Brevet FR2479718A1 — publié le 19811009

1. La présente invention concerne un procédé de fabri- cation de brames et blooms en acier par coulage en continu ne comportant pas de défauts de surface et ne nécessitant sen- siblement aucun traitement de surface. Dans le coulage en continu, il est très important de réduire la friction entre la paroi du moule et l'écorce solidifiée de l'âme de façon à éviter que celle-ci ne colle contre la paroi, et empêcher par conséquent un "éclatement". Dans ce but, on a utilisé un moule dit à oscillation qui oscille vers le haut et vers le bas de façon à réduire la friction entre la paroi du moule et l'écorce de l'âme. Dans les procédés classiques de coulage à moule oscillant, on utilise surtout unnDule qui est animé d'un mou- vement sinusoïdal et dont la structure mécanique est très simple, comme cela est décrit dans l'article "Tekko Binran II" (Handbook of Iron and Steel), third edition, page 638, pu- blié par Japan Iron and Steel Association Les oscilla- tions sont telles que la vitesse maximum de descente du mou- le devient supérieure à une certaine vitesse d'extraction de l'âme. Comme cela est représenté en figure 2, la vitesse d'extraction (en mm/mn) de l'âme est maintenue à une valeur constante, alors que la vitesse d'oscillation W (en mm/mn) du moule est W = rr.S.fsin(2Tr.f.t) o S représente la course d'oscillation (mm), f le cycle d'oscillation (c/mn) et t le 2. temps (mn). La courbe d'oscillation est sinusoïdale et la vitesse maximum de descente rr.S.f est supérieure à la vitesse V d'extraction de l'âme. Soit tp le temps de descente du moule et th le temps pendant lequel la vitesse du mouvement de descente du moule est supérieure à la vitesse t1'extraction de l'âme; on s'arrange généralement pour que le rapport th/tp soit maintenu dans la fourchette 60-80 %. Les conditions d'oscillation les plus couramment adoptées sont les suivantes: cycle d'oscillation 60 - 90 c/mn; course d'oscillation: 6 - 10 mm. Dans le procédé classique de coulage en continu avec utilisationd'un moule osàillant suivant une courbe sinu- soldale, on a considéré qu'il était essentiel de maintenir le temps de consolidation dans une certaine plage de façon à évi- ter les "éclatements " par réduction du frottement entre la paroi du moule et l'écorce de l'âme, et pour maintenir ce temps dans une certaine plage, les trois facteurs: rapport th/tp, cycle d'oscillation, et course d'oscillation doivent être ajustés en dehors de la vitesse d'extraction de l'âme celle-ci étant maintenue constante pendant l'opération de cou- lage. A cet égard, un cycle d'oscillation plus long a été généralement considéré comme étant avantageux pour obtenir une fourniture consistante d'additifs en poudre entre la paroi du moule et l'écorce de l'âme. Cependant, un cycle d'oscilla- tion par trop élevé, un rapport th/tp atteignant 100 %, sont nécessaires. Par conséquent,dans l'art antérieur, un cycle d'oscillation compris entre 60 et 90 C/mn est couramment uiti- lisé, et les deux autres facteurs, rapport th/tp et course d'oscillation, sont restés comme auparavant avec un cycle d'oscillation maintenu entre 60 et 90 C/mn. Cependant, on a découvert que lorsqu'une opération de coulage en continu est effectuée dans les conditions pré- cédentes,des marques formées par des évidements horizontaux peu profonds, appelées "marques d'oscillation" se trouvent créées sur l'écorce qui correspondent à chaque cycle d'oscil- lation du moule. Des marques d'oscillation se forment inévi- tablement lorsqu'un moule à oscillation est utilisé, et des 3. défauts de surface, tels que des structures anormales dues à la ségrégation du nickel, des fendillements fins et l'oc- clusion d'additifs en poudre de moulage, sont très souvent rencontrés sur la partie évidée des marques d'oscillation. Ces défauts de surfaces seront appelés ci-après "défauts d'oscil- lation". Le mécanisme de la formation des défauts d'oscilla- tion sera décrit ci-après en liaison avec les figures 1(a), (b) et (c). Dans un procédé de coulage en continu utilisant un moule oscillant 1, il est de pratique courante d'ajouter dans le moule des additifs en poudre 2 (appelés ci-après "poudre"-) de façon à obtenir une certaine lubrification entre la paroi du moule et l'écorce de l'âme et la poudre ainsi ajoutée se refroidit sur l'écorce de l'âme et colle sur le moule pour former un "loup" 3. Cette poudre collée a tendance à enfoncer et déformer la partie à ménisque 4 de l'écorce 5 lorsque la vitesse du mouvement de descente du moule devient supérieure à la vitesse d'extraction de l'âme pendant la descente du moule, et lorsque le moule entreprend son mouvement ascen- dant et que la partie à ménisque se sépare de la poudre col- lée, Jacier à l'état fondu s'écoule sur le dessus de la par- tie à ménisque de l'écorce et s'y solidifie à une certaine distance de la paroi du moule, ce qui se traduit par la for- mation de marques d'oscillation. On considère que les fendil- lements fins se produisant dans les parties évidées des mar- ques d'oscillation sont provoqués lorsque la partie à ménis- que de l'écorce est déformée par la poudre collée, alors que la structure anormale enrichie en nickel isolé et l'occlusion de poudre sont considérés comme étant dus à l'écoulement de l'acier à l'état de fusion et de la poudre sur la partie su- périeure du ménisque qui se déforme pendant le déplacement du moule vers le haut. Les défauts d'oscillation dans les parties des bra- mes en acier correspondant aux parties évidées des marques d'oscillation se rencontrent pour la plupart sur une profondeur de 2 mm de la surface des brames, et ces défauts apparaissent 4. comme des irrégularités de surface par décapage et des éclats de surface, lorsque, par exemple, des brames en acier inoxydable sont laminées directement sans traitement de surface, ce qui a pour effet de dégrader considérablement la qualité de surface des produits en acier inoxydable résul- tants.Généralement, on enlève ces défauts d'oscillation par meulage au cours d'une étape intermédiaire, mais les traite- ments de surface requis se traduisent par un coût de produc- tion supplémentaire considérable et par l'abaissement du ren- dement de la production, etc... Les présents inventeurs ont d'autre part constaté au cours d'expériences que des défauts supplémentaires se produisent lorsque des brames en acier exemptes de défauts d'oscillation sont laminées directement sans traitement de surface, et qu'il est impossible de se dispenser totalement d'un traitement de surface. Ainsi, de nouveaux défauts sup- plémentaires de surface, tels que occlusions, rugosité et évidements, qui se produisent quelles que soient les marques d'oscillation ont été révélés. Ces défauts sont de vieux dé- fauts que l'on a rencontrés dans les procédés classiques, mais qui ne soulevèrent aucun problème étant donné qu'ils purent être enlevés pendant le meulage de surface nécessaire à l'enlèvement des marques d'oscillation. Les présents inventeurs ont découvert que ces dé- fauts supplémentaires sont dus aux additifs en poudre. Par conséquent, un des objets de la présente in- vention est de prévoir un procédé de coulage en continu de brames et de blooms en acier exempts de défauts d'oscilla- tion et des défauts de surface dus aux additifs en poudre. Un autre objet de la présente invention est de pré- voir des brames et des blloms en acier coulé en continu ne nécessitant aucun traitement de surface pour un laminage ul- térieur. Le procédé selon la présente invention comprend l'ajustement des conditions d'oscillation de façon à éviter la déformation de la partie à ménisque de l'écorce de l'âme, pour obtenir de préférence les conditions indiquées ci-après, et avec de préférence l'utilisation d'additifs enpoudre avec 5. des particules ayant une viscosité ne dépassant pas 1,5 poise à 13000C: V/S.f 110, 3 O V vitesse d'extraction de l'âme (mm/mn) f = cycle d'oscillation (C/mn) S = course d'oscillation (mm) - = constante du cercle La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite- en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: Les figures l(a) (b) et (c) représentent des séquen- ces du mécanisme de formation de marques d'oscillation dans un procédé classique; La figure 2 représente une courbe de la vitesse de déplacement du moule et la vitesse d'extraction d'âme en fonction du temps; La figure 3 représente l'influence des cycles d'os- cillation sur les occurrences (en %) des défauts d'oscilla- tion, les cycles d'oscillation (C/mn) étant en abscisse; La figure 4 représente l'influence des courses d'oscillation sur l'occurrence en % des défauts d'oscillation, les courses d'oscillation (mm) étant en abscisse; La figure 5 représente l'influence de V/S.f sur les occurrences en % des défauts d'oscillation; V/S.f étant en abscisse; et La figure 6 représente l'influence de la viscosité des additifs en poudre (en poise à 1300'C) sur l'occurrence en % des défauts de surface des brames; celle-ci étant en ordonnée. Le moule oscillant utilisé dans la présente inven- tion peut être un moule d'un type classique, mis en oscilla- tion au moyen de cames à excentrique classiques. Les additifs ençoudre utilisés dans la présente in- vention peuvent être des additifs utilisés dans l'art anté- rieur et ont une composition chimique et des propriétés physi- 6. ques indiquées dans le tableau I ci-après. TABLEAU I + _- Temps Viscosité C CaO SiO2 A120 Na F CuO/SiO2 de fu- n à 1300 C 2 2 3 2 sion, C poise Les additifs en poudre sont ajoutés sur la surfa- ce supérieure d'un acier à l'état de fusion placé dans le moule de façon à recouvrir l'acier et à le protéger de l'at- mosphère comme cela est classique. Une description détaillée sera faite d'un coulage continu des brames en acier inoxydable SUS 304 dans les con- ditions du tableau II ci-dessous. TABLEAU II rence des L'influence des cycles d'oscillation sur l'occur- défauts d'oscillation est représentée en figure 3. L'occurrence des défauts d'oscillation peut être classée en deux groupes: défauts apparaissant lorsque la vi- tesse maximum de descente du moule est supérieure à la vites- se d'extraction de l'âme et défauts apparaissant lorsque la vitesse maximum de descente est inférieure à la vitesse d'ex- traction; c'est-à-dire zone dans laquelle la vitesse maximum N oi Aciers Vitesse!Cycle:Course V/S.f Remarques V d'ex- d'oscil-'d'oscil- traction lation lation de l'âme f(C/mn)!S(mm) SUT O (mm/mn) 1 SUS304 1100 80 6 2,3 Procédé 2 SUS304 1100 100 6 1,8 classique 3 SUS304 1100 150 6 1, 2 Présente 4 SUS304 1100 200 6 0,9 invention SUS304 1100 250 6 0,7 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ S. f 6 SUS304 1100 50 4 5,5 Présente 7 SUS304 1100 80 4 3,4 invention _-,..SVf -V _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ S. f - 7. de descente rr.S.f est supérieure à la vitesse d'extraction V (V/S.f 1v). Dans chaque cas, l'occurrence en % des défauts d'oscillation diminue lorsque le cycle d'oscillation augmen- te. Dans la zone o la vitesse de descente maximum ( de l'âme, c'est-à-dire o V/S.f fauts d'oscillation augmente avec le cycle f, en particulier lorsqu'il y a 110 cycles/mn ou plus. En général, le temps de consolidation th diminue avec l'augmentation du cycle f. Les conditions d'oscillation de la présente inven- tion ont été déterminées de façon à raccourcir le temps de consolidation th en augmentant le cycle d'oscillation pour le porter à 110 C/mn ou plus dans le cas o V/S.f. dire lorsque la vitesse maximum de descente rr.S.f. du moule est supérieure à la vitesse V d'extraction de l'âme et, par conséquent, à raccourcir la durée pendant laquelle la poudre collée a pour effet de creuser le ménisque, ce qui évite l'occurrence des défauts d'oscillation. Dans ce but, l'opéra- tion de coulage doit être effectuée avec une course d'oscil- lation S non inférieure à 3 mm mais non supérieure à 10 mm dans la plage qui satisfait la condition suivante: S > V/Tr.f. Lorsque la course d'oscillation S est inférieure à 3 mm, la poudre ajoutée au moule ne s'écoule pas de maniè- re satisfaisante entre la paroi du moule et l'écorce de l'âme, ce qui ne permet pas d'éviter le collage entre le moule et l'âme et conduit à de dangereux "éclatements". D'autre part, lorsque la course d'oscillation S dépasse 10 mm, la poudre collée contre la paroi du moule creu- se le ménisque en même temps -que la poudre à l'état fondu, de sorte que l'occurrence des défauts d'oscillation croît brutalement. L'influence des courses d'oscillation pour un cycle de 200 C/mn sur l'occurrence des défauts d'oscillation est représentée en figure 4. La relation entre l'occurrence des marques d'oscil- 8. lation et les conditions d'oscillation de la zone o la vites- se de descente maximum ir.S.f. est inférieure à la vitesse V d'extraction de l'âme, c'est-à-dire que V/S.f. > T, sera dé- crite en liaison avec la figure 5. On voit qu'aucun défaut d'oscillation n'est sen- siblement provoqué dans la zone o la vitesse maximum de descente n.S.f. du moule est inférieure à la vitesse V d'ex- traction de l'âme, c'est-à-dire V/s.f. >rn. De cette façon, la poudre collée ne peut creuser la partie à ménisque de l'écor- ce de l'âme si l'on maintient la vitesse maximum de descen- te n.S.f. du moule à une valeur inférieure à la vitesse V d'extraction de l'âme, et par conséquent, la partie à ménis- que est protégée contre les déformations, ce qui évite l'oc- currence des marques d'oscillation. Dans ce cas, il est né- cessaire de satisfaire la condition V/S.f > TT, et comme la vi- tesse V d'extractionde l'âme est limitée par les dimensions en coupe de la brame et la longueur de la zone de refroidis- sement, le cycle d'oscillation f et la course d'oscillation S doivent être choisis de façon à satisfaire la condition S.f Un cycle d'oscillation f plus grand est souhaita- ble pour réduire les-défauts d'oscillation, mais lorsque le cycle f est augmenté, il est nécessaire de raccourcir la cour- se d'oscillation S. Lorsque la course d'oscillation S est réduite, les additifs en poudre ne peuvent s'écouler entre la paroi du moule et l'âme. Par conséquent, il est souhaitable de mainte- nir la course d'oscillation S à une valeur non inférieure à 3 mm. Lorsque la course d'oscillation S est réduite, la quan- tité d'additifs en poudre qui s'écoule entre la paroi du moule et l'âme est également réduite,mais la circulation des addi- tifs peut être améliorée en abaissant leur viscosité. Dans la zone o la vitesse de descente maximum du moule est supérieure à la vitesse d'extraction de l'âme, c'est-à-dire lorsque V/S.f. peuvent être considérablement réduits avec un cycle d'oscil- lation de 110 C/mn ou plus. Cependant, si le cycle d'oscil- 9. lation se trouve à un niveau aussi élevé, le temps de conso- lidation th est raccourci de sorte que la fourniture d'addi- tifs en poudre entre la paroi du moule et l'âme devient in- suffisante et irrégulière et qu'une rugosité de surface ou des évidements intermittents en même temps que des marques d'oscillation se produisent plus facilement.De plus, la vi- tesse de descente du moule augmente avec le cycle d'oscilla- tion jusqu'à un niveau élevé, de sorte que la poudre collée se formant par la solidification des additifs en poudre à l'état fondu sur la paroi du moule se déplace vers le bas, collant à la paroi du moule et ayant tendance à enfermer de grosses particules d'additifs. De façon à augmenter le débit et à assurer une cir- culation uniforme des additifs en poudre entre la paroi du moule et l'âme, il est nécessaire d'abaisser leur viscosité. Avec une plus grande viscosité, le manque de fourniture et l'irrégularité du débit des additifs en poudre sont favori- sés, ce qui provoque de gros défauts de surface. L'influence de la viscosité des additifs en poudre à une température de 1300'C sur l'occurrence des défauts de. surface des brames est représentée en figure 6. Tous les défauts, tels qu'occlusions, surfaces ouvertes et évidements, sont réduits par abaissement de la viscosité des additifs en poudre, et on a trouvé que la viscosité de ces additifs pour une température de 13000C devait ne pas être supérieure à 1,5 poise de façon à éviter les défauts de surface. Lorsque le cycle d'oscillation est maintenu à une valeur élevée ne dépassant pas 110 C/mn, et que la viscosité des additifs en poudre à une température de 13000C est ajus- tée à 0,8 poise, les marques d'oscillation créées sur les brames résultantes en acier ont une profondeur et une largeur plus grandes que celles des marques d'oscillation formées sur des brames en acier obtenues avec un cycle d'oscillation élevé et des additifs en poudre de haute viscosité, mais les mar- ques sont presque égales quant au rapport de la profondeur à la largeur. On a également remarqué que les défauts d'oscillation, 10. tels qu'une structure anormalement riche en nickel, les fendillements fins et les occlusions de poudre, qui apparais- sent dans les parties évidées des marques d'oscillation peu- vent encore être réduits par abaissement de la viscosité des additifs en poudre. Dans la zone o la vitesse V d'extraction de l'âme est supérieure à la vitesse maximum de descente r.S.f. c'est- à-dire lorsque V/S.f > r, la friction entre la paroi du moule et l'écorce de l'âme est supérieure à celle du cas précédent, de sorte que la réduction de la friction par lubrification due à ladditif en poudre est plus importante. De façon à maintenir la vitesse maximum de descente rr.S.f. du moule à une valeur inférieure à la vitesse V d'ex- traction de l'âme, il est nécessaire de réduire le cycle d'oscillation f ou la course S. Cependant, si l'on réduit le cycle f ou la course S, la fourniture des additifs en poudre entre la paroi du moule et l'écorce de l'âme devient insuffisante et le débit lui-même devient irrégulier de sor- te que davantage de défauts de surface se trouvent facile- ment produits. Une viscosité plus faible des additifs en poudre peut augmenter le débit entre la paroi du moule et l'écorce de l'âme et réduire la friction entre eux,grâce à la lubrification assurée par ces additifs, ce qui évite les dé- fauts de surface. De façon à éviter effectivement les défauts de surface, la viscosité des additifs en poudre à une tempé- rature de 13000C doit être de 1,5 ou moins. La viscosité des additifs en poudre peut être ajustée en contrôlant le rapport de SiO2 à CaO qui sont les composants principaux des additifs en poudre. Il est souhaitable de main- tenir le point de fusion des additifs en poudre à une valeur ne dépassant pas 11500C parce que s'il est supérieur à cette valeur, les additifs en poudre dont la fusion est incomplète sont soufflés entre la paroi du moule et l'écorce, ce qui provoque des défauts de surface dans les brames résultantes. La présente invention sera mieux comprise d'après la description suivante de certains modes de réalisation, description faite en liaison avec le tableau III. 11. Des brames en acier inoxydable SUS 304 et SUS 430 de 130 mm d'épaisseur et de 1000 mm de largeur sont coulées en continu dans les conditions du tableau III avec utilisa- tion de deux viscosités différentes (0,6 et 1,4) pour les additifs en poudrezà 1300QC et une vitesse d'extraction d'âme de 11C0 mm/mn. Lorsque la valeur de V/S.f est inférieure à ir et que le cycle d'oscillation est de 200 cpm ou lorsque la va- leur de V/S.f est supérieure à rrles défauts d'oscillation diminuent et lorsqu'une poudre de faible viscosité est utili- sée, les défauts de surface diminuent. Les brames résultan- tes sans traitement de surface sont directement laminées à chaud, et laminées à froid pour donner des tôles ayant une épaisseur de 1,0 mm. Les tôles produites à partir des brames en acier cou- lées en continu par des procédés de l'art antérieur souffrent de nombreuses irrégularités par décapage à l'acide et le ren- dement de leur fabrication est de 74 %, alors que les tôles produites à partir de brames-selon la présente invention pré- sentent beaucoup moins de défauts de surface et le rendement moyen de leur fabrication est de 96 % ou plus. TABLEAU III _ Conditions d'essai.Résu.ltats d'e ssai _ Nuance Visco- Cycle ICours Vitesse V/S.f Défaut Défaut Traite- RendeEvalua- * d'acier sité de d'oscil- d'os- d'ex- d'os- de sur- ment de ment tion i I'irla pou- lation cilla trac- cilla- face de surface de la t dre (à f(C/mn) tion tion tion la bra- des fabri- 13000 C) S(mm) V(mm/ (%) me en brames cation mn) acier en acier des (%) tôles SUS304 0,6 50 4 1100 5,5 22,3 0,1 Aucun 97 tTotalement exempt de o traitement de surfa- ce SUS304 1,4 50 4 1100 5,5 2,8 0,1 " 96 À SUS430 1,2 50 4 1100 5,5 1,4 0,1, 98 o SUS304 1,0 120 5 1100 1,8 22,2 0,1 93 SUS304 1,0 130 5 1100 1,7 13,4 0 95 SUS304 1,0 140 5 1100 1,6 9,8 0 " 96 y>, SUS304 0,6 200 6 1100 0,9 2,6 0,1 97 SUS304 1,4 200 6 1100 0,9 2,8 0, , 98 SUS430 1,2 200 6 1100 0,9 1,2 0,1 98 ,9.,, ,5 2,4 2,2 4,5 52,3 31,6 9,2 7,8 Partiel Traitement partiel seulement nécessaire Traitement total de la surfa- ce néces- saire II FH Il o o4 t4 %o SUS304 1,7 o r,1 rtl U SUS304 SUS304 1,7 1,7 Il Il TABLEAU III (Suite) 0,9 2,3 1,9 67,2 7,6 ,1 Partiel I Traitement partiel seule- ment nécessai- re Traitement total de la surface néces- saire SUS304 2,2 80 6 1100 2,3 71,4 9,8 La surfa- 99 l ce totale lu$ 9a été u a traitée . sur une p épaisseur __ _ _ _ _ _ _ j _ _ _ _ _ _ _ _ _ de 2 mm w ro -4 -Jco Co -SUS304 SUS304 ! de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au con- traire susceptible de variantes et de modifications qui ap- paraitront à l'homme de l'art. 15. REVENDICATION$ 1 - Procédé de coulage en continu d'une brame en acier exempte de défauts en surface, caractérisé en ce qu'il comprend l'oscillation d'unmoule dans des conditions qui li- mitent la déformation d'une partie à ménisque de l'écorce de l'âme de façon à éviter les défauts d'oscillation. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un additif en poudre ayant une viscosité ne dépas- sant pas 1,5 poise à une température de 13000C est utilisé pour effectuer une lubrification entre le moule et l'écorce de l'âme. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse maximum de descente du moule n'est pas supérieure à la vitesse d'extraction de l'âme. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un additif en poudre ayant une viscosité ne dépas- sant pas 1,5 poise à une température de 13000C est utilisé pour proc&der une lubrification entre le moule et l'écorce de l'âme. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse maximum de descente du moule n'est pas inférieure à la vitesse d'extraction de l'âme, le moule est mis en oscillation avec un cycle d'oscillation non infé- rieur à 110 C/mn et une course d'oscillation comprise entre 3 et 10 mm. 6 - Procédé selon la revendication 5,caractérisé en ce qu'un additif en poudre ayant une viscosité ne dépas- sant pas 1,5 poise à une température de 13000C est utili- sé pour procéder à une lubrification entre le moule et l'écor- ce de l'âme. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'acier est de l'acier inoxydable.