Brevet FR2641796A1 — publié le 19900720

La présente invention concerne un procédé de production d'alliages de La série Fe-Ni ayant un effet amélioré modérateur des trainées pendant la gravure, et pLus particuLièrement un procédé de production d'alliages de la série Fe-Ni convenant comme matériaux pour l'utilisation dans un dispositif électronique tel qu'un masque perforé pour tube cathodique de télévision en couleur, un tube indicateur de rayons électroniques ou les analogues. On a signalé que les alliages de la série fer-nickel (ciaprès en abrégé alliages Fe-Ni) utilises comme matériaux pour un masque perforé de tube cathodique de télévision en couleur ont L'inconvénient que des dessins de filets ou cordons blancs dits trainées se forment dans la production du masque perforé par photogravure. Comme technique pour retarder la formation de trainées pendant La gravure, on a proposé jusqu'à présent les procédés suivants. Par exemple, le brevet japonais mis à l'inspection du public n060-128 253 décrit un procédé pour limiter la présence de trainées, dans lequel un lingot est ordinairement chauffé au-dessus de 8500C et forgé à un rapport total de réduction de section de pas moins de 40 X par chauffe pour atténuer la portion de ségrégation du nickel. En outre, Le brevet japonais mis à l'inspection du public n061-223 188 décrit un procédé de limitation de la présence de trainées, dans lequel le rapport de ségrégation du nickel et sa zone de ségrégation sont contrôLés en empêchant La ségrégation dans la production de lingots ou en les soumettant à un traitement de diffusion du nickel par un traitement thermique dans L'étape de production de barres. Cependant, La technique classique décrite dans Le brevet japonais mis à L'inspection du public n060-128 253 est un procédé de mise en oeuvre du forgeage à un rapport total de réduction de section de plus de 40 X, mais La ségrégation de divers éléments ne peut pratiquement pas être empêchée puisque ce forgeage a lieu sous une charge utilisée habituellement. En conséquence, il est insuffisant pour empecher la présence de trainées pendant la gravure. D'autre part, la technique décrite dans le brevet japonais mis à l'inspection du public n061-223 188 est un procédé d'atténuation de La ségrégation des composants par La diffusion de Ni basée sur un traitement thermique à haute température. Cependant, comme la feuille est mince en comparaison avec le cas du chauffage au stade de plaque, la perte par oxydation devient relativement importante et le rendement baisse considérablement et de manière indésirable. Dans ces techniques, le lingot est ordinairement utilisé comme matière première. Maintenant, la structure de solidification de La matière première ne pose pas réellement de problème, mais le rendement en produit est faible et le coût est élevé puisque la matière première est fournie sous forme de lingot. Comme on l'a mentionné ci-dessus, ces techniques classiques ne peuvent pas empêcher compLètement la présence de tramées pendant la gravure, ou bien elles ne peuvent pas produire industriellement des produits bon marché. Dans ces conditions, un objet de l'invention est de proposer des alliages de la série Fe-Ni ne provoquant pas de-tramées pendant la gravure. Un autre objet de l'invention est de produire des alliages de La série Fe-Ni avec un rendement élevé et à un faible coût en utilisant un matériau coulé par coulée continue au lieu du lingot coulé. Les objets ci-dessus et d'autres de L'invention sont facilement atteints par les caractéristiques suivantes. Selon 1' inventions on propose un procédé de production d'alliages de la série Fe-Ni ayant un effet modérateur amélioré de la formation de trainées pendant la gravure, qui consiste à couler en continu un alLiage fondu de la série Fe-Ni consistant en 30-80 X en poids de Ni, 0,001-0,03 X en poids de B et le reste étant pratiquement Fe pour former une plaque de coulée continue ayant un rapport cristallin équiaxial de pas plus de 20 X, et à chauffer ensuite la plaque de coulée continue résul- tante à une température de pas moins de 1 0000C pendant pas moins de 1 h. Dans un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, on utilise comme alliage Fe-Ni un alliage consis tant en 30-50 X en poids de Ni, 0,001-0,03 X en poids de B et le reste étant pratiquement fe. Dans La coulée continue de l'alliage fondu de la série Fe-Ni selon L'invention, on préfère soumettre L'alliage fondu cidessus à au moins un traitement choisi parmi un traitement d'agitation électromagnétique, un traitement de réglage de la température de coulée et un traitement de vibration supersonique pour régler Le rapport cristallin équiaxial à plus de 20 X. Dans le chauffage et Le maintien de la plaque de coulée continue ayant le rapport cristallin équiaxial réglé de plus de 20 %, il est favorable de chauffer et maintenir la plaque de coulée continue à une température de pas moins de 950 C pendant pas moins de 1 h. Les objets et avantages de L'invention apparaitront plus clairement à L'homme de L'art à la lecture de la description qui va suivre et de ses exemples de modes de mise en oeuvre préférés. La demanderesse a étudié la présence de traînées dans les alliages de la série Fe-Ni et confirmé que Les causes principales de ces trainées sont les suivantes : 1) ségrégation des impuretés telles que C, Si, Mn, Cr et Les analogues ; et 2) différence de structure cristalline. Autrement dit, les portions de ségrégation des impuretés telles que C, Si, Mn, Cr et les analogues modifient la vitesse de gravure en comparaison avec Les autres portions, ce qui produit une différencé dans la forme des trous formés pendant la photogravure et conduit en conséquence à l'existence de tramées. D'autre part, en ce qui concerne la différence de structure cristalline, par exemple, Les portions à forte orientation dans le plan (100) ont une vitesse de gravure éLevée en comparaison avec les autres portions, ce qui produit la différence de forme des trous formés pendant la photogravure. Ceci est dû à la présence d'une structure de solidification pendant le forgeage ou d'une structure colonnaire ayant une orientation particulière. Autrement dit, la structure colonnaire produite pendant le forgeage est étirée dans la direction du laminage sans disparition dans les étapes suivantes de travail et de traitement thermique et se conserve telle quelle, ce qui conduit finalement à la présence de trainées. Dans ces conditions, selon l'invention, on a cherché à surmonter les problèmes cités ci-dessus non seulement en retardant la ségrégation des composants, mais également en régulant la structure cristalline. Comme moyens pour surmonter selon L'invention les problêmes ci-dessus, on a produit des alliages de la série Fe-Ni ayant un effet retardateur amélioré de la présence de traînées pendant la gravure en chauffant et en maintenant une plaque de coulée continue d'alliage de la série Fe-Ni ayant un rapport cristallin équiaxial de pas plus de 20 % à une température de pas moins de 1 000 C pendant pas moins de 1 h, ou en chauffant et en maintenant une plaque de coulée continue d'alliage de la série Fe-Ni ayant un rapport cristallin équiaxial de plus de 20% à une température de pas moins de 9500C pendant pas moins de 1 h D'après les connaissances de l'inventeur, il a été confirme que, lorsque l'on utilise le bore comme additif à l'alliage de la série Fe-Ni, il a pour effet de couper la structure colonnaire dans le chauffage de la plaque et de provoquer sa randomisation. Autrement dit, selon L'invention, on a cherché à surmonter les problèmes ci-dessus non seulement en retardant la ségrégation des composants, mais également en régulant la structure cristalline par effet synergique par L'addition de bore. Dans le cas d'alliages avec addition de bore, la croissance des cristaux colonnaires est modifiée, c'est-à-dire retardée par l'addition de bore, de sorte qu'il est souhaitable de modifier la température de chauffage au voisinage du rapport cristallin équiaxial de 20 Z. En outre, selon l'invention, on a effectué le réglage du rapport cristallin équiaxial ci-dessus 1) par un traitement dans lequel on soumet le métal fondu dans un moule dans la coulée continue ou le métal fondu dans la plaque coulée de la zone de refroidissement secondaire à une agitation eectromagnetique ; 2) par un traitement dans lequel, lorsque le métal fondu est versé dans le moule, on règle la température de coulée ; ou 3) par un traitement dans lequel on applique des vibrations supersoniques au métal fondu dans le moule ou au métal fondu dans la plaque coulée de la zone de refroidissement secondaire. L'invention sera décrite en détail ci-dessous. Dans l'invention, la raison pour taquet le la limite infé- rieure de la quantité de Ni comme matière première est de 30 X en poids est due au fait que, lorsque l'on utilise l'alliage de la série Fe-Ni comme matière fonctionnelle mentionnée ci-dessus, si la quantité de Ni est de moins de 30 % en poids, des propriétés électromagnétiques suffisantes ne sont pas développées. Par contre, lorsque la quantité de Ni dépasse 80 % en poids, la qualité comme matériau électronique ou électromagnétique est dégradée. En outre, on préfère utiliser des alliages de la série Fe-Ni contenant pas plus de 50 % en poids de Ni comme matériau percé par la photogravure. En outre, B est un élément important développant considérablement les propriétés de l'alliage de la série Fe-Ni selon l'invention, qui n'empêche pas seulement la ségrégation des impuretés telles que C, Si, Mn, Cr ou les analogues dans le joint de grain cristallin, mais de préférence s'agglomère également dans le joint de grain cristallin ou autre portion de défaut pour former un germe de recristallisation, les grains cristallins étant ainsi finement divisés et améliorant le rapport cristallin équiaxial. Cependant, Lorsque la quantité de B est de moins de 0,001 X en poids, cette action est insuffisante. A mesure que La quantité de B augmente, L'effet remarquable est développé, mais si elle dépasse 0,03 X en poids, il y a production de divers borures contenant C, O et N en plus du composé intermetallique de formule M2B (M = Ni, Cr, Fe) et en conséquence le risque de formation de fissures de solidification à température élevée devient plus grand, de sorte que la limite supérieure doit être de 0,03 % en poids. L'alliage de départ de la série Fe-Ni adopté dans l'invention n'est pas un lingot, mais une plaque de coulée continue. La raison pour taquet le la matière première est limitée à une plaque de coulée continue repose sur le fait que la ségrégation des composants est faible à l'échelle macroscopique et les pro priétés de travail et de traitement thermique sont excellentes en comparaison avec celles du Lingot. Dans le cas de La plaque de coulée continue, la structure cristalline dans la section de La plaque coulée a une faible ségrégation en raison du déveLoppement de cristaux colonnaires à partir des deux faces, mais on observe inversement le phénomène suivant tendant à la formation de trainées. Autrement dit, il a été confirmé que la présence de trainées résulte du fait que les cristaux colonnaires produits pendant la coulée sont allongés dans la direction de laminage par le laminage sans disparition dans les étapes suivantes de travail et de traitement thermique, en se conservant tels quels. En outre, d'après les recherches de l'inventeur, lorsque la longueur des cristaux colonnaires ayant une orientation particulière par travail jusqu a L'épaisseur finale de la feuille est courte, la largeur et La longueur des cristaux colonnaires deviennent relativement faibles et en conséquence on n'observe pas la différence partielle de vitesse de gravure pendant la gravure et les trainées continues ne se forment pas.Tandis que, lorsque la longueur des cristaux colonnaires (grains cristallins) est grande, la largeur et la longueur restent telles qu'elles même après le travail, ce qui forme les tramées dans la gravure. La longueur des cristaux colonnaires agissant sur la présence de trainées est critique lorsque le rapport cristallin équiaxial de la pLaque coulée est de 20 % pour un alliage contenant du bore. Selon l'invention, on propose un procédé de traitement thermique approprié au voisinage des rapports cristallins équiaxiaux de 20 % dans le cas de l'alliage contenant du bore pour surmonter les problèmes ci-dessus en évitant ainsi la présence de trainées. Ensuite, la température de traitement thermique de la plaque est différente dans l'alliage ne contenant pas de bore et dans l'alliage contenant du bore. Le critère de cette température est 1 O000C dans le cas de L'alliage contenant du bore. La raison pour laquelle la température de traitement thermique de la plaque n'est pas inférieure è 1 0000C est due au fait que la plaque de coulée continue ayant un rapport cristallin équiaxial de pas plus de 20 % dans le cas de l'alliage contenant du bore, est fortement influencée par les cristaux colonnaires#ayant une orientation stable et la température de pas moins de 10000C est insuffisante pour couper ces cristaux colonnaires en vue de leur randomisation. Au contraire, lorsque le rapport cristallin équiaxial de la plaque dépasse 20% F il n'existe pas de cristaux colonnaires après Le laminage à chaud, et en conséquence la proba bilité de formation des trainées est moindre Lorsque l'alliage ne contient pas ou contient du bore, la température de traitement thermique peut être aussi faible que 950 C. Cependant, lorsque la température de traitement thermique est inférieure à 9500C, l'atte- nuation de la ségrégation n'est pas effectuée suffisamment et la présence de trainées est provoquée par cette ségrégation. En outre, selon L'invention, la force électromagnétique est régulée en disposant un agitateur électromagnétique (EMS) dans le moule de la machine de coulée continue ou sa zone de refroidis- sement secondaire comme méthode La plus efficace de régulation du rapport cristallin équiaxial de la plaque de coulée continue men tonnée ci-dessus, Le métal fondu non solidifié dans La plaque coulée étant ainsi agité avec regulation du rapport cristallin équiaxial à la valeur donnée. Comme cité précédemment, le rapport cristallin équiaxial peut naturellement être régulé par la régulation de la température de coulée ou par des vibrations supersoniques. Comme mentionné ci-dessus, selon l'invention, l'homogé néisation des cristaux et lsattenuation de la ségrégation des composants dans les alliages de la série Fe-Ni peuvent être effectuées simultanément en régulant la solidification dans la coulée continue et en soumettant la plaque de coulée continue à un traitement thermique convenable. Selon l'invention, en conséquence, on peut produire des alliages de La série Fe-Ni ne présentant pas de traînées dans la gravure. L' exemple suivant illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée. Exemple Le tableau suivant montre les conditions de production ainsi que la composition chimique d'alliages de la série Fe-Ni uti Lisés dans cet exemple, leurs rapports cristallins équiaxiaux et ainsi de suite ainsi que leurs résultats. Comme alliage contenant du bore représenté en particulier dans le tableau et faisant l'objet de l'invention (n 13-18), on a raffiné un métal fondu dans un four électrique par le procédé AOD ou par le procédé VOD et on l'a ensuite forgé dans une machine de forgeage continue tout en faisant fonctionner le dispositif d'agitation électromagnétique qui l'accompagne pour réguler le rapport cristallin équiaxial, en obtenant ainsi une plaque de coulée continue comme indiqué dans le tableau Ensuite, on a refroidi et travaillé ta plaque de coulée continue qui a été chauffée et maintenue à une température de pas moins de 950 0C pendant pas moins de 1 h et ensuite laminée pour former une bobine de feuillard de 5,5 mm d'épaisseur.Après le laminage à chaud, la bobine a été soumise à une combinaison convenable d'un laminage à froid et d'un traitement thermique de La manière habituelle pour obtenir un produit final. Ainsi donc, l'échantillon d'essai obtenu a été percé par photogravure réel Le avec une solution de chlorure ferrique (poids spécifique : 1,45, à 500C) et on a recherché la présence de t rainées. Les résultats sont indiqués dans te tableau Comme on le voit d'après les résultats du tableau dans les alliages de la série Fe-Ni produits selon le procédé de L'invention, on n'a pratiquement pas observé la présence de tramées pendant la gravure,en comparaison avec les lingots habituels d'alliages de La série Fe-Ni ayant la même composition et produits par le procédé classique (exemples comparatifs n 19-22). Il est évident que ces alliages sont excellents pour l'utilisation comme matériau de départ pour la gravure. TABLEAU Composition Rapport Température Durée Existence chimique cristal- de traite- de de (% en poids) lin ment ther- chauf- traînées équiaxial mique de la fage (h) n Fe Ni B (%) plaque ( C) Exemple 13 35,9 0,011 0 1000 4 de 14 36,1 0,008 22 950 4 tion 16 reste 42,0 0,010 0 1 000 4 non 17 41,8 0,00 25 1 000 4 18 50,1 0,00 30 1 000 4 TABLEAU (suite) Composition apport Température Durée Existence chimique cristal- de traite- de de en enpoids) lin ment ther- chauf- traînées équiaxial mique de la fage (h) n Fe Ni B (%) plaque ( C) ratifs 21 41,7 - 45 900 6 22 50,5 - 20 1 000 - 4 Comme mentionné ci-dessus, les alliages de la série Fe-Ni produits selon le procédé de l'invention n'ont pas de tramées après La photogravure, de sorte que le procédé de l'invention peut produire à bon marché des alliages de la série Fe-Ni ayant des pro priétés désirées comme matériau électronique ou électromagnétique. En outre, les alliages de la série Fe-Ni selon l'invention sont appliqués comme plaque de coulée continue d'alliage de la série Fe-Ni tel que L'invar 36Ni pour masque perforé, l'alliage 42Ni pour cadre de montage, l'alliage de la série Fe-Ni pour L'usage électronique et électromagnétique en vue de propriétés de faible dilatation thermique et de propriétés magnétiques, le permalloy utilisé comme matériau électromagnétique et ainsi de suite. REVENDICATIONS 1 Procédé de production d'alliages de la série Fe-Ni ayant un effet modérateur amélioré de la présence de traînées pendant La gravure, caractérisé en ce qu'il consiste à couler en continu un alliage fondu de la série Fe-Ni consistant en 30-80 X en poids de Ni, 0,001-0,03 X en poids de B et le reste étant pratiquement Fe pour former une plaque de coulée continue ayant un rapport cristallin équiaxial de pas plus de 20 X, et à chauffer ensuite la plaque de coulée continue résultante à une température de pas moins de 1 0000C pendant pas moins de 1 h. 2. Procédé selon La revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme alliage Fe-Ni un alliage consistant en 3050 X en poids de Ni, 0,001-0,03 X en poids de B et le reste étant pratiquement Fe. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soumet ledit alliage fondu de la série Fe-Ni à au moins un traitement choisi parmi un traitement d'agitation électromagnétique, un traitement de régulation de la température de coulée et un traitement de vibration supersonique pour réguler ainsi le rapport cristallin équiaxial à plus de 20 X. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite plaque-de coulée continue, après régulation du rapport cristallin équiaxial à plus de 20 %, est chauffée et maintenue à une température de pas moins de 950 C pendant pas moins de 1 h. 5. Alliage de la série Fe-Ni ayant un effet modérateur amélioré de la présence de traînées pendant la gravure, caractérisé en ce qu'il consiste en 30 - 80 % en poids de Niw 0t001 - 0T03 % en poids de Bs le reste étant pratiquement Fe et possède un rapport cristallin equiaxial inférieur ou égal à 20 %. 6. Alliage de la série Fe-Ni ayant un effet modérateur amélioré de la présence de trainées pendant la gravure, caractérisé en ce qu il consiste en 30 - 80 % en poids de Nig Os001 - 0v03 % en poids de B, le reste étant pratiquement Fes et possède un rapport cristallin equiaxial supérieur ou égal à 20 %.