Acier au silicium à grains orientés laminé à froid | Propriétés Applications
L'ajout de silicium (Si) dans le fer (Fe) en proportions adéquates grâce à certains procédés de fabrication améliore considérablement les propriétés magnétiques et électriques du fer. À la fin du 19ème siècle, il a été découvert que l'ajout de silicium au fer améliorait considérablement la résistivité du fer, ce qui a conduit au développement de l'acier au silicium, connu aujourd'hui sous le nom d'acier électrique. Cela a non seulement réduit les pertes par courants de Foucault dans l'acier, mais également amélioré de manière significative la perméabilité magnétique et réduit la magnétostriction. Le tableau ci-dessous montre comment certains comportements électriques et magnétiques du fer changent avec l'ajout de silicium.
N. P. Goss, l'inventeur précoce du procédé de fabrication de l'acier au silicium laminé à froid à grains orientés (CRGO) en 1933, a exprimé son idée en ces termes : "J'ai des preuves expérimentales qui me conduisent à penser qu'il existe une relation apparente entre la taille des grains et la ductilité d'un échantillon et ses propriétés magnétiques. Ces preuves montrent que de petits grains uniformes et une grande ductilité accompagnent une forte perméabilité". Cette idée a conduit à une révolution dans l'industrie de l'acier, aboutissant à la production d'aciers de haute qualité. Selon l'orientation des grains, il existe deux types d'aciers au silicium :
Acier au silicium à grains orientés (GO).
Acier au silicium non orienté (GNO).
Dans les sections suivantes, nous discuterons de l'acier GO. Plus précisément, nous aborderons l'acier au silicium laminé à froid à grains orientés (CRGO) et ses applications.
Laminage à froid de l'acier
Il est effectué pour réduire l'épaisseur de l'acier dans une plage de 0,1 mm à 2 mm, ce qui ne peut pas être atteint par le laminage à chaud. Au cours de ce processus, sous des conditions soigneusement contrôlées, des caractéristiques magnétiques optimales sont obtenues dans la direction de laminage. Cette direction est également connue sous le nom de texture Goss (110)[001], qui est la direction de magnétisation facile dans la direction de laminage. Cela est illustré dans la figure ci-dessous. L'acier à grains orientés n'est pas utilisé dans les machines électriques tournantes où le champ magnétique est dans le plan des feuilles, mais l'angle entre le champ magnétique et la direction de laminage change constamment. Pour cet usage, on utilise l'acier au silicium non orienté.
Représentation schématique de la texture de laminage (110)[001] ou texture Goss
Propriétés de l'acier CRGO
C'est un matériau magnétique doux et possède les propriétés suivantes :
Haute perméabilité magnétique.
Réduction de la magnétostriction.
Haute résistivité.
Facteur de stratification élevé permettant des conceptions compactes.
Faibles pertes.
Qualités de l'acier CRGO
Les premières qualités d'acier étaient connues sous les noms M7 (0,7 watts/lb à 1,5T/60Hz) et M6 (0,6 watts/lb à 1,5T/60Hz).
De même, les qualités M5, M4 et M3 ont été développées à la fin des années 1960.
Un nouveau matériau appelé Hi-B présente un degré remarquable d'orientation et est 2 à 3 grades meilleur que les produits d'acier CRGO conventionnels.
Application de l'acier au silicium CRGO comme noyau de transformateur
L'acier de qualité CRGO trouve principalement des applications comme matériau de noyau pour les transformateurs de puissance et les transformateurs de distribution. Cela peut être expliqué comme suit :
La haute perméabilité magnétique conduit à de faibles courants d'excitation et à des inductions plus basses.
Faible hystérésis et pertes par courants de Foucault.
Excellent facteur de stratification conduisant à des conceptions meilleures et plus compactes, et donc à une moindre quantité de matériel nécessaire.
Caractéristiques de saturation élevées.
Très faible niveau de magnétostriction, ce qui réduit le bruit.
Améliore la facilité de bobinage et augmente la productivité.
Perspectives futures de l'acier au silicium CRGO
Bien qu'il y ait eu des alternatives aux aciers de qualité CRGO, tels que le nickel-fer, le mu-metal, la bande de bore amorphe, le superverre, etc., l'acier CRGO reste le choix supérieur dans l'industrie des transformateurs. Des alliages comme le métal amorphe Fe78-B13-Si9 ont montré qu'ils avaient des pertes de noyau beaucoup plus faibles lorsqu'ils étaient utilisés comme noyau de transformateur de distribution, comparativement à l'acier de qualité CRGO. Une composition optimale en silicium dans l'acier peut modifier la texture afin d'obtenir des propriétés magnétiques désirables lors de la fabrication dans des conditions contrôlées.
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