Brevet FR2610551A1 — publié le 19880812

PROCEDE DE FABRICATION DE BANDES MINCES DE BRONZE AU PHOSPHORE La présente invention porte sur un procédé-de fabrication de lingots en bandes minces de bronze au phosphore, par le procédé de solidification par trempe. Comme procédé de fabrication de lingots de bronze au phosphore, on pratiquait généralement jusqu'ici une coulée continue au moyen d'un appareil de coulée continue horizontale. A titre d'exemple, la figure 5 du dessin annexé est une vue schématique en coupe transversale, représentant la structure d'ensemble de l'appareil classique de coulée continue horizontale, tel qu'il est décrit dans la Publication du Brevet Japonais non Examiné n' 38 639/1983. Sur le dessin, le chiffre de référence 1 désigne la masse en fusion d'un métal qui a été fondu, par exemple, dans un four de fusion (non représenté sur le dessin), commandé électri- quement, tel que par des ondes électromagnétiques haute fréquence, etc.; le chiffre de référence 2 désigne un four de maintien à température élevée, pour maintenir la masse en fusion dans un état constant et dans une quantité constante; le chiffre de référence 3 désigne un moule en graphite disposé de façon fixe à la partie d'extrémité inférieure du four de maintien à température élevée; le chiffre de référence 4 désigne une chemise d'eau disposée sur et autour du moule en graphite, de façon à entourer ce dernier; et le chiffre de référence 5 désigne des rouleaux de traction pour extraire un lingot 6 qui a été-formé à partir de la masse en fusion 1, par suite de son refroidissement et de sa solidification. Dans l'appareil de coulée présentant la structure décrite ci-dessus, la masse en fusion 1, qui a été stockée dans le four 2 de maintien à haute température, est versée dans le moule en graphite 3 et se solidifie sous l'effet de refroidissement d'une eau de refroidissement qui s'écoule dans et à travers un passage d'eau formé à l'intérieur de la chemise d'eau 4, et elle est finalement extraite du moule 3 Z610551 sous la forme du lingot 6. A ce moment, le lingot 6 est extrait par les rouleaux de traction, soit par intermit- tence, soit en continu, ce qui permet d'obtenir un lingot 6, continu, de grande longueur. Après cela, le lingot est soumis à des processus de laminage et de recuit répétés pour donner, à la fin, une bande mince présentant une dimension prédéterminée. La Figure 6 du dessin annexé est une micrographie (grossissement: 50 fois) de la structure métallique du lingot 6, suivant sa section transversale, ledit lingot étant obtenu par coulée de la masse en fusion 1 présentant une composition de 8% en poids de Sn, 0,15% en poids de P, le complément étant constitué par Cu, conformément au procédé de coulée décrit ci-dessus. La Figure 7 du dessin annexé est une représen- tation graphique montrant la variation de la teneur en Sn en fonction de la distance de coupe de la surface du lingot mentionné ci-dessus, l'analyse de Sn étant effectuée par utilisation de la fluorescence X en une position o la surface du lingot a été coupée. De plus, la Figure 8 du dessin annexé est une représentation graphique montrant la distribution de la teneur en Sn, telle qu'analysée par une microsonde de Casting (electron probe microanalyzer-EPFMA), suivant la section transversale du lingot mentionné ci-dessus. A partir des résultats de ces analyses, il peut être confirmé que le lingot obtenu par le procédé classique indique une structure cristalline basaltique, présentant la structure dendritique telle que représentée sur la Figure 6, qu'une ségrégation de Sn à la surface apparaît comme représentée sur la Figure 7, et que la teneur en Sn, à l'intérieur de la structure cristalline, varie de façon manifeste, comme représenté sur la Figure 8. En conséquence, pour améliorer son aptitude au traitement de laminage qui est l'exigence essentielle pour la fabrication d'une longue bande de produit se présentant sous la forme d'une bande mince, il était indispensable de soumettre le lingot à un traitement thermique d'homogénéisation, à une température élevée et pendant une longue période de tenps, pour rendre ainsi uniforme la teneur en Sn, en vue d'effectuer le traitement nécessaire. Compte tenu de cela, les processus de recuit et de laminage doivent être entrepris jusqu'au moment o le lingot est obtenu dans sa dimension prédéterminée, ce qui, de façon inévitable, consomme une grande quantité d'énergie pour la fabrication d'un produit en bande mince. La présente invention a été accomplie dans le but de résoudre les différents problèmes qui ont été mentionnés ci-dessus, et elle vise à mettre au point un procédé perfectionné pour la fabrication de bandes minces de bronze au phosphore à partir d'un lingot qui ne présente pas de couche de ségrégation, qui possède une aptitude favorable au traitement de laminage, sans qu'on ait à le soumettre à un traitement thermique d'homogénéisation, à une température élevée et pendant une longue période de temps, et qui puisse être traité avec une moindre quantité d'énergie. Conformément à la présente invention, sous son aspect général, on propose un procédé de fabrication d'une bande mince de bronze au phosphore par trempe du métal fondu du bronze au phosphore, afin de fabriquer en continu un lingot de la bande mince, ledit procédé comprenant les * étapes consistant à: - tremper ledit métal fondu à une vitesse de refroidis- sement se situant dans la plage allant de 10 'C/sec à 'C/sec, afin de solidifier le métal fondu; puis - refroidir en continu le matériau métallique solidifié jusqu'à une température normale, ce qui permet de donner à la dimension du grain de cristal une valeur de pm ou au-dessous, et de supprimer l'apparition de la structure denditrique et de la structure de ségrégation. L'obJectif précédent, d'autres objectifs de même qu'une voie spécifique de fabrication du lingot en bande mince de bronze au phosphore selon la présente invention ressortiront de la description detaillée suivante, faite avec référence au dessin annexé. Sur ce dessin: - la Figure 1 est un diagramme schématique d'ensemble d'un appareil de coulée trempe du métal, du type & deux rouleaux, ce qui constitue un mode de réalisation de la présente invention; - les Figures 2 à 4 illustrent l'état du lingot obtenu par le procédé de la présente invention, la Figure 2 étant une micrographie (grossissement: 50 fois> d'une structure métallique du lingot, suivant sa section transversale; la Figure 3 étant une représentation graphique montrant la distribution de la teneur en Sn à partir de la surface du lingot; et la Figure 4 étant une représentation graphique montrant la fluctuation de la teneur en Sn à partir de la surface du lingot; - la Figure 5 est une vue schématique en coupe transver- sale d'un appareil classique de coulée continue horizontale; - et les Figures 6 à 8 montrent également les états du lingot obtenu par le procédé de coulée classique, la Figure 6 étant une micrographie d'une structure métallique; la Figure 7 étant une représentation graphique montrant la distribution de Sn, et la Figure 8 étant une représentation graphique montrant la fluctuation de la teneur en Sn. Dans ce qui suit, la présente invention sera décrite avec référence à un appareil de coulée pour la mise en oeuvre d'un mode de réalisation préféré du procédé de coulée. Si l'on se réfère à la Figure 1, qui illustre la structure d'ensemble d'un appareil de coulée.trempe du métal, du type à deux rouleaux, pour la mise en oeuvre de la présente invention, on voit que le chiffre de référence 7 désigne une poche de coulée destinée à verser une masse en fusion 1 d'un métal qui a été fondu dans un four de fusion (non représenté sur le dessin); le chiffre de référence 8 désigne un réservoir destiné au stockage de la masse métallique en fusion 1; le chiffre de référence 9 désigne un chenal de coulée destiné à conduire la masse en fusion 1 s'écoulant hors du réservoir 9 Jusqu'à un emplacement prédéterminé, ledit chenal de coulée étant doté d'un moyen d'isolation thermique pour empêcher la masse en fusion 1 de se solidifier; le chiffre de référence 10 désigne une paire de rouleaux de refroidissement, qui sont disposés l'un au- dessus de l'autre, avec, entre eux, une fente dont on peut faire varier la largeur, et qui sont refroidis par de l'eau, leur vitesse de rotation étant également modifiable de façon arbitraire; le chiffre de référence 11 désigne un lingot qui peut être formé par le passage de la masse en fusion 1 entre les rouleaux de refroidissement 10, le lingot se présentant sous la forme d'une bande mince, constituant le produit attendu selon la présente invention; et le chiffre de référence 12 désigne un élément de guidage destiné à guider le lingot en bande mince mentionné ci-dessus, jusqu'à un dispositif d'enroulement 13 sur lequel il est destiné à être enroulé. Dans l'appareil de coulée-trempe du métal de la structure décrite cidessus, la masse en fusion 1 est adressée à la fente formée entre la paire de rouleaux de refroidissement 10, 10, à partir du réservoir 8, par le chenal de coulée 9, dans laquelle la masse en fusion 1 se solidifie instantanément pour constituer le lingot en bande mince 11. Le lingot il glisse ensuite sur le guide 12 et il est envoyé au dispositif d'enroulement 13, sur lequel il est enroulé en continu. Dans l'intention de confirmer l'effet obtenu selon la présente invention, les présents inventeurs ont conduit une production expérimentale du lingot par utilisation d'un 2610 5 5 1 dispositif expérimental, constitué par des rouleaux en fonte présentant un diamètre de 200 mm et refroidis intérieurement par de l'eau, en tant que rouleaux de refroidissement 10, et dans des conditions de fabrication telles que la vitesse de rotation des rouleaux de refroidissement 10 soient de t.p.m, et la température à laquelle la masse en fusion est adressée aux rouleaux soit de 1070'C. Comme résultat, on a pu obtenir un lingot de bronze au phosphore, sous forme d'une bande mince présentant des dimensions de 2 mm en épaisseur et de 100 mmn en largeur. La Figure 2 représente la micrographie d'une structure métallique, prise suivant la section transversale, du lingot obtenu par la coulée d'une masse en fusion composée de 8% en poids de Sn, de 0,15% en poids de P, le I5 complément étant constitué par Cu, de, la même manière que dans le procédé classique (grossissement: 50 fois). La Figure 3 indique les résultats de l'analyse de Sn par fluorescence X en fonction de la distance à la surface du lingot. Par ailleurs, la Figure 4 est une représentation graphique montrant le résultat obtenu par l'analyse de la distribution de la teneur en Sn, par microsonde de Casting (EPMA), dans le lingot mentionné ci-dessus, suivant sa section transversale. Par comparaison de ces résultats avec ceux obtenus par le procédé de coulée classique, une différence entre la présente invention et le procédé classique peut être reconnue de façon manifeste. Autrement dit, on peut voir que, comme représenté sur la Figure 2, avec une dimension du grain de cristal de 50 pm, ou au-dessous, le lingot de la présente invention possède la microstructure, dans laquelle l'apparition de la structure dendritique est supprimée. En outre, sur les Figures 3 et 4, on peut voir qu'il n'existe pas de fluctuation dans la teneur en Sn, et que l'appari- tion de la couche de ségrégation est supprimée. La description précédente illustre que la trempe du métal fondu de bronze au phosphore doit conduire à un lingot présentant une microstructure, dans laquelle la dimension du grain de cristal est de 50 ym, ou au-dessous, l'apparition de la structure dénditrique est supprimée, et, en outre, l'apparition de la couche de ségrégation de Sn est supprimée. A ce propos, la raison pour la limitation de la vitesse de refroidissement à une plage allant de 102 'C/sec. à 10 'C/sec. est que, comme résultat de diverses expériences, il a été découvert qu'avec une vitesse de refroidissement n'atteignant pas 102 C/sec, la micro- structure du lingot ne aomporte aucune modification par rapport à celle du lingot classique, alors qu'avec une vitesse de refroidissement dépassant 10 'C/sec, le calibre du lingot en bande devient extrêmement mince, rendant celui- ci non conforme pour un usage pratique. Dans l'exemple décrit ci-dessus, on a présente un cas dans lequel le bronze au phosphore se compose de 8% en poids de Sn, de 0,15% en poids de P, le complément étant constitué par Cu. Cependant, il doit être souligné que le même effet peut être présenté par un bronze au phosphore se composant de 0,1 à 9,0% en poids de Sn, de 0,03 à 0,35% en poids de P, le complément étant constitué par Cu et par les impuretés inévitables. De plus, comme exemple de mise en oeuvre du procédé de la présente invention, usage est fait d'un appareil tel que celui représenté sur la Figure 1. Cependant, il doit être souligné que la présente invention n'est pas limitée à ce seul mode de réalisation d'appareil. Comme cela a été décrit Jusqu'ici, conformément à la présente invention, par la solidification par trempe de la masse en fusion du bronze au phosphore, il devient possible d'obtenir un lingot en bande mince continue, dans lequel la dimension du grain de cristal est de 50 pm, ou au- dessous, l'apparition de la structure dendritique a été 2 6 10551 supprimée, et, en outre, aucune couche de ségrégation de Sn n'est observée. Compte tenu de cela, le lingot présente une aptitude favorable au traitement et il est apte à subir un traitement de laminage à 80% et au-dessus, sans qu'il ne soit nécessaire de le soumettre à un traitement thermique d'homogénéisation. En outre, étant donné que le lingot peut être obtenu sous une forme proche du calibre de la bande mince attendue comme produit, les étapes de traitement et les étapes de traitement thermique peuvent être réduites de i0 façon importante, ce par quoi un effet remarquable peut être obtenu par suite de l'économie d'énergie. Bien que, dans ce qui précède, la présente invention ait été décrite avec une référence particulière a un mode préféré de réalisation, il doit être entendu que des changements ou modifications peuvent être apportés par l'homme du métier sans que l'on s'écarte pour autant du cadre et de l'esprit de la présente invention. 2610 5 5 1 g REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication en continu d'un lingot de bronze au phosphore, se présentant sous la forme d'une bande mince (11), par trempe du métal fondu (1) constitué par le bronze, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à: - tremper ledit métal fondu (1) à une vitesse de refroidissement se situant dans la plage allant de 102 C/sec. à 105 C/sec. , pour solidifier ainsi le iO métal fondu (1); et - refroidir en continu ledit métal solidifié Jusqu'à une température normale, pour obtenir ainsi une micro- structure présentant une dimension de grain de cristal de 50 Im, ou audessous, et dans laquelle l'apparition - d'une structure dendritique et d'une couche de ségrégation est supprimée. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on effectue la trempe dudit métal fondu(1) & ladite vitesse de refroidissement, à l'aide d'un système a rouleau de refroidissement (10) qui tourne dans un sens prédéterminé. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait quele système à rouleau de refroidissement (10) est refroidi par de l'eau. -- 4 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le système à rouleau de refroidissement (10) consiste en une paire de rouleaux (10, 10), les deux rouleaux (10, 10) étant disposés l'un au-dessus de l'autre. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit métal fondu (1> est maintenu à une température requise jusqu'à ce qu'il soit amené au système à rouleau de refroidissement 6 - Procédé-selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le lingot de bronze au phosphore, se - présentant sous la forme d'une bande mince (11), alors qu'il est solidifié, est enroulé en continu sur un dispositif d'enroulement (13). 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit bronze au phosphore, constituant le lingot en bande mince étant constitué par Cu et les impuretés inévitables.