Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
La tôle à grains orientés est l'un des matériaux les plus importants de la chaîne de conversion de l'énergie électrique. La demande d'efficacité environnementale entraîne une évolution des convertisseurs et une amélioration des propriétés des tôles électriques à grains orientés. Moins de pertes, moins de bruits, sont les exigences qui guident le développement de ces produits. Cet article décrit les grands principes de fabrication des différentes familles de tôles à grains orientés et leurs propriétés principales. Il donne un aperçu des normes relatives à leur classification et à l'évaluation de leurs propriétés d'usage.
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Grain riented electrical steel is one of the most important contributors to the chain of energy conversion. The demand for environmental efficiency involves changes in converter structures and improvements in grain oriented electrical steel properties. Lower loss and less noise are the guides for the development of those products. This paper describes the production of the various grain oriented electrical steels and their main properties it brings also an overview of the standards related to their classification and to their property assessment.
Auteur(s)
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Régis LEMAÎTRE : Responsable recherche et technologie de ThyssenKrupp Electrical Steel GmbH (TKES, Gelsenkirchen, Allemagne)
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Thierry BELGRAND : Responsable recherche et développement de ThyssenKrupp Electrical Steel UGO SAS (TKES, Isbergues, France)
INTRODUCTION
La dénomination de la norme NF EN 10107 était jusqu'alors « bandes et tôles magnétiques en acier à grains orientés livrées à l'état fini » ; dans une résolution du 23 décembre 2013, la Commission UF68 de l'AFNOR – système français de normalisation – UTE a adopté la dénomination « bandes et tôles en acier électrique à grains orientés livrées à l'état fini ». Cet acier est communément appelé GO, ou encore acier au silicium à grains orientés.
L'acier à grains orientés fait partie de la famille des matériaux magnétiques doux qui offrent une grande perméabilité au champ magnétique, s'aimantent et se désaimantent facilement. C'est un acier allié au silicium, contenant environ 3 % de silicium en poids, commercialisé sous forme de produit plat et isolé électriquement sur les deux faces par une couche formée à partir de silicates de magnésium complétée d'un film inorganique de type phosphate.
Le procédé de fabrication comprend de multiples étapes depuis l'élaboration de l'acier, le laminage à chaud et les opérations de transformation thermomécanique qui visent à obtenir une texture cristallographique spécifique appelée « texture de Goss ». Cette texture est la raison de leur bonne performance magnétique dans le sens de laminage de la tôle. Elles présentent une polarisation magnétique élevée à saturation et des pertes spécifiques très basses.
Les tôles à grains orientés sont bien adaptées aux emplois en champ unidirectionnel comme dans les machines statiques telles que les transformateurs pour lesquels les rendements électriques visés sont très élevés. En revanche, elles sont moins performantes dans le cas des machines tournantes traditionnelles mais le sont dans les gros générateurs et alternateurs. Leurs caractéristiques sont spécifiées dans la norme qui distingue deux classes de matériaux dans les épaisseurs 0,23, 0,27, 0,30, 0,35 mm :
-
matériau à grains orientés conventionnel, dit CGO ;
-
matériau à grains orientés à haute perméabilité, dit HGO, qui présente des propriétés améliorées pour les transformateurs de puissance.
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KEYWORDS
steel making | electrotechnic | Energy | magnetic materials
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Affinement des domaines magnétiques
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3. Formation du revêtement et isolation électrique
La tôle électrique à grains orientés est revêtue pour assurer une isolation électrique sur les deux faces. Le revêtement est réalisé à partir de l'étape de décarburation No 5, puis de recuit vase clos No 6 et fini sur la ligne de revêtement et planage No 7 (figure 2).
Ce revêtement d'épaisseur d'environ 3 μm par face est constitué d'un film inorganique de silicates de magnésium (glass film) sur lequel a été déposé un second film composé de constituants inorganiques à base de phosphates et de silicates. Cette configuration d'isolants est dite EC-5 sur EC-2 selon la désignation EN 10342.
Le revêtement d'isolation doit être suffisamment adhérent pour ne pas se détacher lors des opérations de refendage ou de découpage en lamelles. Une valeur minimale de la résistance d'isolement superficiel au passage du courant à travers le revêtement est exigée, exprimée en Ω · mm2, elle est calculée à partir des mesures réalisées avec l'appareil Franklin. La tension du revêtement induite sur le substrat GO est un facteur important de l'amélioration des propriétés magnétiques (§ 6.5). Pour ces raisons, la composition et la réalisation du revêtement est une opération clé de la qualité des tôles électriques GO.
La solution phosphatée est composée d'un phosphate de magnésium ou d'aluminium ou autres Mn, Ni, ou d'un mélange de phosphates et de silice colloïdale, d'acide chromique, et d'autres composants.
L'examen du profil de distribution des éléments chimiques dans le revêtement...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HASTENRATH (M.), LAHN (L.), LEMAITRE (R.) - New developments in manufacturing of GOES. - Cigré, Cavtat, Croatia, nov. 2009.
-
(2) - Démarrage de la coulée-laminage de ThyssenKrupp. - Revue de Métallurgie, V98, p. 655-666, juil. 2001
-
(3) - SCHOEN (J.W.) - High temperature grain growth during slab reheating of oriented 3%Si-Fe made using continuous casting. - Met. Trans. A, vol. 17, p. 1335-1346, 8 août 1986.
-
(4) - SHIMANAKA (H.) et al - Grain oriented silicon steel having low core loss by continuous casting. - Proc. Symp. on Energy efficient electrical steels, Pittsburg, p. 157-168, oct. 1980.
-
(5) - Procédé de fabrication d'acier magnétique. - Brevets : EP0732413B1, EP0912768B1.
-
(6) - GÜNTHER (K.) - * - Journal of Magnetism and Magnetic Materials,...
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