Brevet FR2239527A1 — publié le 19750228

La présente invention, due à la collaboration de M. Jacques LECLERC, Directeur Métallurgique et de M. Michel LAFRANCE, ingénieur à la Direction Métallurgique de la Société Demanderesse ainsi qu'à celle de M. Claude BEERNAERT ingénieur principal à l'Usine de Dunkerque de ladite Société, concerne les procédés de fabrication de plaques ou tôles épaisses présentant des caractéristiques- mécaniques et notamment une limite d'élasticité élevées. Il est tout d'abord utile de préciser que iton entend par "plaques" des tôles dont l'épaisseur est supérieure ou égale à 8 mm et dont la largeur à Ia sortie du laminoir est importante, par exemple supérieure à 1850 mm. A ltheure actuelle, de telles plaques devant présenter des carac téristiques mécaniques élevées, par exemple une limite d'élasticité supérieure à 36 Kgs/cm2 et également une bonne aptitude au soudage, sont obtenues en -utilisant des aciers alliés, par exemple au vanadium et au niobium, auxquels on fait subir pendant ou après le laminage un traitement thermomécanique ou thermique. Trois solutions existent: - le laminage dit "controlé" imposant une certaine réduction dans un domaine de température déterminé.Ces conditions ne sont économiquement réalisables que pour des épaisseurs relativement faibles (par exemple - le recuit de normalisation après laminage contrôlé ou non, à haute température (850 à 1 000 "C)suivi d'un refroidissement à l'air. L'obtention des hautes caractéristiques visées nécessite alors des éIéments d'alliage coûteux (niobium - vanadium - etc...). - la trempe après chauffage à une température d'austénitisation (supérieure en général à 800"C, Un refroidissement rapide dans l'eau ou l'huile est alors effectué et ce traitement est lui-même suivi d'un revenu (chauffage à température modérée). Ce traitement nécessite deux chauffages et n'est réalisable actuellement que pour des productions faibles (3 000 à 7 000 T/mois). En présence de cet état de la technique, le but de l'in- vention est de fournir un procédé de fabrication qui permette de remédier aux deux inconvénients majeurs énoncés ci-dessus, à savoir le cout des additions-- et 1coiït itraitements thermiques. Ce procédé se caractérise, notamment,en ce qu'on part d'une composition d'acier comprenant, en dehors d'inévitables impuretés, moins de 0, 25 % de carbone, entre 0, 7 et 1,5% de Mn et,immédiatement après une opération de laminage à chaud, on soumet les plaques obtenues à un refroidissement intense dont la vitesse est supérieure à 20 C/s environ, On peut également indiquer que ce procédé se caractérise par le fait que la température de la tôle à la sortie du train de laminage est de l'ordre de 750 à 850 C et la température à la fin de la phase de refroidse- ment brutal est inférieure à 3500C. On va maintenant décrire plus en détail le procédé selon l'invention ainsi que les moyens pour sa mise en oeuvre et les avantages qu'riz procure. On utilise, comme on l'a indiqué déjà ci-dessus, une composition d'acier à faible teneur en carbone, inférieure à 0, Z5 % et de préférence à 0,15 %, pour donner au produit une bonne aptitude au soudage, I-a teneur en manganèse comprise entre 0, 7 et I, 5 % est de préférence de ltor- dre de 1 à 1, 2 %, tandis que des éléments complémentaires en très faible quantité, peuvent bien entendu etre introduits volontairement ou tolérés en particulier pour agir sur l'aptitude à la trempe ou la trempabilité du métal. Une telle composition n'est pas originale en soi, mais n'est pas utilisée jus- qu'alors dans l'application envisagée dans ce brevet. Les opérations de coulée du lingot et d'obtention d'une brame sont également classiques et n'ont pas à etre reprises en détaiL Le métal est ensuite soumis à un laminage a chaud, de préférence dans un train de type quarto à 1 ou 2 cages qui permet d'obtenir des tôles épaisses ou plaques, d'épaisseur comprise entre 8 et 30 mm, par exemple, sur une largeur supérieure à 1 850 mm. Le laminage est conduit de telle façon qu'à la sortie du train, la température du métal est comprise entre 750 et 850 C et de préférence entre 780 et 8500C,températurea'1aelle on peut contrôler la grosseur du grain et obtenir un grain fin.En tout état de cause, le grain du métal à se stade du procédé est sensiblement plus fin que dans le procédé classique après le recuit de normalisation. I1 est également important de rappeler que pendant le laminage le métal a une structure austénitique et se situe donc dans le domaine # du diagramme Fer-Carbone. Immédiatement après sa sortie du train de laminage, la tôle est refroidie brutalement, à une vitesse supérieure à 200ces (de préférence supérieure à 300ces et pouvant atteindre 50"C/s) soit par des moyens classiques (pulvérisation) adaptés pour permettre d'atteindre des vitesses de refroidissement aussi élevées, soit de préférence, en utilisant le procédé et la machine décrits dans le brevet français no 73 10 710 déposé le 6 Mars 1973 par la Demanderesse. Ce refroidissement est poursuivi jusqu'à ce que la température du métal tombe au-dessous de 350"C environ. La conjonction des différents facteurs que sont la composition de l'acier utilisé, les températureavant et après refroidissement, le contrôle de la recristallisation statique ou dynamique en cours de laminage, la vitesse de refroidissement, fait que le métal a une structure caractérisée par la finesse du grain que l'on avait obtenue après le laminage, structure conservée pendant et après le refroidissement ét également durcie par la trempe.Cette structure particulièrement favorable permet d'atteindre des caractéristiques mécaniques exceptionnelles pour différents tropes d'aciers à basse teneur en carbone légèrement alliés ou non ; c'est ainsi que la limite d'élasticité que l'on souhaite maintenir au-delà de 36 Kg/cm2 peut atteindre 45 et même 5(S/cm2 en vue de certaines applications où le gain de poids est essentiel. Tel est le cas, notamment pour la fabrication de canalisations de grand diamètre (pipe-lines), en construction navale ou en construction métallique.Les spécifications relatives à ce type de produit définissent génie ralement une limite d'élasticité minimale, une température de transition appréciée par la mesure de la cristallinité sur barreaux entaillés et cassés à températures décroissantes, une teneur limite en C ou des formules de carbone équivalent. La structure à obtenir dépend à l'intérieur de ces limites de la grosseur de grain et c'est l'obtention d'un grain contrôlé et d'une structure métallurgique adéquate que permet le procédé. Le procédé que l'on vient de décrire offre, outre les avantages essentiels tenant aux caractéristiques élevées des produits obtenus, d'autres avantages qui concernent les installations, les coûts et les cadences de production. Au lieu d'utiliser un four de recuit, une machine de trempe et les dispositifs de manutention annexes nécessaires, le procédé selon l'invention prévoit uniquement la présence d'un poste de refroidissement à la sortie du train de laminage. Ce poste de refroidissement peut fonctionner en continu et suivre la cadence d'un train quarto, ce qui garantit une production très supérieure à celle obtenue par le procédé classique. L'installation comporte éventuellement divers dispositifs permettant d'assurer une bonne planéité des plaques ou tôles. Une deuxième économie sensible est réalisée par la réduction possible ou même l'absence d'additions d'alliage très coaeux tels que le vanadium et le niobium, puisque l'acier utilisé ne contient qu'un faible pourcentage de carbone et de manganèse. Le poste de refroidissement accéléré peut être placé après un train de laminage comportant une ou plusieurs cages. I1 peut aussi bien être plac-é entre deux cages pour contrôler le grain avant depiarsuivre le laminage. REVENDICATIONS l - Procédé de fabrication de plaques d'acier à caractéristiques mécaniques élevées, caractérisé en ce qu'on part d'une composition d'acier comprenant, en dehors d'impuretés ou d'éléments ayant un effet sur la trempabilité, moins de 0, 25 % de carbone, entre 0, 7 et 1, 5 % et de préférence entre 1 et 1,2 % de manganèse, et, immédiatement après une opération de laminage à chaud, on soumet les plaques obtenues à un refroidissement intense dont la vitesse est supérieure à 20 C/seconde environ. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé-en ce que la température du métal est abaissée par le refroidissement rapide au cours d'une opération de laminage, afin due permettre d'atteindre sans retard les domaines de température. dans lesquels doit s'opérer la réduction en laminage contrôlé. 3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la température du métal après l'opération de laminage et avant le refroidissement est comprise entre 750 et 8500C et de préférence entre 780 et 8500C. 4 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la température du métal à la fin de l'opération de refroidissement intense est inférieure à 350"C. 5 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en C des plaques est inférieure à 0, 15 %, la composition étant adaptée aux limites d'élasticité, ou caractéristiques de résilience recherchées. 6 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de refroidissement est supérieure à 30"C/S.