FR2806099A1 - Procede de commande de la structure d'un acier biphase - Google Patents
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Abstract
Une structure d'un acier biphasé est commandée en soumettant un acier contenant C : 0,05 à 0,80 % en masse à un travail de déformation avec une déformation réelle de pas moins de 0,1 dans une zone de température de phase alpha ou de phase gamma et en appliquant ensuite un champ magnétique de 0,1 à 20 T dessus dans une plage de température formant une zone à deux phases de phase alpha et phase gamma.
Description
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Cette invention se rapporte à un procédé pour la commande d'une structure d'un acier biphasé, et plus particulièrement à un procédé destiné à améliorer de manière avantageuse une structure d'acier avec un bon rendement et un faible coût en utilisant efficacement un traitement par application d'un champ magnétique au cours
de la production d'un acier biphasé.
Comme propriété souhaitable d'un acier, on exige qu'il ait une grande résistance et une dureté élevée. En général, il est très difficile d'établir simultanément ces deux propriétés du fait que la dureté de l'acier diminue
lorsque la résistance augmente.
Comme moyens destinés à établir les deux propriétés, une formation à deux phases de la structure d'acier et une formation de grains de cristal fins ont été
proposés jusqu'à présent.
Dans l'acier biphasé, la structure est très importante pour l'obtention des propriétés souhaitées, de sorte que différents procédés de commande de structure sont
proposés.
Dans ces procédés conventionnels, cependant, des propriétés satisfaisantes ne sont pas nécessairement obtenues, de sorte qu'il est demandé de développer un
nouveau procédé de commande de structure.
D'autre part, un procédé de réalisation d'un laminage à forte réduction est utilisé comme moyens de formation de grains fins, mais il y a déjà une limite dans l'amélioration des propriétés par la mise en oeuvre du procédé de laminage. En particulier, dans le cas de la tôle d'acier, les grains de cristal de forme plate augmentent dans la direction de laminage ou bien une texture d'alignement d'une orientation du grain de cristal dans une certaine direction se développe, de sorte que cela provoque comme problèmes qu'une capacité d'absorption d'énergie
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d'impact diminue, et que la qualité de surface de la tôle
d'acier est dégradée, et équivalent.
Dans ce but, on souhaite développer un nouveau
procédé pour la commande de la structure d'acier.
Comme l'un de ces procédés de commande de structure, on considère un procédé utilisant un champ magnétique. Par exemple, Palmai Zoltan ont rapporté (Gepgyartastechnologia, volume 22 (1982), page 463) que quand un champ magnétique de 0,57 T (T est une unité montrant une intensité d'un champ magnétique: le tesla) est appliqué pendant le traitement thermique pour la
transformation inverse d'acier de composition Fe-0,60C-
0,60Si-0,72Mn de la structure de martensite vers la structure d'austénite, la phase de ferrite est stabilisée afin d'augmenter la quantité résiduelle de ferrite dans une
étude montrant un effet du champ magnétique sur l'acier.
Cependant, l'étude pionnière ci-dessus n'est pas industriellement appliquée parce que l'effet du champ magnétique n'est pas clairement observé à cause du champ
magnétique faible.
De plus, il n'y a pas eu jusqu'à présent d'étude ou d'invention faites sur la commande de structure de
l'acier en utilisant le champ magnétique.
Puisqu'un aimant supraconducteur capable d'appliquer un champ magnétique fort a été développé récemment, les inventeurs ont effectué des études sur la commande de structure de l'acier en utilisant le champ magnétique. Il en résulte que les inventeurs ont développé un procédé pour la commande d'une structure d'un acier biphasé o une phase d'austénite transformée de manière inverse est alignée dans une direction d'un champ magnétique appliqué en réalisant une transformation inverse avec chauffage dans
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le champ magnétique et qui est divulgué par le document JP-
A-11-315321, le bulletin du Japan Institute of Metals, volume 38, numéro 5(1999), page 380 et Scripta materialia,
volume 32, (2000), page 499.
L'invention réside dans une amélioration supplémentaire du procédé cidessus et vise à procurer un procédé pour la commande d'une structure d'un acier biphasé dans lequel la commande de la structure à deux phases peut être faite en un temps très court en utilisant un traitement par application d'un champ magnétique pendant la commande de structure de l'acier biphasé et la productivité peut être augmentée en raccourcissant le temps de chauffage et le coût peut être réduit en diminuant le coût du combustible pour le chauffage comparés à un cas de commande
par traitement thermique habituel.
Les inventeurs ont effectué diverses études afin d'atteindre le but cidessus et découvert que quand l'acier est soumis à un travail formant une déformation réelle de pas moins de 0,1 avant un traitement thermique dans une plage de température formant une zone à deux phases (cL+y) ou une zone à deux phases de phase a et de phase y et ensuite un champ magnétique est appliqué dans le traitement thermique au niveau d'une telle zone à deux phases, il est transformé en une structure alignée à deux phases dans la direction du champ magnétique appliqué en un temps très court et une telle direction d'alignement est déterminée uniquement par la direction du champ magnétique appliqué indépendamment de la direction de forgeage, la direction de laminage ou équivalent préalables, et il en résulte que
l'invention a été réalisée.
C'est-à-dire que l'invention réside dans un procédé pour la commande d'une structure d'un acier biphasé, caractérisé en ce qu'un acier contenant C: 0,05 à 0,80 % en masse est soumis à un travail formant une
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déformation réelle de pas moins de 0,1 dans une zone de température de phase a ou de phase y et un champ magnétique de 0,1 à 20 T est alors appliqué dessus dans une plage de température formant une zone à deux phases de phase a et phase y. L'invention va être décrite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est un diagramme montrant un modèle d'une structure alignée dans un champ magnétique avec le temps qui s'écoule dans le cas d'une transformation normale, o (a) est un cas o un degré de progression de transformation est faible, et (b) est un cas o un degré de progression de transformation est moyen, et (c) est un cas o un degré de progression de transformation est important; La figure 2 est un diagramme montrant un modèle d'une structure alignée dans un champ magnétique avec le temps qui s'écoule dans le cas d'une transformation inverse, o (a) est un cas o un degré de progression de transformation est faible, et (b) est un cas o un degré de progression de transformation est moyen, et (c) est un cas o un degré de progression de transformation est grand; La figure 3 est un diagramme montrant un modèle d'un traitement thermique lorsqu'une transformation normale est réalisée dans une zone à deux phases après le travail dans une zone à haute température; La figure 4 est un diagramme montrant un modèle d'un traitement thermique lorsqu'une transformation inverse est effectuée par chauffage dans une zone à deux phases apres un travail à température modérée ou à froid; La figure 5 est une photomicrographie d'une structure d'acier normalement transformée dans un champ magnétique, o (a) est un cas de l'exemple 5 et (b) est un cas de l'exemple comparatif 3;
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La figure 6 est un graphique montrant une influence d'une réduction de laminage dans un laminage à froid sur un changement de taille de grain dans des grains recristallisés, La figure 7 est un graphique montrant un rapport d'allongement des grains recristallisés dans un acier soumis à un travail de recristallisation après traitement thermique dans un champ magnétique, o (a) est un cas o l'on soumet un acier aligné par le champ magnétique à un travail de recristallisation et (b) est un cas o l'on soumet un acier non aligné par le champ magnétique à un travail de recristallisation; et La figure 8 est une vue schématique montrant un aspect d'un équipement expérimental utilisant un champ
magnétique fort.
Les résultats expérimentaux à la suite de
l'invention vont être décrits ci-dessous.
Un acier ayant une composition comportant C: 0,6 % en masse, Si: 0,2 % en masse et Mn: 0,4 % en masse et le reste étant essentiellement Fe (Acl: 725 C, Ac3: 785 C) est laminé à chaud et ensuite laminé à froid afin
d'obtenir une tôle d'acier ayant une épaisseur de 1,5 mm.
Puis, la tôle d'acier est chauffée à 870 C et soumise à un travail de laminage correspondant à une déformation réelle de 0,2 à cette température et ensuite soumise à un traitement thermique à 745 C qui est une température de zone à deux phases (a+y) pendant 1 minute tout en appliquant un champ magnétique de 8 T parallèlement à la direction de laminage et alors trempée et refroidie à temperature ambiante. D'autre part, une partie de la tôle d'acier est soumise au même traitement thermique que celui mentionné ci-dessus tout en appliquant le champ magnétique
dans une direction perpendiculaire à la surface de la tôle.
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Ensuite, la tôle d'acier ainsi obtenue est découpée dans le sens de l'épaisseur, la surface coupée est polie et corrodée avec une solution d'alcool à 3 % en volume d'acide nitrique et ensuite observée à l'aide d'un microscope. Comme cela résulte de l'observation de la section parallèlement à la direction du champ magnétique appliqué, il a été confirmé que la phase d'austénite (observée sous forme de phase de martensite après la trempe) et la phase de ferrite résiduelles formées par la transformation sont alignées dans la direction du champ magnétique appliqué indépendamment de la direction de laminage à chaud. De même, il a été confirmé que la structure en forme de cellule est formée dans la section perpendiculaire à la
direction du champ magnétique appliqué.
D'après le résultat ci-dessus, on a trouvé qu'il est possible de commander la structure par la transformation en un temps très court en réalisant le traitement thermique dans le champ magnétique après qu'une déformation soit appliquée sur l'acier indépendamment de
l'historique tel que le laminage et équivalent.
Un mécanisme d'un phénomène o, quand l'acier a une déformation appliquée dans une zone de température de phase a (phase de ferrite) ou d'une zone de température de phase y (phase d'austénite) et est ensuite soumis à une application d'un champ magnétique dans une plage de température d'une zone à deux phases de phase a et de phase y selon l'invention, la structure de l'acier est transformée en une forme alignée dans la direction du champ
magnétique appliqué est considéré comme suit.
Sur les figures l(a), (b) et (c) sont représentés des modèles de la structure dans le champ magnétique avec le temps qui s'écoule dans la transformation normale en fonction d'un degré de progression de la transformation,
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respectivement. Chacune de ces figures montre la section L (section longitudinale) parallèle à la direction du champ magnétique appliquée et la section T (section transversale) perpendiculaire à la direction du champ magnétique appliqué. Quand la transformation est réalisée dans le champ magnétique, des noyaux de la phase de ferrite ferromagnétique sont générés à l'intérieur d'une phase d'austénite paramagnétique. Dans ce cas, ils prennent une forme de minimisation d'une augmentation d'énergie
magnétostatique globale.
Une telle forme est considérée comme une rotation alignée dans la direction du champ magnétique. Un tel état est représenté sur la figure l(a) correspondant à un faible
degré de progression de transformation.
Lorsque le degré de progression de transformation devient moyen, les noyaux de la phase de ferrite sont amenés à croître et se réunir pour former une structure en
forme de chaîne (voir la figure l(b)).
Lorsque le degré de progression de transformation devient finalement important, une structure à deux phases allongée indiquant une structure alignée dans la direction du champ magnétique appliqué au niveau de la section L et d'une forme en cellule, appelée ci-après structure en nid d'abeilles, au niveau de la section T est formée (voir la
figure l(c)).
Dans le cas de la transformation normale ci-
dessus, quand l'acier est soumis à un travail de déformation dans une zone de température de phase y, l'énergie de déformation est emmagasinée à l'intérieur de l'acier par un travail d'augmentation du point de génération de noyau de transformation. De même, de nombreuses dislocations et lacunes sont formées afin
d'augmenter considérablement le degré de mobilité d'atome.
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Il en résulte que la transformation progresse très rapidement. Sur les figures 2(a), (b) et (c) sont représentés des modèles de la structure dans le champ magnétique avec le temps qui s'écoule dans la transformation inverse en fonction du degré de progression de la transformation, respectivement. Dans ce cas, des noyaux de la phase d'austénite paramagnétique sont générés à l'intérieur de la phase de ferrite ferromagnétique afin de minimiser l'énergie magnétostatique globale comme dans le cas de la
transformation normale (voir la figure 2(a)).
Ensuite, lorsque le degré de progression de transformation devient moyen, la croissance et la réunion de la phase d'austénite sont favorisées au point de former
une structure en forme de chaîne (voir la figure 2(b)).
Enfin, une structure en nid d'abeilles est formée à un stade d'un degré de progression de transformation important
(voir la figure 2(c)).
Même dans le cas de la transformation inverse ci-
dessus, quand l'acier est soumis à un travail de déformation à la température ambiante ou à une température modérée, l'énergie de déformation est emmagasinée à l'intérieur de l'acier par ce travail au point d'augmenter des emplacements pour la génération de noyau de transformation. De même, de nombreuses dislocations et lacunes sont formées au point d'augmenter considérablement le degré de mobilité d'atome. Il en résulte que la
transformation progresse très rapidement.
En bref, l'invention est adaptable à tous les aciers pratiques tant que l'acier biphasé se compose de la phase paramagnétique et de la phase ferromagnétique, et le procédé selon l'invention est également applicable
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indépendamment de la transformation normale et de la
transformation inverse.
Un exemple du procédé ci-dessus est représenté
sur les figures 3 et 4, respectivement.
La figure 3 est un cas o la transformation normale est réalisée dans une zone à deux phases après que l'acier soit soumis au travail de déformation dans une zone à haute température correspondant à la zone de température de phase y, alors que la figure 4 est un cas o la transformation inverse est réalisée par chauffage jusqu'à une zone à deux phases après que l'acier soit soumis au travail de déformation à une température modérée ou froide
correspondant à la zone de la température de phase a.
Même dans les deux cas, le traitement thermique est terminé en un temps très court, de sorte qu'il est très facile d'appliquer le procédé à une chaîne de production industrielle. La raison pour laquelle la composition d'acier et les conditions de traitement thermique dans l'invention sont limitées aux plages mentionnées ci-dessus va être
décrite ci-dessous.
L'invention est adaptable à tous les aciers ayant n'importe quelle composition tant qu'ils ont un état de phase paramagnétique et de phase ferromagnétique qui coexistent. Dans ce cas, il suffit que C soit inclus dans
la plage suivante comme condition de base.
C: 0,05 à 0,8 % en masse.
La raison pour laquelle la limite inférieure de C est de 0,05 % en masse est due au fait que quand la quantité de C est inférieure à 0,05 % en masse, la température dans la zone à deux phases devient trop élevée et l'énergie de déformation n'est pas emmagasinée efficacement, alors que la raison pour laquelle la limite supérieure est de 0,8 % en masse est due au fait que, quand
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la quantité de C dépasse la composition eutectoïde, la transformation dans la zone à deux phases (a+y) ne se
produit pas.
Ensuite, la raison pour laquelle l'acier est soumis à un travail à une déformation réelle de pas moins de 0,1 avant le traitement thermique dans le champ magnétique est basée sur le fait que l'énergie de déformation est emmagasinée à l'intérieur de l'acier par ce travail et des dislocations ou équivalent ayant pour résultat un point de génération de noyau pour la transformation sont formées afin de favoriser la transformation avec chauffage en un temps court. Quand la quantité de déformation est inférieure à 0,1, l'emplacement de génération de noyau n'est pas suffisamment formé à l'intérieur de l'acier et la transformation ne peut donc
pas être favorisée dans le temps court.
De plus, la forme du travail peut être un quelconque laminage, emboutissage et équivalent. Dans ce cas, cependant, il est exigé d'emmagasiner de l'énergie de déformation correspondant à une déformation réelle de 0,1 ou plus dans l'acier, de telle sorte qu'il est important qu'une telle énergie de déformation ne soit pas perdue par la recristallisation de restauration consécutive ou équivalent. Et également, la raison pour laquelle la zone de température réalisant le traitement de travail ci-dessus est limitée à la zone de température de phase a ou à la zone de température de phase y est due au fait que la transformation est provoquée une fois que la déformation
est suffisamment emmagasinée dans la zone à phase unique.
En outre, la raison pour laquelle l'intensité du champ magnétique appliqué dans le traitement thermique est limitée à 0,1 à 20 T est due au fait que, lorsqu'elle est inférieure à 0,1 T, l'effet magnétique est faible et la 11h 2806099 structure en forme de chaîne ou la structure en nid d'abeilles ci-dessus n'est pas efficacement obtenue, alors que la limite supérieure de 20 T est déterminée par une intensité du champ magnétique capable d'être généré industriellement dans un grand espace. L'intensité du champ magnétique est de préférence de 1 à 20 T, plus particulièrement 4 à 20 T. De plus, le type de champ magnétique peut être un champ magnétique statique ou bien un champ magnétique variable à basse fréquence, mais un champ magnétique
statique à courant continu est habituellement favorable.
En ce qui concerne la température dans l'application du champ magnétique, il est essentiel de maintenir l'acier à une température de zone à deux phases afin de former la structure à deux phases alignée grâce à
la transformation.
Dans l'invention, par conséquent, la température de traitement thermique devant être obtenue dans l'application du champ magnétique après le travail dans la zone de température de phase a ou la zone de température de phase y est limitée à une plage de température correspondant à une zone de température à deux phases (a+y), c'est-à-dire une zone à deux phases de phase a et
phase y.
Selon l'invention, la transformation est terminée en un temps très court, de sorte que le temps de chauffage n'est pas particulièrement limité, mais n'est de préférence
pas inférieur à 10 secondes.
De plus, l'invention est applicable à tous les matériaux en acier habituels tels que la tôle d'acier, le fil d'acier, l'acier en barre, l'acier profilé et équivalent.
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Les exemples suivants sont donnés pour l'illustration de l'invention et ne sont pas prévus comme
limitations de celle-ci.
Exemple 1
Un acier comportant C: 0,61 % en masse, Si: 0,45 % en masse et Mn: 0,60 % en masse (Ac,: 730 C, Ac3: 788 C) est procuré par fusion sous vide. Un spécimen ayant une longueur de 150 mm, une largeur de 25 mm et une épaisseur de 2 mm est découpé dans l'acier et suffisamment transformé en phase y par chauffage à 870 C et puis laminé à chaud dans une condition telle que la quantité de déformation réelle est modifiée dans une plage de 0,05 à
1,0 dans un état de maintien de cette température.
Immédiatement après, le spécimen est placé dans un four dans une position telle qu'un champ magnétique d'un aimant supraconducteur est maximum (champ magnétique: 10 T), o il est maintenu à 745 C pendant 1 minute tout en appliquant le champ magnétique dans le sens de l'épaisseur de façon à réaliser une transformation normale. Le spécimen est
ensuite trempé à l'eau.
La face laminée de la tôle d'acier ainsi obtenue est polie, corrodée avec une solution d'alcool à 3% d'acide nitrique et observée à l'aide d'un microscope optique. Il en résulte que l'on confirme que la tôle d'acier a une structure à deux phases de phase de ferrite et de phase d'austénite (observées sous forme de phase de martensite
après la trempe) formée par la transformation.
Ensuite, un degré d'alignement de phase de martensite dans la direction du champ magnétique appliqué observé dans la structure est déterminé par le procédé suivant. Lorsque la direction du champ magnétique appliqué est appelée l'axe z, l'observation de la structure est réalisée au niveau d'une face parallèle à l'axe z, pendant
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laquelle une longueur de la phase de martensite dans la direction z est mesurée par un traitement d'image de la photomicrographie. L'observation de la structure est alors réalisée au niveau d'une face perpendiculaire à l'axe z, ou une taille d'extension de phase de martensite observée dans cette face est déterminée par un traitement d'image. Dans ce cas, quand la structure dans une telle face est en forme
de cellule, la cellule est mesurée.
Un rapport des deux tailles (longueur dans la direction d'axe z/taille d'extension dans une face perpendiculaire à l'axe z) est ensuite déterminé. Un tel rapport est mesuré sur la totalité de la photographie de structure et une moyenne des valeurs mesurées est calculée
comme degré d'alignement.
Selon ce procédé, lorsque le degré d'alignement devient grand, l'alignement de la structure grâce au champ magnétique est favorisé. Dans l'invention, on définit que l'effet de commande de la structure grâce au champ magnétique est provoqué au degré d'alignement de pas moins
de 1,5.
Les résultats mesurés sont montrés dans le
tableau 1.
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Tableau 1
N Quantité de Temps de Degré Résultat d'observation de laRemarques déformation chauffage d'alignement structure réelle (Min) 1 0,05 1,0 0,9 Structure à grain mélangé deExemple phase de martensite et de phase comparatif 1 de ferrite 2 0,1 1,0 1,6 Structure en nid d'abeilles deExemple phase de martensite et de phase acceptable 1 de ferrite 3 0,4 1, 0 2,5 Structure en nid d'abeilles deExemple phase de martensite et de phase acceptable 2 de ferrite 4 0,8 1,0 3,0 Structure en nid d'abeilles deExemple phase de martensite et de phase acceptable 3 de ferrite 1,0 1,0 3,2 Structure en nid d'abeilles deExemple phase de martensite et de phase acceptable 4 de ferrite 6 0,05 45,0 1,6 Structure en forme de chaîne deExemple phase de martensite et de phase comparatif 2 de ferrite Comme cela se voit d'après le tableau 1, dans tous les exemples 1 à 4, le degré d'alignement est suffisamment amélioré en maintenant le chauffage pendant 1 minute afin d'obtenir une structure à deux phases en nid d'abeilles, qui correspond à un modèle représenté sur la figure l(c) ayant un degré de progression de transformation
important.
Au contraire, l'exemple comparatif 1 est d'une petite quantité de déformation réelle, de sorte que le degré d'alignement est faible et la commande suffisante de
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la structure à deux phases n'est pas réalisée et le degré de progression de transformation est donc faible et la structure est une structure à grain mélangé. D'autre part, dans l'exemple comparatif 2, o la quantité de déformation réelle est la même que dans l'exemple comparatif 1, le degré d'alignement de 1,6 est finalement obtenu, mais la structure d'acier est une structure en forme de chaîne le long de l'axe z et une structure en nid d'abeilles très
immature perpendiculairement à l'axe.
Exemple 2
Un acier comportant C: 0,2 % en masse, Si: 0,2 % en masse, Mn: 1,3 % en masse et Ti: 0,1 % en masse (Acl : 715 C, Ac3: 875 C) est procuré par fusion sous vide. Un spécimen ayant une longueur de 150 mm, une largeur de 25 mm et une épaisseur de 2 mm est découpé dans l'acier et transformé en phase y par chauffage par induction à 1000 C et ensuite laminé à chaud dans une condition o la quantité de déformation réelle est modifiée dans une plage de 0,05 à 1,0 et placé ensuite dans un four dans une position o un champ magnétique d'un aimant supraconducteur est maximum (champ magnétique: 10 T), o il est maintenu à 800 C correspondant à la zone à deux phases (a+y) pendant 0,5 minute tout en appliquant le champ magnétique de 10 T dans le sens de l'épaisseur de façon à réaliser la
transformation normale. Le spécimen est ensuite trempé.
La face laminée de la tôle d'acier ainsi obtenue est polie, corrodée avec une solution d'alcool à 3% d'acide nitrique et observée à l'aide d'un microscope optique. Il en résulte que l'on confirme que la tôle d'acier a une structure à deux phases de phase a et de phase y (observées sous forme d'une phase de martensite après la trempe)
formée grâce à la transformation.
Le degré d'alignement de phase de martensite dans la direction du champ magnétique appliqué observé dans la
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structure est alors déterminé par le procédé mentionné ci-
dessus. Et de même, une pièce d'essai de traction ayant une longueur de partie parallèle de 40 mm, une largeur de 5 mm et une longueur totale de 70 mm est découpée dans la tôle d'acier afin de faire coïncider la direction de laminage avec une direction de longueur de façon à mesurer une résistance à la traction (vitesse de traction: 10 mm/s) et un allongement total. De plus, une pièce en forme de plaque ayant une longueur 50 mm, une largeur de 10 mm et une épaisseur de 2 mm est découpée et une entaille en U est formée dessus, laquelle est soumise à un essai au choc à température ambiante afin de mesurer une énergie
d'absorption pour l'évaluation de dureté.
Les résultats mesurés sont représentés dans le
tableau 2.
Tableau 2
N Quantité de Temps de Degré Résultat d'observation de la Résistance à la Allongement Energie Remarques déformation chauffage d'alignement structure traction (MPa) total (%) d'absorption réelle (min) (J) 7 0,05 0, 5 0,9 Structure à grain mélangé de 300 12 50 Exemple phase de martensite et de comparatif 3 phase de ferrite 8 0,1 0,5 1,8 Structure en nid d'abeilles de 580 30 100 Exemple phase de martensite et de acceptable 5 phase de ferrite 9 0,4 0,5 2,5 Structure en nid d'abeilles de 620 32 115 Exemple phase de martensite et de acceptable 6 phase de ferrite H-
0,8 0,5 4,0 Structure en nid d'abeilles de 650 33 120 Exemple.
phase de martensite et de acceptable 7 phase de ferrite 11 1,0 0,5 4,9 Structure en nid d'abeilles de 700 34 125 Exemple phase de martensite et de acceptable 8 phase de ferrite 12 0,05 45,0 1,6 Structure en forme de chaîne 390 17 60 Exemple de phase de martensite et de comparatif 4 phase de ferrite O on CD CO' CO C.. r.O
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Comme cela se voit d'après le tableau 2, dans tous les exemples 5 à 8, le degré d'alignement est suffisamment amélioré en maintenant le chauffage pendant 0,5 minute et la structure à deux phases en nid d'abeilles estobtenue. Sur la figure 5(a) est représentée une photographie de la structure dans une face parallèle à la direction du champ magnétique appliqué dans l'acier de l'exemple 5, qui correspond à un modèle représenté sur la figure l(c) ayant un degré de progression de transformation important. Au contraire l'exemple comparatif 3 est faible sur le plan de la quantité de déformation réelle, de sorte que le degré d'alignement est faible et la commande suffisante de la structure à deux phases n'est pas réalisée et le degré de progression de transformation est donc
faible et la structure est une structure à grain mélangé.
Une photographie d'une telle structure est représentée sur la figure 5(b). D'autre part, dans l'exemple comparatif 4 o le chauffage est maintenu pendant 45 minutes à la même quantité de déformation réelle que dans l'exemple comparatif 3, le degré d'alignement de 1,6 est finalement obtenu, mais la structure d'acier est une structure en forme de chaîne le long de l'axe z et une structure en nid d'abeilles très immature perpendiculairement à l'axe z. De plus, les exemples de l'invention ayant un degré élevé d'alignement et une structure à deux phases en nid d'abeilles sont excellents sur le plan des propriétés mécaniques et présentent de bonnes propriétés telles que la résistance, l'allongement et la dureté par rapport aux
exemples comparatifs.
Exemple 3
Cet exemple est une expérimentation pour la
transformation inverse.
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Un acier comportant C: 0,61 % en masse, Si: 0,20 % en masse et Mn: 0,45 % en masse (Ac1: 724 C, Ac3: 782 C) est procuré par fusion sous vide. L'acier est laminé à chaud, décapé et laminé à froid. Dans ce cas, une quantité de déformation réelle appliquée sur l'acier est
modifiée dans une plage de 0,04 à 1,1.
L'acier est ensuite placé dans un four dans une position o un champ magnétique d'un aimant supraconducteur est maximum (champ magnétique: 10 T), o il est maintenu à 745 C pendant 1 minute tout en appliquant le champ magnétique dans le sens de l'épaisseur de façon à réaliser une transformation inverse. Puis, l'acier est trempé à l'eau. En ce qui concerne les aciers ainsi obtenus, la structure est évaluée de la même manière que dans l'exemple 1. De plus, un rapport (longueur dans la direction d'axe z/taille d'extension dans une face perpendiculaire à l'axe z) de phase a est déterminé. Un tel rapport est mesuré sur la totalité de la photographie de structure et une moyenne
des valeurs mesurées est calculée comme degré d'alignement.
Les résultats mesurés sont représentés dans le
tableau 3.
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Tableau 3
N Quantité de Temps de Degré Résultat d'observation de laRemarques déformation chauffage d'alignement structure réelle (min) 13 0,04 1,0 0,8 Structure à grain mélangé deExemple phase de martensite et de phase comparatif 5 de ferrite 14 0,1 1,0 1,6 Structure en nid d'abeilles deExemple phase de martensite et de phase acceptable 9 de ferrite 0,5 1,0 2,4 Structure en nid d'abeilles deExemple phase de martensite et de phase acceptable 10 de ferrite 16 0,8 1,0 2,9 Structure en nid d'abeilles deExemple phase de martensite et de phase acceptable 11l de ferrite 17 1, 1 1,0 3,2 Structure en nid d'abeilles deExemple phase de martensite et de phase acceptable 12 de ferrite 18 0,05 45,0 1,6 Structure en forme de chaîne deExemple phase de martensite et de phase comparatif 6 de ferrite Comme cela se voit d'après le tableau 3, dans tous les exemples 9 à 12, ie degré d'alignement est suffisamment amélioré en maintenant le chauffage pendant 1 minute afin d'obtenir une structure en nid d'abeilles à deux phases, qui correspond à un modèle représenté sur la figure 2(c) ayant un degré de progression de transformation
important.
Au contraire, dans l'exemple comparatif 5 o la quantité de déformation réelle est aussi faible que 0,04, le degré d'alignement est faible dans le maintien pendant environ 1 minute et la commande de la structure à deux
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phases est insuffisante et le degré de progression de transformation est donc faible et la structure est une structure à grain mélangé. D'autre part, dans l'exemple comparatif 6 o le chauffage est maintenant pendant 45 minutes à la même quantité de déformation réelle que dans l'exemple comparatif 5, le degré d'alignement de 1,6 est finalement obtenu, mais la structure d'acier est une structure en forme de chaîne le long de l'axe z et une structure en nid d'abeilles très immature
perpendiculairement à l'axe.
Exemple 4
Dans cet exemple est examinée une influence de la
composition d'acier sur la structure d'acier.
Différents aciers ayant des quantités de C modifiées comme cela est représenté dans le tableau 4 et des aciers de construction ayant une composition habituelle sont procurés par fusion sous vide. Des spécimens ayant une longueur de 150 mm, une largeur de 25 mm et une épaisseur de 2 mm sont alors découpés dans ces aciers. Après cela, ils sont transformés en phase y par chauffage par induction à 1000 C et laminé à chaud dans une condition correspondant à une quantité de déformation réelle de 0,3 et placés ensuite dans un four dans une position o un champ magnétique d'un aimant supraconducteur est maximum, o ils sont maintenus à une température de zone à deux phases (a+y) représentée dans le tableau 4 pendant 0,5 minutes tout en appliquant le champ magnétique de 10 T dans le sens de l'épaisseur de façon à réaliser la transformation
normale. Ils sont alors trempés.
En ce qui concerne les aciers ainsi obtenus, l'évaluation de la structure est effectuée de la même
manière que dans l'exemple 1.
Les résultats sont également représentés dans le
tableau 4.
Tableau 4
N Composition (% en masse) Température de traitement Degré Résultat d'observation de la structure Remarques thermique ( C) d'alignement C Si Mn Ti Nb 19 0,03 0,20 0,45 - - 770 1,3 Structure à grain mélangé de phase de Exemple martensite et de phase de ferrite comparatif 7 0,10 0,20 0,45 - 770 3,3 Structure en nid d'abeilles de phase de Exemple martensite et de phase de ferrite acceptable 13 21 0,39 0,20 0,45 - - 770 3,5 Structure en nid d'abeilles de phase de Exemple martensite et de phase de ferrite acceptable 14 22 0,61 0,20 0,45 - - 750 3,2 Structure en nid d'abeilles de phase de Exemple martensite et de phase de ferrite acceptable 15 23 0, 75 0,20 0,45 - - 750 3,5 Structure en nid d'abeilles de phase de Exemple martensite et de phase de ferrite acceptable 16 24 0,85 0,20 0,40 - - 750 1,1 Structure à grain mélangé de phase de Exemple martensite et de phase de cémentite comparatif 8 0,11 0,22 1,31 - 0,05 800 3,5 Structure en nid d'abeilles de phase de Exemple martensite et de phase de ferrite acceptable 17 26 0,30 1,50 0,60 0,05 - 800 4,0 Structure en nid d'abeilles de phase de Exemple ___. _ martensite et de phase de ferriteacceptable 18 27 0,06 1,40 2,01 - 800 4,3 Structure en nid d'abeilles de phase de Exemple martensite et de phase de ferrite acceptable 19 0O on CD 0) CD DO (.O
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Comme cela se voit d'après le tableau 4, tous les exemples 13 à 16 satisfaisant une plage correcte de quantité de C réalisent une commande correcte de la
structure à deux phases.
Au contraire, la commande correcte de la structure à deux phases n'est pas réalisée dans les exemples comparatifs 7 et 8 o la quantité de C est en
dehors de la plage définie dans l'invention.
Comme cela est représenté dans les exemples 17 à 19, la commande de la structure à deux phases suffisamment alignée est atteinte même dans les aciers de construction
ayant la composition habituelle.
Exemple 5
Dans cet exemple est examinée une influence de la
quantité de C dans la transformation inverse.
Différents aciers ayant des quantités de C modifiées comme cela est représenté dans le tableau 5 (les autres composants sont Si: 0,20 % en masse et Mn: 0,45 % en masse) sont procurés par fusion sous vide. Ils sont laminés à chaud et laminés à froid (correspondant à la déformation réelle de 0,2) à une épaisseur de 1,5 mm et décapés. Ils sont placés dans un four dans une position o un champ magnétique d'un aimant supraconducteur est maximum, o ils sont soumis à un traitement thermique dans le champ magnétique. C'est-à-dire qu'ils sont soumis à un traitement thermique à 750 C pendant 1 minute tout en appliquant le champ magnétique de 10 T dans le sens de
l'épaisseur afin de réaliser la transformation inverse.
En ce qui concerne les tôles d'acier ainsi obtenues, l'évaluation de la structure est réalisée de la
même manière que dans l'exemple 3.
Les résultats sont également représentés dans le
tableau 5.
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Tableau 5
N Quantité de C (% Degré Résultat d'observation de la structure Remarques en masse) d'alignement 28 0,03 1,3 Structure à grain mélangé de phase deExemple martensite et de phase de ferrite comparatif 9 29 0,10 2, 2 Structure en nid d'abeilles de phase deExemple martensite et de phase de ferrite acceptable 20 0,39 2,3 Structure en nid d'abeilles de phase deExemple martensite et de phase de ferrite acceptable 21 31 0,61 2,2 Structure en nid d'abeilles de phase deExemple martensite et de phase de ferrite acceptable 22 32 0,75 2,3 Structure en nid d'abeilles de phase deExemple martensite et de phase de ferrite acceptable 23 33 0,85 1,1 Structure à grain mélangé de phase deExemple martensite et de phase de cémentite comparatif 10 Comme cela se voit d'après le tableau 5, tous les exemples 20 à 23 satisfaisant une plage correcte de quantité de C réalisent une commande correcte de la
structure à deux phases.
Au contraire, la commande correcte de la structure à deux phases n'est pas réalisée dans les exemples comparatifs 9 et 10 dans la mesure o la quantité
de C est en dehors de la plage définie dans l'invention.
Exemple 6
Dans cet exemple sont examinés les effets d'une intensité de champ magnétique et de la température de
traitement thermique.
Le même acier que dans l'exemple 2 contenant C: 0,2 % en masse, Si: 0,2 % en masse, Mn: 1,3 % en masse et Ti: 0,1 % en masse (Acl: 715 C, Ac3: 875 C) est procuré, laminé à chaud et laminé à froid à une épaisseur de 1, 5 mm
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et décapé. De plus, la quantité de déformation réelle dans
le laminage à froid est de 0,2.
Il est ensuite soumis à un traitement thermique dans un champ magnétique pendant 0,5 minutes dans des conditions d'intensité du champ magnétique et d'une
température de traitement thermique variables.
En ce qui concerne les tôles d'acier ainsi obtenues, l'évaluation de la structure est effectuée de la
même manière que dans l'exemple 3.
Les résultats sont représentés dans le tableau 6.
Tableau 6
N Intensité du Température de Degré Résultat d'observation de laRemarques champ traitement d'alignement structure magnétique (T) thermique ( C) 34 0,05 745 0,9 Structure à grain mélangéExemple de phase de martensite et comparatif 11 de phase de ferrite 0,5 745 2,0 Structure en nid d'abeillesExemple de phase de martensite et acceptable 24 de phase de ferrite 36 4,0 745 2,8 Structure en nid d'abeillesExemple de phase de martensite et acceptable 25 de phase de ferrite 37 10,0 745 3,2 Structure en nid d'abeillesExemple de phase de martensite et acceptable 26 de phase de ferrite 38 10,0 710 Non Polycristal de phase deExemple mesurable ferrite comparatif 12 39 10,0 910 0,9 Structure à grain mélangéExemple de phase de martensite et comparatif 13 de phase de ferrite
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Comme cela se voit d'après le tableau 6, tous les exemples 24, 25, 26 satisfaisant les conditions définies dans l'invention atteignent la commande correcte de la
structure à deux phases.
Au contraire, l'exemple comparatif 11 ne développe pas l'effet dû au champ magnétique parce que l'intensité du champ magnétique est faible. Dans l'exemple comparatif 12, la transformation ne progresse pas parce que la température de traitement thermique est trop basse. Dans l'exemple comparatif 13, la commande de la structure à deux phases ne peut pas être réalisée parce que la température
de traitement thermique est trop élevée.
Exemple 7
Dans cet exemple sont également examinés les effets d'une intensité du champ magnétique et d'une
température de traitement thermique.
Le même acier que dans l'exemple 1 contenant C: 0,61 % en masse, Si: 0,45 % en masse et Mn: 0,60 % en masse (Ac1: 730 C, Ac3: 788 C) est procuré, laminé à chaud et laminé à froid à une épaisseur de 1,5 mm et décapé. De plus, une quantité de déformation réelle dans le
laminage à froid est de 0,2.
L'acier est ensuite soumis à un traitement thermique dans un champ magnétique pendant 1 minute dans des conditions d'intensité du champ magnétique et d'une
température de traitement thermique variables.
En ce qui concerne la tôle d'acier ainsi obtenue, l'évaluation de la structure est réalisée de la même
manière que dans l'exemple 3.
Les résultats sont réalisés dans le tableau 7.
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Tableau 7
N Intensité du Température de Degré Résultat d'observation de laRemarques champ traitement d'alignement structure magnétique (T) thermique ( C) 0,05 745 0,9 Structure à grain mélangéExemple de phase de martensite et comparatif 14 de phase de ferrite 41 0,5 745 1,8 Structure en nid d'abeillesExemple de phase de martensite et acceptable 27 de phase de ferrite 42 4,0 745 1,9 Structure en nid d'abeillesExemple de phase de martensite et acceptable 28 de phase de ferrite 43 10,0 745 2,1 Structure en nid d'abeillesExemple de phase de martensite et acceptable 29 de phase de ferrite 44 10,0 715 Non Polycristal de phase deExemple mesurable ferrite comparatif 15 10,0 810 0,9 Structure à grain mélangéExemple de phase de martensite et comparatif 16 de phase de ferrite Comme cela se voit d'après le tableau 7, tous les exemples 27, 28, 29 satisfaisant les conditions définies dans l'invention atteignent la commande correcte de la
structure à deux phases.
* Au contraire, l'exemple comparatif 14 ne développe pas l'effet dû au champ magnétique parce que l'intensité du champ magnétique est faible. Dans l'exemple comparatif 15, la transformation ne progresse pas parce que la température de traitement thermique est trop basse. Dans l'exemple comparatif 16, la commande de la structure à deux
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phases ne peut pas être réalisée parce que la température
de traitement thermique est trop élevée.
Exemple 8
Dans cet exemple est examinée une tôle recristallisée utilisant une structure alignée. Le même acier que dans l'exemple 2 contenant C: 0,2 % en masse, Si: 0,2 % en masse, Mn: 1,3 % en masse et Ti: 0,1 % en masse (Acl: 715 C, Ac3: 875 C) est procuré par fusion sous vide. Un spécimen ayant une longueur de 150 mm, une largeur de 25 mm et une épaisseur de 2 mm est découpé dans l'acier, transformé en phase y par chauffage par induction à 1000 C, laminé à chaud dans une condition correspondant à une quantité de déformation réelle de 0,3 et ensuite maintenu à 800 C correspondant à une zone de température à deux phases (a+y) pendant 0,5 minute tout en appliquant un champ magnétique de 10 T afin de réaliser une transformation normale. Dans ce cas, le champ magnétique est appliqué dans le sens de l'épaisseur. Ensuite, la tôle
d'acier est trempée.
Ainsi, la structure alignée dans la direction d'épaisseur est obtenue et le degré d'alignement est de 4,0
(appelée ci-après acier aligné par champ magnétique).
La tôle d'acier est alors laminée à froid avec une réduction de laminage de 30 à 75% et maintenue à 600 C
pendant 30 minutes afin de réaliser une recristallisation.
Pour la comparaison, la tôle d'acier est soumise au même traitement thermique que celui mentionné ci-dessus sans appliquer le champ magnétique et en outre à un
laminage à froid et à une recristallisation (appelée ci-
après acier à champ magnétique nul).
La face laminée de chacun de ces aciers est polie et corrodée avec une solution d'alcool à 3% d'acide nitrique et observée à l'aide d'un microscope optique afin de mesurer une taille de grain moyenne des grains
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recristallisés grâce à un traitement d'image. De même, un rapport d'allongement (taille dans la direction de laminage/taille d'extension minimum dans une direction perpendiculaire à la direction de laminage) est mesuré par un traitement d'image afin de quantifier un rapport des
grains plats.
Sur la figure 6 sont représentés les résultats examinés sur l'influence de la réduction de laminage du laminage à froid sur le changement de la taille de grain
dans les grains recristallisés.
Comme cela se voit sur la figure 6, la taille de grain moyenne des grains recristallisés dans le laminage à froid à 40% est d'approximativement 2,5 pm dans l'acier aligné par champ magnétique, alors que la taille de grain moyenne devient de 2,5 pm finalement grâce au laminage à
froid à 75% dans le cas de l'acier à champ magnétique nul.
Ceci suggère que si le laminage est effectué à % pour une passe dans le champ magnétique nul, l'effet obtenu en réalisant un tel laminage trois fois (réduction totale de laminage: environ 78%) est atteint en une seule
passe dans le cas de l'acier aligné par champ magnétique.
Sur la figure 7 sont représentés des résultats mesurés sur le rapport d'allongement quand la tôle d'acier laminée à froid obtenue avec une réduction de laminage de 50% est soumise à un recuit de recristallisation à 600 C pendant 30 minutes, o (a) est un cas d'utilisation de l'acier aligné par champ magnétique, et (b) est un cas
d'utilisation de l'acier à champ magnétique nul.
En cas d'utilisation de l'acier aligné par champ magnétique, une distribution nette est obtenue quand l'allongement n'est pas supérieur à 3, alors qu'environ 7% de grains plats ayant un allongement de pas moins de 3
existent dans l'acier à champ magnétique nul.
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En outre, une distribution d'orientation des grains de cristal est mesurée sur une plage de 200 pm au carré dans la face laminée des mêmes tôles d'acier qu'utilisées dans la figure 7 par EBSD (diffraction à rétrodiffusion d'électron). Il en résulte que l'on observe l'accumulation de l'orientation (111) à un certain niveau dans l'acier à champ magnétique nul, alors que l'accumulation de l'orientation particulière n'est pratiquement pas observée dans l'acier aligné par champ magnétique et l'orientation des grains de cristal est aléatoire. D'après les résultats expérimentaux ci-dessus, on peut obtenir la caractéristique importante suivante pour l'industrialisation. C'est-à-dire que la structure alignée grâce au champ magnétique est obtenue en un temps très court d'environ 0,5 minute, et une structure à grain équiaxiale et fine ayant une orientation aléatoire est obtenue tout en réduisant fortement une charge de laminage par le fait
d'être soumise au recuit de recristallisation.
Exemple 9
Une installation expérimentale est construite en
supposant un processus industrialisé ci-dessous.
Comme cela est représenté sur la figure 8, une installation de traitement est construite avec un four de chauffage - des rouleaux de laminage - un aimant supraconducteur - un four de recuit, de telle sorte que le chauffage de zone y - le laminage à chaud - la transformation dans le champ magnétique - le travail - le
recuit de recristallisation sont réalisés en continu.
Un acier d'essai est obtenu par fusion de la même composition que dans l'exemple 2 sous vide et a une longueur de 300 mm, une largeur de 50 mm et une épaisseur
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de 15 mm. L'expérimentation est également effectuée dans
les conditions suivantes.
L'acier d'essai est chauffé à 1000 C afin de former la phase y. Il est alors soumis au laminage à chaud à une quantité de déformation réelle de 0,3. Il est ensuite passé à travers l'aimant supraconducteur, avec un traitement thermique qui est effectué à 800 C dans un champ magnétique de 10 T pendant 20 secondes afin de faire progresser une transformation normale à environ 50% dans une zone à deux phases (a+y). Ensuite, il est laminé à 700 C et une réduction de laminage de 40% et passé à travers le four de recuit à 600 C de façon à réaliser la recristallisation. Dans ce cas, la vitesse de passage de
l'acier est de 4 m/min.
La face laminée de la tôle d'acier ainsi obtenue est polie, corrodée avec une solution d'alcool à 3% d'acide nitrique et observée à l'aide d'un microscope optique afin de mesurer une distribution de taille de grain des grains recristallisés de la même manière que dans l'exemple 8. De même, une partie de l'acier d'essai est trempée après la transformation dans le champ magnétique afin de mesurer un degré d'alignement de la structure alignée par le champ magnétique. Il en résulte que le degré d'alignement après la transformation dans le champ magnétique est de 3,8 et également la taille de grain moyenne des grains recristallisés est de 2,1 Mm, et on obtient une structure à grain fine et équiaxiale o un joint de grain à angle élevé
est en majorité.
En outre, une pièce d'essai de traction de la norme JIS N 13B est découpée dans la tôle dans la direction longitudinale afin de mesurer la résistance à la traction (vitesse de traction: 10 mm/s) et l'allongement total, tandis qu'une pièce d'essai au choc de Charpy de
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taille inférieure (longueur: 50 mm, largeur: 10 mm, épaisseur: 5 mm) est découpée et une entaille en forme de U est formée dedans, laquelle est soumise à un essai au
choc à température ambiante.
Il en résulte que la résistance à la traction est de 750 MPa, et l'allongement total est de 30%, et l'énergie d'absorption est de 150 J. Pour la comparaison, l'essai au choc est effectué sur l'acier d'essai ayant la même composition et obtenu en le soumettant au traitement thermique sans appliquer le champ magnétique. Dans ce cas, la taille de grain moyenne est de 10 Mm, et la résistance à la traction est de 450 MPa, et l'allongement total est de 35%, et l'énergie d'absorption est de 160 J. En d'autres termes, la formation des grains fins est obtenue en utilisant le champ magnétique selon l'invention. Les bonnes propriétés mécaniques sont obtenues sans endommager la dureté. Il est clair que l'invention est très efficace dans la production des aciers destinés à former des grains fins par laminage - recristallisation de
façon à procurer une résistance et une dureté plus élevées.
Comme cela a été mentionné ci-dessus, selon l'invention, la commande de structure de l'acier biphasé peut être effectuée à un faible coût en un temps court, de
sorte qu'elle est très utile dans l'industrie.
33 2806099
Claims (3)
1. Procédé pour la commande d'une structure d'un acier biphasé, caractérisé en ce qu'un acier contenant C: 0,05 à 0,80 % en masse est soumis à un travail formant une déformation réelle de pas moins de 0,1 dans une zone de température de phase a ou de phase y et un champ magnétique de 0,1 à 20 T est alors appliqué dessus dans une plage de température formant une zone à deux phases de phase a et
phase y.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ magnétique est de 1 à 20 T.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le champ magnétique est de 4 à 20 T.
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