<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé de production d'acier doux"
La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'acier doux, notamment d'un acier doux à bas champ coercitif pour la fabrication d'aimants utilisés dans les accélérateurs de particules ou installations analogues, tel qu'un anneau de stockage, etc.
D'une façon générale, les accélérateurs de particules d'une certaine dimension nécessitent des aimants d'un acier présentant un ensemble de caractéristiques bien spécifiques. Ainsi, il faut tout d'abord que cet acier présente une résistance mécanique suffisante et des propriétés magnétiques particulières, tel qu'un champ coercitif relativement bas avec une valeur moyenne faiblement dispersée, une absence de vieillissement des propriétés magnétiques, une perméabilité magnétique garantissant de hauts niveaux d'induction ainsi qu'un niveau de perte magnétique très bas permettant de travailler à des épaisseurs de tôles égales ou supérieures à 1,5 mm.
De plus, la planéité des pièces constitutives de l'aimant doit être telle qu'elle permette d'assurer un coefficient de remplissage élevé, de préférence supérieur à 98 %. Ces pièces doivent également présenter des tolérances d'épaisseurs très serrées, ne présenter aucune tension mécanique, être pratiquement exemptes de carbone, résister à la corrosion, pouvoir être usinées et découpées facilement et enfin pouvoir se présenter en des épaisseurs aussi élevées que possible.
<Desc/Clms Page number 2>
L'invention vise à présenter un procédé économiquement justifié pour le traitement d'un acier en vue d'obtenir un acier doux répondant autant que possible aux critères définis ci-dessus.
Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on part d'un acier répondant à la composition suivante : C 1 %
Si 1 %
Mn < 1 %
P < 0, 100 %
S < 0, 100 %
EMI2.1
N < 0, 100 % Al 0, 250 %, que l'on forme des brames à partir d'un tel acier, que l'on soumet ces brames à un laminage conduit au moins en partie dans la phase ferritique jusqu'à obtenir une bande d'une épaisseur de 1 à 12 mm et que cette bande d'acier subit un auto-recuit et/ou est soumise un recuit contrôlé, de manière à obtenir une cristallisation de l'acier laminé dans la phase ferritique.
Avantageusement, on part d'un acier répon-
EMI2.2
dant à la composition suivante : C 0, 010 % Si 0, 30 % Mn < 1 %
P < 0,030 %
S < 0,020 %
N < 0,010 %
Al < 0, 100 %, les brames formées à partir d'un tel acier étant soumises à un laminage dans la phase ferritique à une température de 200 à 900 C avant le recuit précité.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ciaprès, à titre non-limitatif, de quelques formes de
<Desc/Clms Page number 3>
réalisation du procédé de l'invention illustré par les exemples concrets d'application.
D'une façon générale, en fonction des paramètres des étapes successives du procédé de l'invention, on part d'un acier répondant à la
EMI3.1
composition générale suivante : c % si 1 % Mn < 1 % P < 0, 100 % S < 0, 100 % N < 0,100 %
EMI3.2
Al S 0, 250 %.
A partir de cet acier, on coule des brames, par exemple d'une épaisseur de 200 à 300 mm. A noter qu'une décarburation de l'acier liquide peut avantageusement être réalisée. Cette décarburation peut être favorisée par l'addition à l'acier à l'état fondu d'éléments carburigènes notamment Nb, Ti, V, de préférence à des concentrations qui sont telles que le carbone libre dans les brames coulées soit inférieur à 0,006 %.
Le cas échéant, les brames ainsi obtenues sont réchauffées dans le but d'augmenter la malléabilité de l'acier et ainsi d'en faciliter le laminage ultérieur. On réalise ce réchauffage par exemple à une température de 900 à 12500C.
Ensuite, après dégrossissage de ces brames sur un train classique, on procède alors à un laminage dans la phase ferritique.
Ainsi, pour assurer qu'au moins la fin de ce laminage aura réellement lieu dans cette phase ferritique, celui-ci aura avantageusement lieu à une température inférieure à 9000C.
Ceci permet d'obtenir un produit noncristallisé écroui, se présentant quelque peu sous forme de fibres très dures.
<Desc/Clms Page number 4>
On réalise ce laminage jusqu'à obtenir une bande d'acier d'une épaisseur de 1 à 12 mm, suivant l'application envisagée.
Cette bande d'acier ainsi obtenue subit un auto-recuit et/ou est soumise à un recuit contrôlé de manière à obtenir une cristallisation identique à celle de l'acier laminé dans la phase ferritique.
L'auto-recuit qui se produit automatiquement, suite à la température à laquelle se trouve la bande, a lieu pendant et après le bobinage de ces bandes d'acier laminées.
Par contre, au cas où un recuit contrôlé est désiré, la bobine d'acier est introduite dans un four pendant un temps déterminé et est portée à une température qui est notamment fonction de ce temps de séjour dans le four.
Ainsi, on effectue par exemple le recuit contrôlé à une température comprise entre 400 et 910 C pendant une durée de 3 minutes à 48 heures et de préférence de 30 minutes à 48 heures, ce en veillant que les durées de séjour dans le four les plus courtes correspondent aux températures de recuit les plus élevées et inversement que les durées les plus longues correspondent aux températures les plus basses.
De plus, suivant l'invention, on peut prévoir également une étape de décapage de la bande d'acier ainsi laminée.
Ce décapage a de préférence lieu avant le recuit. Toutefois, le décapage et le recuit peuvent, le cas échéant, être effectués simultanément, par exemple dans une atmosphère réductrice riche en hydrogène.
Par ailleurs, dans le but d'obtenir une structure cristallographique sensiblement homogène dans toute la section de la bande laminée, surtout dans la zone de surface par rapport à la zone centrale de la bande, on utilise avantageusement des cylindres de
<Desc/Clms Page number 5>
laminage lubrifiés réduisant ainsi l'effet de frottement à la surface des brames et des bandes d'acier lors du laminage.
Ci-après sont donnés quelques exemples concrets de réalisation du procédé suivant l'invention à partir d'un acier d'une composition bien déterminée.
Exemple 1
L'acier utilisé pour la formation des brames présentait la composition suivante :
C = 0, 002 %
EMI5.1
Mn = 0, 110 % S = 0, 004 % Si = 0, 005 % P = 0, 012 %
Al = 0,012 %
N = 0, 0015 %
Les brames obtenues ont été soumises à un réchauffage pendant 1 heures 30 minutes à une température de 1250 C.
Ensuite a eu lieu le laminage à une température qui était de 9000C à l'entrée et de 7800C à la sortie du finisseur.
L'épaisseur de la bande d'acier obtenu était de 2, 5 mm. Ensuite a eu lieu le bobinage de la bande d'acier à une température moyenne de l'ordre de 6800C et de ce fait elle subit un auto-recuit. Enfin, un décapage chimique classique a été appliqué sur la bande d'acier après l'avoir mise à plat et découpée en feuilles.
La taille du grain dans la bande terminée était de 5 ASTM et le champs coercitif était égal à 95 A/m.
Exemple 2
L'acier utilisé présentait la composition suivante :
C = 0, 005 %
<Desc/Clms Page number 6>
Mn = 0, 250 %
Ti = 0, 040 %
Al = 0, 005 %
Si = 0, 200 %
S = 0, 008 %
P = 0, 013 %.
Comme dans l'exemple précédent, les brames formés à partir d'un tel acier ont été soumises à un réchauffage à une température de 12500C pendant environ 1 heure et demie.
Le laminage a été effectué sur un train continu finisseur. A l'entrée de ce dernier la température de l'acier était de l'ordre de 900 C et à la
EMI6.1
sortie de l'ordre de 750 C. La bande a alors été bobinée à une température de 7500C. Par la suite, une finition par laminage à froid, à savoir un skinn-pass de 2 %, a été effectuée. Après un décapage chimique classique en milieu sulfurique, un recuit continu a été effectué à une température de 8250C et ce pendant une durée de 90 secondes. Puis enfin la bande a été soumise
EMI6.2
à une trempe"HOWAQ'"à 400 C et à un surveillissement pendant 200 secondes à 4000C suivi d'un nouveau décapage à l'acide formique et d'un nouveau skinn-pass de 0,2 %.
La taille de grain dans la bande d'acier terminée était de 2 ASTM et le champ coercitif était égal à 80 A/m.
Exemple 3
L'acier utilisé présentait la composition suivante :
C = 0,003 %
Mn = 0,300 %
S = 0,001 % globulaire
Si = 0,250 %
P = 0,015 %
Al = 0,250 %
V = 0,150 %.
<Desc/Clms Page number 7>
La température de réchauffage était de 10500C pendant 2 heures.
La température moyenne au finisseur était de 840 C.
La température de bobinage était de 730 C.
Un auto-recuit s'est effectué automatiquement en bobine.
Ensuite, un déroulage suivi d'un planage de la"tôle noire", c'est-à-dire sans décapage, ont été effectués.
Cette tôle présentait alors un champ coercitif de 50 A/m et une induction de 1,95 Ts à un champ magnétique de 100 A/cm.
Exemple 4
L'acier utilisé présentait la composition suivante :
C = 0, 001 %
Nb = 0, 015 %
Ti = 0, 025 %
N = 0, 003 %
S = 0, 005 %
P = 0, 022 %
Mn = 0, 325 %.
La température de réchauffage était de 1000 C pendant 2 heures 15 minutes.
La température à l'entrée du finisseur était de 9000C et à la sortie de 675 C.
La température de bobinage était de 2000C et l'épaisseur de la bande à la sortie du finisseur était de 0,8 mm.
Un recuit continu et un décapage à l'hydrogène à 850 C pendant 120 secondes ont été appliqués.
L'acier obtenu présentait un grain ASTM 1 et un champ coercitif de 40 A/m.
<Desc/Clms Page number 8>
L'induction était de 0,8 Ts à un champ magnétique de 40 A/m.
Exemple 5
L'acier utilisé présentait la composition suivante :
C = 0, 017 %
Ti = 0, 150 %
Al = 0, 025 %
Si = 0, 030 %
P = 0, 017 %
S = 0,007 %
N = 0, 0065 %.
La température de réchauffage était de 12500C pendant 1 heure 30 minutes.
La température moyenne dans le finisseur était de 760 C.
La température de bobinage était de 3000C et ce dernier était suivi d'un décapage chimique.
Le recuit a été réalisé dans un milieu d'hydrogène à une température de 750 C.
L'acier obtenu présentait un grain ASTM de 5-6.
Le champ coercitif était de 110 A/m.
L'invention n'est bien entendu pas limitée aux différentes formes de réalisation décrites ci-dessus et, dans le cadre de l'invention, plusieurs variantes peuvent être envisagées, notamment en ce qui concerne le type de recuit et de décapage appliqué. Ainsi, un traitement d'élimination de la calamine peut, si nécessaire, intervenir à différentes étapes du procédé. Ce traitement peut être un décapage chimique ou un décalaminage mécanique tel que, respectivement, une réduction de l'oxyde métallique par un agent réducteur, comme par exemple l'hydrogène, ou un grenaillage.
<Desc/Clms Page number 9>
Par ailleurs, la bande d'acier laminée peut être maintenue à une température sensiblement uniforme relativement basse de tout au plus 150 C avant son enroulement éventuel.
<Desc / Clms Page number 1>
"Process for the production of mild steel"
The present invention relates to a method for manufacturing mild steel, in particular mild steel with a low coercive field for the manufacture of magnets used in particle accelerators or similar installations, such as a storage ring, etc. .
Generally speaking, particle accelerators of a certain size require magnets from a steel with a very specific set of characteristics. Thus, it is first of all necessary that this steel has sufficient mechanical strength and specific magnetic properties, such as a relatively low coercive field with a slightly dispersed average value, an absence of aging of the magnetic properties, a magnetic permeability guaranteeing high levels of induction as well as a very low level of magnetic loss making it possible to work with sheet thicknesses equal to or greater than 1.5 mm.
In addition, the flatness of the constituent parts of the magnet must be such as to ensure a high filling coefficient, preferably greater than 98%. These parts must also have very tight thickness tolerances, have no mechanical tension, be practically free of carbon, resist corrosion, be able to be machined and cut easily, and finally be able to be as thick as possible.
<Desc / Clms Page number 2>
The invention aims to present an economically justified process for the treatment of a steel with a view to obtaining a mild steel meeting as much as possible the criteria defined above.
This process is characterized by the fact that one starts from a steel corresponding to the following composition: C 1%
If 1%
Mn <1%
P <0.100%
S <0.100%
EMI2.1
N <0, 100% Al 0, 250%, that slabs are formed from such steel, that these slabs are subjected to a rolling process conducted at least partly in the ferritic phase until obtaining a strip with a thickness of 1 to 12 mm and that this steel strip undergoes self-annealing and / or is subjected to a controlled annealing, so as to obtain a crystallization of the rolled steel in the ferritic phase.
Advantageously, we start from a steel that responds
EMI2.2
with the following composition: C 0.010% Si 0.30% Mn <1%
P <0.030%
S <0.020%
N <0.010%
Al <0.100%, the slabs formed from such a steel being subjected to rolling in the ferritic phase at a temperature of 200 to 900 ° C. before the abovementioned annealing.
Other details and particularities of the invention will emerge from the description given below, without implied limitation, of some forms of
<Desc / Clms Page number 3>
carrying out the method of the invention illustrated by concrete examples of application.
In general, depending on the parameters of the successive stages of the process of the invention, one starts from a steel corresponding to the
EMI3.1
following general composition: c% if 1% Mn <1% P <0, 100% S <0, 100% N <0,100%
EMI3.2
Al S 0.250%.
From this steel, slabs are poured, for example with a thickness of 200 to 300 mm. Note that decarburization of liquid steel can advantageously be carried out. This decarburization can be favored by the addition to the molten steel of carburogenic elements, in particular Nb, Ti, V, preferably at concentrations which are such that the free carbon in the cast slabs is less than 0.006%. .
Where appropriate, the slabs thus obtained are reheated in order to increase the malleability of the steel and thus facilitate subsequent rolling. This heating is carried out for example at a temperature of 900 to 12500C.
Then, after roughing these slabs on a conventional train, rolling is then carried out in the ferritic phase.
Thus, to ensure that at least the end of this rolling will actually take place in this ferritic phase, it will advantageously take place at a temperature below 9000C.
This makes it possible to obtain a hardened noncrystallized product, which is somewhat in the form of very hard fibers.
<Desc / Clms Page number 4>
This rolling is carried out until a steel strip with a thickness of 1 to 12 mm is obtained, depending on the application envisaged.
This steel strip thus obtained undergoes self-annealing and / or is subjected to a controlled annealing so as to obtain a crystallization identical to that of rolled steel in the ferritic phase.
The self-annealing which occurs automatically, following the temperature at which the strip is found, takes place during and after the winding of these rolled steel strips.
On the other hand, if a controlled annealing is desired, the steel coil is introduced into an oven for a determined time and is brought to a temperature which is in particular a function of this residence time in the oven.
Thus, for example, controlled annealing is carried out at a temperature between 400 and 910 ° C. for a period of 3 minutes to 48 hours and preferably from 30 minutes to 48 hours, while ensuring that the residence times in the oven are the longest. short correspond to the highest annealing temperatures and conversely that the longest durations correspond to the lowest temperatures.
In addition, according to the invention, it is also possible to provide a step of pickling the steel strip thus rolled.
This pickling preferably takes place before annealing. However, pickling and annealing can, if necessary, be carried out simultaneously, for example in a reducing atmosphere rich in hydrogen.
Furthermore, in order to obtain a substantially homogeneous crystallographic structure throughout the section of the laminated strip, especially in the surface area relative to the central area of the strip, advantageously cylinders are used.
<Desc / Clms Page number 5>
rolling lubricated thereby reducing the friction effect on the surface of slabs and steel strips during rolling.
Below are given some concrete examples of carrying out the process according to the invention from a steel of a well-defined composition.
Example 1
The steel used for slab formation had the following composition:
C = 0.002%
EMI5.1
Mn = 0.10% S = 0.004% If = 0.005% P = 0.012%
Al = 0.012%
N = 0.0015%
The slabs obtained were subjected to reheating for 1 hour 30 minutes at a temperature of 1250 C.
Then the rolling took place at a temperature which was 9000C at the entry and 7800C at the exit of the finisher.
The thickness of the steel strip obtained was 2.5 mm. Then took place the winding of the steel strip at an average temperature of about 6800C and therefore it undergoes self-annealing. Finally, a conventional chemical pickling was applied to the steel strip after having laid it flat and cut into sheets.
The grain size in the finished strip was 5 ASTM and the coercive field was 95 A / m.
Example 2
The steel used had the following composition:
C = 0.005%
<Desc / Clms Page number 6>
Mn = 0.250%
Ti = 0.040%
Al = 0.005%
If = 0.200%
S = 0.008%
P = 0.013%.
As in the previous example, the slabs formed from such a steel were subjected to reheating at a temperature of 12500C for approximately 1 hour and a half.
The rolling was carried out on a continuous finishing train. At the entry of the latter the temperature of the steel was of the order of 900 C and at the
EMI6.1
output of the order of 750 C. The strip was then wound at a temperature of 7500C. Subsequently, a cold rolling finish, namely a skin pass of 2%, was carried out. After a conventional chemical pickling in a sulfuric medium, continuous annealing was carried out at a temperature of 8250C and this for a period of 90 seconds. Then finally the tape was submitted
EMI6.2
to a "HOWAQ '" quench at 400 C and to monitoring for 200 seconds at 4000 C followed by a new pickling with formic acid and a new skinn-pass of 0.2%.
The grain size in the finished steel strip was 2 ASTM and the coercive field was 80 A / m.
Example 3
The steel used had the following composition:
C = 0.003%
Mn = 0.300%
S = 0.001% globular
If = 0.250%
P = 0.015%
Al = 0.250%
V = 0.150%.
<Desc / Clms Page number 7>
The reheat temperature was 10500C for 2 hours.
The average temperature at the paver was 840 C.
The winding temperature was 730 C.
Self-annealing was performed automatically on the coil.
Then, an unwinding followed by a leveling of the "black sheet", that is to say without stripping, were carried out.
This sheet then presented a coercive field of 50 A / m and an induction of 1.95 Ts at a magnetic field of 100 A / cm.
Example 4
The steel used had the following composition:
C = 0.001%
Nb = 0.015%
Ti = 0.025%
N = 0.003%
S = 0.005%
P = 0.022%
Mn = 0.325%.
The reheating temperature was 1000 C for 2 hours 15 minutes.
The temperature at the inlet of the finisher was 9000C and at the outlet of 675 C.
The winding temperature was 2000C and the thickness of the strip leaving the finisher was 0.8mm.
Continuous annealing and etching with hydrogen at 850 C for 120 seconds were applied.
The steel obtained had an ASTM 1 grain and a coercive field of 40 A / m.
<Desc / Clms Page number 8>
The induction was 0.8 Ts at a magnetic field of 40 A / m.
Example 5
The steel used had the following composition:
C = 0.0177%
Ti = 0.150%
Al = 0.025%
If = 0.030%
P = 0.0177%
S = 0.007%
N = 0.0065%.
The reheating temperature was 12500C for 1 hour 30 minutes.
The average temperature in the paver was 760 C.
The winding temperature was 3000C and this was followed by chemical pickling.
Annealing was carried out in a hydrogen medium at a temperature of 750 C.
The steel obtained had an ASTM grain of 5-6.
The coercive field was 110 A / m.
The invention is of course not limited to the various embodiments described above and, in the context of the invention, several variants can be envisaged, in particular as regards the type of annealing and pickling applied. Thus, a calamine removal treatment can, if necessary, take place at different stages of the process. This treatment can be a chemical pickling or a mechanical descaling such as, respectively, a reduction of the metal oxide by a reducing agent, such as for example hydrogen, or a shot peening.
<Desc / Clms Page number 9>
Furthermore, the rolled steel strip can be kept at a substantially uniform temperature relatively low at most 150 C before its possible winding.