Brevet FR2641546A1 — publié le 19900713

La présente invention concerne un procédé de production d'alliages de la série Fe-Ni ayant un effet amélioré modérateur des traînées 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 (ci- après en abrégé alliages Fe-Ni) utilisés 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 traînées se forment dans la production du masque perforé par photo- gravure. Comme technique pour retarder la formation de traînées pndant la gravure, on a proposé jusqu'à présent les procédés sui- vants. Par exemple, le brevet japonais mis à l'inspection du public n 60128 253 décrit un procédé pour limiter la présence de traînées, dans lequel un lingot est ordinairement chauffé au-dessus de 850 C 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 n 61-223 188 décrit un procédé de limitation de la présence de traînées, 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 n 60-128 253 est un procédé de mise en oeuvre du forgeage à un rapport total de réduction de section de plus de 40 %, 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 insuf- fisant pour empêcher la présence de traînées pendant La gravure. D'autre part, La technique décrite dans Le brevet japonais mis à l'inspection du public n 61-223 188 est un procédé d'atténuation de la ségrégation des composants par La diffusion de Ni basée sur un traitement thermique à haute température. Cepen- dant, comme La feuille est mince en comparaison avec Le cas du chauffage au stade de plaque, La perte par oxydation devient rela- tivement 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 clas- siques ne peuvent pas empêcher complètement la présence de traînées pendant La gravure, ou bien elles ne peuvent pas produire indus- trieLLement des produits bon marché. Dans ces conditions, un objet de l'invention est de pro- poser des alliages de la série Fe-Ni ne provoquant pas de traînées pendant la gravure. Un autre objet de l'invention est de produire des alliages de la série FeNi 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' invention, on propose un procédé de production d'alliages de la série Fe-Ni ayant un effet modérateur amélioré de la présence de traînées pendant la gravure, qui consiste à couler en continu un alliage fondu de la série Fe-Ni consistant en 30-80 % en poids de Ni et le reste étant pratiquement Fe pour former une plaque de coulée continue ayant un rapport cris- tallin équiaxial de pas plus de 30 %, et à chauffer ensuite la plaque de coulée continue résultante à une température de pas moins de 1 100 0C pendant pas moins de 1 h. Dans un mode de mise en oeuvre préféré du premier aspect de l'invention, on utilise comme alliage Fe-Ni un alliage consis- tant en 30-50 Z en poids de Ni 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 ci- dessus à au moins un traitement choisi parmi un traitement d'agi- tation électromagnétique, un traitement de régulation de la tempé- rature de coulée et un traitement de vibration supersonique pour régler le rapport cristallin équiaxial à plus de 30 Z. Lors du chauffage et du maintien de la plaque de coulée continue ayant le rapport cristallin équiaxial contrôlé de plus de Z, 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 apparaîtront 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 trainées dans les alliages de la série Fe-Ni et confirmé que les causes principales de ces traînées sont les suivantes: 1) ségrégation des impuretés telles que C, Si, Mn, Cr et tes 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 différence dans la forme des trous formés pendant la photogravure et conduit en conséquence à l'existence de traînées. D'autre part, en ce qui concerne la différence de struc- ture '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 con- serve 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 struc- ture cristalline. Comme moyens pour surmonter selon l'invention les pro- blèmes 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 30 % à une température de pas moins de 1 100 C pen- dant 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 30 % à une température de pas moins de 950 0C pendant pas moins de 1 h. 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 agita- tion électromagnétique; 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 vibra- tions 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 laquelle la limite infé- rieure de la quantité de Ni comme matière première est de 30 % 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. L'alliage de départ de la série Fe-Ni adopté dans t'invention n'est pas un lingot, mais une plaque de coulée con- tinue. La raison pour laquelle 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 conmparaison 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 ségré- gation 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 tra5nées résulte du fait que les cristaux colonnaires produits pen- dant 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'à l'épaisseur finale de la feuille est courte, la largeur et ta 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 lon- gueur restent telles qu'elles même après le travail, ce qui forme Les traînées dans la gravure. La longueur des cristaux colonnaires agissant sur la présence de traînées est critique Lorsque Le rap- port cristallin équiaxial de la plaque coulée est de 30 % a - Selon l'invention, on propose un procédé de traitement thermique approprié au voisinage des rapports cristallins équi- axiaux de 30 % dans le cas de l'alliage ne contenant pas de bore pour surmonter les problèmes ci-dessus, en évitant ainsi la présence de traînées. 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 1 100 C dans le cas de 1I alliage ne contenant pas de bore La raison pour laquelle la température de traitement thermique de la plaque n'est pas inférieure à 1 1000C est due au fait que la plaque de coulée continue ayant un rapport cristallin équiaxial de pas plus de 30 % dans le cas de l'alliage ne contenant pas de boreîest fortement influencée par les cristaux colonnaires ayant une orientation stable et la tempé- rature de pas moins de 1 100 C est insuffisante pour couper ces cristaux colonnaires en vue de leur randomisation. Au contraire, lorsque le rapport cristallin équiaxial de la plaque dépasse 30 %, il n'existe pas de cristaux colonnaires après le laminage à chaud, et en conséquence la proba- bilité de formation des traînées 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 950 C, l'atté- nuation de la ségrégation n'est pas effectuée suffisamment et la présence de traînées 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- tionnée ci-dessus, le métal fondu non solidifié dans la plaque coulée étant ainsi agité avec régulation du rapport cristallin équiaxiat à la valeur donnée. Comme cité précédemment, le rapport cristaltin équiaxial peut naturellement être réguLé par la régula- tion de la température de couLée ou par des vibrations super- soniques. - Comme mentionné ci-dessus, selon l'invention, l'homogé- néisation des cristaux et l'atténuation de la ségrégation des com- posants 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 ther- mique convenable. Selon l'invention, en conséquence, on peut pro- duire des alliages de la série Fe-Ni ne présentant pas de traînées dans la gravure. L t exemple suivant illustre l'invention sans toute- fois en limiter la portée. Exemple - Le tableau I 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 et leurs résultats. Comme alliage représenté particulièrement dans le tableau I et faisant l'objet de l'invention, un métal fondu dans un four électrique a été raffiné par le procédé AOD ou le procédé VOD et ensuite forgé dans une machine de forgeage continu tout en faisant fonctionner un agitateur magnétique l'accompagnant pour réguler le rapport cristallin équiaxial, en obtenant ainsi une plaque de coulée continue comme indiqué dans le tableau I. Ensuite, on a refroidi et travaillé la plaque de coulée continue qui a été chauffée et maintenue à une température de pas moins de 950 C pendant pas moins de I h et ensuite laminage à chaud pour former une bobine de feuillard de 5,5 mm d'épaisseur. Apres Le laminage à chaud, la bobine a été soumise à une combinaison appro- priée d'un Laminage à froid et d'un traitement thermique de la manière habituelle pour obtenir un produit final. Donc, l'échantillon d'essai obtenu a été percé par photo- gravure avec une solution de chlorure ferrique (poids spécifique: 1,45, à 50 0C) et on a recherché la présence de traînées. Les résul- tats sont indiqués dans le tableau I. Comme on le voit d'après les résultats du tableau I, dans les alliages de la série Fe-Ni produits selon le procédé de l'invention, on n'a pratiquement pas observé la présence de traînées dans la gravure, en comparaison avec le lingot habituel d'alliage de la série Fe-Ni ayant la même composition et produit par le procédé classique (exemples comparatifs). IL est clair que ces alliages sont excellents pour l'utilisation comme matériau de départ pour la gravure. TABLEAU I Composition Rapport Température Durée Existence chimique cristal- de traite- de de (% en poids) lin ment ther- chauf- traînées équiaxialmique de la fage (h) o n Fe Ni (%) plaque (0C) Exemples 1 35,9 0 i1 200 4 de 2 36,1 30 1 100 6 l'inven- 3 36,1 40 1 000 6 tion 4 reste 42,1 35 950 8 non 41,7 45 950 8 6 50,1 0 1 100 6 _ 7 50,1 40 950 6 Exemples 8 35,9 0 1 000 8 compa- 9 36,1 30 900 8 ratifs 10 reste 42,1 35 900 6 oui 11 41,7 45 - - 12 50,1 0 I 000 10 Comme mentionné ci-dessus, les alliages de la série Fe-Ni produits selon le procédé de l'invention n'ont pas de traînées 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'inven- tion 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 pen- dant la gravure, caractérisé en ce qu'il consiste à couler en con- tinu un alliage fondu de la série Fe-Ni consistant en 30-80 % en poids de Ni et le reste étant pratiquement Fe pour former une plaque de coulée continue ayant un rapport cristallin équiaxial de pas plus de 30 %, et à chauffer ensuite la plaque de coulée con- tinue résultante à une température de pas moins de 1 100 C 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 30- % en poids de Ni 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 électro- magnétique, 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 30 %. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite plaque de coulée continue, après régulation du rapport cristallin équiaxial à plus de 30 %, est chauffée et maintenue à une température de pas moins de 9500C pendant pas moins de 1 h. 5e Alliage de la série Fe-Ni ayant un effet modérateur amélioré de la présence de trainées pendant la gravures caractérisé en ce qu:il consiste en 30 - 80% en poids de Nie le reste étant pratiquement Fe et possède un rapport cristallin equiaxial supé - rieur ou égal à 30 %. 6. Alliage de la série Fe-Ni ayant un effet modérateur amélioré de la présence de trainées pendant la gravureecaractérisé en ce qu:il consiste en 30 - 80% en poids de Nie le reste étant pratiquement Fey et possède un rapport cristallin equiaxial infé- rieur ou égal à 30 %.