Article

1 - CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES

2 - ALLIAGES FESI(AL) INDUSTRIELS

3 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : D2123 v1

Matériaux magnétiques doux cristallins - Tôles magnétiques fer-silicium non orientées (NO)

Auteur(s) : Thierry WAECKERLÉ

Relu et validé le 30 janv. 2015

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RÉSUMÉ

Les tôles magnétiques FeSi non orientées (c'est-à-dire sans anisotropie magnétique marquée) sont des matériaux magnétiques doux (de loin la catégorie la plus importante en tonnage), cristallins et conducteurs. Ces propriétés les cantonnent aux applications basse fréquence du Génie électrique. Après une description des caractéristiques générales et métallurgiques des aciers FeSi, cet article présente les aciers FeSi N.O. industriels semi- ou fully-process et dresse ensuite un état de l'art des comportements et évolutions actuelles spécifiques de ces matériaux.

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ABSTRACT

Non-oriented FeSi sheets (that is to say without any marked magnetic anisotropy) are soft magnetic crystalline conducting materials (by far the largest category in terms of tonnage). Due to these properties, they are reserved for low frequency applications in electrical engineering. After having provided a general and metallurgical description of the FeSi steel properties, this article presents the non-oriented FeSi steels, either semi or fully industrially-processed, and describes state-of-the-art behaviors as well as current developments specific to these materials.

Auteur(s)

  • Thierry WAECKERLÉ : Responsable Recherche et Développement - Expert Métallurgie et Matériaux Magnétiques - Centre de recherche d'Imphy, APERAM

INTRODUCTION

Les tôles magnétiques FeSi non orientées (c'est-à-dire sans texture aiguë donc sans anisotropie magnétique marquée) sont des matériaux magnétiques doux (elle est de loin la catégorie la plus importante en tonnage), cristallins et conducteurs, peu coûteux, ce qui leur ouvre largement les applications de masse basse fréquence du génie électrique, comme les machines électriques tournantes ou statiques (petits transformateurs), certains actionneurs, blindage, capteurs, inductances.

En effet ces matériaux issus de la métallurgie traditionnelle deviennent après laminage et recuit des polycristaux plus ou moins faiblement texturés et alliés en silicium selon les besoins applicatifs. Les objectifs de cet article sont de :

  • synthétiser les principales caractéristiques générales des aciers électriques FeSi, souvent utiles en bureaux d'études ;

  • d'éclairer les comportements type de ces matériaux aux sollicitations en température, en fréquence et en contrainte ;

  • présenter l'état de l'art des différentes familles actuelles de tôles magnétiques FeSi(Al) industrielles, en relation avec leurs principales valeurs d'usage et leurs applications. On distinguera notamment les deux sous-familles majeures semi- et fully-process, leurs avantages et inconvénients ;

  • présenter les évolutions actuelles ou attendues des tôles magnétiques FeSi, en englobant aussi bien les progrès dans les procédés de production vers des matériaux plus propres et moins chers, car consommant moins d'énergie pour les produire, que dans les évolutions applicatives (éoliennes, véhicules hybrides, turbogénérateurs...) poussant à développer des matériaux spécifiques moins dissipatifs et/ou plus résistants mécaniquement.

Quoiqu'employées très massivement dans la plupart des secteurs du Génie électrique de par leur faible coût et leurs propriétés magnétiques tout à fait honorables, les tôles magnétiques FeSi non orientées ne peuvent cependant répondre à de nombreuses attentes plus spécifiques lorsque la forte densité de puissance, la très basse consommation énergétique, la tenue en fréquence moyenne à haute, la tenue à la corrosion, la très haute perméabilité magnétique sont demandées. Il faut alors recourir aux autres familles de matériaux magnétiques doux, plus onéreuses comme les alliages FeNi, FeCo, FeCr, les amorphes magnétiques, les rubans nanocristallins ou les ferrites doux, etc. qui font l'objet d'articles distincts.

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KEYWORDS

soft magnetic material   |   electrical steel SiFe   |   magnetic laminations

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d2123


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - CHEN (C.W.) -   Temperature Dependence of magnetic properties of silicon-Iron.  -  J. Appl. Phys., 29, p. 9 (1958).

  • (2) - DE WULF (M.) -   Aciers électriques NO pour machines tournantes.  -  TomeEGEM Matériaux Magnétiques en Génie électrique , vol. 1, p. 87.

  • (3) - MOSES (A.J.) -   *  -  J. Mat. Science, 9, p. 217-222 (1974).

  • (4) - MOSES (A.J.) et al -   *  -  IEEE Trans. Mag. 25, 5, p. 370 (1989).

  • (5) - BASAK (A.), MOSES (A.J.) -   *  -  Proc. IEE 125, 2, p. 165 (1978).

  • (6) - MOSES (A.J.), PHILIPS (P.S.) -   *  -  IEEE Trans. Mag. 14, 5, p. 78 (1978).

  • (7)...

1 Annuaire

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1.1 Quelques producteurs

Le groupe ArcelorMittal avec des sites de production en France (St Chély d'Apcher : qualités fully-process), en Belgique (qualités semi-process), en Allemagne, en Tchéquie (GO) http://www.arcelormittal.com/industry

Filiale UGO à Isbergues (France) pour les FeSi GO et unité EBG pour les FeSi NO, du groupe Thyssen Krupp Electrical Steel http://www.tkes.com

Production brésilienne en FeSi NO et GO du groupe français APERAM, très proche mais indépendant du groupe ArcelorMittal. APERAM possède aussi le producteur français IMPHY d'alliages magnétiques doux (FeNi, FeCo...).

AK Steel (US), ex Armco, producteur de tôles magnétiques FeSi GO et NO http://www.aksteel.com

Carpenter technology (US) producteur principalement de produits longs (barres, fils) en FeSi(Al) ; également feuillards et alliages FeN ou FeCo.

Tata steels pour la production d'aciers électriques FeSi NO ( http://www.tatasteeleurope.com) et sa filiale Cogent (GB) pour les produits FeSi G.O. ( http://www.cogent-power.com)

ATI-Allegheny Ludlum (US) pour les aciers FeSi GO http://www.atimetals.com

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