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EP1323837B1 - Procédé de réalisation d'un produit sidérurgique en acier au carbone, notamment destiné à la galvanisation. - Google Patents

Procédé de réalisation d'un produit sidérurgique en acier au carbone, notamment destiné à la galvanisation. Download PDF

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Publication number
EP1323837B1
EP1323837B1 EP02293146A EP02293146A EP1323837B1 EP 1323837 B1 EP1323837 B1 EP 1323837B1 EP 02293146 A EP02293146 A EP 02293146A EP 02293146 A EP02293146 A EP 02293146A EP 1323837 B1 EP1323837 B1 EP 1323837B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steel
equal
less
product
casting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02293146A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1323837A1 (fr
Inventor
Christian Marchionni
Yann Le Papillon
Alain Leclercq
Michel Faral
Jean-Michel Damasse
Philippe Rocabois
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ArcelorMittal France SA
Original Assignee
Arcelor France SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arcelor France SA filed Critical Arcelor France SA
Publication of EP1323837A1 publication Critical patent/EP1323837A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1323837B1 publication Critical patent/EP1323837B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • 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
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/021—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips involving a particular fabrication or treatment of ingot or slab
    • C21D8/0215—Rapid solidification; Thin strip casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • 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
    • C21D8/1277—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties involving a particular surface treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771—Transition metal-base component
    • Y10T428/12785—Group IIB metal-base component
    • Y10T428/12792—Zn-base component
    • Y10T428/12799—Next to Fe-base component [e.g., galvanized]

Definitions

  • the invention relates to iron and steel industry. More specifically, it relates to carbon steels of the type of those to be galvanized, that is to say a deposit of zinc on their surface by soaking the product in a liquid zinc bath. This product is usually in the form of a scrolling strip or sheet metal.
  • Carbon steels for galvanizing are steels containing a maximum of 0.15% carbon and 0.08 to 2% manganese, as well as the usual alloying elements and impurities in carbon steels.
  • the different classes of galvanizing steel are distinguished mainly by their deoxidizing element contents.
  • Class 3 steels have a silicon content of 0.15 to 0.25%.
  • Class 2 steels have a silicon content less than or equal to 0.040%.
  • the so-called "class 1" steels have a silicon content less than or equal to 0.030%.
  • Ingot casting is notoriously less productive than continuous casting and then requires a greater number of hot rolling steps to obtain a product of a given thickness.
  • deoxidation with aluminum it is more expensive in alloying elements.
  • the inclusions of alumina must be as much as possible removed before the continuous casting step so that they do not risk clogging the nozzles of the distributor of the casting machine.
  • liquid alumina inclusions can be made by a calcium treatment, but this introduces an additional cost of alloying elements. It is also necessary to prevent atmospheric reoxidation as much as possible during continuous casting, to avoid the formation of new inclusions of alumina that can not be eliminated before solidification, and which will end up in the final product, they will degrade the mechanical properties.
  • argon is injected into the nozzles introducing the steel into the mold, which again increases the cost of manufacture.
  • the document EP-A-0785283 describes low-carbon steels deoxidized in two stages: first by addition of aluminum, then by addition of titanium, in order to avoid clogging of the casting nozzles.
  • the document US Patent 4024624 discloses low deoxidized steels to which magnesium is added to improve the ductility and weldability of the hot-rolled sheets made therewith.
  • the document EP-A-0906960 discloses steels for titanium deoxidized galvanizing and inclusions of controlled compositions.
  • the document US Patent 4073643 describes steels with low levels of deoxidizing elements and can be coated, and cast by a conventional continuous casting process.
  • the object of the invention is to enable steelmakers to propose galvanizing steel strips and sheets corresponding to grades 1 and 2 previously mentioned, produced at minimum costs, that is to say produced from semi-finished products cast continuously, and containing no or very little aluminum.
  • Said continuous casting machine may be a continuous slab casting machine in a fixed-wall mold.
  • Said continuous casting machine may be a machine for continuous casting of thin strips in a mold with one or more moving walls accompanying the product being solidified.
  • Said machine can, in this case, be a continuous casting between rolls.
  • the subject of the invention is also a process for obtaining a steel product of the preceding type, characterized in that a steel semi-finished product is produced and cast in the form of a strip, using a continuous casting machine. thin strips.
  • This strip can then be rolled.
  • the subject of the invention is also a process for obtaining a steel product, characterized in that a strip is produced by one of the preceding processes, and in that a strip is galvanized.
  • composition of the steel that is desired to obtain has the following characteristics (the percentages are percentages by weight).
  • the carbon content is between 0.0005% and 0.15%.
  • the manganese content is between 0.08% and 2%.
  • the silicon content is less than or equal to 0.040% (class 2 steel), preferably less than or equal to 0.030% (class 1 steel) for, as has been said, to provide a high deposition rate during galvanization .
  • total aluminum content is less than or equal to 0.010%, preferentially less than or equal to 0.004%.
  • soluble aluminum content that is to say soluble in an acid solution at the time of the analysis of the sample
  • traces are, in practice, essentially constituted by aluminum present in the form of alumina in the oxidized inclusions resulting from the contacts between the metal and the pocket slag.
  • the total oxygen content is between 0.0050 and 0.0500%, and preferably between 0.0050 and 0.0300%. This oxygen content results from the chemical equilibrium which has been established in the pocket during the preparation, between the liquid metal and the pocket slag, of the possible supply of atmospheric oxygen to the liquid metal which may have occurred. between the elaboration in the pocket and the casting of the metal in the mold, and the efficiency of the decantation process of the oxidized inclusions formed during and after the preparation in pocket. In general, a total oxygen content in the final product of between 0.0050 and 0.0300% is sought, since beyond 0.0300%, the mechanical properties of the product may be deteriorated.
  • Phosphorus and sulfur contents (less than or equal to 0.20% for sulfur, 0.10% for phosphorus, preferably less than or equal to 0.030%), copper, chromium, nickel, molybdenum, tungsten, cobalt (less than or equal to 1%, preferably less than or equal to 0.5%), titanium, niobium, vanadium, zirconium (less than or equal to 0.5%, preferably less than or equal to 0.2%), tin, antimony, arsenic (less than or equal to 0.1%), boron (less than or equal to 0.1%, preferably equal to 0.01%) and nitrogen (less than or equal to 0.0400% , preferably less than or equal to 0.015%) corresponding to the most usual requirements in galvanizing steels.
  • the other elements present are iron and impurities resulting from the elaboration.
  • a steel having the contents of C, Mn, Si, P, S, Cu, Cr, is produced in the ladle.
  • aluminum can be added to capture most of the dissolved oxygen present in the liquid steel at the time of filling the ladle. casting. Alumina inclusions are thus formed which will normally decant in the pocket slag during the preparation.
  • the steelmaker can determine, using theoretical models available in the literature, which slag compositions can enable him to obtain a given dissolved oxygen content, for given Si and Mn contents. He can adjust the composition of his pocket slag by adding lime, silica, alumina and / or magnesia to form a "synthetic slag". For this purpose, it can proceed to chemical analyzes of slag being developed, so as to determine which oxides must be added to obtain the desired composition. The result of this practice can be controlled by measurements of the dissolved oxygen content of the molten steel made using known electrochemical cells. At the end of the preparation, a steel is obtained whose dissolved oxygen content must be within the limits prescribed for the total oxygen content of the steel according to the invention, and the ladle is sent to the continuous casting plant. .
  • Various oxides contain 100 ppm of dissolved oxygen.
  • the liquid steel present in the ingot mold at the time of casting contains a dissolved oxygen content insufficient to cause a reaction with carbon which would lead to a significant release of CO, potentially causing a dangerous effervescence. This avoids a risk of overflow of the liquid metal out of the mold.
  • This procedure is applicable to steels continuously cast in the form of slabs on machines using oscillating molds with fixed walls. They may be of the conventional type used to cast slabs of the order of 20 cm thick which are then hot-rolled to obtain hot stripes. These can then be galvanized and used as is, or can be cold rolled and other heat or thermomechanical treatments before galvanizing.
  • the casting of a liquid steel produced as above is carried out on a continuous casting plant of the type having a bottomless mold with two large moving walls accompanying the product being solidified.
  • the two main known processes corresponding to this characteristic are the casting between two cooled scrolling strips and the casting between two cylinders with horizontal axes internally cooled and rotated in opposite directions.
  • the casting space where the solidification of the product takes place is closed off laterally by fixed lateral faces.
  • products are obtained directly in the form of strips, generally from 1 to 10 mm in thickness, which can then undergo hot rolling (possibly on a cage arranged in line with the casting installation).
  • the strip can then be used directly, or cold rolled, and various other conventional thermomechanical treatments.
  • the use of such a direct strip casting plant is advantageous in that the liquid well present in the mold has less depth than in a conventional continuous casting mold.
  • the bubbles of CO that form in the lower part of the liquid well therefore have a lower possibility of growth before reaching the surface of the liquid well, and the effervescence is substantially attenuated compared to what would be observed during the casting of the same steel on a conventional continuous casting.
  • the flared up shape of the mold is more suitable than the substantially constant section of conventional fixed molds to attenuate the level variations due to effervescence.
  • the casting of the strip can be carried out on an installation whose mold has only one moving wall, such as a moving strip or a rotating cylinder. It is thus possible to have access to band thicknesses of less than 1 mm.

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Description

  • L'invention concerne la sidérurgie. Plus précisément, elle concerne les aciers au carbone du type de ceux devant subir une galvanisation, c'est à dire un dépôt de zinc sur leur surface par trempage du produit dans un bain de zinc liquide. Ce produit se trouve alors généralement sous forme de bande en défilement ou de tôle.
  • Les aciers au carbone destinés à la galvanisation sont des aciers contenant au maximum 0,15% de carbone et 0,08 à 2% de manganèse, ainsi que les éléments d'alliage et impuretés habituels dans les aciers au carbone. Les différentes classes d'acier pour galvanisation se distinguent essentiellement par leurs teneurs en éléments désoxydants.
  • Les aciers dits « de classe 3 » ont une teneur en silicium de 0,15 à 0,25%.
  • Les aciers dits « de classe 2 » ont une teneur en silicium inférieure ou égale à 0,040%.
  • Les aciers dits « de classe 1 » ont une teneur en silicium inférieure ou égale à 0,030%.
  • L'élaboration et la coulée en continu des aciers de classe 3 ne posent pas de problèmes particuliers, car leur teneur en silicium fait que cet élément pilote la désoxydation de l'acier liquide en formant avec l'oxygène dissous des inclusions oxydées (éventuellement en combinaison avec le manganèse).
  • Pour cette raison, on n'observe pas au sein de l'acier liquide de formation de CO qui serait susceptible de causer une effervescence de l'acier lors de sa coulée.
  • Il n'en est pas de même dans le cas des aciers des classes 1 et 2. Dans leurs cas, la teneur en silicium est trop faible pour que cet élément intervienne dans le processus de désoxydation. C'est alors le carbone qui pilote cette désoxydation, et cela se traduit par une formation et un dégagement de CO, rendant l'acier « effervescent ». Cette effervescence présente deux inconvénients :
    • d'une part, elle provoque souvent lors de la solidification de l'acier l'apparition de « soufflures », dans la zone centrale du produit, c'est à dire de porosités correspondant à l'emplacement de poches de gaz présentes au moment de la solidification ; cet inconvénient peut cependant être annulé si l'acier subit ensuite un fort laminage à chaud qui va refermer ces porosités ;
    • d'autre part, si l'effervescence devient inopinément trop importante, il y a un risque que l'acier déborde de la lingotière où a lieu sa solidification.
  • Ce dernier risque est particulièrement à craindre lorsqu'un acier est coulé en continu sur une machine du type habituel à lingotière sans fond refroidie et oscillante, à parois fixes. Si un débordement de l'acier présent dans la lingotière se produit, il représente un danger pour le personnel présent alentour, et entraîne de graves détériorations sur la machine de coulée.
  • Pour cette raison, les tôles et bandes d'acier des classes 1 et 2 sont habituellement obtenues à partir de demi-produits qui sont :
    • soit coulés non en continu, mais en lingots dans une lingotière traditionnelle, car ce procédé tolère mieux les possibles effervescences de l'acier: le remplissage de la lingotière peut être interrompu avant son débordement si on constate une forte effervescence, et même les conséquences d'un débordement ne sont jamais graves au point de remettre en cause la marche régulière de l'aciérie ; les lingots sont ensuite laminés à chaud pour former des brames ;
    • soit coulés en continu sous forme de brames sur des machines classiques à lingotière sans fond refroidie oscillante à parois fixes, mais après adjonction à l'acier d'une quantité relativement importante d'aluminium pour que ce soit cet élément qui pilote la désoxydation en formant des inclusions d'alumine solides, empêchant ainsi la formation de CO, donc l'effervescence.
  • Ces deux méthodes ne sont cependant pas idéales. La coulée en lingots est notoirement moins productive que la coulée continue et nécessite ensuite un plus grand nombre d'étapes de laminage à chaud pour l'obtention d'un produit d'une épaisseur donnée. Quant à la désoxydation à l'aluminium, elle est plus coûteuse en éléments d'alliage. De plus, les inclusions d'alumine doivent être autant que possible éliminées avant l'étape de coulée continue pour qu'elles ne risquent pas de boucher les busettes du répartiteur de la machine de coulée.
  • On peut rendre ces inclusions d'alumine liquides par un traitement au calcium, mais cela introduit un coût supplémentaire en éléments d'alliage. Il est également nécessaire d'empêcher autant que possible les réoxydations atmosphériques lors de la coulée continue, pour éviter la formation de nouvelles inclusions d'alumine que l'on ne pourra pas éliminer avant la solidification, et qui se retrouveront dans le produit final, dont elles dégraderont les propriétés mécaniques. A cet effet, on injecte de l'argon dans les busettes introduisant l'acier dans la lingotière, ce qui, là encore, augmente le coût de fabrication. De plus, il y a un risque de piégeage de bulles d'argon au moment de la solidification, susceptible de causer des défauts dans le produit.
  • Il serait pourtant intéressant de fabriquer les aciers pour galvanisation des classes 1 et 2 par un procédé aussi économique que possible, car ces aciers présentent l'avantage d'autoriser des vitesses de dépôt du revêtement de galvanisation plus élevées que les aciers de classe 3. Cet avantage est peu sensible lorsque la galvanisation est effectuée par déroulement d'une bande d'acier dans un bain de zinc liquide. En revanche, lorsqu'une tôle isolée est trempée dans le bain de zinc, il est important pour la qualité du produit et la productivité de l'installation que ce dépôt soit le plus rapide possible.
  • Le document EP-A-0785283 décrit des aciers à faible teneur en carbone désoxydés en deux temps : d'abord par une addition d'aluminium, puis par une addition de titane, afin d'éviter le bouchage des busettes de coulée. Le document US-A-4024624 décrit des aciers faiblement désoxydés auxquels on ajoute du magnésium pour améliorer la ductilité et la soudabilité des tôles laminées à chaud réalisées avec eux. Le document EP-A-0906960 décrit des aciers pour galvanisation désoxydés au titane et à inclusions de compositions contrôlées. Le document US-A-4073643 décrit des aciers à faibles teneurs en éléments désoxydants et pouvant être revêtus, et coulés par un procédé de coulée continue classique.
  • Le but de l'invention est de mettre les aciéristes en mesure de proposer des bandes et des tôles d'acier pour galvanisation correspondant aux nuances des classes 1 et 2 précédemment citées, produites à des coûts minimaux, c'est à dire réalisées à partir de demi-produits coulés en continu, et ne contenant pas ou très peu d'aluminium.
  • A cet effet, l'invention a pour objet d'obtenir un produit sidérurgique en acier au carbone, destiné à être galvanisé, caractérisé en ce qu'il se présente sous forme d'une bande ou d'une tôle obtenue à partir d'un demi-produit coulé en continu et formée d'un acier de composition en poids :
    • 0,0005% ≤ C ≤ 0,15% ;
    • 0,08% ≤ Mn ≤ 2% ;
    • Si ≤ 0,040%, de préférence ≤ 0,030% ;
    • Altotal ≤ 0,010%, de préférence ≤ 0,004% ;
    • Alsoluble ≤ 0,004% ;
    • 0,0050% ≤ Ototal ≤ 0,0500%, et de préférence ≤ 0,0300% ;
    • P ≤ 0,20%, de préférence ≤ 0,03% ;
    • S ≤ 0,10%, de préférence ≤ 0,03% ;
    • chacun des éléments Cu, Cr, Ni, Mo, W, Co ≤ 1%, de préférence ≤ 0,5% ;
    • chacun des éléments Ti, Nb, V, Zr ≤ 0,5%, de préférence ≤ 0,2% ;
    • chacun des éléments Sn, Sb, As ≤ 0,1 % ;
    • B ≤ 0,1%, de préférence ≤ 0,01% ;
    • N ≤ 0,0400%, de préférence ≤ 0,0150% ;
    le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
  • L'invention a également pour objet un procédé selon la revendication 1, demi-produit sidérurgique, caractérisé en ce que :
    • on élabore en poche un acier liquide dont les teneurs en C, Mn, Si, Al, P, S, Cu, Cr, Ni, Mo, W, Co, Ti, Nb, V, Zr, Sn, Sb, As, B et N sont conformes à celles citées précédemment, et dont on maintient la teneur en oxygène dissous entre 0,0050 et 0,0500% grâce à l'établissement d'un équilibre chimique entre le métal et le laitier de poche qui le recouvre ;
    • et on coule ledit acier sur une machine de coulée continue.
  • Ladite machine de coulée continue peut être une machine de coulée continue de brames dans une lingotière à parois fixes.
  • Ladite machine de coulée continue peut être une machine de coulée continue de bandes minces dans une lingotière à une ou plusieurs parois mobiles accompagnant le produit en cours de solidification.
  • Ladite machine peut, dans ce cas, être une coulée continue entre cylindres.
  • L'invention a également pour objet un procédé d'obtention d'un produit sidérurgique du type précédent, caractérisé en ce que :
    • on élabore et on coule un demi-produit sidérurgique, en utilisant un procédé tel que précédemment décrit
    • et on lamine ledit demi-produit sous forme d'une bande.
  • L'invention a également pour objet un procédé d'obtention d'un produit sidérurgique du type précédent, caractérisé en ce qu'on élabore et on coule un demi-produit sidérurgique sous forme d'une bande, en utilisant une machine de coulée continue de bandes minces.
  • On peut ensuite laminer ladite bande.
  • L'invention a également pour objet un procédé d'obtention d'un produit sidérurgique, caractérisé en ce qu'on élabore une bande par un des procédés précédents, et en ce qu'on effectue une galvanisation de ladite bande.
  • Comme on l'aura compris, selon l'invention on réalise l'élaboration et la coulée en continu d'un acier liquide dont les caractéristiques de composition répondent aux conditions exigées pour les aciers destinés à la galvanisation des classes 1 ou 2 sans aluminium. Leur coulée sous forme de demi-produits exploitables pour une galvanisation ultérieure est rendue possible dans des conditions de coût et de sécurité convenables par l'emploi de l'une ou l'autre de ces deux méthodes, qui peuvent d'ailleurs être combinées :
    • l'élaboration de l'acier liquide dans des conditions telles qu'un équilibre entre le métal liquide et le laitier de poche s'établit et impose une teneur en oxygène dissous suffisamment basse pour éviter l'apparition d'une effervescence dans la lingotière de la machine de coulée continue ; cette teneur en oxygène doit être conservée autant que possible entre la poche et la lingotière ;
    • la coulée de l'acier sous forme de bandes minces (généralement de 1 à 10 mm d'épaisseur), sur une installation de coulée entre deux cylindres ou entre deux bandes en défilement, qui est plus tolérante qu'une machine de coulée continue classique à lingotière oscillante à parois fixes vis-à-vis d'une effervescence de l'acier ; on peut également utiliser à cet effet une installation de coulée sur une surface en mouvement unique, telle qu'une bande en défilement ou un cylindre en rotation.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit.
  • De manière générale, la composition de l'acier que l'on désire obtenir présente les caractéristiques suivantes (les pourcentages sont des pourcentages pondéraux).
  • La teneur en carbone est comprise entre 0,0005% et 0,15%.
  • La teneur en manganèse est comprise entre 0,08% et 2%.
  • La teneur en silicium est inférieure ou égale à 0,040% (acier de classe 2), préférentiellement inférieure ou égale à 0,030% (acier de classe 1) pour, comme on l'a dit, procurer une vitesse de dépôt élevée lors de la galvanisation.
  • La teneur en « aluminium total » est inférieure ou égale à 0,010%, préférentiellement inférieure ou égale à 0,004%. La teneur en aluminium dit « soluble » (c'est à dire soluble dans une solution acide au moment de l'analyse de l'échantillon) est inférieure ou égale à 0,004%. Ces deux conditions reviennent à dire qu'au moins lors des dernières étapes de l'élaboration de l'acier, la teneur en oxygène dissous n'a pas été pilotée par un ajout d'aluminium, et que celui-ci ne se retrouve dans le produit final qu'à l'état de traces. Ces traces sont, dans la pratique, essentiellement constituées par de l'aluminium présent sous forme d'alumine dans les inclusions oxydées résultant des contacts entre le métal et le laitier de poche.
  • La teneur en oxygène total est comprise entre 0,0050 et 0,0500%, et de préférence entre 0,0050 et 0,0300%. Cette teneur en oxygène résulte des équilibres chimiques qui ont été établis dans la poche, au cours de l'élaboration, entre le métal liquide et le laitier de poche, de l'éventuel apport d'oxygène atmosphérique au métal liquide qui a pu se produire entre l'élaboration en poche et la coulée du métal dans la lingotière, et de l'efficacité du processus de décantation des inclusions oxydées formées pendant et après l'élaboration en poche. En général, on vise une teneur en oxygène total dans le produit final comprise entre 0,0050 et 0,0300%, car au-delà de 0,0300%, les propriétés mécaniques du produit risquent d'être détériorées.
  • Les teneurs en phosphore et en soufre (inférieures ou égales à 0,20% pour le soufre, à 0,10% pour le phosphore, de préférence inférieures ou égales à 0,030%), en cuivre, chrome, nickel, molybdène, tungstène, cobalt (inférieures ou égales à 1%, de préférence inférieures ou égales à 0,5%), en titane, niobium, vanadium, zirconium (inférieures ou égales à 0,5% de préférence inférieures ou égales à 0,2%), en étain, antimoine, arsenic (inférieures ou égales à 0,1%), en bore (inférieure ou égale à 0,1%, de préférence égale à 0,01%) et en azote (inférieure ou égale à 0,0400%, de préférence inférieure ou égale à 0,015%) correspondant aux exigences les plus habituelles dans les aciers pour galvanisation.
  • Les autres éléments présents sont du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
  • Selon un procédé de fabrication d'une bande ou d'une tôle d'un acier selon l'invention, on élabore dans la poche de coulée un acier ayant les teneurs en C, Mn, Si, P, S, Cu, Cr, Ni, Mo, W, Co, Ti, Nb, V, Zr, Sn, Sb, As, B et N citées ci-dessus. Au tout début de l'élaboration (par exemple lors de la coulée en poche), on peut ajouter de l'aluminium pour capter la plus grande part de l'oxygène dissous présent dans l'acier liquide au moment du remplissage de la poche de coulée. On forme ainsi des inclusions d'alumine qui vont normalement décanter dans le laitier de poche au cours de l'élaboration. Mais dans la suite de l'élaboration, généralement, on n'ajoutera plus d'aluminium, de manière à éviter de retrouver, dans le produit final, plus de 0,010% d'aluminium total et plus de 0,004% d'aluminium soluble. Dans ces conditions, si on n'utilise pas du tout d'aluminium ou si tout l'aluminium ajouté en début d'élaboration est consommé pour former de l'alumine qui décante en quasi-totalité par la suite, la teneur en oxygène dissous de l'acier liquide est contrôlée soit par le carbone, soit par le silicium, soit par le manganèse, soit par ces deux derniers éléments simultanément. Compte tenu des très faibles teneurs en silicium de l'acier, c'est dans la plupart des cas le carbone qui devrait piloter la désoxydation, et cela aboutirait à la formation de CO qui rendrait l'acier « effervescent », avec tous les inconvénients que cela comporte au moment de la coulée, comme on l'a déjà dit.
  • Selon le procédé de fabrication selon l'invention, l'aciériste responsable de l'élaboration fait en sorte que malgré sa faible teneur, le silicium (éventuellement en association avec le manganèse), soit l'élément qui pilote la désoxydation. A cet effet, on réalise un équilibre chimique entre le métal et le laitier recouvrant l'acier liquide en poche :
    • en réglant la composition du laitier dans un domaine adéquat ;
    • et en réalisant une agitation du métal liquide (par un procédé connu, tel que l'injection d'un gaz neutre et/ou l'utilisation d'un brasseur électromagnétique) de manière à réaliser un contact intime entre le laitier et le métal qui vient à son contact de manière renouvelée.
  • L'aciériste peut déterminer, à l'aide de modèles théoriques disponibles dans la littérature, quelles compositions de laitier peuvent lui permettre d'obtenir une teneur en oxygène dissous donnée, pour des teneurs en Si et Mn données. Il peut régler la composition de son laitier de poche en y ajoutant de la chaux, de la silice, de l'alumine et/ou de la magnésie de façon à former un « laitier synthétique ». A cet effet, il peut procéder à des analyses chimiques du laitier en cours d'élaboration, de façon à déterminer quels oxydes doivent y être ajoutés pour obtenir la composition désirée. Le résultat de cette pratique peut être contrôlé par des mesures de la teneur en oxygène dissous de l'acier liquide, réalisées au moyen de piles électrochimiques connues. En fin d'élaboration, on obtient un acier dont la teneur en oxygène dissous doit être située dans les limites prescrites pour la teneur en oxygène total de l'acier selon l'invention, et la poche est envoyée vers l'installation de coulée continue.
  • A titre d'exemple, on peut dire qu'un acier contenant 0,02% de Si et 0,8% de Mn et mis en équilibre avec un laitier de composition 40% de CaO, 35% de SiO2, 10% de MnO, 10% de MgO, 5% d'oxydes divers renferme 70ppm d'oxygène dissous.
  • De même, un acier contenant 0,01% de Si et 0,6% de Mn et mis en équilibre avec un laitier de composition 35% de CaO, 35% de SiO2, 20% de MnO, 10% de MgO et d'oxydes divers renferme 100ppm d'oxygène dissous.
  • Pendant la coulée continue, il faut veiller à ce que la teneur en oxygène dissous obtenue à la fin de l'élaboration en poche ne soit pas augmentée trop sensiblement par la suite du fait des réoxydations susceptibles de se produire au contact de l'atmosphère. Pour conserver la teneur en oxygène dissous, on peut proposer plusieurs modes opératoires pouvant être cumulés :
    • continuer le brassage de l'acier liquide en poche pendant la coulée, de manière à assurer la conservation de l'équilibre métal-laitier dans la poche pendant toute la durée de la coulée ;
    • conférer à la poudre de couverture recouvrant l'acier présent dans le répartiteur de la machine de coulée une composition procurant un équilibre métal-laitier permettant de conserver la teneur en oxygène dissous obtenue dans la poche dans les limites recherchées ;
    • protéger autant que possible le métal liquide des réoxydations atmosphériques en l'exposant à un gaz non oxydant (argon, hélium, voire azote si on accepte une teneur en azote relativement élevée dans le métal final) jusqu'à son introduction dans la lingotière ; à cet effet on peut réaliser une injection de gaz non oxydant dans les tubes en réfractaire protégeant les jets de coulée entre poche et répartiteur et répartiteur et lingotière, et/ou réaliser un capotage intégral du répartiteur et injecter du gaz non oxydant sous le capot.
  • Dans ces conditions, l'acier liquide présent dans la lingotière au moment de la coulée contient une teneur en oxygène dissous insuffisante pour provoquer une réaction avec le carbone qui entraînerait un dégagement de CO important, risquant de provoquer une effervescence dangereuse. On évite ainsi un risque de débordement du métal liquide hors de la lingotière.
  • Ce mode opératoire est applicable aux aciers coulés en continu sous forme de brames sur des machines utilisant des lingotières sans fond oscillantes à parois fixes. Elles peuvent être du type classique utilisé pour couler des brames de l'ordre de 20cm d'épaisseur qui sont ensuite laminées à chaud pour obtenir des bandes à chaud. Celles-ci peuvent être ensuite galvanisées et utilisées telles quelles, ou peuvent subir un laminage à froid et d'autres traitements thermiques ou thermomécaniques avant leur galvanisation.
  • On peut également utiliser à cet effet des installations de coulée de brames minces, sur lesquelles l'épaisseur du produit en sortie de machine est de l'ordre de 3 à 15cm, éventuellement après que le produit sortant de la lingotière a subi une opération de compression sur coeur liquide. Les brames ainsi coulées sont ensuite laminées à chaud.
  • Selon une autre variante de l'invention, on effectue la coulée d'un acier liquide élaboré comme ci-dessus sur une installation de coulée continue du type ayant une lingotière sans fond dont deux grandes parois mobiles accompagnent le produit en cours de solidification. Les deux principaux procédés connus répondant à cette caractéristique sont la coulée entre deux bandes en défilement refroidies et la coulée entre deux cylindres à axes horizontaux refroidis intérieurement et mis en rotation en sens inverses. L'espace de coulée où a lieu la solidification du produit est obturé latéralement par des faces latérales fixes. On obtient ainsi directement des produits sous forme de bandes, généralement de 1 à 10mm d'épaisseur, qui peuvent ensuite subir un laminage à chaud (éventuellement sur une cage disposée en ligne avec l'installation de coulée). La bande peut ensuite être utilisée directement, ou subir un laminage à froid et divers autres traitements thermomécaniques habituels.
  • Dans le cas de la coulée d'aciers selon l'invention, destinés notamment à la galvanisation, l'utilisation d'une telle installation de coulée directe de bandes est avantageuse en ce que le puits liquide présent dans la lingotière a une moindre profondeur que dans une lingotière de coulée continue classique. Les bulles de CO qui se forment dans la partie inférieure du puits liquide ont donc une moindre possibilité de croissance avant de parvenir à la surface du puits liquide, et l'effervescence est sensiblement atténuée par rapport à ce que l'on observerait lors de la coulée du même acier sur une coulée continue classique. De plus, la forme évasée vers le haut de la lingotière est plus adaptée que la section pratiquement constante des lingotières fixes classiques à une atténuation des variations de niveau dues à une effervescence. Enfin, si un débordement de métal liquide se produit, ses conséquences sont généralement d'une moindre gravité que dans le cas d'une coulée continue de brames classique, car les organes présents sous la lingotière et susceptibles d'être atteints par l'acier liquide sont moins nombreux et plus aisément protégeables. Si des porosités au centre de la bande apparaissent à la solidification, il est possible de les refermer par un laminage à chaud.
  • En variante, on peut réaliser la coulée de la bande sur une installation dont la lingotière ne comporte qu'une seule paroi mobile, telle qu'une bande en défilement ou un cylindre en rotation. On peut ainsi avoir accès à des épaisseurs de bande inférieures à 1mm.
  • Il va de soi que les produits selon l'invention peuvent trouver des applications hors du strict domaine de la galvanisation.

Claims (4)

  1. Procédé pour l'obtention d'un demi-produit sidérurgique, caractérisé en ce que :
    - on élabore en poche un acier liquide de composition en poids :
    - 0,0005% ≤C≤ 0,15%:
    - 0,08% ≤ Mn ≤ 2%;
    - Si ≤ 0,040%, de préférence ≤ 0,030% ;
    - Altotal ≤ 0,010%, de préférence ≤ 0,004% :
    - Alsoluble ≤ 0,004% ;
    - P ≤ 0,20%, de préférence ≤ 0,03% :
    - S ≤ 0,10%, de préférence ≤ 0,03% ;
    - chacun des éléments Cu, Cr, Ni, Mo, W, Co ≤ 1%, de préférence ≤ 0,5% ;
    - chacun des éléments Ti, Nb, V, Zr ≤ 0,5%, de préférence ≤ 0,2% :
    - chacun des éléments Sn, Sb, As ≤ 0,1% ;
    - B ≤ 0,1%, de préférence ≤ 0,01% :
    - N ≤ 0,0400%, de préférence ≤ 0,0150% :
    le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration,
    et dont on maintient la teneur en oxygène dissous entre 0,0050 et 0,0500% grâce à l'établissement d'un équilibre chimique entre le métal et le laitier de poche qui le recouvre;
    - et on coule ledit acier sur une machine de coulée continue de bandes minces dans une lingotière à une ou plusieurs parois fixes ou mobiles accompagnant le produit en cours de solidification, en limitant les réoxydations entre l'élaboration en poche et la coulée de l'acier dans la lingotière, de manière à obtenir une teneur en oxygène total dans le demi-produit comprise entre 0.0050 et 0,0500 %, de préférence entre 0.0050 et 0,0300%, et à éviter l'apparition d'une effervescence dans la lingotière.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite machine est une coulée continue entre cylindres.
  3. Procédé d'obtention d'un produit sidérurgique, caractérisé en ce que :
    - on élabore et on coule un demi-produit sidérurgique, en utilisant un procédé selon la revendication 1 ou 2
    - et on lamine ledit demi-produit sous forme d'une bande.
  4. Procédé d'obtention d'un produit sidérurgigue, caractérisé en ce qu'on élabore une bande par le procédé selon l'une des revendications 1, à 3, et en ce qu'on effectue une galvanisation de ladite bande.
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