Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~~ 2 ~ r~
La présente invention a pour obje-t un
procédé et un dispositif de fabrication d'une bande en
acier inoxydable semi-fe.rritique, à partir d'un bain
de métal en fusion.
Plus particulièrement l'invention concerne
un dispositif de coulée continue, sur deux cylindres,
d'acier inoxydable semi-ferritique en bande mince.
On rappelle que le terme "semi-ferritique"
signifie que la structure ferritique, dont l'arran-
ln gement cristallographique est cubique centré, est
susceptible de se transformer, à température élevée
(900 - 1100C), partiellement en structure austéni-
tique, dont l'arrangement cristallographique est
cubique à faces centrées.
Comme on le sait, les procédés et. disposi-
tifs de coulée continue de bandes d'acier en épaisseur
mince sont encore a~tuellement expérimentaux. Le métal
est solidifié dans une lingotière de coulée continue
constituée de deux cylindres refroidis, tournant dans
;~o des sens opposés et disposés l'un en regard de
l'autre, avec leurs axes parallèles et à un écartement
déterminé, définissant en-tre eux un espace de coulée
obturé aux extrémités opposées des cylindres par des
plaques de fermeture.
.~5 Compte tenu de la vitesse de refroidissement
à l'air des bandes d'acier solidi~iées extraites en
continue de l'espace de coulée, on constate que si
l'on veut couler des bandes d'acier inoxydable semi-
ferritique, il se forme au cours du refroidissement de
l'austénite. Cette dernière, absente initialement de
la structure monophasée ferritique, se transforme en
fin de refroidissement en martensite dure. Plus pré-
cisément, et par exemple pnur des nuances semi-fer-
ritiques contenant 17% Cr et environ 0, 050~oCI alors
' ~ : , . '
-`` 2~76~
que pendant et juste après la solidification, la
s-tructure de l'acier est monophasée ferritique,
l'austénite appara~t au cours du refroidissement, en
proportion maximale de 40 à 50~. La martensite
résultant ensuite de la transformation de l'aus~énite
est une phase très dure par rapport à la ferrite
environnante.
Cette structure hétérogène entraine des
difficultés de manipulation et de déformation du m~tal
1~l au cours de l'enroulage et du déroulage de la bande,
et du laminage à froid direct de la structure brute de
coulée, en paxticulier des difficultés pour cisailler
et bobiner les bandes en sortie de ligne de coulée. t1n
autre inconvénient résultant de ce procédé de coulée
réside dans le fait que la bande sortant de la
lingotière subit une oxydation superficielle au
contact de l'air environnant.
L'installation décrite dans le document
EP-1~1 0~0 comporte un dispositif de refroidissement
;~ d'une bandel d'alliage Fe-Si par exemple1coulée entre
deux cylindres, implanté juste avant un dispGsitif de
laminage et de bobinage de ladite bande. Toutefois,
elle n'est aucunement adaptée à la coulée d'acier inox
semi-ferritique, car, d'une part, ce dispositif de
:~.5 refroidissement est implanté très en a~al de la
lingotière, et d'autre part, il utilise comme milieu
refroidissant un gaz ou un brouillard, n'imposant
qu'une vitesse de refroidissement relativement modérée
à la bande.
L'invention a donc pour but de réaliser un
procédé et un dispositif permettant d'éliminer ces
insuffisances.
Suivant le procédé visé par l'invention, on
effectue la solidification du métal dans une lingo-
2~876~
tière de coulée continue constituée de deux cylindresrefroidis, tournant dans des sens opposés et disposés
l'un en regard de l'autre de manière à définir entre
eux un espace de coulée, on extrait en continu de la
.~ lingotière une bande d'acier solidifiée, et sous la
lingotière, on soumet ladite bande a un moyen de
trempe afin de la refroidir rapidement et suffisamment
longtemps pour empêcher la formation d'austénite.
Préférentiellement, la vitesse de refroidis-
~ln sement est de 300C/s au minimum jusqu'à unetempéra-ture de la bande coulée de 500-C environ.
En refroidissant très rapidement à partir
d'une température supérieure à la tempéra-ture limite
d'existence de l'austénite (température qui est géné-
1.~ralement de l'ordre de 1200 à 1250~C pour les nuances
considérées), et inférieure à la température de fin de
solidification, on constate en effet qu'il est
possible de figer la structure ferritique, et d'em-
pêcher la ~ormation d'austénite.
;:nEn re~roidissant de plus la bande juste en
dessous des cylindres de coulée, on profite de l'effet
de trempe de la peau du métal par le matériau con-
ducteur des cylindres de coulée, 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 réalisation de
l'invention, on utilise comme milieu de trempe un bain
d'alliage fondu à base de plomb, d'étain et de zinc ou
d;~ de deux de ces métaux ou un bain d'un seul de ceux-ci,
ou un sel fondu, dans lequel sont immergés la partie
inférieure des cylindres et le haut de la bande, et on
empêche ledit moyen de trempe d'être entra~né par le
défilement de la bande, par exemple par soufflage de
2~7~
jets de fluide sur la bande à la sortie du bain de
trempe ou à l'aide de champs électromagnétiques.
Le sel fondu peut être avantageusement le
mé].ange suivant (% en masse) :
- 50 à 60% KN03
- 40 à 50% NaN02
- 0 à 10% NaN03.
Ce mélange fond vers 140-C et est utilisable
entre 160 et ~OO C.
lCI Suivant un second mode de réalisation du
procédé visé par l'invention, on ut.ilise 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 cylindres.
~e dispositif destiné a la mise en oeuvre de
ce procédé comprend une lingotière de coulée continue
formée de deux cylindres refroidis, tournant dans des
sens opposés et disposés l'un en regard de l'autre de
manière à définir entre eux un espace de coulée, et
;~ des moyens de trempe pour faire subir à la bande
d'acier solidifiée, sous la lingotière, un
refroidissement suffisamment rapide pour empêcher la
formation d'austénite. Préférentiellement ces moyens
permettent d'assurer une vitesse de refroidissement de
OO~C/s au moins jusqu'à une température de la bande
coulée d'environ 500-C au moins.
~ 'autres particularités et avantages de
l'invention apparaitront au cours de la description
qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés
;~ qui en illustrent deux modes de réalisation à titre
d'exemples non limitatifs.
La figure 1 est une vue en élévation en bout
schématique d'un dispositif de col.llée continue d'une
bande de métal entre deux cyl:indres, équipé d'un réc.i-
2 ~3 ~
pient placé sous les cylindres e-t contenant un bain
liquide de trempe des bandes ex~raites du dispositif.
La figure 2 est une vue en élévation en bout
schématique, analogue à la Fig.1, d'une seconde forme
de réalisation du dispositif selon l'invention.
En se reportant à la Fig.1, on voit un dis-
positif de coulée continue d'un bain de métal liquide
1 entre deux cylindres 2 disposés horizontalement et
parallèlement l'un à l'autre, de manière à délimiter
entre eux un espace de coulée d'une bande mince
solidifiée 3. Ce dispositif forme une lingotière de
coulée continue, les cylindres 2 étant refroidis et
entrainés en rotation dans des sens opposés l'un à
l'autre suivant les flèches portées sur la Fig.1, par
des moyens connus en eux-mêmes et non représentés.
Afin de permettre plus paxticulièrement la
fabrication de bandes 3 en acier inoxydable semi-
ferritique, le dispositi~ est complété par un
récipient 4 placé sous les cylindres 2, dont le fond
;~0 est percé dans sa zone centrale 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 celui-ci sont tels que
la partie inférieure des cylindres 2 et la partie
:~5 supérieure de la bande 3 en défilement 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
lequel est donc brutalement plongée la bande 3 à
;~0 environ 1300~C. De plus, le bain 6 doit être choisi en
un matériau non polluant de manière rédhibitoire pour
la bande 3.
A titre d'exemples non limitatifs, il est
ainsi possible d'ut.iliser un bain de trempe constitué
~` 2 ~ r~
par un alliage fondu de plomb, de zinc et d'étain, ou
de deux de ces mé-taux, ou wl bain d'un seul de ces
métaux. On peut é,~alement utiliser un sel fondu tel
que le mélange précité de sels de sodium e-t de
potassium.
Le dispositif de coulée comprend également
des moyens pour retenir le liquide de trempe entra1né
par le défilement de la bande 3. ~ans l'exemple
représenté, ces moyens consistent en deux rangées de
buses 7 r placées 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 fluide sur la surface de la bande
3 à sa sortie du récipient 4. Le fluide peut être de
l'eau à température ambiante (20C par exemple) ou un
mélange atomisé eau-air à un débit suffisant pour
retenir à l'intérieur du récipient 4 le liquide du
bain 6.
~ titre d'e~emple numérique indicatif, ce
débit peut etre de 50 m3/h pour une vitesse linéaire
de défilement de la bande 3 de l'ordre de 1m/s,
correspondant à des cylindres 2 d'un diamètre de 1,50m
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, celle-ci doit être re-
froidie de 1300C à 500C environ à une vitesse de
300C/s. Or, les bains précités permettent une vitesse
de refroidissement de 2700C/s environ.
~ e ce fait, pour une bande de 3,5mm d'épais-
seur défilant à 1m/s, la hauteur appropriée du bain 6
traversée par la bande 3, peut être de 40cm environ,
pour que la bande 3 sorte du bain à environ 500C.
~ ien entendu, il n'est pas néce.ssaire que la
bande sorte du bain de trempe par le fond du réc:i-
pient. A l'intérieur du bain, la bande peut êtredéviée, par exemple par des rouleaux, de manière à
sortir du bain en tra~ersant sa surface une telle
disposition a pour effet, à profondeur de bain égale,
d'augmenter le temps de séjour de la bande dans le
bain par rapport ~ la configuration précédemment
décrite.
~ es essais de laboratoire ont été réalisés
pour les nuances d'acier inoxydable suivantes : AISI
lD 430 (norme ASTM A176) pour l'étude de la précipitation
éventuelle d'austénite et de sa transformation en
martensite; AISI 304 (norme ASTM A167) pour
l'évaluation des vitesses de refroidissement : la
finesse de la structure dendritique de solidification
~5 d'un acier austénitique est prévisible par attaque
métallographique, et peut être reliée aux conditions
de refroidissement. Les résultats d'essais effectués
avec des échantillons de ces nuances d'acier, à une
température de trempe de 1500C dans un bain 6 d'étain
liquide à 300 C, refroidi en 0,45 seconde environ, à
une température de 500 C, s~nt les suivants :
- la nuance AISI 430 présente une structure
ferritique contenant très peu de phase martensitique
(moins de 1%),
- la vitesse de refroidissement estimée à
partir de la taille de structure de la nuance austé-
nitique AISI 304, est comprise entre 5000C/s et
15000C/s.
Ces essais ont donc confirmé la validité du
;~ procédé selon l'invention pour atteindre le but
recherché.
La seconde forme de réalisation du dispo-
sitif (Fig.2) visée par l'invention comprend, outre
les cylindres 2, des moyens de trempe consistant dans
,:
`` 2 ~
des buses 8 de projection d'un gaz inerte liquéfié sur
la bande solidifiée 3 inlmédiatement à sa sortie de
l'espace de coulée. Ces buses 8 sont disposées en deux
rangées placées sous les cylindres 2 de part et
d'autre de la bande, en une disposition similaire à
celle des buses 7 (Fig.1) En e~fet les ouvertures de
souf.flage des buses 8 sont dirigées sur les faces
opposées de la partie supérieure de la bande 3,
immédiatement après son décollement de la sur~ace des
cylindres 2. Le gaz inerte peut être par e~emple de
l'argon ou de l'azote, utilisé à l'état liquide pour
béné~icier de sa vaporisation au contact du métal
solidifié. Ce gaz peut être soufflé à un débit de
100 000 Nm3/h par exemple, pour une vitesse de défile-
~5 ment de la bande 3 d'environ 1m/s.
Le dispositif est avantageusement complété
par un capot 9 schématiquement représenté, disposé
sous la lingotière formée par les cylindres 2, dimen-
sionné de manière à envelopper ~ 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'e~traction de la bande 3, en continu,
vers une installation non représentée. Il permet de
~5 con~iner le gaz projeté sur la bande 3, sur une lon-
gueur de ligne suffisante pour assurer une protection
de ladite bande contre l'oxydation superficielle 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 é~é réalisés
pour la nuance d'acier inoxydable AISI 430 (norme ASTM
A176) à l'aide d'un dilatomère absolu. Un échantillon
de métal a été re~ro.idi en 2,5s, à partir de 1250-C
jus~u'à une température de 500C, par projection
"'~"
20~ 9
d'hélium à l'état gazeux dans le four. La structure de
l'échantillon est ferritique et contient moins de 1%
de martensite.
Ces essais ont également con~irmé la validi-
té du procéde selon l.'invention pour atteindre le butrecherché.
I.e métal obtenu par le p.rocédé et le dispo-
sitif selon l'invention est plus aisé à cisailler et à
bobiner en sortie de iigne de coulée, gr~ce à la
suppxession quasi-totale de martensite dans la matrice
ferritique. .
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