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Physical
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0,75 percent
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de 1 percent
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de 1,5 percent
(1)
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75 percent de
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de 12 metres
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de 5,5 metres
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de 6,5 metres
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de 3 metres
(1)
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de 4 minutes
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110 nm
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de 12 m
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de 160 mm
(1)
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de 3,75 metres
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de 167 mm
(1)
[20][_]
de 23 mm
(1)
[21][_]
7,5 m
(1)
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de 148 mm
(1)
[23][_]
de 19 mm
(1)
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120 mm
(1)
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de 11,8 metres
(1)
[26][_]
Gene Or Protein
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Etre
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PR 1
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Est-a
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Cou
(1)
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Tre
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Generic
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carbides
(11)
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metal
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Molecule
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SEMI
(3)
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carbon
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chromium
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water
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prit
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Disease
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Tic
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2511038A1
Family ID 5123914
Probable Assignee Vallourec
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE DE FABRICATION DE PRODUITS SEMI-FINIS SIDERURGIQUES
EN ACIERS DURS METTANT EN OEUVRE UNE OPERATION DE COULEE CONTINUE
Abstract
_________________________________________________________________
LE PROCEDE CONCERNE LA FABRICATION DE PRODUITS SIDERURGIQUES
SEMI-FINIS EN ACIER DUR A TENEUR EN C SUPERIEURE A 0,75.
Description
_________________________________________________________________
251103-P
PRCEDE DE FABRICATION DE PR 1 OJITS SEMI-FINIS SIDERIURGIQUES EN
ACIERS DURS METTANT EN OEUVRE UE OPERATION DE COULEE CONTINUE
La presente invention est relative a un procede de fabrication de pro-
duits semi-finis siderurgiques en aciers durs, c'est-a-dire, au sens
de l'invention, en aciers dont la teneur en carbon est superieure a
0,75 percent, le procede mettant en oeuvre une operation de coulee
conti-
nue.
La presente invention est utilisable, en particulier, mais non exclu-
sivement, pour la fabrication de produits tubulaires destines a la
production de roulements a billes ou a rouleaux.
Une part importante des roulements a billes ou a rouleaux est actuel-
lement fabriquee en un acier dur selon la norme 100 O C 6 (norme
ameri-
caine 52-l OO), qui presente une teneur moyennrme en carbon de 1
percent et une teneur moyenne en chromium de 1,5 percent, des nuances
derivees pouvant egalement etre utilisees, contenant plus ou moins de
chromium ainsi que
des additions de Io, tn ou autres elements d'alliages classiques.
La production courante en de tels aciers durs de produits semi-finis
tels que des barres, des fils ou des tubes est faite selon le schema
conventionnel suivant: elaboration (notamment au four electrique ou en
convertisseur a partir de fonte), coulee en lingots, laminage sur
blooming,
relaminage sur train a barres, a fils ou a tubes.
Les aciers durs, notamment ceux du type indique ci-dessus qui sont hy-
pereutectoldes, donnent naissance, lors de la solidification en lin-
gotiere, a une segregation majeure inevitable qui s'accompagne d'une
concentration axiale de gros grains de carbides primaires a angles
aigus difficiles a dissoudre, qui tendent a subsister dans la
structure du produit lamine avec des formes et des dimensions
incompatibles avec les normes de recuit que l'on impose a ces aciers,
lesquelles sont
11035
-2- destinees a permettre la dissolution des carbides lors des
operations
de trempe finale.
Il en resulte que ces aciers exigent des operations speciales de
transformation a chaud pour eliminer ces carbides hypereuctoides de
segregation majeure.
Pour y parvenir, la solution couramoent adoptee consiste a maintenir
le lingot a haute temperature par exemple Os 75 C (Os etant la te 3 n-
perature du solidus de l'acier considere) pendant plusieurs heures de
facon a provcquer une mise en solution partielle des gros grains de
carbides accumules au centre du lingot On provoque ensuite la disso-
lution complete de ces carbides par-un corroyage effectue par le
blooming imnediatement apres le maintien thermique de dissolution.
L'experience montre que l'application d'un tel traitement sur des
ebauches coulees de plus faible section, telles que, par exemple, des
billettes de coulee continue, presente de graves inconvenients Le
maintien du metal a haute temperature au cours du traitement d'homoge-
neisation conduit a une, mise au mille tres importante par oxydation,
a une decarburation excessive et l'on constate, par ailleurs, que le
laminage ulterieur a beaucoup moins d'efficacite pour l'elimination
des carbides.
Les etudes effectuees par la societe deposante ont montre que ce man-
que d'efficacite resulte du fait que le coeur de l'ebauche coulee oA?
les carbides primaires sont concentres se refroidit trop rapidement
pendant le laminage.
La presente invention se propose de fournir un procede pour fabriquer-
des produits siderurgiques ou aciers durs evitant les inconvenients
des procedes actuellement connus et evitant l'utilisation de trains
classiques de degrossissage de produits coules de forte section tels
que lingots ou gros blooms coules.
Le procede selon l'invention se caracterise essentiellement par le
fait 3-
que l'on realise une ebauche carree ou, ronde par une operation de
cou-
lee continue en assurant un refroidissement secondaire regulier pou-
-ant etre reparti sur la premiere ioitie de la hauteur metallurgique
de coulee et qu'apres avoir tronconne l'ebauche, on la soumet, apres
un temps au plus egal a trois minutes, et, de preference inferieur a
une minute, a un rechauffage de facon a lui communiquer une temperatu-
re superficielle comprise entre Os 80 Cet Os 110 C, ledit rechauf-
fage etant maintenu pendant un temps compris entre environ dix et en-
viron trente minutes, puis cue l'on transforme a chaud l'ebauche par
corroyage de facon a provoquer un allongerent au noins egal a deux,
la transformation etant effectuee de telle sorte que la temperature
su-
perficielle de l'ebauche pendant le corroyage reste superieure a
Os 140 C.
En ce qui concerne l'operation de coulee continue mise en oeuvre dans
le procede selon l'inventicn, on definit la hauteur metallurgique
coame etant la distance entre le niveau de metal liquide dans la
lingotiere de coulee et le niveau auquel s'effectue la coupe de
l'ebauche Dans une installation de coulee verticale, il s'agit ainsi
de la hauteur
separant ces deux niveaux.
En mettant en oeuvre la coulee continue comme indique, on assure que
les carbides primaires ne se trouvent pas concentres entierement au
centre de l'ebauche La zone de cristallisation basaltique exterieure
de solidification est ainsi limitee et n'excede pas 75 percent de la
surface
d'une section droite Le refroidissement secondaire est reparti et re-
gulier sur la premiere miitie de la hauteur metallurgique de l'instal-
lation, ce qui permet de refroidir la peau de l'ebauche sortant de la
lingotiere doucement et reculierement, en evitant tout rechauffement
local de la peau, afin de reduire autant que possible le gradient de
temperature entre le coeur et la surface.
Selon une autre caracteristique avantageuse de l'invention, on provo-
que en outre, au cours de l'operation de coulee continue, un brassage
de l'acier liquide dans une zone situee entre le milieu et le quart
inferieur de la hauteur metallurgique, ce brassage etant de preference
-4- realise par un mouvement de bas en haut de l'acier liquide grace a
des
champs magnetiques induits dans l'acier par des bobines electromagne-
tic placees autour de l'ebauche La zone dans laquelle on realise
le brassage correspond sensiblement au niveau auquel commence la so-
lidification equiaxe au coeur de l'ebauche Ce brassage doit etre aussi
intense que possible pour affiner au mieux la structure interne de
l'acier Ce brassage peut etre realise avantageusement sur plusieurs
zones de l'ebauche en cours de solidification.
La phase de rechauffage ulterieure s'effectue avantageusement dans un
four a induction dans lequel l'ebauche coulee en continu est
introduite aussi rapidement que possible apres avoir ete tronconnee Ce
temps
doit etre au plus egal a deux minutes pour des produits dont le diame-
tre en ce qui concerne les ebauches rondes,ou un parametre equivalent
en ce qui concerne des ebauches de section non ronde, est inferieur a
mm, ce temps devant en tout etat de cause etre inferieur a trois
minutes pour des produits de plus grande section.
Comme cela a ete indique, il convient de maintenir le rechauffage de
l'ebauche pendant une duree qui peut atteindre trente minutes, le
maintien pouvant etre effectue soit dant le four a induction meme,
soit dans un four de transfert.
Le temps de rechauffage ne doit pas depasser dans la pratique cette
valeur si l'on veut eviter une decarburation superficielle excessive.
Comme indique, le rechauffage est, de preference, realise dans un four
a induction, qui offre l'avantage d'assurer une montee rapide en tem-
perature permettant de maintenir a temperature elevee le coeur de
l'ebauche pour faciliter la dissolution des carbides concentres dans
cette zone Il est, par ailleurs, important de ne pas depasser la tem-
perature superficielle de Os 80 C sous peine de difficultes lors du
corroyage ulterieur.
L'operation de transformation a chaud par corroyage maintenant la tem-
perature superficielle de l'ebauche au-dessus de O 140 C peut etre
11038
-5- notaomment une operation de laminage, par exemple dans un laminoir
a galets obliques planetaires, ou dans un laminoir perceur a galets
obliques, mais peut etre egalement une operation de filage, ou encore
de forgeage sur une machine a grande cadence de frappe.
Le produit corroye semi-fini, obtenu en mettant en oeuvre le procede
selon l'invention, peut ensuite, selon le produit fini a fabriquer,
subir eventuellement un rechauffage, ces operations pouvant, par
exemple etre, pour la fabrication de tubes pour roulements, un lamina-
ge a creux, un laminage sur mandrin entre cylindres obliques, un lami-
nage sur mandrin dans des cages placees en continu, etc D'autres
avantages et caracteristiques de l' invention apparaitront a
la lecture de la description suivante de differents exemples de mise
en oeuvre donnes a titre d'illustration et, en aucune maniere, limi-
tati fs -
EXEMPLE 1
On realise,par coulee continue verticale rotative, des ebauches rondes
pleines de diametre de 200 mmn, en acier 1 (O C 6 La hauteur
metallurgi-
que de l'installation de coulee est de 12 metres On procede a un re-
froidissement secondaire a l'aide de buses d'injection d'water
reparties sur une hauteur totale de 5,5 metres en-dessous de la
lingotiere A
une distance de 6,5 metres en-dessous de la lingotiere, se trouve dis-
pose un inducteur electromagnetique agence pour assurer une circula-
tion verticale de bas en haut de l'acier liquide a coeur sur une hau-
teur de 800 mmn.
Les ebauches sont tronconnees a la scie en longueurs unitaires de 3
metres et, apres avoir ete basculees, sont introduites dans des fours
horizontaux de rechauffage par induction, le temps s'ecoulant entre la
coupe et la mise en place dans le four etant d'environ une minute.
La temperature exterieure de l'ebauche est ainsi portee a une tempera-
ture d'environ 1190 C en un temps de l'ordre de 4 minutes (La tempe-
rature de solidus de l'acier utilise est de 12700 C).
-6- On maintient l'ebauche dans le four de rechauffage pendant environ
huit minutes, puis on la transfert dans un four a longerons chauffe
au gaz et regule a 1180 C Ce four permet un stockage de huit ebauches.
A la sortie du four de maintien, les ebauches sont introduites
inmmediatement dans un laminoir a galets obliques planetaires, qui
permet
de produire directement en une seule passe, a partir des ebauches ron-
des de 220 mn de diametre, des barres rondes de diametre 110 nm Les
barres laminees presentent une longueur de 12 m et ont subi un allon-
gement de 4.
La temperature exterieure de l'ebauche,pendant l'operation de corroya-
ge mise en oeuvre sur le laminoir a galets obliques planetaires, ne
baisse pas de plus de 20 C pendant la traversee du laminoir Les ebau-
ches sont ensuite coupees a la longueur voulue et transferees sur un
refroidisseur pour subir soit un refroidissement ralenti, soit un
maintien isotherme a 650 C.
Les produits semi-finis obtenus peuvent ensuite, sans aucun paracheve-
ment, etre introduits directement dans un train de laminage de tubes
ou dans un train de laminage de barres pour obtenir des produits lami-
nes presentant une structure correcte sans subsistance de carburas
primaires non dissous.
EXEMPLE 2: -
On met en oeuvre l'operation de coulee continue dans les nemes condi-
tions que dans l'exemple 1 de facon a obtenir des ebauches d'une lon-
gueur de trois metres, d'un diametre de 160 mm, en un acier 100 C 6
ayant une temperature de solidus de 1270 C.
Apres tronconnage et basculement, les ebauches sont introduites imme-
diatement (attente inferieure a 80 secondes) dans des fours a induc-
tion oA? la temperature exterieure de l'ebauche est amenee a environ
1180 C en un temps de l'ordre de 200 secondes.
Cette temperature est maintenue entre 1160 et 1180 C pendant environ
-7quatre minutes Les ebauches sont ensuite transferees dans un four de
maintien a 1170 C dans lequel elles sejournent environ vingt minutes.
Les ebauches sont ensuite introduites dans un laminoir perceur a ga-
lets obliques La temperature superficielle de l'ebauche sortant des
galets du laminoir est comprise entre 1130 et 1150 C.
L'operation de corroyage dans le laminoir perceur s'effectue de telle
sorte que la longueur du produit tubulaire obtenu soit egale a 8 me-
tres, soit environ 2,7 fois la longueur de l'ebauche a l'entree du la-
minoir Le laminage est ensuite poursuivi jusqu'a l'obtention d'un tube
fini dans les conditions habituelles des procedes classiques La
structure du tube obtenu est correcte et exempte de carbides primaires
non dissous.
EXET 4 LE 3
On met en oeuvre les operations de coulee continue, puis de
tronconnage, basculement et rechauffage comme dans l'exemple 2, le
tronconnage etant toutefois effectue de facon a obtenir des ebauches
d'une longueur de 3,75 metres A la sortie du four de maintien,
l'ebauche est introduite dans le meme dispositif laminoir perceur a
galets obliques que dans l'exemple 2, de facon a obtenir un produit
tubulaire creux de diametre
exterieur de 167 mm, d'epaisseur de 23 mm et de longueur 7,5 m Le pas-
sage dans le dispositif perceur s'effectue avec une temperature super-
ficielle du metal superieure a 1140 C et l'on obtient un allongement
de 2. Le produit semi-fini obtenu est ensuite rechauffe rapidement
dans un four a induction pour assurer une temperature homogene du
metal de l'ordre de 1160 C, puis il est lamine sur mandrin dans un
laminoir a trois galets obliques, qui fournit un tube de diametre de
148 mm et
d'une epaisseur de 19 mm Ce tube, produit en une longueur de 10 me-
tres, traverse ensuite les cages d'un laminoir reducteur qui permet
l'obtention d'un tube fini de diametre 120 mm et d'epaisseur 20 mmn,
d'une longueur de 11,8 metres La structure de ce tube en acier 100 C 6
est correcte et exempte de carbides primaires non dissous.
11038
-8- Bien que 1 'invention ait ete decrite en liaison avec des exemples
de
realisation particuliers, il est bien evident qu'elle n'y est nulle-
ment limitee et qu'on peut lui apporter de nombreuses variantes et
modifications, sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son es-
prit. -9-
REV 1 DICATIONS
1 / Procede de fabrication de produits semi-fi Dis siderurgiques en
aciers durs, dont la teneur en carbon est superieure a 0,75 percent,
carac-
terise par le fait que l'on obtient l'ebauche de depart par une opera-
tion de coulee continue,en assurant un refroidissement secondaire re-
gulier reparti sur la premiere moitie de la hauteur netallurgique de
coulee et, qu'apres avoir tronconne l'ebauche, on procede, apres un
temps au plus egal a trois minutes et, de preference inferieur, a une
minute, a un rechauffage de celle-ci de facon a lui communiquer une
temperature superficielle coeprise entre ernviron Os 80 C et environ
Os 110 C (Os etant la temperature de solidus de l'acier considere),
ledit rechauffage etant maintenu pendant un temps compris entre envi-
ron dix et environ trente minutes, p Luis que l'on transforue a chaud
l'ebauche par corroyage de facon a provocuer un allongement au moins
egal a 2, la transformation etant effectuee de telle sorte que la
temn-
perature superficielle de l'ebauche pendant tout le corroyage reste
superieure a Os 140 C.
2 / Procede selon la revendication 1, caracterise par le fait que,
pendant l'operation de coulee continue, on effectue un brassage de
l'acier liquide a coeur dans une zone situee entre le milieu et le
quart inferieur de la hauteur metallurgique.
3 / Procede selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que
l'operation de coulee continue de l'ebauche est effectuee au moyen
d'une lingotiere rotative.
4 / Procede selon l'une des revendications 1 a 3, caracterise par le
fait que le rechauffage de l'ebauche s'effectue dans un four a in-
duction.
/ Procede selon l'une des revendications 1 a 3, caracterise par le
fait que le rechauffage de l'ebauche s'effectue successivement dans un
four a induction et un four de maintien.
6 / Procede selon l'une des revendications 1 a 5, caracterise par le
-10-
fait que l'operation de corroyage est une operation de laminage.
7 / Procede selon la revendication 6, caracterise l'operation de
laminage s'effectue dans un laminoir planetaires. 8 / Procede selon la
revendication 6, caracterise l'operation de laminage s'effectue dans
un laminoir obliques.
9 / Procede selon l'une des revendications 1 a 5,
fait que l'operation de corroyage est une operation par le fait que a
galets obliques par le fait que perceur a galets caracterise par le
de filage.
/ Procede selon l'une des revendications 1 a 5, caracterise par le
fait que l'operation de corroyage est une operation de forgeage, en
particulier sur une machine a grande cadence de frappe.
11 / Procede de fabrication de tubes destines en particulier, a la
production de roulements a billes ou a rouleaux, caracterise par le
fait qu'on lamine, apres eventuellement un rechauffage, un produit
semi-fini obtenu par le procede selon l'une des revendications 1 a 10.
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