Brevet FR2067381A1 — publié le 19710820

Ia présente invention concerne un procédé pour la coulée continue d'acier, notamment dTacier ayant une faible teneur en carbone. Il est connu d'utiliser des bandes ou des tôles laminées 5 à plat, soit à chaud, soit à froid, comme matière de départ pour un grand nombre de produits fabriqués par des processus d*emboutissage. A cet effet, on coule de façon classique des aciers non calmés produits dans des fours Jfertin, des fours électriques ou des convertisseurs à l'oxygène. Un tel acier a une teneur en 10 carbone d'environ 0,03 à 0,25fo et des teneurs correspondantes en manganèse. La qualité superficielle et les caractéristiques d'emboutissage des tôles laminées à partir de ces aciers sont bonnes. Afin d'augmenter la résistance au ijeillissement de l'acier non calmé coulé de façon classique, il est connu d'ajouter 15 l'élément bore en une telle quantité que l'azote de l'acier soit fixé . Toutefois, les aciers ainsi produits ne conviennent pas au procédé de coulée continue qui exige une solidification rapide. En effet, la réaction avec ébullition est trop violente et la quantité des gaz libérés est trop importante pour le procédé 20 de coulée continue. D'une part, il se produit des débordements de l'acier de la lingotière et, d'autre part, la quantité du gaz libéré provoque des bulles de gaz et des soufflures dans le produit coulé du fait que le temps d'échappement est trop court. Le but de l'invention est d'ajuster la composition 25 d'un acier de telle manière qu'il convienne pour une coulée dans une installation de coulée continue, que le métal liquide se solidifie dans la lingotière en dégageant seulement une faible quantité de gaz, et que le produit coulé ainsi obtenu présente des propriétés mécaniques qui sont au moins équivalentes à celles 30 de l'acier non calmé coulé de façon classique dans des lingo— tières fixes. De plus, la composition de l'acier doit être telle que les brames coulées conviennent pour la fabrication de produits laminés plats. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu 35 par l'addition de manganèse, d'aluminium et de bore au bain d'acier de sorte que celui-ci ait la composition : 70 41442 2 2067381 C 0,01 - 0,20 $ - Mh 0,15-0,60 $ Al 0,015 - 0,12 % B 0,0001 - 0,015 $ 5 le reste étant formé par Fe et des impuretés négligeables et par le fait que ce bain d'acier est coulé dans un moule ou lingotière pour la coulée continue de barres. Quant à la teneur en carbone, la demanderesse a constaté qu'elle ne doit pas être inférieure à 0,01$ sinon les ^ teneurs en oxygène pendant la production d'acier selon des procédés basiques de production d'acier deviennent si élevées que le revêtement réfractaire du four dans lequel est produit l'acier est attaqué. Cette proportion de 0,01$ est également favorable pour la coulée continue. La limite supérieure pour la teneur en carbone ^ doit être d'environ 0,2$ puisque des teneurs en carbone plus élevées provoquent une forte diminution de l'aptitude à la déformation en raison de l'effet d'augmentation de la résistance produit par le carbone, ayant pour résultat que l'acier ne se prête plus à la déformation et à l'emboutissage. 20 Le bain d'acier, dont la composition doit être ajustée comme indiqué ci-dessus, peut être produit selon un procédé de production d'acier quelconque, par exemple au four Ifertin, au four électrique ou dans un convertisseur à l'oxygène. Par exemple, on peut produire dans un tel convertisseur un acier à faible teneur 25 ' en carbone ayant la composition suivante : C 0,03 - 0,06 % Si inférieur à 0,02 $ Mh 0,05 - 0,25 $ S inférieur à 0,04 % P inférieur à 0,05 $ 0 600 - 900 p. p.m. Les additions de manganèse, d'aluminium, de bore et, éventuellement de carbone, nécessaires pour obtenir la composition 35 suivant l'invention, peuvent être effectuées dans la poche, pendant ou après la percée. 70 41442 3 2067381 Lé manganèse peut être ajouté dans la poche sous forme de ferrdmanganèse ayant une teneur appropriée en carbone ou sous forme de manganèse électrolytique. En cas d'utilisation de ferro-manganèse ayant une teneur en carbone faible ou moyenne, il suffit 5 d%n ajouter environ 2 à 6 kg par tonne d'acier» Le manganèse est important pour éviter la fragilité à chaud pendant le processus de laminage subséquent. Des essais sur une installation de coulée continue comportant une lingotière droite démontrent que la teneur en manganèse peut être réduite à 0,15% sans qu'il se forme des 10 fissures superficielles; la teneur en manganèse ne doit cependant pas être inférieure à 0,20$ pour une coulée dans une installation courbe afin d'éviter les fissures à la surface lors du redressage de la barre. L'aluminium peut être ajouté sous une forme quelconque, 15 par exemple, sous forme de barres ou dans un alliage, et la quantité varie entre 1,75 à 3 kg d'aluminium par tonne d'acier. La demanderesse a trouvé que la proportion d'aluminium dans la composition doit être ds.0,015 à 0,12$. La demanderesse a trouvé que, pour une teneur en aluminium inférieure à 0,015$, l'acier n'est 20 pas suffisamment calmé et des soufflures se forment par suite d'une inclusion de gaz s'échappant du bain. Une teneur en aluminium supérieure à 0,12$ s'est avérée nuisible parce qu'elle affecte la qualité de l'acier par la diminution de ses propriétés mécaniques. Une addition d'aluminium qui est plus importante que cette limite 25 supérieure est en outre relativement coûteuse. La demanderesse a trouvé que des teneurs en boie relativement faible^ en combinaison avec l'aluminium, diminuent la dureté de l'acier et permettent la coulée d'aciers à faible teneur en carbone et complètement calmés, qui présentent la qualité 30 d'aciers non calmés et coulés de façon classique. Cet effet est surprenant puisque le bore en combinaison avec les agents désoxy-dants classiques est connu comme un agent d'augmentation de la dureté. Le bore peut être ajouté dans la poche sous la forme de 35 ferrâboreou sous la forme d'autres alliages de bore. En cas d'utilisation de ferroboreà 18$ de bore, il suffit généralement d'ajouter 0,12 à 1,0 kg de ferroborepar tonne d'acier. 70 41442 4 .2067381 ■; . - 10 15 Si nécessaire, on peut effectuer une carburation du bain dans la poche par une addition de coke, d'anthracite, de graphite ou de dérivés du pétrole. Toutes les additions peuvent être effectuées successivement ou ensemble, mais il est préférable de les effectuer par intervalles pendant la coulée en poche , afin d'assurer une distribution uniforme. • Une composition avantageuse de l'acier pour la coulée continue suivant l'invention est la suivante : C 0,03 - 0,15 $ Mh 0,20 - 0,50 % Al 0,020 - 0,000 $ B 0,0003 - 0,006 $ Fe et des impuretés négligeables formant le reste. La teneur en carbone de 0,03% est avantageuse pour maintenir la teneur en oxygène dans l'acier si faible qu'il se produise seulement un dégagement gazeux modéré dans la lingotière. la teneur limitée en oxygène empêche en outre une suroxydation de l'acier et une formation excessive d'inclusions non métalliques formées par les éléments de désoxydation manganèse et aluminium. Après l'ajustage de la composition désirée, l'acier est coulé par l'intermédiaire d'un panier de coulée dans la 2^ lingotière, d'où la barre est extraite de façon continue. Si désiré, la barre peut être déformée ensuite en utilisant la chaleur de coulée, ou elle peut être portée à une température de déformation uniforme au moyen d'un four de maintien à température pendant une phase intermédiaire. Bien entendu, il est également possible de subdiviser tout d'abord la barre, de la refroidir à la température ambiante et de la rechauffer ensuite. Après la déformation, par exemple après un laminage à chaud, la bande laminée peut être recuite, décapée, laminée à froid ou traitée d'une autre façon connue. 35 L'exemple suivant illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée. 20 70 41442 5 2067381 EXEMPLE Le mode de traitement pour toutes les charges décrites dans cet exemple est le suivant. L'acier est fondu dans un convertisseur à l'oxygène 5 d'une manière habituelle pour la production d'acier à faible teneur en carbone, puis coulé dans une poche. Suivant les résultats d'analyse du bain, on ajoute dans la poche du manganèse, de l'aluminium, du boie et, dans certains cas, du carbone. Le tableau suivant indique les additions pour 14 charges en kg par tonne 10 d'acier. TABLEAU I Addition dans la poche en kg/tonne d'acier N° de la charge coke ferromanganèse aluminium ferrobore(18$) 15 1786 2,5 2,37 0,5 2154 2,5 2,5 0,5 2321 2,5 2,37 0,5 2493 2,5 2,37 0,5 1112 0,25 4,25 2,25 0,5 20 2316 2,25 2,25 0,5 2324 2,5 2,37 0,5 3071 2,25 ' 2,25 0,5 3505 2,5 2,5 0,5 4209 2,5 2,5 0,5 25 10038 1,15 6,0 2,0 0,5 11602 2,5 2,25 0,25 11604 2,5 2,5 1,0 11606 2,25 2,25 1,0 On coule ensuite 1*acier de la poche par l'intermédiaire d'un panier de coulée dans une lingotière pour la coulée continue qui est refroidie à l'eau et conçue pour la coulée de brames, dont l'extrémité inférieure est fermée par une fausse barre. Un fondant est versé sur la surface du bain afin d'éviter autant que possible des inclusions d'impuretés non métalliques contenant de l'aluminium. La barre, partiellement solidifiée dans la lingotière, est extraite de celle-ci puis refroidie dans une zone de refroidissement secondaire. Après la coupe à la longueur déterminée 70 41442 6 2067381 et le refroidissement de la brame à la température ambiante, on prélève des échantillons dont on examine les teneurs en carbone, manganèse, aluminium et bore. Le tableau II indique les résultats de cette analyse . : TABLEAU II Composition de l*acier. en pourcentages de poids N° de la charge carbone manganèse aluminium bore 1786 0,05 0,29 0,068 0,0008 2154 0,04 0,22 0,030 0,0015 2321 0,06 0,36 0,065 0,0050 2493 0,03 0,25 0,015 0,0020 1112 0,11 0,40 0,021 0,0025 2316 0,05 0,34 0,114 0,0020 23 24 0,05 0,38 0,075 0,0034 3071 0,06 0,38 0,109 0,0036 3505 0,04 0,31 0,048 0,0019 4209 0,07 0,31 0,118 0,0035 10038 0,17 0,50 0,075 0,0020 11602 0,04 0,29 0,040 0,0020 11604 0,05 0,34 0,120 0,0142 11606 0,05 0,38 0,057 0,0110 Les brames sont ensuite portées à la température 25 de laminage, décriquées au chalumeau puis laminées à chaud dans un laminoir pour bandes; les températures sont contrôlées à différentes reprises pendant cette opération. Le tableau III indique les températures juste derrière la cage de dégrossissage, juste derrière la cage de finissage, ainsi que devant 1Tenrouleuse: 30 TABLEAU III Températures de laminage à chaud en *C N° de la charge N° de la couronne Dégrossissage Finissage Enroulanen; 1786 685 1049 802 593 35 2154 3345 1038 876 610 2321 4791 1038 865 616 2493 5635 1054 879 676 1112 . 4308 1038 887 654 70 41442 7 2067381 10 N° de la charge N° de la couronne Dégrossissage Finissage Enroulement 2316 4832 1065 882 632 2324 4837 1054 893 660 2321 4839 1071 905 676 3071 309 1054 882 649 3505 2820 1093 898 643 4209 7496 1051 893 695 1003 S 3164 1098 905 610 11602 238 1116 "882 827 11604 242 1076 898 716 11606 247 1076 849 621 15 La limite dTallongement, la résistance à la traction et Rallongement dans le sens de la longueur sont déterminés suivant les normes ASTM. Le tableau IY indique les valeurs trouvées : TABLEAU IV N° de la Carbone N° de la Limite d*al Résistance Allongement 20 charge 1° couronne longement en à la trac en % sur kg/cm^ dans tion en 5 cm dans le sens de kg/cm dans le sens de la longueur le sens de la longueur la longueur 1112 0,11 4308 23,7 38,0 37 25 2316 0,05 4832 23,0 35,2 41 2324 0,05 4837 23,5 35,3 40 2321 0,06 4839 23,4 35,2 40 3071 0,06 309 25,2 36,4 36 3505 0,04 2820 21,3 33,1 36 30 4209 0,07 7496 23,9 34,8 42 10038 0,17 3164 27,2 41,8 32 11602 0,04 238 24,7 33,1 40 11604 0,05 242 22,0 33,5 40 11606 0,05 247 24,9 34,8 38 35 Pour le cas où un laminage à froid est nécessaire par la suite, le bain chaud est attaqué à l*acide et la déformation est ensuite effectuée dans le laminoir à froid; la réduction en épaisseur est située dans tous les cas entre 40 et 70Après le 70 41442 8 2067381 recuit sous gaz neutre à environ 700°C pendant 12 à 20 heures, on détermine la limite dîallongement inférieure, la résistance à la traction et Rallongement dans le sens de la longueur suivant la norme ASTM* Le tableau V indique les résultats obtenus : TABLEAU V 10 15 N° de la Carbone N° de la Limite dsal- Résistance Allongement charge % couronne longement en à la trac en fo sur kg/cm^ dans tion en 5 cm dans le sens de kg/cm dans le sens de la longueur le sens de la longueur la longueur 1786 0,05 685 22,3 33,5 38 2154 0,04 3345 21,3 31,3 42 2321 0^06 4791 20,7 31,7 39 2493 0,03 5635 - 18,0 28,6 43 20 La qualité et l*aptitude à 1®emboutissage des aciers ainsi produits sont au moins équivalentes à celles des aciers non calmés produits de façon classique, si bien qu?ils peuvent être utilisés à la plâce de ces aciers ou les remplacer 70 41442 9 2067381 10 15 20 25 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la coulée continue d'acier, caractérisé par l'addition de manganèse, d'aluminium et de bore au bain d'acier de sorte que celui-ci ait la composition : C 0,01 - 0,20 fo Mn 0,15 - 0,60 fo Al 0,015 - 0,12 fo B 0,0001 - 0,015 f> le reste étant formé par Fe et des impuretés négligeables, et par le fait que ce bain d'acier est coulé dans un moule ou lingotière pour la coulée continue de barres. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ajustage de la teneur en aluminium et de bore est réalisé par l'addition de ces éléments dans la poche. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aluminium, le bore et une partie du manganèse sont ajoutés dans la poche. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par l'addition, dans la poche, de 1,75 à 3,0 kg d'aluminium, 2,0 à 6,0 kg de ferromanganèse et 0,12 à 1,0 kg de ferrobore (18$ de bore) par tonne d'acier. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition du bain d'acier est la suivante : C 0,03 - 0,15 $ Mn 0,20 - 0,50 $ Al 0,020 - 0,080 fo B 0,0003 - 0,006 fo le reste étant formé par Fe et des impuretés négligeables.