EP0345103A1 - Procédé et installation d'homogénéisation et de recristallisation en ligne de produits métalliques obtenus par une coulée en continu - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a process and an installation for in-line homogenization and recrystallization of metallic products obtained by continuous casting.
  • the invention relates in particular to products such as strips or metal profiles and, in particular of an alloy.
  • the most common process consists in putting in a dormant furnace the coils of raw metal of casting and to bring to 700 ° C their temperature in a sufficiently long time so that one is sure that no point of the metal exceeds certain critical temperatures (reflow of phases) and maintain this temperature long enough to be sure of the disappearance of the phases to be eliminated: this cycle is very long: twenty-four hours for example.
  • the treatment time is reduced but the rolling which carries out the work hardening of the metal and the bending to put the product in reel increases the risk of creating defects in the metal since the phases which always exist in the metal and that we want to eliminate by the homogenization treatment increase the brittleness of the metal.
  • the present invention proposes to create a process for homogenization and recrystallization in line of products produced by continuous casting, in particular in the form of strips or profiles, and in particular products made of alloys, for example tin bronze, obtained by continuous casting, to achieve perfect homogenization of the metal and obtain a complete recrystallization corresponding to a homogeneous structure with fine grains.
  • the invention relates to a homogenization and recrystallization process characterized in that: - a surface hardening is carried out on the product, - The product thus hardened on the surface is subjected to a heat treatment.
  • the heat treatment is carried out online.
  • the online heat treatment consists in applying a predetermined temperature profile to the product.
  • the invention also relates to an installation for implementing the method, this installation being characterized in that it comprises a surface work hardening station receiving the product at the end of continuous casting, in order to carry out a surface work hardening, as well as an on-line heat treatment station which is crossed by the product hardened on the surface to undergo a heat treatment during its passage through this station, as well as an adjustment and control means for adjusting the profile of the temperature inside the heat treatment station.
  • the work hardening station is constituted by a pendulum or cam rolling mill, shot blasting or hydraulic press.
  • the process for in-line homogenization and recrystallization consists in manufacturing a metallic product, in particular an alloy product such as a strip or a profile, in particular in copper alloy by continuous casting 1 and then pass this product online by appropriate transfer means to subject it to surface hardening 3; after work hardening, the product is subjected to a heat treatment 4.
  • This heat treatment carried out online on the product corresponds to a predetermined temperature profile.
  • This heat treatment immediately follows the surface hardening operation.
  • This surface hardening can be done by a short width rolling using rolling bodies performing movements perpendicular to the axis of the product.
  • the work hardening results in a reduction in thickness of 0.4 millimeter.
  • This hardening compresses the faces of the product or the strip. This hardening is all the more strong as it is done near the surface of the product. However, the undesirable phases are found at the surface of the product.
  • the heat treatment 4 carried out online allows the metal to be brought in a very short time, of the order of a few minutes, to a temperature directly below the melting temperature of a phase, thus avoiding damaging the metal.
  • the surface hardening phase considerably accelerates the diffusion and makes it possible to approach very close to the critical temperature since the actual temperature of the metal is known, unlike the known methods of using an oven sleeping.
  • the diffusion speed is an exponential function of the temperature and that a gain of 30 ° C, authorized by knowing the real temperature of the metal, makes it possible to double the diffusion speed.
  • the invention makes it possible to combine the effect of work hardening of the metal and of a heat treatment at a higher temperature.
  • the heat treatment may be carried out at 800 ° C for a copper alloy containing 8% Sn and, at 840 ° C for a copper alloy containing 6% Sn. This heat treatment causes all phase changes in controlled times reduced to a minimum.
  • the work hardening causes the entire recrystallization of the treated metal and this recrystallization is itself favored by the phase changes caused by the high temperatures at which the heat treatment can take place.
  • a law or a profile of product temperatures as a function of time is established; such a temperature profile may consist of a part of temperature rise, of a holding stage at a certain temperature, of a possible new temperature rise followed by a stage, etc. This makes it possible to cause in the alloy, the optimum phase changes, successive in minimized times. These phases are thus completely eliminated and the metal is recrystallized.
  • FIG. 2 is a block diagram of an installation for implementing this method.
  • This installation comprises a work hardening station 10 shown diagrammatically by two rolling rolls 11.
  • the product arrives in line in the work hardening station 10 according to arrow A to leave it according to arrow B and to pass in line through the work station.
  • the installation also includes an adjustment and control means 14 which detects and manages the work hardening station 10 as well as the heat treatment station 7.
  • the work hardening station 10 can be constituted by a pendulum or cam rolling mill or even a blasting station or a hydraulic press carrying out surface hardening.
  • the heat treatment station 7 is constituted by an oven. As the speed of diffusion in the product to be treated is accelerated by the process of the invention, this makes it possible to minimize the length of the heat treatment station 7 crossed by the product in line.

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Abstract

L'invention concerne un procédé et une installation d'homogénéisation et de recristallisation en ligne de produits métalliques obtenus par une cou­lée en continu.
Ce procédé est caractérisé en ce que :
- on effectue un écrouissage de surface (2) sur le produit,
on soumet le produit ainsi écroui en surface à un traitement thermique (3).
L'invention s'applique aux procédés et installations d'homogénéisation et de recristallisa­tion en ligne de produits métalliques obtenus par une coulée en continu.

Description

  • La présente invention concerne un procédé et une installation d'homogénéisation et de recristalli­sation en ligne de produits métalliques obtenus par une coulée en continu.
  • L'invention concerne notamment des produits tels que des bandes ou des profilés métalliques et, en particulier en un alliage.
  • Le cas se présente surtout pour du bronze à l'étain qui, à l'état brut de coulée, contient, outre la solution solide α, les phases ß, et ,.
  • Différents procédés existent pour homogénéi­ser et recristalliser le bronze à l'étain.
  • Le procédé le plus courant consiste à mettre dans un four dormant les bobines de métal brutes de coulée et de porter à 700°C environ leur température dans un temps suffisamment long pour que l'on soit sûr qu'aucun point du métal ne dépasse certaines tempéra­tures critiques (refusion de phases) et de maintenir cette température suffisamment longtemps pour que l'on soit sûr de la disparition des phases à éliminer : ce cycle est très long : vingt-quatre heures par exemple.
  • Il est également connu d'écrouir le métal brut de coulée pour diminuer le temps de traitement et améliorer l'homogénéisation. Cet écrouissage se fait sur l'ensemble du produit de coulée et se traduit par une réduction d'épaisseur importante, réduisant par exemple une bande de 15 millimètres à 10 millimètres.
  • Grâce à l'écrouissage, le temps de traite­ment est réduit mais le laminage qui réalise l'é­crouissage du métal et le cintrage pour mettre le pro­duit en bobine aggrave le risque de créer des défauts dans le métal puisque les phases qui existent toujours dans le métal et que l'on veut éliminer par le traite­ment d'homogénéisation augmentent la fragilité du mé­tal.
  • Les deux procédés ci-dessus sont des procé­dés discontinus puisque l'installation servant à réaliser l'homogénéisation n'est pas placée en ligne sur l'installation de coulée.
  • Il existe un troisième procédé pour effec­tuer une homogénéisation en ligne. Le produit passe ainsi non pas en bobine dans un four mais à plat. Pour cela, il faut un four d'une certaine longueur placé directement à la sortie de l'installation de coulée en continu. L'inconvénient de ce procédé est de se tra­duire par des longueurs de fours importantes ; l'avan­tage est que ce procédé évite la reprise et diminue le risque de création de défauts de cintrage puisque le cintrage des produits, pour les mettre par exemple en bobine, n'est effectué qu'après le traitement, lorsque le produit est suffisamment homogène.
  • En conclusion, aucun des procédés ci-dessus ne permet de modifier sensiblement la structure cris­tallographique de l'alliage qui reste une structure brute de coulée.
  • La présente invention se propose de créer un procédé d'homogénéisation et de recristallisation en ligne de produits réalisés par coulée en continu, no­tamment sous forme de bandes ou de profilés, et en particulier des produits en alliages, par exemple en bronze à l'étain, obtenus par une coulée en continu, pour réaliser une homogénéisation parfaite du métal et obtenir une recristallisation complète correspondant à une structure homogène à grains fins.
  • A cet effet, l'invention concerne un procédé d'homogénéisation et de recristallisation caractérisé en ce que :
    - on effectue un écrouissage de surface sur le pro­duit,
    - on soumet le produit ainsi écroui en surface à un traitement thermique.
  • Suivant une autre caractéristique de l'in­vention, le traitement thermique est effectué en li­gne.
  • Suivant une autre caractéristique de l'in­vention, le traitement thermique en ligne consiste à appliquer un profil de température prédéterminé au produit.
  • L'invention concerne également une installa­tion pour la mise en oeuvre du procédé, cette instal­lation étant caractérisée en ce qu'elle comporte un poste d'écrouissage de surface recevant le produit en sortie de coulée en continu, pour y effectuer un écrouissage de surface, ainsi qu'un poste de traite­ment thermique en ligne qui est traversé par le pro­duit écroui en surface pour y subir un traitement thermique au cours de son passage dans ce poste, ainsi qu'un moyen de réglage et de commande pour régler le profil de la température à l'intérieur du poste de traitement thermique.
  • Suivant une autre caractéristique de l'in­vention, le poste d'écrouissage est constitué par un laminoir pendulaire ou à came, à grenaillage ou une presse hydraulique.
  • La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide d'un exemple de mise en oeuvre de pro­cédé et d'une installation représentées dans les des­sins annexés, dans lesquels :
    • - la figure 1 est un schéma de principe du procédé de l'invention,
    • - la figure 2 est un schéma de principe d'une instal­lation pour la mise en oeuvre du procédé.
  • Selon la figure 1, le procédé d'homogénéisa­tion et de recristallisation en ligne consiste à fa­briquer un produit métallique, notamment un produit en alliage tel qu'une bande ou un profilé, en particulier en alliage de cuivre par une coulée en continu 1 puis de faire passer ce produit en ligne par des moyens de transfert appropriés pour lui faire subir un écrouis­sage de surface 3 ; après l'écrouissage, le produit est soumis à un traitement thermique 4. Ce traitement thermique effectué en ligne sur le produit correspond à un profil de température prédéterminé. Ce traitement thermique suit immédiatement l'opération d'écrouissage en surface. Cet écrouissage en surface peut se faire par un laminage de faible largeur à l'aide d'organes de laminage effectuant des mouvements perpendiculaires à l'axe du produit. A titre d'exemple, pour un produit en forme de bande ayant une épaisseur 15 millimètres, l'écrouissage se traduit par une diminution d'épais­seur de 0,4 millimètre. Cet écrouissage met en com­pression les faces du produit ou de la bande. Cet écrouissage est d'autant plus fort qu'il se fait près de la surface du produit. Or, les phases indésirables se trouvent au niveau de la surface du produit.
  • Comme cet écrouissage de surface engendre des lacunes dans le métal du produit, cela va augmen­ ter considérablement la vitesse de diffusion tout en provoquant, pendant la chauffe, la recristallisation du métal. Il convient de souligner que l'écrouissage se faisant en surface, le coeur du produit n'est pas écroui, ce qui évite tout risque d'engendrer des dé­fauts.
  • Le traitement thermique 4 effectué en ligne permet de porter en un temps très court, de l'ordre de quelques minutes, le métal à une température directe­ment inférieure à la température de fusion d'une phase évitant ainsi de détériorer le métal. On choisira, par exemple, une température de 700°C pour le bronze.
  • Comme indiqué ci-dessus, la phase d'écrouis­sage de surface accélère considérablement la diffusion et permet de s'approcher de très près de la températu­re critique puisque l'on connaît la température réelle du métal, contrairement aux procédés connus consistant à utiliser un four dormant.
  • Il convient de souligner que la vitesse de diffusion est une fonction exponentielle de la tempé­rature et qu'un gain de 30°C, autorisé par la connais­sance de la température réelle du métal, permet de doubler la vitesse de diffusion. Ainsi, l'invention permet de cumuler l'effet de l'écrouissage du métal et d'un traitement thermique à une température plus éle­vée. A titre d'exemple, on pourra effectuer le traite­ment thermique à 800°C pour un alliage de cuivre con­tenant 8 % de Sn et, à 840°C pour un alliage de cuivre contenant 6 % de Sn. Ce traitement thermique provoque tous les changements de phase dans les temps contrôlés réduits au minium. L'écrouissage provoque la recris­tallisation entière du métal traité et cette recris­tallisation est, elle-même, favorisée par les change­ments de phase engendrés par les températures élevées auxquelles peut se faire le traitement thermique.
  • Suivant les alliages à traiter, on établir une loi ou un profil de températures du produit en fonction du temps ; un tel profil de températures peut se composer d'une partie de montée en température, d'un palier de maintien à une certaine température, d'une éventuelle nouvelle montée en température suivie d'un palier etc... Cela permet de provoquer dans l'alliage, les changements de phase optimum, succes­sifs dans des temps réduits au minimum. On fait ainsi disparaître, totalement, ces phases et on provoque la recristallisation du métal.
  • La figure 2 est un schéma de principe d'une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Cette installation comporte un poste d'écrouissage 10 schématisé par deux cylindres de laminage 11. Le pro­duit arrive en ligne dans le poste d'écrouissage 10 suivant la flèche A pour en sortir suivant la flèche B et pour passer en ligne à travers le poste de traite­ment thermique 7, par exemple constitué par un four dans lequel sont définies plusieurs zones 8-13 à des températures différentes. L'installation comporte, également, un moyen de réglage et de commande 14 qui détecte et gère le poste d'écrouissage 10 ainsi que le poste de traitement thermique 7.
  • Le poste d'écrouissage 10 peut être consti­tué par un laminoir pendulaire ou à came ou encore un poste de grenaillage ou une presse hydraulique réali­sant l'écrouissage de surface.
  • Le poste de traitement thermique 7 est cons­titué par un four. Comme la vitesse de diffusion dans le produit à traiter est accéléré grâce au procédé de l'invention, cela permet de réduire au minimum la lon­gueur du poste de traitement thermique 7 traversé par le produit en ligne.

Claims (5)

1°) Procédé d'homogénéisation et de recris­tallisation en ligne d'un produit métallique fabriqué par coulée en continu, notamment un alliage, procédé caractérisé en ce que :
- on effectue un écrouissage de surface (2) sur le produit,
- on soumet le produit ainsi écroui en surface à un traitement thermique (3).
2°) Procédé selon la revendication 1, carac­térisé en ce que le traitement thermique est effectué en ligne.
3°) Procédé selon la revendication 2, carac­térisé en ce que le traitement thermique en ligne con­siste à appliquer un profil de température prédétermi­né au produit.
4°) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un poste d'écrouissage de surface (10) recevant le produit en sortie de coulée en continu, pour y effectuer un écrouissage de surface, ainsi qu'un poste de traite­ment thermique en ligne (7) qui est traversé par le produit écroui en surface pour lui faire subir un traitement thermique au cours de son passage dans ce poste, ainsi qu'un moyen de réglage et de commande (14) pour régler le profil de la température à l'inté­rieur du poste de traitement thermique (7).
5°) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le poste d'écrouissage est constitué par un laminoir pendulaire ou à came, à gre­naillage ou une presse hydraulique.
EP89401189A 1988-06-03 1989-04-26 Procédé et installation d'homogénéisation et de recristallisation en ligne de produits métalliques obtenus par une coulée en continu Expired - Lifetime EP0345103B1 (fr)

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