Brevet FR2402711A1 — publié le 19790406

La présente invention concerne le traitement de brames d'acier produites par coulée continue utilisées pour fabriquer des tôles ou bandes d'acier (que l'on appellera ci-après simplement tôles-d'acier), ces tôles d'acier ayant d'excellentes qualités par rapport aux tôles obtenues par un procédé classique. Selon la pratique actuelle de production de bande d'acier laminée à chaud, par un laminoir à chaud en continus un lingot d'acier produit par slabbing ou par coulée continue est utilisé comme matière de départ. La brame d'acier ainsi obtenue est refroidie à la'température ambiante. Ensuite, cette brame est chauffée à une température située dans la plage de 1.200 à 1.3009C pendant plus de 3 heures dans un four de réchauffage des brames. Elle est alors acheminée dans un laminoir à chaud et laminée à l'épaisseur désirée. L'énergie thermique requise pour réchauffer la brame d'acier qui a été refroidie à la température élevée est considérable. C'est donc un premier objet de la présente invention d'améliorer les qualites des brames d'acier en maintenant une brame d'acier à haute température, telle qu'elle est obtenue lors de la coulée continue, dans une plage particulière de température en utilisant la chaleur latente des brames. C'est un second objet de la présente invention d'économiser l'énergie thermique requise pour le réchauffage des brames d'acier. L'importance sur le plan métallurgique du premier objet est de favoriser la précipitation de nitrures d'éléments additifs, et de provoquer le grossissement et la coagulation des précipités. Dans les brames à haute température obtenues par coulée continue, les éléments indiqués sont présents à l'état de solution solide, et dans le cas d'aciers ordinaires transformables, l'état de solution solide est maintenu dans la zone de température de l'austénite. Toutefois, au-dessous du point de transformation Ar3, la précipitation des éléments additifs se produit immédiatement, simultanément avec le développement de la phase de ferrite.Par exemple, dans le cas d'un acier calmé à l'aluminium, dans lequel A1N est formé, Al et N sont présents, totalement à l'état de solution solide dans la brame d'acier à haute température juste après sa solidification, c'est-à-dire dans la phase d'austénite. A la partie inférieure de la zone de température de l'austénite, il peut être théoriquement possible selon le principe d'équilibre que la précipitation se produise, mais pendant un temps plus court l'état de non-équilibre, c'est-à-dire l'état sursaturé est maintenu. Lorsque la température continue de descendre au-dessous du point Ar3, la précipitation d'AlN se produit facilement. Les objets des éléments additifs sont divers selon les propriétés désirées pour les qualités individuelles d'aciers. Toutefois, ces objets-peuvent être classés en deux types, l'un consistant à maintenir l'état de solution solide pendant le laminage à chaud, et l'autre consistant à favoriser la précipitation plutôt que de maintenir l'état-de solution solide. La présente invention concerne en particulier le dernier objet et, pour cet objet, l'azote qui est un élément du type intersticiel est fixé par l'élément additif Al et précipité sous la forme d'AlN, et les grains des précipités sont rendus plus grossiers lorsque la brame d d'acier à la sortie de la coulée continue est maintenue à des températures élevées, facilitant ainsi la production et améliorant les qualités du produit final. Pour la production d'une tôle d'acier doux calmé à l'aluminiun, laminé à chaud, l'enroulement après le laminage à chaud est effectué normalement à des températures élevées, par exemple, à une température non inférieure à 6500C de façon à fixer l'azote sous la forme d'ALN et à assurer la propriété de-non-vieillissement et le caractère doux de la tôle. Toutefois, l'enroulement à haute tempé- rature entraîne souvent es irrégularités des qualités du produit dues à des variations des conditions de refroidissernent lors de l'enroulement de toute la longueur de la bande ou feuillard d'acier. En outre, la température élevée d'enroulement provoque un grossissement des grains dans la couche de surface de la bande d'acier et ce grossissement des grains se produit à la surface pendant les étapes d'élaboration suivantes. En outre,l'enroulement à haute température produit souvent la coagulation des carbures dans l'acier, ce qui a des effets nuisibles sur 1' aptitude du produit à être travaillé.Enfin, dans le cas où un traitement d'enlèvement de l'oxyde est nécessaire, l'enroulement à haute température tend à augmenter la couche dioxyde et gene ainsi le traitement d'enlèvement de l'oxyde Pour éliminer les défauts ci-dessus, la demanderesse a effectué divers essais et a mis au point un procédé dans lequel la fixation de l'azote est effectuée pendant le maintien de la brame acier à des températures élevées au lieu de 1 'effectuer pendant l'enroulement à haute température de façon à réduire au minimum la dissolution de l'azote et son passage dans la solution solide pendant le chauffage de la brame, provoquant ainsi le grossissement des grains d'-AlN. Sur la base des faits ci-dessus, quand une tôle d'acier doux, calmé, à lraluminium doit être produite, la composition de la brame d'acier ne doit pas comprendre plus de 0,009 % de C, plus de 0,50 % de Mn et de 0,01 à 0,09 8 d'Al soluble dans les acides, le complément étant du fer et des impuretés inévitables. Avec des teneurs en carbone dépassant 0,09 %, la dureté résultante est excessivement élevée. Egalement, avec des teneurs en manganèse dépassant 0,5 %, l'aptitude à être travaillée résultante de la tôle est faible. En ce qui concerna la quantité d'Al soluble dans les acides, de 0,01 à 0r09 % est nécessaire pour fixer complètement l'azote introduite inévitablement dans l'acier pendant la fusion. La brame d'acier utilisée comme une matière de départ dans la présente invention peut être préparée par coulée continue de l'acier en fusion 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 temperature à la sortie de la coulée continue est refroidie à une température située dans une plage comprise entre le point Ar3 et 6500CI choisie dans la plage de 650 à 1.0500CI puis maintenue dans une plage de température allant du point Ar3 à 6500C pendant au moins 20 minutes, rechauffée ensuite à une température comprise dans la plage de 950 à 1.150 C, puis laminée à chaud. En ce qui concerne la plage de température dans laquelle la brame d'acier est maintenue, une température la plus élevée possible dans la plage est avantageuse du point de vue de l'énergie thermique et, ainsi, une plage allant du point Ar3 à 6500C est préférable. Dans ce cas, afin de précipiter complètement A1N et d'obtenir une excellente aptitude de l'acier à être travaillé, un temps de maintien d'au moins 20 minutes est nécessaire. Au-dessous de la limite inférieure de température de 6500CI le traitement de précipitation est très difficile à obtenir à une échelle commerciale, et une durée importante, par exemple supérieure à 5 heures est nécessaire pour le traitement.Toutefois, selon la présente invention, une propriété de non-vieillissement satisfaisante peut être assurée par la précipitation d'AIN même à une température inférieure à 6500C. En ce qui concerne la température de réchauffage, la valeur de 1.150 C à laquelle AIN est redissout est fixée comme limite supérieure, et la limite inférieure est fixée à 9500C du fait que le laminage à chaud de finissage est effectué à une température non inférieure au point Ar3. La tôle d'acier calmé à l'aluminium, laminée à chaud, obtenue par les traitements ci-dessus peut être soumise à un laminage à froid et à im recuit en continu pour obtenir une tale d'acier laminée à froid ayant une excellente aptitude à être travaillée. AlN est également important dans une tôle d'acier de qualite électrique non directionnelle, contenant par exemple, pas plus de 0,06 % de C, de 1,0 à 4,0 % de Si, et pas plus de 0,5 % dotal soluble dans les acides, du fait qu'il a des effets importants sur les propriétés magnétiques Selon le procédé classique pour produire une tôle d'acier de qualité électrique, une brame d'acier froide produite par slabbing ou coulée continue est d'abord refroidie, puis elle est réchauffée au moins à une température qui permet un laminage à chaud mais non. supérieure à la temperature de dissolution d'AlN, elle est alors maintenue dans cette plage de température pendant une longue durée pour provoquer le grossissement des grains d'AlN sans qu'ils se dissolvent dans la solution solide, de façon à annuler l'effet restrictif sur la croissance des grains dans l'étape de recuit effec- tuée ensuite. Selon la présente invention, la brame d'acier obtenue par coulée continue n'est pas refroidie à la température ambiante, et la brame d'acier à haute température, sortant de la coulée continue est laminée à chaud tout en utilisant les avantages techniques du traitement de coulée continue. Ce qui est important à ce point est que, les propriétés magnétiques d'une tôle d'acier de qualité électrique non orientée sont développées par le traitement de pré- cipitation de coagulation de la brame d'acier dans des conditions spéciales. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 est un graphique montrant les effets du maintien à température sur les propriétés magnétiques; La figure 2 est un graphique montrant la relation entre la température de réchauffage et la valeur du bombement du produit obtenu; et La figure3 est un graphique montrant la relation entre la température de réchauffage et les propriétés magnétiques. Selon les résultats d'essais effectués par la demanderesse, quand la brame d'acier à haute température sortant de coulée continue est maintenue dans une température de 800 à 1.0500C, pour ce qui est de la partie centrale de la brame en particulier, pendant au moins 40 minutes, la précipitation et la coagulation d'AlN sont favorisées de façon satisfaisante. Les effets du maintien de la brame d'acier dans la plage de température spécifique sur les propriétés magnétiques sont repré sentés dans la figure 1 Dans cette figure, quand la température est de 8000C ou supérieure et que le temps de maintien est court, la quantité D'ALUN précipitée est faible, et la dimension de particules des précipites est petite.Cette condition n'est pas souhaitable du fait qu'elle limite la croissance du grain dans l'étape de recuit effectuée ensuite. Egalement,.au-dessous de 8000C, il est difficile de provoquer le grossissement des grains des précipités même pendant une durée de maintien longue Par ailleurs, dans le cas d'une tôle d'acier de qualité électrique non orientée , quand la tem pérature est supérieure à1.0500C, la dissolution d'AlN est favorisée et les propriétés magnétiques désirées ne sont pas obtenues.Donc, dans la présente invention, la brame d'acier à haute température sortant de coulée continue est maintenue dans la plage de température de 800 à 1,0500C pendant au moins 40 minutes La brame d'acier ainsi maintenue à température est laminée à chaud immédiatement et laminée à froid si on le désire. La tôle d'acier de qualité électrique non orientée ainsi produite a d'excellentes propriétés magnétiques par rapport à la tôle d'acier' de qualité électrique non orientée produite par un procédé classique.Dans la brame d'acier qui a été soumise au traitement de maintien à température pour la précipitation et la coagulation d'AlM comme on l'a mentionné ci-dessus, la dissolution d'A1N est retardée quand la brame est réchauffée rapidement dans la plage de température commençant à plus de 1,0500C et allant jusqu'à 1.2000C en un-temps court. Dans ce cas, une tôle d'acier laminée à chaud ayant un bon profil et une bonne forme peut être obtenue en laminant à chaud la brame après réchauffage sans sacrifier les propriétés magnétiques. En général, une température de laminage à chaud supérieure produit un meilleur profil et une meilleure forme, et, une température de 1.100 C, en particulier, est souhaitée. Cette tendance est représentée dans la -figure 2. Toutefois, comme on le voit dans la figure-3, quand la brame est réchaufféeà une température supérieure à 1.200 C, les propriétés magnétiques se déradent remarquablement. Comme on le comprend d'après les résultats représentés dans les figures 2 et 3, une bande à chaud d'acier enroulée faiblement bombée peut être obtenue sans sacrifier les propriétés magnétiques en maintenant la brame à haute température à la sortie de la coulée continue dans la plage de 800 à 1.050 C en particulier en ce qui concerne la partie centrale de la brame pendant au moins 40 minutes, puis en réchauffant rapidementla brame à une température supérieure à 1.0500C mais non supérieure à 1.200 C, et en laminant à chaud immédiatement la brame ainsi réchauffée. La présente invention sera comprise plus clairement d'après les exemples ci-après. EXEMPLE 1 Un acier en fusion ayant la composition indiquée dans le tableau I a été préparé dans un convertisseur, et cet acier en fusion a été dégazé sous vide et coulé par coulée continue pour obtenir des brames d'acier chaudes qui ont été laminées à chaud dans les conditions de maintien à température et de chauffage indiquées dans le tableau I pour être mises sous la forme de bandes à chaud enroulées de 3,0 mm d'épaisseur. Les bandes à chaud ainsi obtenues ont été désoxydées et soumises à un laminage de durcissement avec une réduction de 1,5%. Les propriétés mécaniques de la bande d'acier laminée à chaud ainsi obtenues sont représentées dans le tableau I. On voit clairement d'après les résultats du tableau I, que le maintien des brames à haute température selon la présente invention est remarquable, Les bandes d'acier A 9 G ont une excellente propriété de non-vieillissement exprimée par A.I. (indice de vieillissement) et une excellente propriété à être travaillées. Dans la bande de référence qui a été produite par un procédé classique avec enroulement à haute température un aspect grossier s'est développé pendant les étapes d'élaboration effectuées par la suite.Les bandes d'acier laminées à chaud, A, B, E et c.e. mentionnées dans le tableau I ont été laminées à froid avec une réduction de 70 %, recuites en continu a 7000C pendant une minute, et soumises à un traitement de contre-vieillissement à 3000C pendant 3 minutes pour obtenir des tôles d'acier laminées à froid. Les propriétés mécaniques de ces tôles après un laminage de durcissement avec réduction de 1,5 % sont portées dans le tableau II. On voit clairement d'après les résultats des tableaux que les tôles d'acier laminées à froid produites selon la présente invention-ont d'excellentes propriétés mécaniques par rapport aux tôles d'acier laminées à froid de référence. EXEMPLE 2 Un acier en fusion a été préparé dans un convertisseur et dégazé sous vide pour obtenir une composition d'acier en fusion comprenant 0,009 % de C, 2,a5 % de Si, 0,275 % d'Al soluble dans les acides, le complément étant du fer et des impuretés inévitables. L'acier en fusion ainsi obtenu a été coulé par coulée continue sous la forme-de brames d'acier A à E de 250 mm d'epaisseur. A la sortie de la machine de coulée continue, la surface supérieure et les surfaces latérales des brames A, B et C ont été recouvertes d'un matériau isolant pour empecher la diffusion de la chaleur. De cette manière, des brames à haute température ont été obtenues. Ces brames à haute température ont été transférées vers une installation de laminage à chaud en continu, où elles ont été maintenues pendant 10 minutes sous un protecteur destiné à retenir la chaleur de façon à réduire la différence de température entre la partie d'extrémité et la partie centralé en utilisant la chaleur de la brame elle-même puis, le protecteur a été enleve et la brame A a immédiatement été soumise à laminage continu pour être mise sous la forme d'une tôle d'acier laminée à chaud de 2,30 mm d'epaisseur, alors çue les brames B et C ont été chargées dans un four de chauf- fage maintenu à une température de - 1.2800C;; la brame B a été extraite alors qu'elle était chauffée uniformément à 1.200oC, alors que la brame C a été extraite quand elle a été- chauffée uniformément à 1.280 C. Puis, ces brames ont été immédiatement laminées à chaud et mises sous la forme de tôles d'acier laminées à chaud de 2,30 mm d'épaisseur. La durée entre le moment où la matière thermiquement isolante a été appliquée sur les brames et le commencement du laminage à chaud a été de 45 minutes, et la température de la brame au moment où le protecteur destiné à retenir la chaleur a été enlevé était de 1.010 C. La température de finissage du laminage à chaud était de 830 à 9000C et la température d'enroulement était de 550 à 6500C pour les brames A, B et C. Les bobines des bandes laminées à chaud de 2,30 mm d'épais- seur ainsi obtenues ont soumises à un recuit, à un enlèvement de l'oxyde, à un laminage à froid puis à un recuit pour obtenir des produits finals de 0,50 mm d'épaisseur qui ont été soumis à des essais pour déterminer leur qualité. Parallèlement, les brames D et E obtenues à partir du même acier en fusion ont été coulées par coulée continue puis refroidies pour- obtenir des brames froides selon un traitement classique; les brames froides ont alors été réchauffées à 1.100 C pendant 3 heures et 30 minutes et laminées sous la forme de bandes à chaud de 2,30-mm d'épaisseur puis enroulées. La température de finissage du laminage à chaud était de 830 à 9000C et la température d'enroulement de 550 à 650 C. Puis les bandes à chaud ont été traitées de la même manière que les brames A, B et C et soumises à des essais pour déterminer leur qualité Les propriétés magnétiques et la valeur du bombement des produits obtenus à partir des brames A à E sont indiquées dans le tableau III. Comme cela apparaît clairement d'après les résultats cidessus, le produit obtenu à partir de la brame A selon la présente invention possède d'excellentes propriétés magnétiques. Egalement, le produit obtenu à partir de la brame B qui a été réchauffée selon la présente invention présente un très faible bombement sans diminution considérable des propriétés magnétiques. TABLEAU I Bobine Composition chimique (% en poids) Temp. et durée de Temp. de n maintien à cette chauffage temp. des bra mes ( C) C Mn Si P S Sol.Al N Temp. Durée Présente ( C) (mn) A 0,053 0,30 0,01 0,01 0,01 0,051 0,0045 750 40 1070 B 0,040 0,29 " " " 0,037 0,0032 810 25 1000 invention C 0,060 0,26 " " " 0,045 0,0047 780 30 1050 D 0,045 0,20 " " " 0,073 0,0070 730 35 1120 E 0,033 0,17 " " " 0,041 0,0035 800 35 1020 F 0,071 0,27 " " " 0,063 0,0053 740 45 1100 G 0,050 0,30 " " " 0,055 0,0075 790 55 1100 Référence a 0,049 0,30 0,01 0,01 0,01 0,060 0,0065 20 - 1250 b 0,055 0,29 " " " 0,070 0,0060 20 - 1180 c 0,060 0,30 " " " 0,050 0,0045 920 25 1070 d 0,040 0,28 " " " 0,058 0,0055 830 15 1200 TABLEAU I (suite) Valeurs d'essai à la Bobine n Conditions de laminage Valeurs des essais à la traction presse (mm) à chaud limite Résistance Allongement Indice de Aptitude Aptitude au Temp. de Temp. élastique à la rup- (%) vieillis- au formage formage par finissage d'enroule- (kg/mm) ture sement par allon- étirage et ( C) ment ( C) (kg/mm) gement allongement A 865 670 21 32 48 0,4 87 107 B 860 700 20 31 50 0,3 88 108 C 865 600 21 33 47 0,5 85 104 D 890 700 20 32 49 1,0 86 107 E 860 680 20 31 50 0,5 88 109 F 880 580 22 34 47 0,6 85 105 G 875 650 20 32 48 0,8 86 107 a 895 750 22 33 45 0,7 83 103 b 880 650 26 37 40 4,0 72 93 c 870 600 27 38 40 4,5 70 90 d 895 700 24 36 42 2,8 79 100 TABLEAU II Echantil- Limite Résis- Allonge- Valeur de ion n élasti- tance à ment (%) r GS que 2 la rup- N (kg/mm4) ture (kg/mm3) Présen- A 26 35 43 1,4 9,7 te in- B 23 33 46 1,6 9,4 vention E 25 35 44 1,5 9,6 Référen- c 27 36 41 1,2 10,5 ce e 28 36 42 1,2 10,3 TABLEAU III Propriétés magnétiques Bombement W15/50 B50 L/C de la tôle (w/kg) wb/m laminée à chaud ( ) A 2,943 1,688 1,18 143 B 3,270 1,697 1,19 82 C 3,534 1,703 1,18 63 D 3,273 1,697 1,20 130 E 3,265 1 694 1,19 - 129 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement d'une brame d'acier obtenue par coulée continue pour produire une tôle d'acier laminée a chaud ou laminée à froid, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: couler par coulée continue un acier en fusion contenant de 0,01 2,5 % en poids d'Al pour obtenir une brame d'acier, maintenir la brame à une certaine température pendant un certain temps, non inférieur à 20 minutes1 déterminé par la qualité de l'acier que Iton traite, alors que la brame est toujours à une température comprise dans la plage de 650 à 1,050 C pour précipiter les nitrures; et effectuer le laminage à chaud de la brame. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1 ' acier en fusion comprend pas plus de 0,09 % en poids de C, pas plus de 0,5 % en poids de Mn, de 0,01 à 0,09 % en poids d'Al soluble dans les acides, le complément étant du fer et des impuretés inévitables; et en ce que la brame est maintenue à une tempéra- ture comprise dans une plage allant du point Ar3 à 650 C pendant au moins 20 minutes, la température de la brame étant maintenue dans cette plage-de température apres la coulée continue la brame étant alors réchauffée à une température comprise dans la plage de 950 à 1.150 C et laminée à chaud pour obtenir une tôle d'acier laminée à chaud convenant pour produire une tôle d'acier doux laminée à froid. 3 - Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'acier en fusion contient une quantité non supérieure à 0,06 % en poids de C, de 1,0 à 4,0 % en poids de Si, de 0,01 à 2,5 % en poids dlAl soluble dans les acides, le complément étant du fer et des impuretés inévitables et en ce que la brame est maintenue pendant au moins 40 minutes à température alors qu'elle se trouve encore dans une plage de température de 800 à l.050 C, puis laminée à chaud dans cette plage de température pour obtenir un produit laminé à chaud convenant pour obtenir une tôle d'acier de qualité électrique non orientée. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réchauffage de la brame avant laminage à chaud est effectué dans une plage de température supérieure à 1.050 C et non sups- rieure à l.2000C.