Brevet FR2511038A1 — publié le 19830211

251103-P PRCEDE DE FABRICATION DE PR 1 OJITS SEMI-FINIS SIDERIURGIQUES EN ACIERS DURS METTANT EN OEUVRE UE OPERATION DE COULEE CONTINUE La présente invention est relative à un procédé de fabrication de pro- duits semi-finis sidérurgiques en aciers durs, c'est-à-dire, au sens de l'invention, en aciers dont la teneur en carbone est supérieure à 0,75 %, le procédé mettant en oeuvre une opération de coulée conti- nue. La présente invention est utilisable, en particulier, mais non exclu- sivement, pour la fabrication de produits tubulaires destinés à la production de roulements à billes ou à rouleaux. Une part importante des roulements à billes ou à rouleaux est actuel- lement fabriquée en un acier dur selon la norme 100 O C 6 (norme améri- caine 52-l OO), qui présente une teneur moyennrme en carbone de 1 % et une teneur moyenne en chrome de 1,5 %, des nuances dérivées pouvant également être utilisées, contenant plus ou moins de chrome ainsi que des additions de Io, tn ou autres éléments d'alliages classiques. La production courante en de tels aciers durs de produits semi-finis tels que des barres, des fils ou des tubes est faite selon le schéma conventionnel suivant: élaboration (notamment au four électrique ou en convertisseur à partir de fonte), coulée en lingots, laminage sur blooming, relaminage sur train à barres, à fils ou à tubes. Les aciers durs, notamment ceux du type indiqué ci-dessus qui sont hy- pereutectoldes, donnent naissance, lors de la solidification en lin- gotière, à une ségrégation majeure inévitable qui s'accompagne d'une concentration axiale de gros grains de carbures primaires à angles aigus difficiles à dissoudre, qui tendent à subsister dans la structure du produit laminé avec des formes et des dimensions incompatibles avec les normes de recuit que l'on impose à ces aciers, lesquelles sont 11035 -2- destinées à permettre la dissolution des carbures lors des opérations de trempe finale. Il en résulte que ces aciers exigent des opérations spéciales de transformation à chaud pour éliminer ces carbures hypereuctoides de ségrégation majeure. Pour y parvenir, la solution couramoent adoptée consiste à maintenir le lingot à haute température par exemple Os 75 C (Os étant la te 3 n- pérature du solidus de l'acier considéré) pendant plusieurs heures de façon à provcquer une mise en solution partielle des gros grains de carbures accumulés au centre du lingot On provoque ensuite la disso- lution complète de ces carbures par-un corroyage effectué par le blooming imnédiatement après le maintien thermique de dissolution. L'expérience montre que l'application d'un tel traitement sur des ébauches coulées de plus faible section, telles que, par exemple, des billettes de coulée continue, présente de graves inconvénients Le maintien du métal à haute température au cours du traitement d'homogé- néisation conduit à une, mise au mille très importante par oxydation, à une décarburation excessive et l'on constate, par ailleurs, que le laminage ultérieur a beaucoup moins d'efficacité pour l'élimination des carbures. Les études effectuées par la société déposante ont montré que ce man- que d'efficacité résulte du fait que le coeur de l'ébauche coulée o les carbures primaires sont concentrés se refroidit trop rapidement pendant le laminage. La présente invention se propose de fournir un procédé pour fabriquer- des produits sidérurgiques ou aciers durs évitant les inconvénients des procédés actuellement connus et évitant l'utilisation de trains classiques de dégrossissage de produits coulés de forte section tels que lingots ou gros blooms coulés. Le procédé selon l'invention se caractérise essentiellement par le fait 3- que l'on réalise une ébauche carrée ou, ronde par une opération de cou- lée continue en assurant un refroidissement secondaire régulier pou- -ant être réparti sur la première ioitié de la hauteur métallurgique de coulée et qu'après avoir tronçonné l'ébauche, on la soumet, après un temps au plus égal à trois minutes, et, de préférence inférieur à une minute, à un réchauffage de façon à lui communiquer une températu- re superficielle comprise entre Os 80 Cet Os 110 C, ledit réchauf- fage étant maintenu pendant un temps compris entre environ dix et en- viron trente minutes, puis cue l'on transforme à chaud l'ébauche par corroyage de façon à provoquer un allongerent au noins égal à deux, la transformation étant effectuée de telle sorte que la températuré su- perficielle de l'ébauche pendant le corroyage reste supérieure à Os 140 C. En ce qui concerne l'opération de coulée continue mise en oeuvre dans le procédé selon l'inventicn, on définit la hauteur métallurgique coame étant la distance entre le niveau de métal liquide dans la lingotière de coulée et le niveau auquel s'effectue la coupe de l'ébauche Dans une installation de coulée verticale, il s'agit ainsi de la hauteur séparant ces deux niveaux. En mettant en oeuvre la coulée continue comme indiqué, on assure que les carbures primaires ne se trouvent pas concentrés entièrement au centre de l'ébauche La zone de cristallisation basaltique extérieure de solidification est ainsi limitée et n'excède pas 75 % de la surface d'une section droite Le refroidissement secondaire est réparti et ré- gulier sur la première miitié de la hauteur métallurgique de l'instal- lation, ce qui permet de refroidir la peau de l'ébauche sortant de la lingotière doucement et réculièrement, en évitant tout réchauffement local de la peau, afin de réduire autant que possible le gradient de température entre le coeur et la surface. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on provo- que en outre, au cours de l'opération de coulée continue, un brassage de l'acier liquide dans une zone située entre le milieu et le quart inférieur de la hauteur métallurgique, ce brassage étant de préférence -4- réalisé par un mouvement de bas en haut de l'acier liquide grâce à des champs magnétiques induits dans l'acier par des bobines électromagné- tiques placées autour de l'ébauche La zone dans laquelle on réalise le brassage correspond sensiblement au niveau auquel commence la so- lidification équiaxe au coeur de l'ébauche Ce brassage doit être aussi intense que possible pour affiner au mieux la structure interne de l'acier Ce brassage peut être réalisé avantageusement sur plusieurs zones de l'ébauche en cours de solidification. La phase de réchauffage ultérieure s'effectue avantageusement dans un four à induction dans lequel l'ébauche coulée en continu est introduite aussi rapidement que possible après avoir été tronçonnée Ce temps doit être au plus égal à deux minutes pour des produits dont le diamè- tre en ce qui concerne les ébauches rondes,ou un paramètre équivalent en ce qui concerne des ébauches de section non ronde, est inférieur à mm, ce temps devant en tout état de cause être inférieur à trois minutes pour des produits de plus grande section. Comme cela a été indiqué, il convient de maintenir le réchauffage de l'ébauche pendant une durée qui peut atteindre trente minutes, le maintien pouvant être effectué soit dant le four à induction même, soit dans un four de transfert. Le temps de réchauffage ne doit pas dépasser dans la pratique cette valeur si l'on veut éviter une décarburation superficielle excessive. Comme indiqué, le réchauffage est, de préférence, réalisé dans un four à induction, qui offre l'avantage d'assurer une montée rapide en tem- pérature permettant de maintenir à température élevée le coeur de l'ébauche pour faciliter la dissolution des carbures concentrés dans cette zone Il est, par ailleurs, important de ne pas dépasser la tem- pérature superficielle de Os 80 C sous peine de difficultés lors du corroyage ultérieur. L'opération de transformation à chaud par corroyage maintenant la tem- pérature superficielle de l'ébauche au-dessus de O 140 C peut être 11038 -5- notaomment une opération de laminage, par exemple dans un laminoir à galets obliques planétaires, ou dans un laminoir perceur à galets obliques, mais peut être également une opération de filage, ou encore de forgeage sur une machine à grande cadence de frappe. Le produit corroyé semi-fini, obtenu en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, peut ensuite, selon le produit fini à fabriquer, subir éventuellement un réchauffage, ces opérations pouvant, par exemple être, pour la fabrication de tubés pour roulements, un lamina- ge à creux, un laminage sur mandrin entre cylindres obliques, un lami- nage sur mandrin dans des cages placées en continu, etc D'autres avantages et caractéristiques de l' invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de différents exemples de mise en oeuvre donnés à titre d'illustration et, en aucune manière, limi- tati fs - EXEMPLE 1 On réalise,par coulée continue verticale rotative, des ébauches rondes pleines de diamètre de 200 mmn, en acier 1 (O C 6 La hauteur métallurgi- que de l'installation de coulée est de 12 mètres On procède à un re- froidissement secondaire à l'aide de buses d'injection d'eau réparties sur une hauteur totale de 5,5 mètres en-dessous de la lingotière A une distance de 6,5 mètres en-dessous de la lingotière, se trouve dis- posé un inducteur électromagnétique agencé pour assurer une circula- tion verticale de bas en haut de l'acier liquide à coeur sur une hau- teur de 800 mmn. Les ébauches sont tronçonnées à la scie en longueurs unitaires de 3 mètres et, après avoir été basculées, sont introduites dans des fours horizontaux de réchauffage par induction, le temps s'écoulant entre la coupe et la mise en place dans le four étant d'environ une minute. La température extérieure de l'ébauche est ainsi portée à une tempéra- ture d'environ 1190 C en un temps de l'ordre de 4 minutes (La tempé- rature de solidus de l'acier utilisé est de 12700 C). -6- On maintient l'ébauche dans le four de réchauffage pendant environ huit minutes, puis on la transfert dans un four à longerons chauffé au gaz et régulé à 1180 C Ce four permet un stockage de huit ébauches. A la sortie du four de maintien, les ébauches sont introduites inmmédiatement dans un laminoir à galets obliques planétaires, qui permet de produire directement en une seule passe, à partir des ébauches ron- des de 220 mn de diamètre, des barres rondes de diamètre 110 nm Les barres laminées présentent une longueur de 12 m et ont subi un allon- gement de 4. La température extérieure de l'ébauche,pendant l'opération de corroya- ge mise en oeuvre sur le laminoir à galets obliques planétaires, ne baisse pas de plus de 20 C pendant la traversée du laminoir Les ébau- ches sont ensuite coupées à la longueur voulue et transférées sur un refroidisseur pour subir soit un refroidissement ralenti, soit un maintien isotherme à 650 C. Les produits semi-finis obtenus peuvent ensuite, sans aucun parachève- ment, être introduits directement dans un train de laminage de tubes ou dans un train de laminage de barres pour obtenir des produits lami- nés présentant une structure correcte sans subsistance de carburas primaires non dissous. EXEMPLE 2: - On met en oeuvre l'opération de coulée continue dans les nêmes condi- tions que dans l'exemple 1 de façon à obtenir des ébauches d'une lon- gueur de trois mètres, d'un diamètre de 160 mm, en un acier 100 C 6 ayant une température de solidus de 1270 C. Apres tronçonnage et basculement, les ébauches sont introduites immé- diatement (attente inférieure à 80 secondes) dans des fours à induc- tion o la température extérieure de l'ébauche est amenée à environ 1180 C en un temps de l'ordre de 200 secondes. Cette température est maintenue entre 1160 et 1180 C pendant environ -7quatre minutes Les ébauches sont ensuite transférées dans un four de maintien à 1170 C dans lequel elles séjournent environ vingt minutes. Les ébauches sont ensuite introduites dans un laminoir perceur à ga- lets obliques La température superficielle de l'ébauche sortant des galets du laminoir est comprise entre 1130 et 1150 C. L'opération de corroyage dans le laminoir perceur s'effectue de telle sorte que la longueur du produit tubulaire obtenu soit égale à 8 mê- tres, soit environ 2,7 fois la longueur de l'ébauche à l'entrée du la- minoir Le laminage est ensuite poursuivi jusqu'à l'obtention d'un tube fini dans les conditions habituelles des procédés classiques La structure du tube obtenu est correcte et exempte de carbures primaires non dissous. EXET 4 LE 3 On met en oeuvre les opérations de coulée continue, puis de tronçonnage, basculement et réchauffage comme dans l'exemple 2, le tronçonnage étant toutefois effectué de façon à obtenir des ébauches d'une longueur de 3,75 mètres A la sortie du four de maintien, l'ébauche est introduite dans le méme dispositif laminoir perceur à galets obliques que dans l'exemple 2, de façon à obtenir un produit tubulaire creux de diamètre extérieur de 167 mm, d'épaisseur de 23 mm et de longueur 7,5 m Le pas- sage dans le dispositif perceur s'effectue avec une température super- ficielle du métal supérieure à 1140 C et l'on obtient un allongement de 2. Le produit semi-fini obtenu est ensuite réchauffé rapidement dans un four à induction pour assurer une température homogène du métal de l'ordre de 1160 C, puis il est laminé sur mandrin dans un laminoir à trois galets obliques, qui fournit un tube de diamètre de 148 mm et d'une épaisseur de 19 mm Ce tube, produit en une longueur de 10 mè- tres, traverse ensuite les cages d'un laminoir réducteur qui permet l'obtention d'un tube fini de diamètre 120 mm et d'épaisseur 20 mmn, d'une longueur de 11,8 mètres La structure de ce tube en acier 100 C 6 est correcte et exempte de carbures primaires non dissous. 11038 -8- Bien que 1 'invention ait été décrite en liaison avec des exemples de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nulle- ment limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses variantes et modifications, sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son es- prit. -9- REV 1 DICATIONS 1 / Procédé de fabrication de produits semi-fi Dis sidérurgiques en aciers durs, dont la teneur en carbone est supérieure à 0,75 %, carac- térisé par le fait que l'on obtient l'ébauche de départ par une opéra- tion de coulée continue,en assurant un refroidissement secondaire ré- gulier réparti sur la première moitié de la hauteur nétallurgique de coulée et, qu'après avoir tronçonné l'ébauche, on procède, après un temps au plus égal à trois minutes et, de préférence inférieur, à une minute, à un réchauffage de celle-ci de façon à lui communiquer une température superficielle coeprise entre ernviron Os 80 C et environ Os 110 C (Os étant la température de solidus de l'acier considéré), ledit réchauffage étant maintenu pendant un temps compris entre envi- ron dix et environ trente minutes, p Luis que l'on transforue à chaud l'ébauche par corroyage de façon à provocuer un allongement au moins égal à 2, la transformation étant effectuée de telle sorte que la temn- pérature superficielle de l'ébauche pendant tout le corroyage reste supérieure à Os 140 C. 2 / Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pendant l'opération de coulée continue, on effectue un brassage de l'acier liquide à coeur dans une zone située entre le milieu et le quart inférieur de la hauteur métallurgique. 3 / Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'opération de coulée continue de l'ébauche est effectuée au moyen d'une lingotière rotative. 4 / Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le réchauffage de l'ébauche s'effectue dans un four à in- duction. / Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le réchauffage de l'ébauche s'effectue successivement dans un four à induction et un four de maintien. 6 / Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le -10- fait que l'opération de corroyage est une opération de laminage. 7 / Procédé selon la revendication 6, caractérisé l'opération de laminage s'effectue dans un laminoir planétaires. 8 / Procédé selon la revendication 6, caractérisé l'opération de laminage s'effectue dans un laminoir obliques. 9 / Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, fait que l'opération de corroyage est une opération par le fait que à galets obliques par le fait que perceur à galets caractérisé par le de filage. / Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'opération de corroyage est une opération de forgeage, en particulier sur une machine à grande cadence de frappe. 11 / Procédé de fabrication de tubes destinés en particulier, à la production de roulements à billes ou à rouleaux, caractérisé par le fait qu'on lamine, après éventuellement un réchauffage, un produit semi-fini obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 10.