EP0681031A1 - Procédé de production d'acier doux - Google Patents

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EP0681031A1
EP0681031A1 EP95200245A EP95200245A EP0681031A1 EP 0681031 A1 EP0681031 A1 EP 0681031A1 EP 95200245 A EP95200245 A EP 95200245A EP 95200245 A EP95200245 A EP 95200245A EP 0681031 A1 EP0681031 A1 EP 0681031A1
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EP
European Patent Office
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steel
process according
annealing
rolling
strip
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EP95200245A
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Philippen Harlet
Firmin Beco
Lucien Renard
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ArcelorMittal Liege Upstream SA
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Cockerill Sambre SA
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1216—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the working step(s) being of interest
    • C21D8/1227—Warm rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1216—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the working step(s) being of interest
    • C21D8/1222—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
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    • C21D8/1261—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the heat treatment(s) being of interest following hot rolling

Definitions

  • 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. .
  • particle accelerators of a certain size require magnets from a steel with a very specific set of characteristics.
  • 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.
  • 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.
  • 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% 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 in part in the ferritic phase until a strip with a thickness of 1 to 12 mm is obtained and that this steel strip undergoes self-annealing and / or is subjected to a controlled annealing, so as to obtain crystallization of the rolled steel in the ferritic phase.
  • the slabs thus obtained are reheated in order to increase the malleability of the steel and thus facilitate subsequent rolling.
  • This reheating is carried out for example at a temperature of 900 to 1250 ° C.
  • 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 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.
  • 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 periods of stay in the oven shorter correspond to the highest annealing temperatures and conversely that the longest times correspond to the lowest temperatures.
  • This pickling preferably takes place before annealing.
  • pickling and annealing can, if necessary, be carried out simultaneously, for example in a reducing atmosphere rich in hydrogen.
  • advantageously cylinders are used. rolling lubricated thereby reducing the friction effect on the surface of slabs and steel strips during rolling.
  • the slabs obtained were subjected to reheating for 1 hour 30 minutes at a temperature of 1250 ° C.
  • 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 680 ° C 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.
  • the slabs formed from such a steel were subjected to reheating at a temperature of 1250 ° C. 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 exit of the order of 750 ° C. The strip was then wound at a temperature of 750 ° C. 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 825 ° C. and this for a period of 90 seconds. Then finally the strip was subjected to a "HOWAQ" quenching at 400 ° C. and to monitoring for 200 seconds at 400 ° C. followed by a further etching with formic acid and a new skin pass of 0, 2%.
  • a cold rolling finish namely a skin pass of 2%
  • the grain size in the finished steel strip was 2 ASTM and the coercive field was 80 A / m.
  • the reheat temperature was 1050 ° C for 2 hours.
  • the average temperature at the paver was 840 ° C.
  • the winding temperature was 730 ° C.
  • 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.
  • the reheat temperature was 1000 ° C for 2 hours 15 minutes.
  • the inlet temperature of the paver was 900 ° C and the outlet temperature of 675 ° C.
  • the winding temperature was 200 ° C and the thickness of the strip leaving the finisher was 0.8 mm.
  • the steel obtained had an ASTM 1 grain and a coercive field of 40 A / m.
  • the induction was 0.8 Ts at a magnetic field of 40 A / m.
  • the reheating temperature was 1250 ° C for 1 hour 30 minutes.
  • the average temperature in the paver was 760 ° C.
  • the winding temperature was 300 ° C 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.
  • 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.
  • the rolled steel strip can be kept at a substantially uniform temperature relatively low at most 150 ° C before its possible winding.

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Abstract

L'invention est relative à un procédé de production d'acier doux suivant lequel on forme des brames à partir d'un acier présentant la composition suivante : C <= 1 %; Si <= 1 %; Mn < 1 %; P < 0,100 %; S < 0,100 %; N < 0,100%; Al <= 0,250 %, ces brames étant soumises à un laminage conduit au moins en partie dans la phase ferritique, la bande ainsi obtenue subissant un autorecuit et/ou étant soumise à un recuit contrôlé de manière à obtenir une cristallisation de l'acier dans la phase ferritique.

Description

  • 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.
  • 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 %
       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 répondant 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 ci-après, à titre non-limitatif, de quelques formes de 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 composition générale suivante :
       C ≦ 1 %
       Si ≦ 1 %
       Mn < 1 %
       P < 0,100 %
       S < 0,100 %
       N < 0,100 %
       Al ≦ 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 1250°C.
  • 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 900°C.
  • Ceci permet d'obtenir un produit non-cristallisé écroui, se présentant quelque peu sous forme de fibres très dures.
  • 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 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 %
       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 900°C à l'entrée et de 780°C 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 680°C 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 %
       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 1250°C 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 sortie de l'ordre de 750°C. La bande a alors été bobinée à une température de 750°C. 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 825°C et ce pendant une durée de 90 secondes. Puis enfin la bande a été soumise à une trempe "HOWAQ" à 400°C et à un surveillissement pendant 200 secondes à 400°C 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 %.
  • La température de réchauffage était de 1050°C 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 900°C et à la sortie de 675°C.
  • La température de bobinage était de 200°C 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.
  • 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 1250°C pendant 1 heure 30 minutes.
  • La température moyenne dans le finisseur était de 760°C.
  • La température de bobinage était de 300°C 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.
  • 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.

Claims (12)

  1. Procédé de production d'acier doux, caractérisé en ce que l'on fait usage d'un acier répondant à la composition suivante :
       C ≦ 1 %
       Si ≦ 1 %
       Mn < 1 %
       P < 0,100 %
       S < 0,100 %
       N < 0,100 %
       Al ≦ 0,250 %,
    en ce que l'on forme des brames à partir d'un acier présentant la composition susdite, à ce 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 à ce que la bande d'acier ainsi obtenue subit un autorecuit et/ou est soumise à un recuit contrôlé de manière à obtenir une cristallisation de l'acier dans la phase ferritique.
  2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait usage d'un acier répondant à la composition suivante :
       C ≦ 0,010 %
       Si ≦ 0,30 %
       Mn < 1 %
       P < 0,030 %
       S < 0,020 %
       N < 0,010 %
       Al < 0,100 %,
    à ce que, après avoir formé des brames à partir d'un acier répondant à cette composition, on soumet ces dernières à un laminage à une température de 200 à 900°C.
  3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on soumet l'acier à un traitement de décarburation, de préférence préalable au laminage.
  4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on amène les brames à un température de 900 à 1200°C avant le laminage.
  5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise un acier contenant des éléments carburigènes, notamment Nb, Ti, V, à des concentrations telles que le carbone libre soit inférieur à 0,006 %.
  6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on soumet la bande d'acier obtenue par le laminage précité à un traitement de décapage.
  7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'on soumet la bande d'acier à un décapage préalable et/ou simultané avec le recuit contrôlé précité.
  8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on réalise le recuit à une température comprise entre 400°C et 910°C.
  9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'on réalise le recuit précité pendant une durée de 3 minutes à 48 heures, de préférence 30 minutes à 48 heures, les durées les plus courtes correspondant aux températures de recuit les plus élevées et, inversement, que les durées les plus longues correspondant aux températures les plus basses.
  10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on refroidit la bande d'acier laminée à une température sensiblement uniforme de tout au plus 150°C avant son bobinage éventuel.
  11. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on met la bande à plat après le laminage et à ce qu'on la découpe à dimension avant le recuit.
  12. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on fait usage de cylindres de laminage lubrifiés de manière à permettre l'obtention d'une structure cristallographique sensiblement homogène dans toute la section de la bande laminée.
EP95200245A 1994-02-07 1995-02-02 Procédé de production d'acier doux Expired - Lifetime EP0681031B1 (fr)

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