examen du brevet   américain .....   



    2.307.391   cité plus haut. Dans les conditions appropriées, la teneur en man- ganèse peut être de   0,004   à   0,20 %.   



   La teneur totale en oxyde n'est pas non plus limitative; elle a 

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 été prévue faible dans la formule préférée en vue d'assurer une caractéris- tique de pertes favorables et d'éviter l'aigreuro On peut réaliser de bons résultats avec une teneur d'oxyde allant jusque 0,025 %. 



   Dans la réalisation pratique de l'invention,.on part d'un a- cier au silicium (généralement laminé à chaud), dont on produit une tôle d' une épaisseur de 0.180 à 0,635 mm (7 à 25 mils), laquelle est caractérisée par un haut degré de l'orientation préférée susdite, cette tôle mince étant obtenue par une quelconque des méthodes faisant l'objet des brevets préci- tés. Ceci représente la matière de départ pour les opérations qui seront dé- crites ci-après. 



   Cette matière première orientée doit présenter encore d'autres caractéristiques que celles constituées par sa composition chimique déjà décrite. 



   L'épaisseur effective de la tôle des départs dépendra du cali- bre final et du nombre d'échelons ou stades de laminage à froid, nécessai- re pour atteindre ce calibre final. Les techniques connues à ce jour per- mettent difficilement de produire une tôle complètement orientée, d'une épais- seur inférieure à 0,180 mm (7 mils). Lorsque l'épaisseur de la tôle orien- tée dépasse 0,635 mm (25 mils), il devient difficile d'assurer la perfection voulue de l'orientation, et l'épuration chimique (notamment l'élimination du carbone) n'est pas aussi efficace. Toutefois, dans ces limites, une tôle de départ orientée est produite ou choisie à la lumière des manipulations requises pour produire le' calibre fini désiré. 



   Ainsi, la tôle de départ orientée doit présenter 2,5 à 7 fois l'épaisseur du produit final voulu, lorsqu'on envisage un seul stade de la- minage à froid ultérieur. Les limites préférées se situent entre 3 et 6 fois l'épaisseur du produit final. Lorsque la réduction doit s'accomplir en plusieurs stades ou échelons, l'épaisseur de la matière de départ orien- tée sera augmentée par rapport au calibre final. Par exemple, un procédé à étapes ou échelons peut être appliqué à une tôle dont l'épaisseur est 6 à 20 fois celle du produit final voulu. Par stade, étape ou échelon, on en- tend ici un laminage à froid représentant un nombre quelconque de passes auxquelles la tête est soumise sans recuit ou recristallisation   intermédi-   aires. 



   On a déjà indiqué que l'orientation de la matière de départ doit être du type [100] (110), la perfection de l'orientation devant être aussi grande que possible. Un'excellent critère du degré de perfection de   l'orien-   tation est constitué par la perméabilité magnétique de la tôle de départ orientée, mesurée parallèlement à la direction de laminage, avec une inten- sité d'aimantation de 10 oersteds. Une perméabilité supérieure à 1700 cor- respond à un haut degré d'orientation privilégiée, et   l'invention   vise à obtenir une telle perméabilité dans les pièces de départ, bien qu'il soit possible de réaliser de bons produits finals dont les perméabilités dans la direction du laminage ne dépassent pas 1650. 



   La figure 1 est une image polaire stéréographique typique pour une matière de base satisfaisante, cette image étant obtenue en soumettant la matière attaquée par un réactif à un examen par la lumière réfléchie, conformément aux méthodes cristallographiques connues et en portant les projèctions des faces des cubes des cristaux. Le rassemblement de points aux graduations 0  et 180  indique la coïncidence d'une direction point avec   la\direction   du laminage, tandis que la position des groupes intermédiaires situés le long de   l'axe   transversal de la figure indique la coïncidence d' un plan (110) avec le plan du laminage. La position des cristaux est montrée schématiquement'dans la figure 2. 



   La matière de départ orientée doit avoir une grande grosseur de grains. Alors que ce terme est relatif, l'inventeur a constaté qu'un   di.amè-   tre de grain de 0,015 à 15 mm. représente des limites convenables, une gros- seur de grains moyenne de 1, à 10 mm. étant cependant préférable. 

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   Il est essentiel que la matière première soit caractérisée non seulement par l'orientation voulue, mais aussi par le fait d'être le produit d'un recuit en caisses à haute température, au-dessus de   1100 C     (2.000 F)   dans une atmosphère'd'hydrogène sec, vu que ce traitement aboutit à une haute pureté et une grande grosseur de grains. Il est à noter que l'appli- cation d'un tel recuit au calibre de matière première permet d'éviter un recuit analogue dans le cours ultérieur du procédé, où le faible calibre rend un tel recuit beaucoup plus difficile. 



   D'ailleurs, en ce qui concerne la grosseur de grains, on peut réaliser ce que l'on peut appeler un   compromiso   Aux confins de chaque grain de la matière de départ, les nouveaux grains formés dans la matière finale mince tendent à avoir une grosseur et une orientation communes au groupe, comme exposé plus   hauto   Des grains "sauvages" tendent à se former d'abord dans les régions correspondant aux limites des grains antérieurs. On voit donc qu'un haut degré d'orientation, combiné avec la grosseur de grains ma- ximum, est la condition la plus favorable à une perméabilité élevée dans le produit final.

   D'autre part, dans certains procédés de laminage, une grosseur de grains trop importante peut empêcher l'obtention de surfaces parfaitement planes lorsque la tôle est laminée à froid aux calibres extrê- mement minces en un seul   stadeo   
Le traitement appliqué à la matière première orientée est à la fois simple et souple. L'application de l'invention n'est pas limitée par la nature des dispositifs de laminage employés. Dans certaines conditions, tout le laminage à froid peut être exécuté dans le même ou les mêmes lami- noirs.

   Toutefois, il va de soi que, puisqu'il s'agit de poursuivre le la- minage d'un produit d'une épaisseur de   0,180   à 0,635 mm (de 7 à 25 mils), il est indiqué d'employer un laminoir très rigide et d'appliquer une réduc- tion sous tension, notamment là où, comme cela est préférable, la matière est amenée aux calibres minces en une seule réduction d'épaisseur. Dans la pratique industrielle, l'inventeur emploie un laminoir du type décrit dans le brevet belge n    4040414,   il s'agit là d'un laminoir à cylindres actifs de petit diamètre, supportés au moyen de galets prenant appui sur des poutres rigides s'étendant transversalement entre les cages.

   On peut cependant   em-   ployer n'importe quel système de laminoir capable de produire les réductions voulues dans une tôle d'acier au silicium aux largeurs choisies pour les be- soins   industrielso   
La valeur de la réduction par laminage à froid, appliquée par stade à la tôle de départ orientée est de nature critique. Cette réduction doit se situer en substance entre 60 et 90 %, mais de préférence entre 67 et 83 %, pour chaque stade ou échelon, les valeurs les plus élevées étant les plus appropriées pour un procédé à un échelon. 



   La température, le nombre de passes et le fait, à savoir, si la tôle est laminée de façon continue dans une direction où en aller-retour et en passes séparées, n'apparaissent pas influencer les résultats obtenus. D' excellents résultats sont obtenus avec des températures de l'ordre de 22  à 83 C (70 à 180 F). 



   Le résultat du laminage à froid de la tôle de départ orientée est montrée dans les figures   4,   5 et 6. La figure 4 est une image polaire établie d'après un spectre de diffraction des rayons X, vu que l'état de.laminage à froid des grains rend impossible l'application du procédé par réflexion et l'établissement d'une figure polaire à l'aide de celui-ci. D'ailleurs, le spectre des rayons X montre de la même manière, l'orientation des cris- taux, laquelle est maintenant celle représentée schématiquement dans la fi- gure 5. Le rapprochement des zones foncées au voisinage des positions 0  et 180  indique un basculement d'un plan (110) autour d'un axe transversal à l'axe de laminage, tandis que le nombre et l'emplacement des sombres zones restantes indiquent que le basculement s'est opéré dans les deux sens.

   L' aspect des grains est montré dans la figure 60 

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Après le stade ou échelon de laninage à froid, on soumet la tôle à un traitement thermique en vue d'effectuer la recristallisation. On peut appliquer un recuit à découvert ou un recuit en caisses, les températures étant comprises entre environ 650 C et environ   1200 C   (environ 1200  F. et environ 2200  F). Pour des raisons économiques, un recuit à découvert ou au four-tunnel est préférable; l'inventeur a constaté qu'un recuit de 20 secondes à 985 C (1800  F) donne un résultat satisfaisant.

   Par recuit à découvert ou au four-tunnel on entend ici un passage continu de la tôle en forme de bande ou de feuillard à travers un four allongé, où les surfaces de la bande sont exposées à l'atmosphère du fouro Toutefois, l'atmosphère même du four est   contrôléeo   Dans ce procédé, on obtient les meilleurs ré= sultats en employant une atmosphère contenant de l'hydrogène. 



   Lors que le laminage à froid s'opère en deux ou trois stades, un traitement thermique tel que décrit ci-dessus doit suivre chaque stade. 



   L'inventeur que le résultat de la recristallisation d'une tôle traitée comme décrit ci-dessus et présentant les caractéristiques indiquées dans les figures 4, 5 et 6, offrent deux aspects. Premièrement, chaque grain oblong initial recristallise en un grand nombre de cristaux plus petits for- mant un groupe et se comportant d'une façon identique, comme s'ils étaient contrôlés par le cristal initial à partir duquel ils se sont formés. Deuxiè- mement, l'orientation des nouveaux cristaux plus petits s'est à nouveau mo- difiée. L'image polaire (fig. 7) indique, par les points portés au voisina- ge des graduations 0  et 180 , qu'un plan (110) n'est plus incliné autour d'un axe transversal à l'axe de laminage, mais s'est redressé en quelque sorte suivant cette direction.

   Les autres points portés, situés essentielle- ment le long de l'axe horizontal de l'image, indiquent un nouveau basculement d'un plan (110) autour de l'axe de laminage. Le rassemblement compact de ces   points indiquent que le basculement s'est opéré dans les deux sens ; me-   sures indiquent que le basculement tend vers une moyenne de 20 . Les direc- tions [100] (110) coïncident désormais à nouveau avec la direction du lami- nage. 



   L'inventeur a constaté que cette orientation assure une perméabi- lité élevée dans la direction de l'orientation des grains. Celle-ci est re- présentée schématiquement dans la figure 8, tandis que l'aspect des cris- taux dans l'acier, après l'attaque au réactif, est montré dans la figure 9. 



  La perfection de l'orientation préférée est très élevée. 



   Dans un mode de réalisation pratique de l'invention pris à titre d'exemple, on produit d'abord par un procédé connu quelconque, une tôle de départ d'une épaisseur d'environ 0,180 à 0,635 mm (17 à 25 mils) caractérisée par une faible teneur en carbone, une grosseur de grains relativement impor- tante et un haut degré d'orientation préférée du type   [100]   (110), caracté- ristiques exposées en détail plus haut. Comme déjà indiqué, un recuit final en caisses au-dessus de   1100 C     (20000    F) dans l'hydrogène sec est d'une gran- de importance, car il améliore l'orientation et la perméabilité, purifie le métal'de façon à réduire les pertes.dans le fer et produit la grosseur de grains voulue. 



   La bande ou le feuillard d'acier ainsi produit sera traité, en tant que matière de départ, comme indiqué dans les exemples ci-après : 
E X E M P L E A 
Traitement à un échelon pour produire un acier au silicium d'une épaisseur de 0,125 mm (5 mils)o 
Un acier à 3 % de silicium,   d'une   épaisseur de 0,330 mm (13 mils) pris comme matière de départ, offrant une perméabilité de 1740 mesurée paral- lèlement à la direction du laminage pour une intensité d'aimantation (H) de 10 oersteds et   d'une   grosseur de grain moyenne de l,mm, a été laminé à froid en une et plusieurs passes jusqu'à une épaisseur de 0,1020 à 0,1270 mm   (4,.0   

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 à 5,0 mils). Il a été recuit à découvert pendant 20 secondes à la tempéra- ture de 1010 C (1850  F).

   Les caractéristiques de cette tôle, mesurée paral- lèlement à la direction du laminage et obtenues après un recuit d'adoucis- sement à 790 C   (1450    F) et mesurées conformément au règlement d'essai 2- 34 de la "American Society for Testing Materials", étaient : 
Perméabilité   pour H = 10     0 0 0 0 0 0 0 0 0   1690 
Pertes dans le fer à 10 kilogausses et à 60 cycles par seconde (Watt 0,26) Watts/Kg.. 0,57317 
E X E M P L E B 
Procédé à un échelon pour produire un acier au silicium d'une é- paisseur de 0,0510 mm  (2 mils).   



   Un acier orienté à 3 % de silicium, d'une épaisseur de 0,305 mm (12 mils) produit comme indiqué ci-dessus, ayant une perméabilité de 17,40 pour H = 10, d'un diamètre de grain moyen de 1-4 mm, a été laminé à froid en plusieurs passes jusqu'à une épaisseur de 0,0510 mm (2,0 mils) et en- suite recuit à découvert pendant 20 secondes à 983 C (1800  F) dans une at- mosphère d'hydrogène sec.

   Après avoir subi un recuit d'adoucissement à   790 G     (14500   F), cette tôle, essayée parallèlement à la direction du laminage, présentait les caractéristiques suivantes :   Perméabilité, H = 10 . . . . . . . . . . . 1710   Pertes dans le fer à 10 kilogausses et à 60 cycles par seconde (Watts/lb 0,36) Watts/Kg 0,79362 
EXEMPLE C 
Procédé à deux échelons pour produire un acier au silicium d'une épaisseur de   0,0255   mm (1 mil). 



   La même tôle de départ que dans l'exemple "A" a été laminée à froid en une ou plusieurs passes jusqu'à une épaisseur de 0,090 mm (3,5 mils) et a été ensuite soumise à un recuit à découvert pendant 20 secondes à 1.065,C (1950  F) dans une atmosphère d'hydrogène sec. La matière ainsi produite possédait un degré d'orientation relativement élevé et une gros- seur de grains assez grande. Elle présentait une perméabilité de 1660 pour H = 10, mesurée dans le sens de l'orientation des grains. Le diamètre des grains était d'environ 0,06 mm. 



   Cette tôle a été laminée à froid en une ou plusieurs passes jus- qu'à l'épaisseur de 0,0255 mm (1,0 mil) et soumise ensuite à un recuit à découvert pendant 20 secondes à 983 C (1800  F). Après un recuit d'adoucis- sement à 790 C   (1450    F) la tôle présentait les propriétés suivantes, me- surées parallèlement à la direction du laminage : Perméabilité, H = 10 . . . . . . . . . . . 1.600 Pertes dans le fer à 10   kilogauses   et à 60 cycles par seconde (Watts 1/b 0,53 ) Watts/Kg 1,168385 
EXEMPLE D 
Traitement à un échelon pour acier au silicium d'une qualité ex-   ceptionnellement   élevée, d'une épaisseur de 0,0435 mm (1.7 mils). 



   Un acier orienté à 3% de silicium d'une épaisseur de 0,1905 mm   (7,5   mils) produit comme décrit ci-dessus, possédant une perméabilité de 

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 1770 pour H = 10 et avec un diamètre de grain moyen de 5-10 mm, a été laminé à froid en plusieurs passes jusqu'à une épaisseur de   0,0430   mm (1,7 mils) et ensuite recuit en caisses pendant 30 heures à   1100 C   (2000  F) dans une atmosphère d'hydrogène sec.

   Les essais de cette tôle effectués   paral-   lèlement à la direction de laminage ont montré les caractéristiques sùi- vantes : 
Perméabilité, H = 10 . . . . . . . . . . 1. 815 
Pertes dans le fer à 10 kilogausses et à 60 cycles par seconde,   (Watts/lb   0,23) Watts/kg   0,507035   
La figure 10 est une image polaire relative à la tôle de l'exem- ple D où l'on notera que les points portés sur l'axe horizontal'se sont groupés d'une façon plus parfaite aux positions indiquant un basculement d' un plan (110) d'environ 20  dans les deux directions ou sens transversaux à la direction de laminage. 



   Dans ces exemples, les propriétés obtenues dans le sens de l'orien- tation des grains ont été mesurées après un recuit d'adoucissement, vu qu'un recuit d'adoucissement fait nécessairement partie du procédé de préparation de noyaux transformateurs finis appropriés, de sorte que la perméabilité qui - compte est celle obtenue à la suite de ce traitement. 



   Ces exemples ne sont pas limitatifs, mais sont caractéristiques pour la pratique industrielle de l'inventeur. Il va de soi que ce procédé est susceptible de modifications. 



   L'importance primaire de l'invention réside en ce qu'elle permet de produire un acier au silicium sous une épaisseur extrêmement réduite, pré- sentant une perméabilité élevée et hautement directionnel, alors que ceci était irréalisable à ce jour. 



   Un des avantages importants du procédé selon l'invention réside dans la simplicité et la facilité du contrôle des opérations qui suivent la production de la matière de base orientée. La matière hautement orien- tée, à gros grains et à faible teneur en impuretés, d'une épaisseur d'en- viron 0,180 à 0,635 mm (7 à 25 mils) peut être aisément essayée quant à son aptitude à être laminée jusqu'aux calibres minces. La qualité magnéti- que du produit final d'une épaisseur de 0,0125 à 0,125 mm (0,5 à 5 mils) est déterminée dans les limites raisonnables par les propriétés de la matière de départ orientée.

   Les conditions opératoires variables aboutissant à la formation de la matière de base orientée n'influencent pas la nature des opérations ultérieures et n'affectent la nature du produit final de calibre fin que pour autant qu'elles influencent les propriétés aisément mesura- bles de cette matière de base. 



   Il est à noter que la matière de base orientée supporte des   ré=   ductions très importantes par laminage à froid, sans que les propriétés mag- nétiques du produit final en soient affectées. Par exemple, un acier au si- licium d'une épaisseur de 0,330 mm (13 mils) peut être réduit directement par laminage en une tôle de 0,0510 mm (2 mils) sans recuit intermédiaire, ce qui représente un amincissement de 85 %; Cependant, la perméabilité du produit final sera élevée si la tôle de base présentait les caractéristi- ques requises.

   Ceci est en opposition avec la pratique antérieure, où des réductions d'un pourcentage moindre étaient appliquées à des tôles relati- vement non orientées et où des perméabilités élevées n'étaient pas du tout réalisables dans des tôles minces, mais où l'on constatait que les perméabi- lités réalisables diminuaient à mesure que le pourcentage de réduction par échelon ou stade augmentait. 



   On notera en outre que la tôle orientée à gros grains produite selon l'invention en tant que matière de base est plus aisément réductible par laminage à froid que ne le sont les tôles habituelles n'ayant pas ce de- gré d'orientation. 

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   Le fait que ces caractéristiques magnétiques excellentes du pro- duit final, tant en ce qui concerne la perméabilité que les pertes par'hys- térésis, peuvent être réalisées moyennant un recuit à découvert relativement peu coûteux et à une température relativement peu élevée, en tant que trai- tement ou traitements thermiques finals, représente un autre avantage marqué de ce procédéo Il est vrai qu'un recuit final en caisses à température éle- vée permet d'obtenir des résultats supérieurs, comme il ressort de l'exemple D.

   La tôle extrëmement fine doit être supportée pendant le recuit, sinon elle risque de perdre son caractère plana Les tôles voisines doivent en outre être séparées pour éviter l'adhérenceo Le problème de la manipulation devient délicat et implique des dépenses supplémentaireso Là où l'on exige des perméa- bilités maxima, cette dépense supplémentaire sera justifiéeo D'autre part, on apportera sans doute des améliorations aux méthodes de manipulation.

   Or, le procédé selon l'invention permet d'obtenir des perméabilités très élevées, avec de faibles pertes dans le fer, grâce à des recuits à découvert peu cou- teux à température réduite, alors que l'on n'a pu obtenir à ce jour des per- méabilités élevées dans des tôles extremement minces, cela quelle que ne füt la dépensée 
On peut apporter des modifications au procédé selon l'invention, sans pour cela s'écarter de l'esprit de celle-ci. 



   REVENDICATIONS;

Claims (1)

1. - Procédé pour produire une tole d'acier au silicium d'une é- paisseur comprise essentiellement entre 0,0125 mm à 0,180 mm (0,5 à 7 mils) ayant de faibles pertes par hystérésis et une perméabilité élevée dans la direction du laminage, caractérisé par les opérations qui consistent : à produire, à partir d'un acier au silicium contenant sensiblement 2 % à 4,5 % de silicium, une matière de base présentant sensiblement une épaisseur com- prise entre 0,180 et 0,635 mm (7 et 25 mils) pauvre en carbone et dont l'o- rientation des cristaux est du type [100] (110); à amincir ensuite cette tö- le de base en acier au silicium par laminage à froid en au moins un stade a- vec une réduction d'épaisseur par laminage à froid comprise sensiblement en- tre 60 et 90 %;

et, à faire suivre chaque échelon de laminage à froid par un traitement thermique de recristallisation à une température située sen- siblement entre 650 et 1.200 C (1200 et 20200 F)o 2. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la matière de base est un acier au silicium contenant sensiblement de 2,90 à 3,30 % de si- licium et ayant une teneur en carbone non supérieure à 0,007 % sensiblement et présentânt un diamètre de grain moyen de 0,05 à 15 mm sensiblement.

30 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la matière de base est un acier au silicium contenant sensiblement de 2,90 à 3,30 % de silicium, pas plus de 0,007 %, sensiblement, de carbone, 0,06 % à 0,12 %, sensiblement, de manganèse, le reste étant du fer, la teneur totale d'oxy- de n'étant pas supérieure à 0,025/ sensiblement, cette matière de base ayant, à 10 oersteds, une perméabilité non inférieure à 1650 sensiblement, dans le sens de l'orientation du grain et ayant un diamètre de grain moyen de 0,05 à 15 mm sensiblement.

4. - Procédé pour produire'une tôle mince en acier au silicium, d'une épaisseur de 0,0125 à 0,125 mm (0,5 à 5 mils), à perméabilité élevée dans le sens de l'orientation de grains et de faibles pertes par hystérésis, comprenant les opérations consistant : à former, par laminage à froid et re- cuit conjugués, en partant d'un acier au silicium laminé à chaud et conte- nant sensiblement 2,90 à 3,30 de silicium, une matière de base d'une épais- seur comprise sensiblement entre 0,180 et 0,635 mm (7 et 25 mils) après-avoir réduit la teneur-en carbone de l'acier au silicium à une valeur non supérieu- re à 0,01 % sensiblement, eette matière de base étant soumise à un recuit en caisses au-dessus de 1100 C (2.000 F) dans l'hydrogène sec,

cette matiè- re ayant un diamètre de grain moyen de 0,05 à 15 mm sensiblement et un degré' <Desc/Clms Page number 11> élevé d'orientation privilégié du type [100] (110); et, à réduire ensuite cette matière de base par laminage à froid en au moins un échelon représen- tant un amincissement de 60 à 90 % pour laminer au calibre de 0,0125 à 0,180 mm (0,5 à 7 mils) sensiblement, chaque échelon de laminage à froid étant sui- vi d'un traitement thermique de recristallisation dans une atmosphère non oxydante à une température située sensiblement entre 650 et 1200 C (1200 et 2200 F).

5. - Procédé selon la revendication 4, dans lequel le traitement thermique de recristallisation consiste en un recuit à découvert.

6. - Procédé selon la revendication 4, dans lequel le traitement thermique de recristallisation consiste en un recuit en caisses à haute température, dans l'hydrogène. en annexe 2 dessins.