Acier électrique : propriétés, types, production et applications

Bobine d'acier électrique GNEE

Qu'est-ce que l'acier électrique ?

Acier électriqueest un matériau ferromagnétique composé de fer avec des quantités variables de silicium (Si), allant de 1 % à 6,5 %. Le développement de l’acier électrique a été motivé par les équipements électriques qui nécessitaient un acier capable de réduire la dissipation thermique, un problème qui entraînait un gaspillage d’énergie. Le fer s’est avéré être l’option la plus économiquement viable, mais ses impuretés n’étaient pas optimales. Il a été constaté que l’ajout de silicium augmentait la résistivité, augmentait la perméabilité magnétique et réduisait les pertes par hystérésis. L'acier électrique commercial le plus largement utilisé contient environ 3,25 % de Si, car une teneur plus élevée en silicium a tendance à rendre le matériau résultant trop cassant pour être laminé à froid. L'acier électrique avec une teneur en silicium de 6,5 % possède les propriétés magnétiques et électriques les plus améliorées, mais nécessite un traitement thermomécanique supplémentaire pour surmonter sa fragilité et sa ductilité limitée.

Propriétés de l'acier électrique

L'ajout de silicium dans le fer améliore grandement les propriétés physiques des aciers électriques. Les aciers électriques possèdent les propriétés souhaitables suivantes pour soutenir la production, la distribution et la consommation d’électricité :

• Haute perméabilité – capacité accrue à supporter les champs magnétiques
• Faible magnétostriction – faible tendance à se dilater ou à se contracter dans les champs magnétiques
• Haute résistivité électrique - réduit la perte de noyau en réduisant la composante de courants de Foucault
• Diminution de la perte d'hystérésis - une faible perte d'hystérésis signifie moins d'énergie gaspillée sous forme de chaleur provenant de la force magnétisante alternée.

Types d'acier électrique

Acier électrique entièrement transformé, non orienté

L'acier électrique non orienté et entièrement traité présente des niveaux de silicium variables allant de 0,5 % à 3,25 % de Si. Il possède des propriétés magnétiques uniformes dans toutes les directions. Ce type d'acier électrique ne nécessite pas de processus de recristallisation pour développer ses propriétés. Les qualités d'alliage à faible teneur en silicium offrent une meilleure perméabilité magnétique et une meilleure conductivité thermique. Pour les nuances fortement alliées, de meilleures performances sont attendues dans les hautes fréquences, avec de très faibles pertes. Ce type est excellent pour les circuits magnétiques des moteurs, des transformateurs et des boîtiers de systèmes électriques. Ce type entièrement traité présente des difficultés de poinçonnage en raison d'un processus de recuit terminé. Des revêtements organiques sont ajoutés pour améliorer la lubrification lors du processus de poinçonnage.

Acier électrique semi-ouvré non orienté

Les aciers électriques semi-finis non orientés sont en grande partie des aciers alliés sans silicium et sont recuits à basse température après le laminage à froid final. L'utilisateur final doit toutefois effectuer le recuit final de détente en fonction de l'application prévue de l'acier. La poinçonnage de ce type d'acier électrique est meilleure que celle du type non orienté entièrement traité, de sorte que les revêtements organiques ne sont pas nécessaires. Les qualités semi-traitées non orientées constituent de bons matériaux de base pour les petits rotors, stators et petits transformateurs de puissance.

Acier électrique à grains orientés

Aciers électriques à grains orientéssont composés de fer avec une teneur en Si de 3 % avec des grains orientés pour offrir une perméabilité élevée et une faible perte d'énergie. Les qualités à grains orientés possèdent de fortes propriétés cristallographiques. Ce type subit un processus de recristallisation résultant en une structure de grain améliorée qui présente de meilleures propriétés magnétiques dans le sens de laminage de la feuille. Les aciers à grains orientés sont principalement utilisés pour les applications non rotatives, telles que les transformateurs.

bobine d'acier électrique

A quoi sert l'acier électrique ?

Les aciers électriques, avec leurs performances magnétiques avantageuses, sont essentiels dans de nombreux systèmes électriques. Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des applications dans lesquelles des noyaux électriques en acier sont utilisés [6] :

Machines tournantes :

• Moteurs d'entraînement de véhicules électriques
• Moteurs hermétiques
• Moteurs à courant alternatif (AC)
• Moteurs à service intermittent

Machines statiques :

• Transformateurs de puissance et de distribution
• Réacteurs et amplificateurs magnétiques
• Transformateurs de soudage
• Transformateurs audio
• Transformateurs de courant
• Interrupteurs et relais magnétiques
• Ballast électrique

acier au silicium orienté