Brevet FR2472020A1 — publié le 19810626

247O020 La présente invention est relative à un procédé de chauffage d'une brame d'acier de coulée continue, pour la réalisation de tôles d'acier au silicium à grains orientés selon la direction (110) [001], telle que définie par l'indice de Miller, et qui présente en outre une densité de flux magné- tique élevée. Dans la production de tôles d'acier à grains orientés selon un procédé qui comporte les étapes de chauffage de la brame, de laminage à chaud, de laminage à froid, d'un recuit de décarburation et de finissage, un facteur indispensable, pour obtenir une structure de recristallisation secondaire présentant une orientation de grains (110) [oOJ pendant l'étape de recuit de finissage, est l'existence d'une phase de dispersion secondaire à l'inté- rieur de la structure de l'acier. Pour cette raison, il est nécessaire que les substances qui forment cette phase de dispersion secondaire, telles que MnS, AIN, et similaires, soient complètement dissoutes en solution solide dans la matrice, lors de l'étape de chauffage de la brame, et, ensuite, que ces substances de formation de phase de dispersion secondaire soient fine- ment dispersées lors de l'étape de laminage à chaud. Afin de dissoudre totalement les substances de formation de phase de dispersion secondaire en solution solide durant l'étape de chauffage de la brame, il est nécessaire de contrôler la température de chauffage de la brame dans un four poussant ou dans un four à poutre mobile, par exemple. Lors de ce contrôle de température, il est important, pour des raisons de chauffage uniforme de la brame, de contrôler de façon appropriée l'histo- rique de la température (variations de température en fonction du temps) de la partie de la brame qui est chauffée jusqu'à la température la plus basse (partie à plus faible température). Dans le cas oh la brame d'acier est chauffée dans un four du type à poutre mobile, la position de contact entre les patins du four et la surface intérieure de la brame se modifie lorsque la brame est transférée au travers du four, de telle façon qu'il n'existe pas de différence de température subs- tantielle entre la face frontale et la face postérieure de la brame, et que la partie à plus faible température soit située à proximité du centre de la brame. Par conséquent, on peut facilement obtenir la température de la partie à plus basse température de la brame en contrôlant la température de la surface de cette dernière. 2 247@O2O D'autre part, lorsque la brame est chauffée dans un four poussant, la partie à température la plus basse de cette brame est située sur ou près de sa surface intérieure qui est au contact des patins du four. Il est cependant difficile de déterminer directement l'historique de la température de la par- tie à température la plus basse dans un four de chauffage du type four pous- sant, en raison de l'existence de facteurs de structure (plus particulièrement parce que la zone d'égalisation possède une sole en briques, une sole sèche, etc.). et en raison du fait que la partie à température la plus basse est tou- jours au contact des-patins du four. Par conséquent, le chauffage d'une brame dans un four poussant a été effectué de façon classique, sans connaissance directe de l'historique de la température de la partie à température la plus basse de la brame, en se ba- sant sur des indicateurs de fonctionnement tels que, notamment, la tempéra- ture de la surface de la brame, la température de l'atmosphère du four, le temps de maintien de la brame dans le four, le taux d'extraction de brames, la température de la surface de la brame après son défournement, et la puis- sance d'entraînement nécessaire pour réaliser le laminage de la brame. Au cours des dernières années, le procédé de coulée continue a été adopté, sur une très large échelle, pour la production de diverses variétés d'acier, et l'on produit de plus en plus, par ce procédé de coulée continue, des brames d'acier en vue de la réalisation de tôles d'acier au silicium à grains orientés. A la différence des brames d'acier préparées par un laminage de dé- grossissage, les brames de coulée continue présentent une structure iden- tique à celle provenant de la coulée. Il en résulte que des tôles d'acier au silicium à grains orientés produites à partir de brames de coulée continue présentent fréquemment une recristallisation secondaire insuffisante, résul- tant de la dissolution incomplète, en solution solide, de substances de forma- tion de phase de dispersion secondaire dans la matrice, et de mauvaises propriétés magnétiques, dues à une croissance cristalline anormale, provo- quée par un chauffage excessif de la brame. En dépit des problèmes mentionnés ci-dessus, particuliers au chauf- fage des brames d'acier obtenues par coulée continue, les procédés classiques de chauffage de brames de coulée continue dans des fours poussants n'ont pas pris en considération l'historique de la température de la partie à tem- pérature la plus basse de la brame, c'est-à-dire de la partie de cette der- nière qui reste constamment au contact des patins de la sole du four. Il en résulte, étant donné que cette partie à température la plus basse est plus difficile à chauffer totalement que les autres parties, qu'elle subit l'inconvé- nient de présenter une dissolution insuffisante, en solution solide, dans la matrice, des substances formant la phase de dispersion secondaire, telles que MnS et AIN. En conséquence, la recristallisation secondaire ne se dé- veloppe pas totalement lors du recuit de finissage final de la tôle d'acier réalisée à partir de la brame, et il en résulte une non uniformité des pro- priétés magnétiques, telles que la densité du flux magnétique et les pertes en fer du produit finalement obtenu. Par ailleurs, toute tentative faite pour éviter une mauvaise recristal- lisation secondaire en élevant la température de la partie de la brame à tem- pérature la plus basse, à l'aide d'un contrôle d'indicateur de fonctionnement classique, ne peut pas dadner de bons résultats, étant donné que, ainsi qu'on l'a montré plus haut, la brame de coulée continue est susceptible de subir une croissance de grains anormale, laquelle se produit dans des parties de la brame autres que celle à la température la plus basse, ce qui entraine une dégradation et/ou provoque une non uniformité des propriétés magnétiques de la brame. Ainsi qu'on l'a mentionné plus haut, le procédé classique utilisé pour le chauffage des brames dans des fours du type poussant soulève des pro- blèmes, notamment en ce que ce procédé entraîne une détérioration et/ou une non uniformité des propriétés magnétiques des tôles d'acier au silicium à grains orientés à densité de flux magnétique élevé. En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé de chauffage de brames d'acier de coulée continue qui élimine totalement les problèmes soulevés par la mise en oeuvre des procédés de chauffage clas- siques des brames dans des fours poussants. Selon la présente invention, les substances formant la phase de dis- persion secondaire peuvent être dissoutes en solution solide dans la matrice, même dans la partie à température la plus basse de la brame, tout en évi- tant une croissance anormale des grains dans les parties de la brame autres que celle présentant la température la plus basse. La base de l'invention réside en un procédé de chauffage d'une brame d'acier de coulée continue pour la production de tôles d'acier au silicium à grains orientés présentant une haute densité de flux magnétique, dans un four de chauffage de brames, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer une brame de coulée continue ne contenant pas plus de 0,085 % de carbone, 2,0 à 4,0 % de silicium, pas plus de 0,15 % de manganèse, et de 0,010 à 0,065 % d'alu- minium soluble, ce chauffage étant réalisé de façon que la partie à plus basse température de la brame soit maintenue à une température qui n'est pas infé- rieure à 1300'C, pendant une durée qui n'est pas inférieure à 30 minutes, la température de cette partie de la brame, à la fin de cette période, n'étant pas inférieure à 1330'C. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressor- tiront de la description faite-ci-après, en référence aux dessins annexés, qui illustrent diverses courbes caractéristiques du procédé. Sur les dessins: - la Figure 1 illustre la configuration de chauffage de la partie à plus basse température de la brame. Cette température T, exprimée en 'C, est représentée en fonction du temps de maintien t, en minutes, dans le four de chauffage. - la Figure 2 illustre la relation qui existe entre le temps de maintien de la partie à la plus faible température, à 1300 C ou plus, et 'le taux de re- cristallisation secondaire'dans le produit finalement obtenu; - la Figure 3 illustre la relation qui existe entre le temps de maintien à une température non inférieure à 13000C de la partie de la brame à, plus basse température et la proportion de grains grossiers dans la brame de cou- lée continue après le chauffage; -, la Figure 4 illustre la relation qui existe entre la proportion de grains grossiers dans la brame d'acier après le chauffage et la perte en fer du produit finalement obtenu; et, - la Figure 5 est destinée à faire comprendre quelle est la définition du rapport de grains grossiers dans la brame finalement obtenue. La composition de la brame d'acier de coulée continue utilisée dans la présente invention est limitée dans le domaine mentionné ci-dessus, pour les raisons suivantes. Avec des teneurs en carbone dépassant 0,085 %, il est totalement impossible d'obtenir une tôle d'acier au silicium présentant une densité éle- vée de flux magnétique, quels que soient les autres éléments qu'on y ajoute. Des aciers présentant une teneur en silicium inférieure à 2 % pré- sentent des propriétés magnétiques insuffisantes, et ceux qui comportent des teneurs supérieures à 4 % sont difficiles à laminer à froid. Le manga- nèse et l'aluminium sont des éléments essentiels à l'obtention d'une densité élevée de flux magnétique. Si la teneur de ces deux éléments se situe en dehors des domaines définis ci-dessus, le développement de la recristallisa- tion secondaire est incomplet, et il est impossible d'obtenir une tôle d'acier au silicium présentant de basses pertes en fer et une densité élevée de flux magnétique. Des brames d'acier obtenues par coulée continue et présentant la composition chimique définie ci-dessus peuvent être obtenues à partir d'acier fondu par coulée continue et affiné par un procédé classique, ou à partir d'acier fondu obtenu par affinage secondaire. Selon la présente invention, la brame de coulée continue est chauffée dans un four du type four poussant, de telle manière que la partie de cette brame qui présente la température la plus basse, c'est-à-dire la partie de la surface inférieure située au voisinage de la zone de contact de la brame avec la sole du four, est maintenue à une température qui n'est pas inférieure à 1300'C, pendant une période qui n'est pas inférieure à 30 minutes, la tempé- rature, à la fin de cette période, étant de l'ordre de 1330'C ou plus. De préférence, la partie à température la plus basse de la brame est maintenue à une température comprise entre 13300C et 13800C, pendant 30 minutes ou plus, de façon à être finalement chauffée à une température comprise entre 13300C et 13800C environ. Lorsque la brame de coulée continue est chauffée selon le procédé de la présente invention, il est nécessaire de réduire la limite supérieure de la température de la partie de brame ayant la plus basse température à un maxi- mum de l'ordre de 1380'C, afin d'empêcher tout développement de croissance anormale de grains dans les autres parties de la brame à température plus élevée. Par ailleurs, les propriétés magnétiques du produit finalement obtenu 2472020. sont influencées par la structure granulométrique de la brame après chauf- fage. La demanderesse a trouvé que, lorsque la proportion de grains gros- siers, dans la brame de coulée continue traitée par la chaleur, est de l'ordre de 40 % ou plus, de préférence de 50 à 80 %, par rapport à la section droite de la brame, il est possible d'obtenir une tôle d'acier au silicium présentant une valeur de pertes en fer non supérieure à Wl 7/50 = l,08 W/kg, cette tôle présentant par ailleurs une excellente densité de flux magnétique. Ainsi qu'on peut le voir sur la Figure 5, la proportion de grains gros- siers dans la tôle est définie par la formule ci-après: t - (t1 + Y Proportion de grains grossiers = 1 x 100 t dans laquelle t représente l'épaisseur de la brame, t représente l'épais- seur des grains équiaxiaux qui n'ont pas été modifiés par le chauffage de la brame, et t2 représente l'épaisseur des grains basaltiques qui n'ont pas été modifiés par le chauffage de la brame, et t - (t1 + t2) représente l'aug- mentation d'épaisseur de la structure granulométrique résultant du chauffage de la brame. En vue de mesurer la température de la partie à plus basse tempéra- ture de la brame dans un four poussant, on noie un thermocouple protégé dans la partie à plus basse température de cette brame, c'est-à-dire la partie qui est au contact des patins de la sole du four, de façon à pouvoir mesurer cette température en continu. La.partie du thermocouple qui est située à l'extérieur de la brame est protégée par un tube d'acier inoxydable, et elle est refroidie par un gaz de façon à améliorer la précision de la mesure. Il est inutile de préciser que cette mesure de température peut être obtenue par d'autres pro- cédés, et qu'il n'est pas nécessaire de mesurer la température de la partie à plus basse température de chaque brame. Lorsque l'on chauffe des brames ayant le même poids et la même épaisseur, seule la première brame doit être soumise à des mesures de température, alors que les autres brames peuvent être chauffées dans les mêmes conditions de chauffage que celles qui ont été déterminées en fonction des mesures de température effectuées sur la première brame. La brame chauffée dans les conditions décrites ci-dessus est exempte de croissance anormale de grains, et les substances de formation de phase 2472020- de dispersion secondaire sont dissoutes en solution solide dans la matrice. Par conséquent, lorsque la brame est laminée à chaud, puis subit ensuite au moins un laminage à froid et un recuit, et est ensuite soumise à un recuit de finissage final, on obtient un produit qui présente une recristallisation secondaire complètement développée, De cette façon, on peut produire une tôle d'acier au silicium à grains orientés présentant une densité élevée de flux magnétique, et de basse valeur de pertes en fer. Les exemples donnés ci-après en référence aux dessins annexés permettront de mieux comprendre le procédé de chauffage de brames selon l'invention dans un four poussant. Exemple 1 - On a préparé, dans un convertisseur, de l'acier fondu contenant 0,055 % de carbone, 2,94 % de silicium; 0,072 % de manganèse, et 0,031 % d'aluminium soluble, le reste étant constitué par du fer, ce bain a été soumis à un traitement de dégazage sous vide, et ensuite coulé pour obtenir des brames présentant une épaisseur de 200 mm. Avant d'effectuer le chauffage de ces brames dans un four poussant, on a noyé, dans la partie à température la plus basse de ces brames, un thermocouple protégé du type "Inconel CA", ayant un diamètr-e de 4,8 mm. Pour effectuer des mesures de température, on a placé ces brames dans un four de chauffage du type four poussant à trois zones, et on a chauffé leurs partierà température la plus basse selon les différentes configurations de chauffage désignées par les références I, II, III sur la Figure 1. Pendant tout le déroulement du processus de chauffage, on a contrôlé les tempéra- tures de ces parties de la brame présentant la température la plus basse. Les parties des thermocouples situées à l'extérieur des brames ont été soumises à un courant d'air pendant que l'on effectuait les mesures de température en continu. Le tableau 1 indique les rapports granulométriques des brames chauffées. En meme temps que l'on effectuait le chauffage des brames d'acier et les mesures de température, des brames d'acier, préparées à partir des mêmes coulées, ont été chargées dans le four, et elles ont été chauffées près des brames faisant l'objet des mesures de température. Ces brames ont été ensuite laminées à chaud de façon à obtenir des tôles présentant une épais- seur de 2,3 mm, qui ont été ensuite recuites pendant 2 mn à 1120'C, puis après un décapage à l'acide, laminées à froid, de façon à obtenir des tôles d'acier laminées à froid présentant une épaisseur de 0,30 mm. Ces tOles laminées à froid ont été ensuite soumises à un recuit de décarburation, puis à un recuit de finissage final. Les propriétés magnétiques, ainsi que les rapports de recristallisation secondaire des tôles d'acier au silicium résul- tantes sont indiqués dans le tableau 1 ci-après. Tableau 1 Conditions de chauffage I II |III IV Temps de maintien à 1300 C ou plus (minutes) 55 38 27 7 Temps de maintien à 1330 C ou plus (minutes) 25 7 0 0 Rapport granulométrique (%) 80 65 35 15 1 5 Rapport de recristallisation secondaire + 5/5 4/4 3/6 1/6 Valeur des pertes en fer Wl 7/50 (Watt/kg) X=1,050 1,040 1,094 1,216 Densité de flux magnétique B10 ZO (Wb/m2) =1, 947 1,948 1,931 1,897 + Rapport ou taux de recristallisation secondaire = Nombre de bobines dans lesquelles on obtient 97 % ou plus de recristalli- sation secondaire Nombre total de bobines. Exemple 2 - On a préparé, dans un convertisseur, de l'acier fondu contenant 0,050 % de carbone, 2,98 % de silicium, 0,083 % de manganèse, 0,027 % d'aluminium soluble, le reste étant constitué par du fer et des impuretés inévitables, puis ce bain métallique a été dégazé sous vide et coulé en continu pour obtenir des brames présentant une épaisseur de 200 min. Dans certaines de ces brames, on a noyé des thermocouples de la façon indiquée dans l'exemple 1, afin de préparer des brames devant subir des mesures de température. Ces brames ont été chargées dans un four poussant à trois zones, près d'autres brames préparées à partir de la même coulée, mais ne comportant pas de thermocouple, puis on a chauffé les par- ties à plus basse température de ces brames, selon les configurations de chauffage V et VI représentées sur la Figure 1. Le tableau 2 ci-après indique les historiques de température de ces parties à températures les plus basses, ainsi que les rapports granulométriques (grains grossiers) des brames chauf- fées. Les brames qui ont été chauffées dans les mêmes conditions que celles ayant subi les opérations de mesure de température ont été laminées à chaud, puis laminées à froid, et soumises à un recuit de recarburation ainsi qu'à un recuit de finissage final, comme indiqué dans l'exemple 1. Le tableau 2 ci- après indique les rapports de recristallisation secondaire, ainsi que les pro- priétés magnétiques des tôles d'acier au silicium résultantes. Tableau 2 Sur la base des résultats des deux exemples qui précèdent, on a dé- terminé la relation qui existe entre l'historique de la température de chauf- fage de la partie à température la plus basse des brames de coulée continue et le taux de recristallisation secondaire des tôles d'acier au silicium finale- ment obtenues à partir de ces brames, et cette relation a été représentée Conditions de chauffage V VI Temps de maintien à 1300'C ou plus (min.) 48 28 Temps de maintien à 1330'C ou plus (min.) 25 0 Rapport granulométrique (%) 75 25 Taux de recristallisation secondaire 7/7 0/2 Pertes en fer Wl 7/50 (Watt/kg) X = 1,046 1,1 61 Densité de flux magnétique B10 (Wb/m) x = 1,946 1,913 1 0 2472023 sur la Figure 2. Ainsi qu'on le comprend clairement en examinant la Figure Z, pour obtenir des tôles d'acier au silicium présentant une bonne recristallisation secondaire (il s'agit des tôles indiquées par l'indice 0, sur la Figure 2, et qui présentent un taux de recristallisation secondaire de 100 à 97 %), il est nécessaire d'appliquer l'une des conditions de chauffage de brames I, II ou V de la Figure 1, c'est-à-dire qu'il est nécessaire de maintenir la partie à température la plus basse de la brame à une température de 1300'C ou plus pendant une durée de 30 minutes ou plus, avec une température finale atteignant au moins 1330'C. Dans le cas des conditions de chauffage III, IV et VI, qui sont en dehors des conditions de chauffage définies par cette invention, le taux de recristallisation secondaire des tôles d'acier au silicium finalement obtenues n'est pas satisfaisant (il s'agit des tôles indiquées par la référence 0 sur la 1 5 Figure 2, et qui présentent un taux de recristallisation secondaire compris entre 0 et 86 %), et leurs propriétés magnétiques sont mauvaises. Ceci signifie que les résultats favorables obtenus grâce à l'invention ne peuvent pas être obtenus simplement en maintenant la partie à température la plus basse de la brame dans un domaine de températures compris entre 1300'C et 1 330 OC. On pense que le motif en est que l'énergie thermique, dans la partie de la brame à température la plus basse, n'est pas suffisante pour obtenir une dissolution solide,dans la matrice, des substances de formation de phase de dispersion secondaire, par exemple MnS et AIN. Même lorsque la température de la partie à plus faible température de la brame est maintenue dans un domaine de températures allant de 13000C à 1330'C au plus, pendant 30 minutes ou plus, le développement de la re- cristallisation secondaire dans le produit finalement obtenu n'est pas satis- faisant, si bien que l'on ne peut pas obtenir des propriétés magnétiques ex- cellentes. Ainsi que cela ressort clairement de l'examen de la Figure 3, qui montre la relation qui existe entre l'historique de la température de chauf- fage de la partie de la brame à plus basse température et le rapport granu- lométrique de la brame chauffée, afin d'obtenir un rapport granulométrique il de -40 % ou plus, par rapport à la section droite de la brame,il est néces- saire de chauffer cette dernière selon les conditions de chauffage minimales T, Il ou V, comme expliqué en référence à la Figure 1. Ceci signifie qu'il est nécessaire de maintenir la température de la partie à plus basse tempé- rature de la brame à une valeur de 1300'C ou plus, pendant 30 minutes ou plus, et que sa température finale atteigne au moins 1330'C. La Figure 4 montre la relation qui existe entre le rapport granulo- métrique (grains grossiers) dans la brame, après chauffage, et la valeur de la perte en fer Wl 7/50 de la tôle d'acier au silicium finalement obtenue. Cette Figure montre que la perte en fer des tôles d'acier au silicium pro- duites à partir de ces brames, dont les parties à plus basse température ont été chauffées selon les conditions A, II ou V (et dont les rapports granu- lométriques sont de l'ordre de 40 à 80 %), est bien meilleure que celle d'une tôle d'acier au silicium produite à partir de brames dont les parties à tempé- rature la plus basse ont été chauffées selon les conditions III, IV ou VI (et dont les rapports granulométriques sont inférieurs à 40 %), c'est-àdire selon des conditions de chauffage de brames qui sont en dehors des eomaines prévus par le procédé selon la présente invention. L'examen de la Figure 4 montre que les propriétés magnétiques ré- sultantes tendent à se détériorer lorsque le taux de granulométrie (grains grossiers) dépasse 80 %. Il ressort de la description qui précède que le procédé selon la pré- sente invention élimine totalement les inconvénients et les difficultés que l'on rencontre dans la mise en oeuvre des procédés classiques de chauffage des brames obtenues par coulée continue dans des fours de chauffage du type four poussant. Par ailleurs, cette invention apporte l'avantage remarquable de permettre de contrôler le rapport granulométrique (c'est-à-dire le taux de grains grossiers) dans la brame chauffée, de façon à obtenir des proprié- tés magnétiques uniformes et améliorées dans les produits finalement obte- nus. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation décrits et représentés, mais qu'elle en en- globe toutes les variantes. 12. 2472020. REVENDICAT IONS 1 - Procédé pour chauffer une brame d'acier de coulée continue pour la réalisation de tôles d'acier au silicium à grains orientés présentant une haute densité de flux magnétique, caractérisé en ce qu'il consiste à mainte- nir, dans un four de chauffage de brame, une brame d'acier de coulée conti- nue ne contenant pas plus de 0,085 % de carbone, 2,0 à 4,0 % de silicium, pas plus de 0,15 % de manganèse, et de 0,010 % à 0,065 % d'aluminium soluble, à une température qui n'est pas inférieure à 13000C, pendant une durée qui n'est pas inférieure à 30 minutes, la température de la brame, à la fin de ladite période, n'étant pas inférieure à 1330'C. Z - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de la brame qui présente la température la plus basse, lors du chauffage, est maintenue à une température comprise entre 13000C et 1380'C pendant une période qui n'est pas inférieure à 30 minutes, la température, à la fin de ladite période, étant comprise entre 1330OC et 1380OC. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le taux de grains grossiers, dans la section droite de la brame, est de l'ordre de 40 à 80 % 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la brame d'acier est chauffée dans un four poussant.