Brevet FR2665652A1 — publié le 19920214

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de fabrication d'une bande en acier inoxydab Le semi-ferritique, à partir d'un bain de méta L en fusion. P Lus particu Lièrement L'invention concerne un dispositif de cou Lée continue, sur deux cy Lindres, d'acier inoxydab Le semi-ferritique en bande mince. On rappe L Le que Le terme "semi-ferritique" signifie que La structure ferritique, dont L'arran- gement crista L Lographique est cubique centre, est susceptible de se transformer, à température éLevée e 900 1100 o C), partie L Lement en structure austéni- tique, dont L'arrangement crista L Lographique est cubique à faces centrées. * 5 Comme on Le sait, Les procédés et disposi- tifs de cou Lée continue de bandes d'acier en épaisseur mince sont encore actue L Lement expérimentaux Le méta L est so Lidifié dans une Lingotière de cou Lée continue constituée de deux cy Lindres refroidis, tournant dans des sens opposés et disposés L'un en regard de L'autre, avec Leurs axes para LLèLes et à un écartement déterminé, définissant entre eux un espace de cou Lée obturé aux extrémités opposées des cy Lindres par des p Laques de fermeture. Compte tenu de La vitesse de refroidissement à L'air des bandes d'acier so Lidifiées extraites en continue de L'espace de cou Lée, on constate que si L'on veut cou Ler des bandes d'acier inoxydab Le semi- ferritique, i L se forme au cours du refroidissement de L'austênite Cette dernière, absente initia Lement de La structure monophasée ferritique, se transforme en fin de refroidissement en martensite dure P Lus pré- cisément, et par exemp Le pour des nuances semi-fer- ritiques contenant 17 % Cr et environ 0,050 %C, a Lors que pendant et juste après La solidification, La structure de L'acier est monophasée ferritique, L'austénite apparaît au cours du refroidissement, en proportion maxima Le de 40 à 50 % La martensite résu Ltant ensuite de La transformation de L'austénite est une phase très dure par rapport à La ferrite environnante. Cette structure hétérogène entraine des difficu Ltés de manipulation et de déformation du méta L au cours de L'enrou Lage et du dérou Lage de La bande, et du Laminage à froid direct de La structure brute de cou Lée, en particu Lier des difficu Ltés pour cisai L Ler et bobiner Les bandes en sortie de Ligne de cou Lée Un autre inconvénient résu Ltant de ce procédé de cou Lée réside dans Le fait que La bande sortant de La Lingotière subit une oxydation superficie L Le au contact de L'air environnant. L'invention a donc pour but de réa Liser un procédé et un dispositif permettant d'éliminer ces insuffisances. Suivant Le procédé visé par L'invention, on effectue La solidification du méta L dans une Lingo- tière de cou Lée continue constituée de deux cy Lindres refroidis, tournant dans des sens opposés et disposés L'un en regard de L'autre de manière à définir entre eux un espace de cou Lée, on extrait en continu de La Lingotière une bande d'acier so Lidifiée, et sous La Lingotière, on soumet Ladite bande à un moyen de trempe afin de La refroidir rapidement et suffisamment Longtemps pour empêcher La formation d'austénite. Préférentie L Lement, La vitesse de refroidis- sement est de 300 C/s au minimum jusqu'à une tempéra-ture de La bande cou Lée de 500 C environ. En refroidissant très rapidement à partir d'une température supérieure à La température Limite d'existence de L'austénite (température qui est géné- ra Lement de L'ordre de 1200 à 1250 C pour Les nuances considérées), et inférieure à La température de fin de so Lidification, on constate en effet qu'il est possib Le de figer La structure ferritique, et d'em- pêcher La formation d'austénite. En refroidissant de p Lus La bande juste en dessous des cy Lindres de cou Lée, on profite de L'effet de trempe de La peau du méta L par Le matériau con- ducteur des cy Lindres de cou Lée, La bande étant refroidie à partir d'une température supérieure à La température d'apparition de L'austénite dans La matrice ferritique. Suivant un premier mode de réa Lisation de L'invention, on uti Lise comme mi Lieu de trempe un bain d'a L Liage fondu à base de p Lomb, d'étain et de zinc ou de deux de ces métaux ou un bain d'un seu L de ceux-ci, ou un se L fondu, dans Leque L sont immergés La partie inférieure des cy Lindres et Le haut de La bande, et on empêche Ledit moyen de trempe d'être entraîné par Le défi Lement de La bande, par exemp Le par souff Lage de jets de f Luide sur La bande à La sortie du bain de trempe ou à L'aide de champs éLectromagnétiques. Le se L fondu peut être avantageusement Le méLange suivant CX(% en masse): à 60 % KN 03 à 50 % Na N O 02 O à 10 % Na N 3. Ce méLange fond vers 1401 C et est uti Lisab Le entre 160 et 500 C. Suivant un second mode de réa Lisation du procédé visé par L'invention, on uti Lise comme moyen de trempe un gaz inerte réfrigéré à L'état Liquide, qu'on projette sur Le haut de La bande sur ses faces opposées et sous Les cy Lindres. Le dispositif destiné à La mise en oeuvre de ce procédé comprend une Lingotière de cou Lée continue formée de deux cy Lindres refroidis, tournant dans des sens opposés et disposés L'un en regard de L'autre de manière à définir entre eux un espace de cou Lée, et des moyens de trempe pour faire subir à La bande d'acier so Lidifiée, sous La Lingotière, un refroidissement suffisamment rapide pour empêcher La formation d'austénite Préférentie L Lement ces moyens permettent d'assurer une vitesse de refroidissement de 300 C/s au moins jusqu'à une température de La bande cou Lée d'environ 500 C au moins. D'autres particu Larités et avantages de L'invention apparaîtront au cours de La description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés qui en i L Lustrent deux modes de réa Lisation à titre d'exemp Les non Limitatifs. La figure 1 est une vue en élévation en bout schématique d'un dispositif de cou Lée continue d'une bande de méta L entre deux cy Lindres, équipé d'un réci- pient p Lacé sous Les cy Lindres et contenant un bain Liquide de trempe des bandes extraites du dispositif. La figure 2 est une vue en élévation en bout schématique, ana Logue à La Fig 1, d'une seconde forme de réa Lisation du dispositif se Lon L'invention. En se reportant à La Fig 1, on voit un dis- positif de cou Lée continue d'un bain de méta L Liquide 1 entre deux cy Lindres 2 disposés horizonta Lement et para LLèLement L'un à L'autre, de manière à délimiter entre eux un espace de cou Lée d'une bande mince so Lidifiée 3 Ce dispositif forme une Lingotière de cou Lée continue, Les cy Lindres 2 étant refroidis et entraînés en rotation dans des sens opposes L'un à L'autre suivant Les f Lèches portées sur La Fig 1, par des moyens connus en eux-mêmes et non représentés. Afin de permettre p Lus particu Lièrement La fabrication de bandes 3 en acier inoxydab Le semi- ferritique, Le dispositif est comp Lété par un récipient 4 p Lacé sous Les cy Lindres 2, dont Le fond est percé dans sa zone centra Le d'une ouverture 5 de passage de La bande 3, et qui contient un bain Liquide 6 de trempe de La bande 3 Les dimensions du récipient 4 et Le niveau du bain 6 dans ce Lui-ci sont te Ls que La partie inférieure des cy Lindres 2 et La partie supérieure de La bande 3 en défi Lement continu sont immergées dans Le bain 6. Le bain Liquide 6 doit être à une tempé- rature qui n'excède pas 300 à 350 "C environ, dans Leque L est donc bruta Lement p Longée La bande 3 à environ 1300 'C De p Lus, Le bain 6 doit être choisi en un matériau non po L Luant de manière rédhibitoire pour La bande 3. A titre d'exemp Les non Limitatifs, i L est ainsi possib Le d'uti Liser un bain de trempe constitué par un a L Liage fondu de p Lomb, de zinc et d'étain, ou de deux de ces métaux, ou un bain d'un seu L de ces métaux On peut éga Lement uti Liser un se L fondu te L que Le méLange précité de se Ls de sodium et de potassium. Le dispositif de cou Lée comprend éga Lement des moyens pour retenir Le Liquide de trempe entratné par Le défi Lement de La bande 3 Dans L'exemp Le représenté, ces moyens consistent en deux rangées de buses 7, p Lacées sous Le fond du récipient 4 de chaque côté de La bande 3, et orientées vers L'intersection de cette dernière et de L'ouverture 5, de manière à pouvoir projeter un f Luide sur La surface de La bande 3 à sa sortie du récipient 4 Le f Luide peut être de L'eau à température ambiante ( 20 C par exemp Le) ou un méLange atomisé eau-air à un débit suffisant pour retenir à L'intérieur du récipient 4 Le Liquide du bain 6. A titre d'exemp Le numérique indicatif, ce débit peut être de 50 m 3/h pour une vitesse Linéaire de défi Lement de La bande 3 de L'ordre de lm/s, correspondant à des cy Lindres 2 d'un diamètre de 1,50 m tournant à moins d'un quart de tour/seconde Afin d'éviter La formation d'austénite dans La bande 3 au cours de son refroidissement, ce L Le-ci doit être re- froidie de 1300 'C à 500 C environ à une vitesse de 300 C/s Or, Les bains précités permettent une vitesse de refroidissement de 2700 'C/s environ. De ce fait, pour une bande de 3,Smm d'épais- seur défi Lant à lm/s, La hauteur appropriée du bain 6 traversée par La bande 3, peut être de 40 cm environ, pour que La bande 3 sorte du bain à environ 500 C. Bien entendu, i L n'est pas nécessaire que La bande sorte du bain de trempe par Le fond du réci- pient A L'intérieur du bain, La bande peut être déviée, par exemp Le par des rou Leaux, de manière à sortir du bain en traversant sa surface Une te L Le disposition a pour effet, à profondeur de bain éga Le, d'augmenter Le temps de séjour de La bande dans Le bain par rapport à La configuration précédemment décrite. Des essais de Laboratoire ont été réa Lisés pour Les nuances d'acier inoxydab Le suivantes: AISI 430 (norme ASTM A 176) pour L'étude de La précipitation éventue L Le d'austénite et de sa transformation en martensite; AISI 304 (norme ASTM A 167) pour L'éva Luation des vitesses de refroidissement: La finesse de La structure dendritique de solidification d'un acier austénitique est prévisib Le par attaque méta L Lographique, et peut être re Liée aux conditions de refroidissement Les résu Ltats d'essais effectués avec des échanti L Lons de ces nuances d'acier, à une température de trempe de 1500 'C dans un bain 6 d'étain Liquide à 300 'C, refroidi en 0,45 seconde environ, à une température de 500 +C, sont Les suivants: La nuance AISI 430 présente une structure ferritique contenant très peu de phase martensitique (moins de 1 x), La vitesse de refroidissement estimée à partir de La tai L Le de structure de La nuance austé- nitique AISI 304, est comprise entre 50004 C/s et 15000 C/s Ces essais ont donc confirmé La va Lidité du procédé se Lon L'invention pour atteindre Le but recherché La seconde forme de réa Lisation du dispo- sitif (Fig 2) visée par L'invention comprend, outre Les cy Lindres 2, des moyens de trempe consistant dans des buses 8 de projection d'un gaz inerte Liquéfié sur La bande so Lidifiée 3 immédiatement à sa sortie de L'espace de cou Lée Ces buses 8 sont disposées en deux rangées p Lacées sous Les cy Lindres 2 de part et d'autre de La bande, en une disposition similaire à ce L Le des buses 7 (Fig 1) En effet Les ouvertures de souff Lage des buses 8 sont dirigées sur Les faces opposées de La partie supérieure de La bande 3, immédiatement après son déco L Lement de La surface des cy Lindres 2 Le gaz inerte peut être par exempte de L'argon ou de L'azote, uti Lisé à L'état Liquide pour bénéficier de sa vaporisation au contact du méta L so Lidifié Ce gaz peut être souff Lé à un débit de 000 Nmm 3 /h par exemp Le, pour une vitesse de dêfi Le- ment de La bande 3 d'environ lm/s. Le dispositif est avantageusement comp Lété par un capot 9 schématiquement représenté, disposé sous La Lingotière formée par Les cy Lindres 2, dimen- sionné de manière à enve Lopper à La fois Les rangées de buses 8 et La bande 3 en étant fermé à ses extré- mités par des moyens non représentés Le capot 9 présente à son extrémité inférieure une ouverture 10 permettant L'extraction de La bande 3, en continu, vers une insta L Lation non représentée IL permet de confiner Le gaz projeté sur La bande 3, sur une Lon- gueur de Ligne suffisante pour assurer une protection de Ladite bande contre L'oxydation superficie L Le par L'air environnant, s'ajoutant à La trempe obtenue par La projection du gaz inerte par Les buses 8. Des essais de Laboratoire ont été réa Lisés pour La nuance d'acier inoxydab Le AISI 430 (norme ASTM A 176) à L'aide d'un di Latomère abso Lu Un échanti L Lon de méta L a Été refroidi en 2,5 s, à partir de 1250 'C jusqu'à une température de 500 'C, par projection d'héLium à L'état gazeux dans Le four La structure de L'échanti L Lon est ferritique et contient moins de 1 % de martensite. Ces essais ont éga Lement confirmé La va Lidi- té du procédé se Lon L'invention pour atteindre Le but recherché. Le méta L obtenu par Le procédé et Le dispo- sitif se Lon L'invention est p Lus aisé à cisai L Ler et à bobiner en sortie de Ligne de cou Lée, grâce à La suppression quasi-tota Le de martensite dans La matrice ferritique. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'une bande ( 3) en acier inoxydab Le semiferritique à partir d'un bain ( 1) de méta L en fusion, caractérisé en ce qu'on effectue La solidification du méta L dans une Lingotière de cou Lée continue constituée de deux cy Lindres refroidis ( 2), tournant dans des sens opposés et disposés L'un en regard de L'autre de manière à définir entre eux un espace de cou Lée, en ce que L'on extrait en continu de La Lingotière une bande d'acier solidifiée ( 3), et en ce que sous La Lingoti- ère, on soumet Ladite bande à un mi Lieu de trempe afin de La refroidir rapidement et suffisamment Longtemps pour empécher La formation d'austénite. 2 Procédé se Lon La revendication 1, carac- térisé en ce que Ladite bande ( 3) est refroidie sous La Lingotière à une vitesse de 300 'C/s au minimum jusqu'à une température de 5001 C environ au moins. 3 Procédé se Lon La revendication 1, carac- térisé en ce que L'on uti Lise comme mi Lieu de trempe un bain d'a L Liage fondu ( 6) à base de p Lomb, d'étain, et de zinc ou de deux de ces métaux fondus, ou de L'un d'eux seu Lement, ou un se L fondu te L qu'un méLange de KN 03, Na N 02 et Na N 03, dans Leque L sont immergés La partie inférieure des cy Lindres ( 2) et Le haut de La bande ( 3). 4 Procédé se Lon La revendication 1, carac- térisé en ce qu'on uti Lise comme mi Lieu de trempe un gaz inerte, réfrigéré à L'état Liquide, qu'on projette sur Le haut de La bande ( 3) sur ses faces opposées et sous Les cy Lindres ( 2) juste après déco L Lement de La bande de ces derniers. Dispositif pour La mise en oeuvre du procédé se Lon La revendication 1, caractérisé en ce qu'i L comprend une Lingotière de cou Lée continue formée de deux cy Lindres refroidis ( 2), tournant dans des sens opposés et disposés L'un en regard de L'autre de manière à définir entre eux un espace de cou Lée, et des moyens de trempe ( 4,6; 8,9) pour faire subir à La bande ( 3) d'acier so Lidifiée, sous La Lingotière, un refroidissement suffisamment rapide pour empêcher La formation d'austônite. 6 Dispositif selon La revnedication 5, caractérisé en ce que Lesdits moyens de trempe ( 4,6; 8,9) permettent d'assurer une vitesse de refroidisse- ment de La bande cou Lée ( 3) de 300 C/s au minimum, et ce jusqu'à une température d'environ 500 'C au moins. 7 Dispositif se Lon La revendication 5, caractérisé en ce que Lesdits moyens de trempe comprennent un bain Liquide ( 6) disposé sous La Lingotière ( 2), à travers Leque L peut ètre extraite La bande d'acier so Lidifiée ( 3), ce bain étant contenu dans un récipient ( 4) dont Le fond est pourvu d'une ouverture ( 5) pour Le passage de La bande so Lidifiée. 8 Dispositif selon La revendication 7, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour retenir Le Liquide entra&né par Le défi Lement de La bande ( 3), te Ls que des buses ( 7) p Lacées sous Le récipient ( 4) de chaque côté de La bande, et pouvant projeter un f Luide sur cette dernière à sa sortie du récipient, te L que de L'eau ou un méLange atomisé eau-air. 9 Dispositif se Lon La revendication 5, caractérisé en ce que Lesdits moyens de trempe com- prennent des buses ( 8) de projection d'un gaz inerte Liquéfié sur La bande ( 3) so Lidifiée, à sa sortie de L'espace de cou Lée, p Lacées sous Les cylindres ( 2) de 11 part et d'autre de La bande. Dispositif se Lon La revendication 9, caractérisé en ce qu'i L comporte un capot ( 9) disposé sous La Lingotière ( 2), dans Leque L sont p Lacées Lesdites buses ( 8) et qui enve Loppe La bande afin de5 confiner Le gaz projeté sur ce L Le-ci et d'assurer une protection de La bande contre L'oxydation, ce capot ( 9) étant ouvert à sa base pour permettre L'extraction et L'évacuation de La bande ( 3).