"Procédé pour traiter des brames d'acier coulées en continu"
BREVET D'INVENTION
Priorité de la demande de brevet déposée au Japon le 5 novembre
1976 sous le n[deg.] Sho 51-132976, au nom de la Société susdite.
A toute fin utile, la Déposante déclare l'existence de la demande de brevet déposée au Japon le 10 mars 1976 sous le
n[deg.] Sho 51-25717, au nom de la Société susdite, non encore accordée à ce jour.
<EMI ID=1.1> brame d'acier coulée par un procédé de coulée continue pour
i fabriquer avantageusement à partir de celle-ci une tôle ou une bande d'acier (appelée ici simplement tôle d'acier), laquelle
tôle d'acier présente d'excellentes qualités en comparaison
de celles d'une tôle produite par un procédé classique.
Selon la technique actuelle de production d'une bande d'acier laminée à chaud par un laminoir à chaud continu, un
lingot d'acier produit par le procédé à lingotière et la transformation en bloom ou par un procédé de coulée continue est utilisé comme matériau de départ. La brame d'acier ainsi produite est refroidie à -,ne température ambiante. Ensuite, la
brame est chauffée pendant plus de trois heures à une température comprise entre 1200 et 13000C dans un four à réchauffer
les brames. Ladite brame est alors introduite dans un laminoir
à chaud et laminée à chaud à l'épaisseur voulue. L'énergie calorifique requise pour réchauffer la brame d'acier une fois refroidie à cette haute température est énorme.
Pour ces raisons, l'objet principal de la présente invention est d'améliorer les qualités des brames d'acier en maintenant une brame d'acier à haute température dans son état
de coulée continue dans une plage de température particulière,
en mettant à profit la chaleur sensible des brames.
Un second objet de la présente invention est d'économiser l'énergie calorifique requise pour le réchauffage de
brames d'acier. Au point de vue métallurgique, le premier objet consiste à promouvoir la précipitation de nitrures d'éléments additionnels et le grossissement du grain, ainsi que la coagulation des précipités.
Dans la brame à haute température obtenue par le pro- cédé de coulée continue, les éléments additionnels sont présents i en solution solide et, dans le cas d'aciers transformables ordinaires, l'état de solution solide est conservé dans la zone de température austénitique. Toutefois, en dessous du point de transformation Ar-, la précipitation des éléments additionnels a facilement lieu pendant que se développe la phase ferritique. Par exemple, dans le cas d'un acier calmé à l'aluminium dans lequel se forme du nitrure d'aluminium, l'aluminium et l'azote sont entièrement présents en solution solide dans la brame d'acier à haute température immédiatement après sa solidification, j à savoir dans la phase austénitique.
Dans la partie basse de la zone de température austénitique, il peut être théoriquement possible, conformément au principe d'équilibre, que la précipitation ait lieu, mais pendant un temps relativement court, l'état de non équilibre, c'est-à-dire l'état de sursaturation est conservé. A mesure que la température continue à descendre
<EMI ID=2.1>
se fait facilement.
Les objets des éléments additionnels sont variés selon les propriétés souhaitées. des différentes qualités d'acier. On peut néanmoins en distinguer deux, l'un est de conserver l'état de solution solide pendant le laminage à chaud et l'autre est de promouvoir la précipitation plutôt que de conserver l'état de solution solide.
La présente invention se rapporte en particulier à
ce dernier objet et, dans ce but, l'azote, qui est un élément de type intrusif, est fixé par l'élément additionnel Al et précipité sous forme de nitrure d'aluminium et les précipités
<EMI ID=3.1>
que venue de coulée en continu est maintenue à haute température, facilitant par là la condition de fabrication et améliorant les qualités du produit final.
Pour la production d'une tôle d'acier doux calmé à l'aluminium laminée à chaud, l'enroulement après laminage à chaud se fait normalement à haute température, par exemple une température non inférieure à 650[deg.]C, de manière à fixer l'azote sous forme de nitrure d'aluminium et à réaliser les qualités de résistance au vieillissement et de douceur. Cependant, l'en-
<EMI ID=4.1>
lité des qualités du produit due à la variation des conditions
de refroidissement sur toute la longueur de la bande d'acier à enrouler. En outre, l'enroulement à haute température entraîne
un grossissement des grains dans la couche superficielle de
la bande d'acier et ce grossissement entraîne, à son tour, des défauts superficiels. En outre encore, l'enroulement à haute température entraîne souvent une coagulation des carbures,
qui a des effets défavorables sur l'usinabilité du produit.
Enfin, au cas où un traitement de décapage est nécessaire, l'enroulement à haute température tend à épaissir la couche d'oxyde et rend donc le décapage plus difficile.
Pour éliminer les défauts cités plus haut , les
présents inventeurs se sont livrés à diverses expériences et
ont mis au point un procédé selon lequel la fixation de l'azote
se fait pendar-, que la brame d'acier est maintenue à haute tem- pérature, au lieu qu'elle se fasse en cours d'enroulement à haute température, ceci pour réduire au minimum la dissolution d'azote en solution solide au cours du chauffage de la brame,
le grain de nitrure d'aluminium grossissant de ce fait.
Selon les découvertes et les faits ci-dessus , s'il s'agit de produire une tôle d'acier doux calmé à l'aluminium,
la composition de la brame d'acier doit être de moins de 0,09%
<EMI ID=5.1>
minium soluble, le reste étant constitué par du fer et des impuretés inévitables. Avec une teneur en carbone supérieure à 0,09�, la dureté du produit est excessive. D'autre part, avec 1
une teneur en manganèse supérieure à 0,5%, l'usinabilité est mauvaise. En ce qui concerne l'aluminium acide soluble, il faut de 0,01 à 0,09% pour fixer complètement l'azote qui pénètre inévitablement dans l'acier pendant la coulée.
La brame d'acier utilisée comme matériau de départ dans la présente invention peut être produite en coulant de façon continue l'acier fondu dans un four de fusion ordinaire, tel qu'un convertisseur, avec ou sans traitement de dégazage sous vide. Selon la présente invention, la brame d'acier à haute température coulée en continu - est refroidie à une température de la plage qui va du point Ar3 à 650[deg.]C, ladite température étant choisie entre 650[deg.]C et 1050[deg.]C, puis ladite
<EMI ID=6.1>
pendant au moins 20 minutes, est réchauffée à une température comprise entre 950 et 1150[deg.]C, après quoi elle est laminée à chaud.
Comme la plage de températures à laquelle la brame . est maintenue, une température plus haute dans cette plage est avantageuse au point de vue de l'énergie calorifique, ce pourquoi une plage de températures comprise entre le point
<EMI ID=7.1>
plètement le nitrure d'aluminium et pour obtenir ainsi une excellente usinabilité, un temps de maintien de la température d'au moins 20 minutes est indispensable. En dessous de la
limite inférieure de température de 650[deg.]C, le traitement de précipitation est très difficile à réaliser du point de vue commercial, et il faut un temps très long, par exemple
plus de 5 heures, pour le traitement. Cependant, selon la pré- sente invention, une qualité de non vieillissement satisfaisan-
<EMI ID=8.1>
à une température inférieure à 650[deg.]C.
<EMI ID=9.1> <EMI ID=10.1>
température de 1150[deg.]C à laquelle le nitrure d'aluminium est redissous est définie comme limite supérieure et celle de 950[deg.]C l'est comme limite inférieure, parce que le laminage à chaud de finition s'effectue à une température non inférieure au
<EMI ID=11.1>
La tôle d'acier calmé à l'aluminium laminée à chaud obtenue par les traitements cités plus haut peut être soumise à un laminage à froid et à un recuit continu, de manière à réaliser une tôle d'acier laminé à froid présentant une excellente usinabilité.
Le nitrure d'aluminium est également important dans une tôle d'acier de qualité non polaire pour des applications électriques contenant, par exemple, au plus 0,06% de carbone, 1,0 à 4,0% de silicium et au plus 0,5% d'aluminium acide soluble, parce qu'il exerce des effets sensibles sur les propriétés magnétiques.
Selon le procédé classique de production d'une tôle d'acier à usage électrique, une brame d'acier froide produite
à partir d'un bloom ou par coulée continue est refroidie une
<EMI ID=12.1>
pérature permettant le laminage à chaud, mais pas à une température supérieure à celle de dissolution du nitrure d'aluminium, et elle est maintenue dans la plage de températures pendant un temps relativement long, pour grossir le grain du nitrure d'aluminium sans dissoudre ce dernier en solution solide, ceci pour réduire l'effet restrictif sur le grossissement du grain lors de l'étape subséquente de recuit.
Selon la présente invention, la brame d'acier produite par coulée continue n'est pas refroidie à la température ambiante, et la brame d'acier à haute température sortant de coulée continue est laminée à chaud, en bénéficiait des avantages <EMI ID=13.1>
tant ici, c'est que les propriétés magnétiques telles qu'exigées dans une tôle d'acier non polaire pour applications électriques se développent par le traitement de précipitation et de coagula- tion de la brame d'acier sous des conditions spéciales.
<EMI ID=14.1> traitement de maintien sur les propriétés magnétiques; la figure 2 est un graphique montrant la relation entre la température de réchauffage et le degré de convexité; la figure 3 est un graphique montrant la relation entre la température de réchauffage et les propriétés magnétiques.
Selon les résultats d'expériences faites par les présents inventeurs, si la brame d'acier à haute température sortant de coulée continue est maintenue dans une plage de températures de 800 à_1050[deg.]C pour ce qui a trait en particulier à
la zone centrale de la brame pendant au moins 40 minutes, la précipitation et la coagulation du nitrure d'aluminium sont favorisées de façon satisfaisante.
Les effets du maintien de la brame d'acier dans la
plage particulière de température sur les propriétés magnétiques sont mis en évidence à la figure 1. Comme le montre la figure, quand la température atteint 800[deg.]C ou est plus élevée et que le temps de maintien est court, la quantité de nitrure d'aluminium précipité et la grosseur de grain des précipités sont faibles. Cela n'est pas souhaitable, parce que cela réduit
la croissance du grain au cours de l'étape de recuit subséquente.
t En dessous de 800[deg.]C également, il est difficile de faire grossir le grain, même après un temps de maintien très long. D'autre part, en cas de tôle d'acier non polaire à usage électrique, si
<EMI ID=15.1>
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1> .1
<EMI ID=18.1>
invention, la brame d'acier à haute température sortant de coulée continue est maintenue dans une plage de températures de
800 à 1050[deg.]C pendant au moins 40 minutes.
La brame d'acier ainsi maintenue est immédiatement laminée à chaud et ensuite laminée à froid selon besoin. La
<EMI ID=19.1>
présente d'excellentes propriétés magnétiques si on la compare
à une tôle d'acier non polaire à usage électrique produite
par un procédé classique. Dans la brame d'acier qui a été soumise au traitement de maintien pour précipitation et coagulation du nitrure d'aluminium comme mentionné plus haut, la dissolution du nitrure d'aluminium est retardée si la brame
est réchauffée rapidement dans la plage de températures qui va de plus de 1050 à 1200[deg.]C en un court temps. En ce cas, une tôle d'acier laminée à chaud présentant un bon profil et une bonne forme peut se fabriquer en laminant la brame à chaud après réchauffage, sans que cela implique un sacrifice des propriétés magnétiques. En général, une température de laminage à chaud plus élevée produit un meilleur profit et une meilleure forme, et en particulier une température de 1100[deg.]C est souhaitable. Cette tendance est illustrée à la figure 2.
Cependant, comme le montre la figure 3, si l'on réchauffe la brame à une température supérieure à 1200[deg.]C, les propriétés magnétiques se dégradent remarquablement.
Comme il ressort des résultats montrés aux figures 2 et 3, un excellent rouleau d'acier à chaud à faible convexité peut s'obtenir sans sacrifier les propriétés magnétiques en maintenant la brame, dont la température est élevée à la sortie de la coulée continue, entre 800 et 1050[deg.]C, particulièrement pour ce qui a trait à la zone centrale de la brame pendant au moins
40 minutes, puis en réchauffant rapidement la brame ainsi maintenue à une température supérieure à 1050[deg.]C, mais non supérieure <EMI ID=20.1>
<EMI ID=21.1>
Les exemples suivants feront mieux comprendre l'invention.
Exemple 1
Un acier fondu présentant la composition reprise au tableau 1
a été préparé dans un convertisseur et cet acier fondu a été dégazé sous vide et coulé par un procédé de coulée continue, de manière à obtenir des brames d'acier chaudes qui ont été laminées à chaud sous les conditions de maintien et de chauffage reprises au tableau 1, de manière à donner des rouleaux chauds de 30 mm d'épaisseur. Les rouleaux chauds ainsi obtenus ont
été décapés et ont subi un laminage d'endurcissement avec une réduction de 1,5%. Les propriétés mécaniques de la bande laminée à chaud ainsi obtenue sont reprises au tableau 1. Il apparaît clairement des résultats du tableau 1 que le traitement de maintien des brames à haute température conformément
à la présente invention est remarquable. Les bandes d'acier A à G montrent d'excellentes qualités de non vieillissement, comme le montrent l'indice de vieillissement et l'usinabilité. La bande témoin, qui a été produite par un procédé classique avec enroulement à haute température, a montré une augmentation de rugosité au cours des opérations suivantes. Les bandes laminées à chaud A, B, E et c.e. reprises au tableau 1 ont été laminées à froid avec 70% de réduction, recuites de façon continue à
700[deg.]C pendant une minute et soumises à un traitement de survieillissement à 300[deg.]C pendant trois minutes pour obtenir des bandes laminées à froid. Les propriétés mécaniques de ces
tôles après un laminage d'endurcissement de 1,5% sont reprises au tableau 2. Les résultats figurant aux tableaux montrent clairement que les tôles d'acier laminées à froid produites selon la présente invention présentent d'excellentes propriétés <EMI ID=22.1>
mécaniques si on les compare aux tôles d'acier laminées à froid de référence.
Exemple 2
Un acier fondu a été préparé dans un convertisseur et dégazé sous vide pour obtenir une composition d'acier fondu comprenant 0,009% de carbone, 2,45% de silicium, 0,275% d'aluminium acide soluble, le reste étant constitué par du fer et des impuretés inévitables. L'acier fondu ainsi obtenu a été coulé en continu de manière à réaliser des brames d'acier A à E de 250 mm d'épaisseur. Du c8té sortie de la machine à couler en continu,
la surface supérieure et les surfaces latérales des brames A,
B et C ont été recouvertes d'un matériau isolant thermique, pour éviter la diffusion de la chaleur. De cette manière, on a obtenu des brames à haute température. Ces brames à haute température ont été transférées à un atelier de laminage à chaud continu, où les brames furent maintenues pendant dix minutes sous un couvercle retenant la chaleur, de manière à réduire au minimum la différence de température entre la partie d'extrémité
et la partie centrale en utilisant la chaleur de la brame ellemême, et ensuite le couvercle fut enlevé et la brame fut immédiatement soumise à un laminage à chaud continu jusqu'à en faire une tôle laminée à chaud de 2,30 mm d'épaisseur, tandis que les brames B et C furent chargées dans un four de chauffage où elles furent chauffées rapidement à 1280[deg.]C, et la brame B fut retirée du four quand elle était uniformément chauffée à
<EMI ID=23.1>
formément chauffée à 1280[deg.]C. Ensuite, ces brames furent immédiatement laminées à chaud de manière à être transformées en tôles laminées à chaud de 2,30 mm d'épaisseur.
Le temps écoulé depuis le moment où le matériau isolant thermique fut appliqué aux brames jusqu'au début du laminage à chaud fut de 45 minutes et la température des brames au moment où l'on a retiré le couvercle maintenant la tempé- <EMI ID=24.1>
à chaud était de 830 à 900[deg.]C et la température d'enroulement était de 550 à 650[deg.]C, ceci pour toutes les brames A, B et C.
Les rouleaux laminés à chaud de 2,30 mm d'épaisseur ainsi obtenus furent soumis à des traitements de recuit, de décapage, de laminage à froid et de recuit, de manière à obtenir des produits finis de 0,50 mm d'épaisseur, qui furent soumis
à des essais de qualité.
Pendant ce temps, les brames D et E produites à partir du même acier fondu furent obtenues par coulée continue et furent refroidies une fois pour obtenir des brames froides selon un procédé classique, puis les brames froides furent réchauffées à 1100[deg.]C pendant trois heures et 30 minutes, et laminées de manière à obtenir des rouleaux chauds de 2,30 mm d'épaisseur.
La température de finissage du laminage à chaud était de 830 à 900[deg.]C et la température d'enroulement était de 550
à 650[deg.]C. En-suite,les rouleaux chauds furent traités de la
même manière que les brames A, B et C et soumis à des essais
de qualité.
Les propriétés magnétiques et la convexité des produits obtenus à partir des brames A à E sont reprises au tableau 3.
Comme il apparaît clairement des résultats ci-dessus, le produit provenant de la brame A selon la présente invention a des propriétés magnétiques vraiment excellentes. Et aussi le produit provenant de la trame B, qui a été réchauffée selon la présente invention, montre très peu de convexité et seulement une très faible diminution des propriétés magnétiques.
<EMI ID=25.1>
<EMI ID=26.1>
<EMI ID=27.1>
<EMI ID=28.1>