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EP0849371B1 - Tôle d'acier magnetique à grains non orientés - Google Patents

Tôle d'acier magnetique à grains non orientés Download PDF

Info

Publication number
EP0849371B1
EP0849371B1 EP97402786A EP97402786A EP0849371B1 EP 0849371 B1 EP0849371 B1 EP 0849371B1 EP 97402786 A EP97402786 A EP 97402786A EP 97402786 A EP97402786 A EP 97402786A EP 0849371 B1 EP0849371 B1 EP 0849371B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
content
less
sheet
steel
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP97402786A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0849371A1 (fr
Inventor
Stéphanie Eple
Georges Van Hoecke
Christophe Degand
Jean Louis Hochard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sollac SA
Original Assignee
Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sollac SA, Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC filed Critical Sollac SA
Publication of EP0849371A1 publication Critical patent/EP0849371A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0849371B1 publication Critical patent/EP0849371B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • C21D8/1244—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the heat treatment(s) being of interest
    • C21D8/1272—Final recrystallisation annealing

Definitions

  • the present invention relates to the field of steel sheets to electrical use, used in particular for the construction of transformers, motors and alternators.
  • Sheets for electrical use are traditionally divided into two families.
  • These sheets contain by weight a carbon content included between 0.03 and 0.08%, a manganese content of between 0.2 and 1.0%, a phosphorus content of between 0.01 and 0.25%, and optionally but not necessarily aluminum and / or silicon, the content of aluminum being less than 1.0% and the silicon content being less than 0.2%.
  • These sheets are produced by hot and cold rolling, then recrystallization annealing and passage through a skinning cage (skin pass) to harden the metal by a deformation of 4 to 10%, sometimes more.
  • Oriented grain "Fully Process” sheets are the first category.
  • the silicon increases the resistivity of the sheet and thus limits the eddy current losses.
  • Sheets of this type are applied in particular to manufacturing of power transformers.
  • Non-oriented grain "Fully Process” sheets constitute the second category.
  • This last element plays the same role as silicon in the limitation of eddy current losses, and its partial substitution for silicon does not increase the fragility of the metal too much.
  • Sheets of this type do not have a particular texture and are applied in particular to the manufacture of rotating machines, engines or alternators for example.
  • the process for manufacturing such a "Fully Process” sheet consists of obtaining a carbon content of less than 0.005%, then subject it to annealing to give it the magnetic properties required.
  • alloying elements such as manganese, phosphorus, silicon and aluminum increase the resistivity of the metal, and thus gives it good magnetic properties.
  • the transition to the skin pass allows obtaining favorable mechanical characteristics to achieve cutting the sheet.
  • a "Semi Process” sheet does not pose any problems particular cutting, but it requires an additional step of treatment (decarburization annealing, recrystallization and magnification of grains) and perform this step on cut pieces, which results lower productivity than if this step were carried out by the producer during the sheet metal manufacturing cycle.
  • the chemical composition in terms of alloying elements is so in this case of particular importance because it conditions strongly obtaining the mechanical characteristics necessary for good cuttability of the sheet.
  • the object of the invention is to provide steel sheets for use electrical, for low to medium power electrical appliances, with excellent cuttability, and produced using a short die and economical, of the "Fully Process" type.
  • the subject of the invention is a steel sheet for electrical use, of the type comprising less than 0.005% by weight of carbon, obtained in two stages, a first stage consisting in manufacturing a steel sheet, then a second step consisting in subjecting said sheet to an annealing treatment at a temperature taken in the range 800 ° C to 900 ° C and so as to remain below the ferrite-austenite transformation point ( ⁇ ⁇ ⁇ ), characterized in that that the sheet comprises in weight a carbon content less than 0.005%, a phosphorus content less than 0.1%, a minimum silicon content equal to 0.2%, a minimum manganese content equal to 0.1%, and optionally aluminum, with contents such as: 80 Mn + 90 If ⁇ 85 and 5.38 ⁇ 6 Mn + 13 Al + 12 Si ⁇ 16 and the total silicon content is less than 0.6% and the manganese content is less than 1.3%, the remainder being iron and unavoidable residual impurities.
  • the first important characteristic of the invention resides in limiting the phosphorus content of the steel to 0.1% by weight.
  • the inventors have found that the presence of phosphorus in steel, with a content between 0.10 and 0.20% by weight, is harmful for the cuttability of the sheet made from such steel, and this regardless of mechanical characteristics.
  • this cutting takes place in two phases: a first phase of shearing the metal, and a second phase of metal tearing.
  • the cutting edge therefore has two zones: a first sheared zone located on the punch side, and a second ruptured area located on the matrix side.
  • the metal In the first cutting phase, the metal is therefore sheared, then cracks in the metal start at the cutting edge of the punch and cutting edge of the die, which meet in the phase end of the cut, causing the metal to break.
  • These phosphorus segregation layers are layers having a hardness greater than the rest of the sheet, and this phenomenon harms the homogeneity of the cutting.
  • the cut thus presents a non-homogeneous broken zone with the appearance of burrs.
  • the phosphorus content is between 0.01% and 0.09%.
  • the phosphorus is one of the most effective alloying elements to give the sufficient hardness, and on the other hand, the decrease in the content of phosphorus leads to a degradation of the magnetic characteristics, in particularly in terms of specific total losses.
  • the second important characteristic of the invention is therefore that the sheet comprises, by weight, in addition to a carbon content of less than 0.005% and a phosphorus content of less than 0.1%, a minimum silicon content of 0.2%, a minimum manganese content equal to 0.1%, and optionally of aluminum, with contents such as: 80 Mn + 90 If ⁇ 85 and 5.38 ⁇ 6 Mn + 13 Al + 12 Si ⁇ 16 and the silicon content is less than 0.6% and the manganese content is less than 1.3%, the remainder being iron and unavoidable residual impurities.
  • ⁇ -gene such as for example silicon, or several elements at least one of which is ⁇ -gene.
  • the steel has a additional feature of limiting the ratio between the content total silicon and the total manganese content to 0.5.
  • steel can pose some problems in terms of weldability, in particular in welding by sparking, which is detrimental, on the one hand to the implementation of the sheet made of this steel, and on the other hand for the implementation of the process of continuous production of a sheet metal strip made of this steel.
  • the preferred embodiment of the invention consists in make a steel sheet which includes by weight a carbon content less than or equal to 0.004%, a silicon content of between 0.25 and 0.35%, a manganese content of between 0.8 and 1.0%, a content phosphorus between 0.05 and 0.09%, an aluminum content between 0.08 and 0.12%, the rest being iron and impurities inevitable residuals.
  • Such a sheet has the advantage of having good magnetic characteristics and to be correctly cut and weldable especially by sparking.
  • Tests were carried out using a sheet according to the invention in order to show the improvement on the cutability compared to a sheet of the state of the art.
  • Steels F and G correspond to steel conforming to the prior art and steel H corresponds to an embodiment of the invention.
  • This annealing step was identical for these three steels and has specifically constituted by continuous annealing at a temperature equal to 870 ° C for 2 minutes.
  • the three sheets F, G and H were compared in terms of mechanical characteristics, magnetic characteristics and in terms cuttability.
  • the magnetic characteristics were measured on a cell at single strip with test pieces taken in the rolling direction of the sheets.
  • Cutability was compared during cutting tests according to two criteria, the energy dissipated by friction during cutting on the one hand, and the cutting force at the end of failure on the other. This last criterion allows in particular to estimate the impact of segregation.
  • the cutting was carried out using a carbide punch equal to 12 mm, the clearance between the punch and the die being equal to 7%.
  • the steel H of the invention has a yield strength Re and a load at fracture Rm almost identical to that of steels F and G of the technique earlier.
  • the elongation A% is considerably reduced, less than 30, which is favorable to the cuttability of the sheet of the invention.

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Description

La présente invention conceme le domaine des tôles d'acier à usage électrique, utilisées notamment pour la construction de transformateurs, de moteurs et d'alternateurs.
Elle a trait spécifiquement aux tôles magnétiques à grains non orientés laminées à froid livrées à l'état fini dites tôles "Fully Process".
Les tôles à usage électrique sont traditionnellement divisées en deux familles.
Les tôles magnétiques laminées à froid livrées à l'état semi-fini dites tôles "Semi Process", utilisées dans des appareils de faible à moyenne puissance (moteurs d'appareils électroménagers petits et moyens, transformateurs, alternateurs d'automobile par exemple) constituent la première famille.
Ces tôles contiennent en poids une teneur en carbone comprise entre 0,03 et 0,08 %, une teneur en manganèse comprise entre 0,2 et 1,0 %, une teneur en phosphore comprise entre 0,01 et 0,25 %, et éventuellement mais non obligatoirement de l'aluminium et/ou du silicium, la teneur en aluminium étant inférieure à 1,0 % et la teneur en silicium étant inférieure à 0,2 %.
Ces tôles sont fabriquées par laminage à chaud et à froid, puis recuit de recristallisation et passage dans une cage écrouisseuse (skin pass) pour écrouir le métal par une déformation de 4 à 10 %, parfois plus.
C'est sous cette forme que les tôles sont expédiées au client, mais à ce stade, leurs propriétés magnétiques sont médiocres car elles ont été dégradées lors de l'écrouissage.
Cet écrouissage est cependant nécessaire pour que le métal puisse aisément être découpé par le client.
Celui-ci doit, après découpage et mise en forme de la tôle, effectuer un traitement thermique visant d'une part à décarburer l'acier jusqu'à une teneur en carbone inférieure à 0,005 %, et d'autre part à augmenter sa taille de grains (opération facilitée par l'écrouissage qui a été réalisé au skin pass).
Les tôles magnétiques laminées à froid livrées à l'état fini dites tôles "Fully Process" constituent la deuxième famille.
Ces tôles ont la particularité d'être utilisables par le client directement dans l'état de livraison du producteur, sans qu'un traitement thermique ultérieur soit nécessaire pour obtenir les propriétés magnétiques visées.
Ces tôles "Fully Process" sont divisées en deux catégories.
Les tôles "Fully Process" à grains orientés constituent la première catégorie.
Elles ont la particularité de contenir des teneurs en silicium élevées (de l'ordre de 3 %), et d'avoir une orientation de leur texture très marquée du type (110-001), la direction 100 étant orientée dans le sens du laminage, qui correspond, en usage de la tôle, à la direction selon laquelle le champ magnétique est appliqué.
Le silicium augmente la résistivité de la tôle et limite ainsi les pertes par courants de Foucault.
Les tôles de ce type sont appliquées notamment à la fabrication de transformateurs de puissance.
Les tôles "Fully Process" à grains non orientés constituent la deuxième catégorie.
Elles contiennent du silicium dans des proportions qui peuvent être plus faibles que pour les précédentes (de 0,2 à 3,0 %), et également du phosphore.
Ce dernier élément joue le même rôle que le silicium dans la limitation des pertes par courants de Foucault, et sa substitution partielle au silicium permet de ne pas trop augmenter la fragilité du métal.
Les tôles de ce type ne présentent pas une texture particulière et sont appliquées notamment à la fabrication de machines tournantes, moteurs ou alternateurs par exemple.
Cette deuxième famille de tôles dites tôles "Fully Process" (comme par exemple divulguées dans EP-A-487443) contiennent généralement en poids une teneur en carbone inférieure à 0,005 %, une teneur en manganèse comprise entre 0,1 et 0,7 %, une teneur en silicium supérieure à 0,2 %, une teneur en phosphore comprise entre 0,1 et 0,2 %, et sont fabriquées comme suit :
  • on élabore, coule et lamine sous forme de tôle un acier ayant la composition ci-dessus,
  • puis on fait subir à la tôle ainsi élaborée un traitement de recuit, par exemple un recuit en continu, sous atmosphère neutre à
température élevée (dans la gamme 800 à 900°C) et de manière à rester en dessous du point de transformation ferrite-austénite (α → γ) de la nuance d'acier traitée.
Comme on l'aura compris, le procédé de fabrication d'une telle tôle "Fully Process" consiste à obtenir une teneur en carbone inférieure à 0,005 %, puis à faire subir à celle-ci un recuit permettant de lui donner les propriétés magnétiques requises.
Pour obtenir la teneur en carbone inférieure à 0,005 %, on peut soit effectuer un traitement de décarburation à l'aciérie par l'usage d'un appareil permettant de dégazer l'acier liquide sous vide du type RH ou DH, soit effectuer après laminage à froid un recuit décarburant sous atmosphère contenant un mélange de gaz oxydants.
Chacune de ces deux familles de tôles à usage électrique présentent certains avantages et certains inconvénients.
On sait que les caractéristiques magnétiques d'une tôle d'acier sont obtenues d'une part par certains éléments d'alliage, et d'autre part par le biais de la taille des grains de la structure du métal.
En effet, certains éléments d'alliage, tels que le manganèse, le phosphore, le silicium et l'aluminium font augmenter très fortement la résistivité du métal, et lui confère ainsi de bonnes propriétés magnétiques.
De même, plus la taille de grains est importante (dans une certaine limite supérieure), meilleures seront les caractéristiques magnétiques du métal.
Dans le cas des tôles "Semi Process", l'obtention des caractéristiques magnétiques est garantie par l'opération de recuit de recristallisation et de grossissement des grains effectuée après découpage de la tôle.
Outre l'effet d'écrouissage critique, le passage au skin pass permet l'obtention des caractéristiques mécaniques favorables pour réaliser la découpe de la tôle.
Ainsi, la composition chimique du métal, en termes d'éléments d'alliage est relativement secondaire du point de vue caractéristiques mécaniques et découpabilité, car celles-ci sont assurées par l'opération d'écrouissage au skin pass.
Ainsi une tôle "Semi Process" ne pose pas de problèmes particuliers de découpage, mais elle impose une étape supplémentaire de traitement (recuit de décarburation, recristallisation et grossissement de grains) et de réaliser cette étape sur des pièces découpées, ce qui entraíne une productivité moindre que si cette étape était effectuée par le producteur au cours du cycle de fabrication de la tôle.
Dans le cas des tôles "Fully Process", il est impossible d'optimiser les caractéristiques mécaniques du métal après recuit de grossissement de grains, sous peine de détériorer ses caractéristiques magnétiques.
La composition chimique, en termes d'éléments d'alliage revêt donc dans ce cas une importance toute particulière car elle conditionne fortement l'obtention des caractéristiques mécaniques nécessaires à une bonne découpabilité de la tôle.
Ces tôles "Fully Process" se découpent néanmoins plus difficilement que les tôles "Semi Process" car le rapport entre la limite d'élasticité et la charge à la rupture Re/Rm est compris entre 0,65 et 0,70, et l'allongement A% est élevé (supérieur à 30).
Le but de l'invention est de proposer des tôles en acier à usage électrique, pour appareils électriques de puissance faible à moyenne, présentant une excellente découpabilité, et fabriquée selon une filière courte et économique, du type "Fully Process".
A cet effet, l'invention a pour objet une tôle en acier à usage électrique, du type comportant moins de 0,005 % en poids de carbone, obtenue en deux étapes, une première étape consistant à fabriquer sous forme de tôle un acier, puis une seconde étape consistant à faire subir à ladite tôle un traitement de recuit à une température prise dans la gamme 800°C à 900 °C et de manière à rester en dessous du point de transformation ferrite-austénite (α → γ), caractérisée en ce que la tôle comprend en peids une teneur en carbone inférieure à 0,005 %, une teneur en phosphore inférieure à 0,1 %, une teneur minimale en silicium égale à 0,2 %, une teneur minimale en manganèse égale à 0,1 %, et de façon facultative d'aluminium, avec des teneurs telles que : 80 Mn + 90 Si ≥ 85 et 5,38 ≤ 6 Mn + 13 Al + 12 Si ≤ 16 et   la teneur en silicium total est inférieure à 0,6 %
et   la teneur en manganèse est inférieure à 1,3 %,
le reste étant du fer et des impuretés résiduelles inévitables.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention,
  • la teneur en poids en phosphore est comprise entre 0,01 % et 0,09 % ;
  • le rapport entre la teneur en silicium et la teneur en manganèse est inférieur à 0,5 ;
  • la tôle comprend en poids une teneur en carbone inférieure ou égale à 0,004 %, une teneur en silicium comprise entre 0,25 et 0,35 %, une teneur en manganèse comprise entre 0,8 et 1,0 %, une teneur en phosphore comprise entre 0,05 et 0,09 %, une teneur en aluminium comprise entre 0,08 et 0,12 %, le reste étant du fer et des impuretés résiduelles inévitables.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à la suite de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple.
La première caractéristique importante de l'invention réside dans la limitation de la teneur en phosphore de l'acier à 0,1 % en poids.
Les inventeurs ont constaté que la présence de phosphore dans l'acier, avec une teneur comprise entre 0,10 et 0,20 % en poids, est néfaste pour la découpabilité de la tôle réalisée à partir d'un tel acier, et ceci indépendamment des caractéristiques mécaniques.
Lorsque l'on réalise la découpe d'un flan de tôle au moyen d'un dispositif comportant un poinçon et une matrice à arêtes tranchantes, cette découpe s'opère en deux phases : une première phase de cisaillage du métal, et une deuxième phase d'arrachement du métal. Le bord de découpe présente donc deux zones : une première zone cisaillée située côté poinçon, et une deuxième zone rompue située côté matrice.
Dans la première phase de découpe, on cisaille donc le métal, puis s'amorcent des fissures dans le métal au niveau le l'arête de coupe du poinçon et de l'arête de coupe de la matrice, qui se rejoignent dans la phase terminale de la découpe, provoquant la rupture du métal.
Dans une tôle "Fully Process" dont la teneur en phosphore est supérieure à 0,10 % en poids, celui-ci a tendance à ségréger en couches, situées généralement entre un quart et trois quart de l'épaisseur de ladite tôle.
Ces couches de ségrégation du phosphore sont des couches présentant une dureté supérieure au reste de la tôle, et ce phénomène nuit à l'homogénéité de la découpe.
Les fissures qui s'amorcent dans le métal après la première phase de découpe d'un flan prélevé dans une telle tôle sont déviées lorsqu'elles rencontrent une couche de ségrégation du phosphore et prennent une orientation horizontale, ce qui nuit à la qualité de la zone rompue de la découpe. En effet, cette zone rompue de la découpe est d'autant plus nette que l'orientation des fissures est verticale.
La découpe présente ainsi une zone rompue non homogène avec apparition de bavures.
De plus, l'orientation horizontale des fissures entraíne souvent le détachement de certaines particules de métal, entraínant une usure abrasive des outils de coupe.
Il est donc apparu important de limiter la teneur en phosphore dans l'acier, et les inventeurs ont constaté que ce phénomène n'est plus significatif lorsque cette teneur en phosphore est inférieure à 0,10 % en poids.
Préférentiellement, la teneur en phosphore est comprise entre 0,01 % et 0,09 %.
Cette limitation de la teneur en phosphore, favorable à la découpabilité de la tôle, présente toutefois deux effets néfastes.
D'une part d'un point de vue caractéristiques mécaniques, le phosphore est un des éléments d'alliage les plus efficaces pour conférer à la tôle une dureté suffisante, et d'autre part, la diminution de la teneur en phosphore entraíne une dégradation des caractéristiques magnétiques, en particulier en matière de pertes totales spécifiques.
Il est donc nécessaire de remplacer une partie du phosphore par un ou plusieurs autres éléments qui augmentent les caractéristiques mécaniques de la tôle ainsi que ses caractéristiques magnétiques.
Les inventeurs ont constaté que ces éléments peuvent être avantageusement choisis parmi le manganèse, le silicium et l'aluminium.
La seconde caractéristique importante de l'invention est donc que la tôle comprend en poids, outre une teneur en carbone inférieure à 0,005 % et une teneur en phosphore inférieure à 0,1 %, une teneur minimale en silicium égale à 0,2 %, une teneur minimale en manganèse égale à 0,1 %, et de façon facultative d'aluminium, avec des teneurs telles que : 80 Mn + 90 Si ≥ 85 et 5,38 ≤ 6 Mn + 13 Al + 12 Si ≤ 16 et   la teneur en silicium est inférieure à 0,6 %
et   la teneur en manganèse est inférieure à 1,3 %,
le reste étant du fer et des impuretés résiduelles inévitables.
On peut également limiter la teneur en silicium à 0,5 % pour rester dans le domaine des aciers dits non alliés. En effet, si la teneur en silicium est supérieure à 0,5 %, les normes en vigueur classent un tel acier dans la catégorie des aciers alliés.
La teneur minimale en silicium égale à 0,2 % est nécessaire pour limiter les pertes par courants de Foucault.
La limitation de la teneur en manganèse total est nécessaire afin de garantir que le recuit effectué dans la seconde étape du procédé de fabrication de l'acier s'effectue correctement, c'est à dire dans le domaine ferritique tout en permettant un grossissement suffisant des grains. En effet, si la teneur en manganèse est supérieure à 1,3 %, la température du point de transformation ferrite-austénite (α → γ) est abaissée et compte tenu qu'il est indispensable d'effectuer le recuit dans le domaine ferritique, la température de ce recuit ne sera plus suffisante pour obtenir une structure avec des grains suffisamment gros pour conférer à cet acier les caractéristiques magnétiques requises. On dit que le manganèse est un élément γ-gène.
Ainsi, de préférence, on choisira de remplacer le phosphore par un élément dit α-gène, comme par exemple le silicium, ou plusieurs éléments dont au moins un est α-gène.
Il est également important de respecter la condition selon laquelle 80 Mn + 90 Si ≥ 85, car si elle n'est pas respectée, les caractéristiques mécaniques de la tôle obtenue seront insuffisantes.
Enfin, il est important de respecter la condition selon laquelle 5,38 ≤ 6 Mn + 13 Al + 12 Si ≤ 16, afin de garantir les caractéristiques magnétiques de la tôle, en termes de pertes totales spécifiques et de perméabilité.
Pour obtenir la teneur en carbone inférieure à 0,005 %, on peut soit effectuer un traitement de décarburation à l'aciérie par l'usage d'un appareil permettant de dégazer l'acier liquide sous vide du type RH ou DH, soit effectuer après laminage à froid un recuit décarburant sous atmosphère contenant un mélange de gaz oxydants, qui peut être combiné avec le recuit de recristallisation et de grossissement de grains (seconde étape).
Le tableau ci-après indique la composition de plusieurs exemples de réalisation de l'invention, les teneurs étant exprimées en pour-cent poids.
Acier carbone phosphore silicium manganèse aluminium
A 0,002 0,09 0,4 0,7 0,001
B 0,002 0,05 0,3 1,2 0,001
C 0,004 0,05 0,5 0,6 0,2
D 0,004 0,01 0,01 1,2 0,3
E 0,004 0,03 0,2 1,0 0,3
Selon un mode préférentiel de l'invention, l'acier présente une caractéristique supplémentaire consistant à limiter le rapport entre la teneur en silicium total et la teneur en manganèse total à 0,5.
En effet, si le rapport entre la teneur en silicium et la teneur en manganèse est supérieur à 0,5, l'acier peut poser quelques problèmes en termes de soudabilité, en particulier en soudage par étincelage, ce qui est préjudiciable, d'une part à la mise en oeuvre de la tôle réalisée en cet acier, et d'autre part pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication en continu d'une bande de tôle réalisée en cet acier.
Ainsi, le mode préféré de réalisation de l'invention consiste à réaliser une tôle d'acier qui comprend en poids une teneur en carbone inférieure ou égale à 0,004 %, une teneur en silicium comprise entre 0,25 et 0,35 %, une teneur en manganèse comprise entre 0,8 et 1,0 %, une teneur en phosphore comprise entre 0,05 et 0,09 %, une teneur en aluminium comprise entre 0,08 et 0,12 %, le reste étant du fer et des impuretés résiduelles inévitables.
Une telle tôle présente l'avantage de présenter de bonnes caractéristiques magnétiques et d'être correctement découpable et soudable en particulier par étincelage.
Des essais ont été réalisés à partir d'une tôle selon l'invention afin de montrer l'amélioration sur la découpabilité par rapport à une tôle de l'état de la technique.
La composition exacte des aciers pris en compte dans ces essais est mentionnée dans le tableau ci-après, les teneurs étant exprimées en pour-cent poids.
Acier carbone phosphore silicium manganèse aluminium
F 0,003 0,159 0,486 0,404 0,132
G 0,002 0,180 0,325 0,420 0,001
H 0,005 0,047 0,326 0,885 0,094
Les aciers F et G correspondent à un acier conforme à la technique antérieure et l'acier H correspond à un mode de réalisation de l'invention.
Ces trois aciers ont été élaborés de la même manière, c'est-à-dire en deux étapes, une première étape consistant à fabriquer l'acier sous forme de tôle d'épaisseur égale à 1 mm, puis une seconde étape consistant à faire subir à ladite tôle un traitement de recuit à une température prise dans la gamme 800°C à 900 °C et de manière à rester en dessous du point de transformation ferrite-austénite.
Cette étape de recuit a été identique pour ces trois aciers et a constitué spécifiquement en un recuit en continu à une température égale à 870°C pendant 2 minutes.
Les trois tôles F, G et H ont été comparées en termes de caractéristiques mécaniques, de caractéristiques magnétiques et en termes de découpabilité.
Les caractéristiques magnétiques ont été mesurées sur cellule à bande unique avec des éprouvettes prélevées dans le sens de laminage des tôles.
La découpabilité a été comparée lors d'essais de découpage suivant deux critères, l'énergie dissipée par frottement lors de la découpe d'une part, et la force de découpage en fin de rupture d'autre part. Ce dernier critère permet en particulier d'estimer l'impact des ségrégations. Le découpage a été effectué au moyen d'un poinçon en carbure de diamètre égal à 12 mm, le jeu entre le poinçon et la matrice étant égal à 7 %.
Le tableau suivant reprend le résultat moyen de ces essais.
Acier Re
(MPa)		 Rm
(MPa)		 A% Pertes à 1,5 T
(W/kg)		 Induction à
5000A/m
(Tesla)		 Critère
d'usure
(J/mm)		 Force en fin
de rupture
(N)
F 300 420 34 11,8 1,724 13900 2420
G 302 422 30,8 12,0 1,722 13420 2746
H 300 415 24,5 12,2 1,722 8490 840
Du point de vue des caractéristiques mécaniques, on constate que l'acier H de l'invention présente une limite d'élasticité Re et une charge à la rupture Rm quasiment identiques à celles des aciers F et G de la technique antérieure. En revanche, l'allongement A% est considérablement diminué, inférieur à 30, ce qui est favorable à la découpabilité de la tôle de l'invention.
Du point de vue des caractéristiques magnétiques, on constate que celles-ci sont quasiment identiques dans les trois cas.
Enfin on constate que l'énergie dissipée par frottement ainsi que la force en fin de rupture sont considérablement diminuées dans le cas de l'acier H de l'invention, ce qui montre bien la meilleure découpabilité de cet acier H selon l'invention par rapport aux aciers F et G de la technique antérieure.

Claims (4)

  1. Tôle en acier à usage électrique à grains non-orientés, du type comportant moins de 0,005 % en poids de carbone, obtenue en deux étapes, une première étape consistant à fabriquer sous forme de tôle un acier, puis une seconde étape consistant à faire subir à ladite tôle un traitement de recuit à une température prise dans la gamme 800°C à 900 °C et de manière à rester en dessous du point de transformation ferrite-austénite (α → γ), ladite tôle comprend en poids une teneur en carbone inférieure à 0,005 %, une teneur en phosphore inférieure à 0,1%, une teneur minimale en silicium égale à 0,2 %, une teneur minimale en manganèse égale a 0,1 %, et de façon facultative d'aluminium, avec des teneurs telles que : 80 Mn + 90 Si ≥ 85 et 5,38 ≤ 6 Mn + 13 Al + 12 Si ≤ 16 et   la teneur en silicium est inférieure à 0,6 %
    et   la teneur en manganèse est inférieure à 1,3 %,
    le reste étant du fer et des impuretés résiduelles inévitables.
  2. Tôle en acier selon la revendication 1, caractérisée en ce que la teneur en poids en phosphore est comprise entre 0,01 % et 0,09 %.
  3. Tôle en acier selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le rapport entre la teneur en silicium et la teneur en manganèse est inférieur à 0,5.
  4. Tôle en acier selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en poids une teneur en carbone inférieure ou égale à 0,004 %, une teneur en silicium comprise entre 0,25 et 0,35 %, une teneur en manganèse comprise entre 0,8 et 1,0 %, une teneur en phosphore comprise entre 0,05 et 0,09 %, une teneur en aluminium comprise entre 0,08 et 0,12 %, le reste étant du fer et des impuretés résiduelles inévitables.
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