Brevet FR2425901A1 — publié le 19791214

L'invention concerne la coulée continue des aciers inoxydables. Plus particulièrement, l'invention a pour objet un procédé de coulée continue placier inoxydable pour obtenir des brames ayant une qualité de surface améliorée. I1 est bien connu que des défauts internes et des défauts de surface apparaissent dans la coulée continue des brames d'acier inoxydable. les défauts de ce type les plus remarquables sont les criques appelées criques en nid d'abeilles ou criques en étoile. La formation d'une crique en étoile provoque des défauts dans les produits laminés à froid. Par conséquent, ces défauts doivent être enlevés par un fort meulage qui, bien entendu, réduit le rendement en produit. les criques en étoile ont été constatées aussi bien avec les aciers au carbone ordinaire qu'avec les aciers inoxydables. Et on a considéré que les criques en étoile sont provoquées par le cuivre qui est raclé par la coque d'acier solidifié à la surface interne du moule de cuivre utilisé, et qui pénètre dans les limites de grains des brames coulées. le cuivre qui a pénétré dans les limites de grains provoque un abaissement local de la résistance mécanique à chaud, ce qui conduit à des criques. Comme mesure pour empêcher l'apparition des criques en étoile, on a pensé à revetir la surface interne du moule de cuivre d'un métal autre que le cuivre, tel que le chrome, le molybdène, etc., afin d'empêcher le transfert de cuivre du moule vers la brame en cours de solidification, et à modifier les conditions du refroidissement secondaire de la brame, par exemple en augmentant le débit d'eau afin de réduire la profondeur de pénétration du cuivre.Cependant, un simple revêtement ordinaire de chrome ou de molybdène est insuffisant du point de vue de la vie du moule. D'auprès notre expérience, tant que la couche de revttement est saine, les criques dues au raclage du cuivre ne se produisent pas, mais si la couche déposée est usée, même légèrement, l'apparition des criques n'est plus em pochée, or, une telle couche de revêtement résiste seulement à un nombre de coulées allant d'une dizaine à quelques dizaines. De tels moules revêtus ne peuvent donc pas être utilisés de façon satisfaisante en pratique. Par ailleurs, on a constaté que l'apparition des criques en étoile peut être plus ou moins réduite en modifiant les conditions du refroidissement secondaire, par exemple en accroissant la quantité d'eau de refroidissement. Cependant, ces criques ne sont pas complètement éliminées, mais l'apport d'une trop grande quantité d'eau provoque des contraintes internes qui peuvent causer des criques internes. Par conséquent, la modification des conditions de refroidissement secondaire n'oet pas un moyen efficace. Plus récemment, on a proposé de réaliser des moules de cuivre pourvus d'un revêtement de nickel, de cobalt ou de leurs alliages, formé par des techniques de placage par laminage ou par explosif (demande de modèle d'utilité japonais publiée n 42821/76) Ceci est une simple proposition et aucun procédé spécifique pour réaliser un tel moule pourvu d'un reve- tement n'est décrit. Afin de fabriquer un tel moule avec revê- tement, des plaques de cuivre plaquées doivent être assemblées ou assemblées et soudées ensemble. Mais les plaques de cuivre plaquées ne peuvent pas être soudées sans former un alliage de cuivre dans le revetement. Il en résulte que l'apparition de criques en étoile ne peut pas être empêchée.Si les plaques de cuivre plaquées sont assemblées pour former un moule, il faut un chassies de support. Si le revêtement est formé à l'aide d'un explosif après fabrication du moule, les parois du moule doivent tre extremement épaisses, sans quoi il faudrait un moule protecteur qui empêche les déformations du moule de cuivre sous la pression de 11 explosion. Ceci est compliqué et peu pratique à l'échelle industrielle. Ainsi, cette proposition n'est pas applicable. Au cours de ses études, la demanderesse a trouvé que l'apparition des criques en étoile est en relation étroite avec la composition de l'acier à couler et que c'est un phénomène spécIfique aux aciers qui se solidifient à partir de la phase austénite, c' est-à-dire la phase Y , et que les aciers ferritiques sont particulièrement sensibles à ces criques. La demanderesse a trouvé aussi que les aciers inoxydables dont la valeur d'équivalent d'austénite (&gamma;eq) est inférieure à 0 et ceux qui satisfont une certaine relation entre leur équivalent de nickel et leur équivalent de chrome peuvent être coulés en continu sans crique en étoile.Après une étude approfondie, on a conclu que l'apparition des criques en étoile est un phénomène spécifique aux aciers coulés en continu dont la composition répond aux conditions suivantes b)eq > O et Nieq > 1,04 (Cr ) - 8,29 eq dans lesquelles &gamma;eq signifie "équivalent d'austénite", $Nieq si- gnifie "équivalent de nickel" et Cr5q signifie "équivalent de chrome", et &gamma;;eq = 30 (%C+n) + 0,5(%Mn) + (%Ni) - 1,3 (%Cr) - (%Mo) + 11,8 Nieq = (%Ni) + 30(%C+N) + 0,5(%Mn) Creq = (%Cr) + (%Mo) + 1,5(%Si) + 0,5(%Nb) La demanderesse a alors cherché des moyens efficaces pour empêcher l'apparition de criques en étoile et a trouvé que l'apparition de ces criques peut être évitée en utilisant un moule de cuivre dont la surface interne est garnie d'un revêtement électroformé d'un métal choisi dans le groupe constitué par le nickel, le chrome et le molybdène, avec une épaisseur d'au moins 1 mm, de préférence d'au moins 3 mm. La formation des revêtements par électroformage élimine tous les inconvénients mentionnés ci-dessus des procédés connus ou proposés. Par conséquent, l'invention a pour objet un procédé pour couler en continu des aciers inoxydables, qui comprend la coulée en continu d'un acier inoxydable, en particulier d'un acier inoxydable dont la composition répond aux conditions ciaprès, en utilisant un moule de cuivre dont la surface interne est garnie d'un revêtement électroformé de nickel, de chrome ou de molybdène, spécialement de nickel, ayant au moins 1 mm d'épaisseur, de préférence au moins 3 mm. les conditions auxquelles doit répondre la composition de l'acier à couler sont eq > O et Nieq # 1,04 (ores) - 8,29 dans lesquelles &gamma;eq, Ni et Creq sont définis comme ci-dessus. En employant ce procédé, l'apparition de criques en étoile peut être évitée. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien co- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est un graphique donnant la relation entre l'apparition de criques en étoile dans les brames coulées et l'équivalent d'austénite des aciers utilisés. La figure 2 est un graphique de phase de Schaeffler ontrant l'apparition et la non apparition de criques en étoile La figure 3 est un graphique représentant la relation entre l'usure de la couche plaquée du moule et le nombre de coulées dans un moule classique et dans un moule selon liinven- tison. le moule de cuivre est préparé suivant un procédé connu en soi et un revêtement de nickel de 1 mm d'épaisseur est formé par la technique d'électroformage qui est également connue en soi. le moule a pour dimensions 1300 ma de long, 155 mm de large et 700 mm de profondeur. Dans un four à arc électrique (40 tonnes), des quantités calculées de matières premières ont été fondues et la desul- furisation a été effectuée pendant la fusion et la coulée. le laitier a été séparé du métal dans la poche. Ensuite, la fonte d'acier inoxydable fondue est transférée dans un convertisseur ID dans lequel elle est décarburée jusqu environ 0,30%C. la teneur en carbone du métal fondu partiellement décarburé est ensuite abaissée jusqu'à 0,01 en soufflant de l'oxygène sous vide, puis on procède au dégazage, à la désoxydation, à lsajus- tement de la composition (addition d'éléments alliés) et à l'a- justement de la température. le métal du convertisseur ID est coulé dans la même poche dont le fond est muni d'une buse coulissante. De cette poche le métal est versé dans une cuve ré- fractaire (6 tonnes) et ainsi coulé en continu. L'intérieur de la cuve est protégé de l'atmosphère par de l'argon. Des aciers inoxydables de diverses compositions ont été coulés en continu conbrmément au procédé décrit ci-dessus avec un moule en cuivre classique et avec le moule en cuivre indiqué plus haut revêtu de nickel par électroformage. Avec le moule de cuivre classique, la fréquence d'apparition des criques en étoile croit en même temps que l'équivalent d'austénite (&gamma;eq). On suppose que lors que l'équivalent d'austénite croit, la pénétration du cuivre dans les limites de grains croit.Par contre, quand on utilise un moule en cuivre garni d'un revetement de nickel électroformé, même les aciers ayant des valeurs d'équivalent d'austénite éleuvées ne présentent pas de criques en étoile. les résultats sont rassemblés sur le tableau suivant et illustrés par les figures 1 et 2. Procédé classique Procédé selon l'invention Nieq, Creq & &gamma;eq Criques en étoile Nieq, Oreq & &gamma;eq Criques en étoile d'acier d'acier Acier Nieq Creq &gamma;eq No./100cm Profondeur Nieq Creq &gamma;eq No./100 cm Profondeur (mm) (mm) SUS 310S 21,4 25,8 6,4 18,0 4 - 8 21,7 25,8 6,7 0 0 SUS 317 17,2 23,2 2,8 12,2 3 - 6 16,8 23,5 2,0 0 0 SUS 317L 15,3 22,9 -0,7 0 0 15,7 22,6 0,1 0 0 SUS 309S 17,2 25,1 -0,7 0 0 - - - - SUS 316 14,8 19,8 2,5 5,4 3 - 6 15,0 20,0 2,5 0 0 SUS 316L 14,2 20,2 0,5 0,5 2 - 4 14,0 20,0 0,5 0 0 SUS 316J1 15,0 21,2 1,1 8,2 3 - 4 15,2 21,0 1,5 0 0 SUS 316J1L 14,3 21,3 0,7 0,4 14,2 21,0 0,9 0 0 AISI 320B 12,2 21,9 -0,3 0 0 12,4 21,6 -0,2 0 0 SUS 321 12,3 18,9 1,0 0,8 2 - 4 12,5 18,6 1,6 0 0 SUS 301 11,7 18,1 0,9 1,2 2 - 4 11,9 18,3 0,8 0 0 SUS 302 12,7 19,8 0,2 0,4 2 - 3 12,6 19,4 1,0 0 0 SUS 304 12,3 19,2 0,9 0,6 2 - 4 11,8 19,4 0,4 0 0 SUS 304L 11,7 20,4 -0,6 0 0 SUS 403 2,2 13,4 -0,5 0 0 2,5 13,5 -0,7 0 0 SUS 410 2,2 14,3 -2,5 0 0 2,4 14,1 -2,3 0 0 AISI 409 1,8 11,8 -0,2 0 0 2,3 11,8 0,3 0 0 SUS 420J1 6,8 13,8 2,5 3,2 1 - 3 6,3 13,6 2,5 0 0 SUS 420J2 10,1 14,1 5,2 5,6 2 - 4 10,0 13,8 5,1 0 0 WNR 4034 14,0 14,0 9,8 2,3 3 - 6 14,1 14,4 9,3 0 0 SUS 430 2,5 17,5 -6,4 0 0 2,8 17,4 -7,0 0 0 WNR 4116 14,0 16,0 7,3 8,6 3 - 6 13,9 16,3 6,9 0 0 le tableau donne des exemples typiques d'échantillons qui ont été coulés dans un dispositif de coulée continue utilisé pour la production industrielle et avec lequel on a fait les observations et les mesures.Les brames coulées ont été coupées en morceaux de 10 cm de long environ, dont la surface a été usinée jusqu'à disparition des cuvettes des marques d'oscillation (environ 1 mm), puis polie à la machine et enfin observée. On a compté le nombre des criques en étoile existant sur 100 cm2 (un carré de 10 cm x 10 cm) et on a fait les moyennes. On a mesuré également la profondeur des criques. "Procédé classique" signifie coulée dans le moule de cuivre classique, et "procédé selon l'invention" signifie coulée dans le moule de cuivre garni d'un revêtement de nickel électroformé. Sur la figure 1, on a indiqué en ordonnées le nombre 2 de criques en étoile par 100 cm (un carré de 10 cm X 10 cm), et en abscisses la valeur d'équivalent d'austénite. Les points noirs représentent les échantillons coulés dans le moule de cuivre classique et les points blancs représentent les échantillons coulés dans un moule de cuivre garni d'un revêtement de nickel électroormé selon l'invention. La figure 2 est un graphique de phase de Schaeffler, sur lequel on a porté en ordonnées l'équivalent de nickel (4 > Ni + 30(%C+N) + 0,5%Mn) et en abscisses l'équivalent de chrome ( r + %Mo + 1 ,5%Si + 0,5%Mb). Sur le graphique, les points noirs représentent les échantillons coulés dans le moule de cuivre classique avec lesquels se produisent les criques en étoile, les points blancs représentent les échantillons coulés dans le moule de cuivre avec lesquels il ne se produit pas de criques en étoile et les petits carrés blancs représentent les échantillons coulés dans le moule de cuivre garni d'un revete- ment de nickel électroformé avec lesquels il ne se produit pas de criques en étoile. Comme on peut le voir, les échantillons coulés dans le moule de cuivre garni d'un revêtement de nickel électroformé ne présentent pas de développement de criques en étoile indépendemment de leur composition. Autrement dit, même les échantillons dont les compositions remplissent les conditions &gamma;eq # 0 et Nieq # 1,04(Creq) - 8,29 no prédentent pas de criques en étoile. Pour permettre la comparaison, on a continué à effectuer des coulées continues répétitives en utilisant un moule de cuivre garni d'un revêtement de nickel électroformé, et un moule de cuivre garni d'un placage de nickel ordinaire. les résultats sont représentés sur la figure 3. Sur ce graphique, on a porté en ordonnées l'usure (abrasion) de la couche plaquée, et en abscisses le nombre de coulées. A indique le moule de cuivre revêtu de nickel électroformé et B indique le moule de cuivre garni d'un placage de nickel ordinaire.Comme on peut le voir, le revêtement de nickel électroformé supporte jusqu'à deux cents coulées (une coulée correspond approximativement à 40 tonnes) et l'usure est inférieure à 1 ma. Par contre, le revêtement de nickel plaqué ordinaire ne supporte pas plus d'une dizaine de coulées, puis le revêtement est usé et le moule ne peut plus etre utilisé pour la production de brames d'acier inoxydable sans défauts de surface. Ainsi, la vie d'un moule couvre la totalité de lsin- tervalle entre deux opérations périodiques d'entretien général et de vérification de l'appareillage de coulée, et les moules peuvent être utilisés avec un rendement élevé en production industrielle. D'autres essais ont montré que les moules de cuivre garnis d'un revêtement de chrome ou de molybdène électroformé peuvent être utilisés pour couler en continu des aciers inoxydables afin de fabriquer des brames sans défauts de surface, Si les moules sont realisés en cuivre durci structurellement, revêtu de nickel, de chrome ou de molybdène par électroformage, on peut compter sur une longue durée de vie du moule. REVENDICATIONS 1. Procédé de coulée en continu d'acier inoxydable pour obtenir des brames exemptes de défauts de surface, qui comprend la coulée en continu d'un acier inoxydable en utilisant un moule de cuivre dont la surface interne est garnie d'un revêtement électroformé d'un métal choisi dans le groupe constitué par le nickel, le chrome et le molybdène. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on coule un acier inoxydable dont la composition répond aux conditions suivantes &gamma;eq # 0 35 Nieq # 1,04 (Creq) - 8,29 dans lesquelles &gamma;eq signifie "équivalent d'ansténite", Nieq signifie "équivalent de nickel" et Creq signifie "équivalent de chrome", et &gamma;eq = 30(%C+N) + 0,5(%Mn) = (%Ni) - 1,3(%Cr) - (%Mo) + 11,8 Nieq = (%Ni) + 30(%C+N) = 0,5(%Mn) Creq = (%Cr) + (%Mo) = 1,5(%Si) = 0,5(%Nb) 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moule est garni d'un revêtement de nickel électroformé. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moule comporte un revêtement de nickel électroformé ayant au moins 1 mm d'épaisseur. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moule est garni d'un revêtement de nickel électroformé ayant au moins 3 mm d'épaisseur. 6. Procédé selon la revendication- 3, caractérisé en ce que le moule est fait en cuivre ayant subi un durcissement structural.