Procédé de traitement thermique en continu de tôles en acier.
La présente invention est relative à un procédé de traitement thermique en continu de tôles en acier. Ce procédé est particulièrement intéressant pour produire des tôles pour emboutissage ou des
tôles en acier de résistance présentant un excellent état de surface et
une grande homogénéité de propriétés sur toute leur largeur et longueur.
De telles qualités sont spécialement requises pour les tôles à haute
limite élastique utilisées dans l'industrie automobile.
Quand on veut obtenir de bonnes propriétés de ductilité, d'emboutissage et d'allongement avec des tôles en acier laminées à froid,
on les soumet généralement à un recuit de recristallisation en bobine
dans un four à cloche.
Toutefois un tel traitement s'avère coûteux par sa longue
durée et partant sa faible productivité; en outre, les résultats physiques obtenus et même la chimie de surface présentent une assez grande disper-
sion.
Pour remédier à ces inconvénients, divers procédés de traitement continu ont été proposés et le demandeur lui-même a déjà préconisé de
remplacer le recuit conventionnel en four à cloche par un traitement
thermique continu consistant essentiellement à porter la tôle à une
température supérieure à la température de recristallisation de l'acier
et ensuite à immerger la tôle dans un bain aqueux maintenu à une température supérieure à 75[deg.]C et de préférence porté à ébullition; ce procédé,
qui a fait l'objet notamment du brevet belge n[deg.] 837.458, est utilisable
pour produire notamment des tôles pour emboutissage, des tôles à haute
limité élastique et des tôles à haute charge de rupture et allongement
élevé.
On connaît maintenant bien le principe de fonctionnement du
procédé en question et depuis longtemps, on sait le rôle joué par le
film de vapeur, ou "couche de caléfaction", qui se forme à la surface
de la tôle au début de la phase d'immersion dans le bain.
Au cours de ses recherches pour la mise au point des modalités
de mise en oeuvre de son procédé, le demandeur a vérifié l'effet de la disparition de cette couche de caléfaction, au moment où naît l'ébullition.
Cette disparition a lieu lorsque la surface de la tôle immergée est à
une température de transition comprise généralement entre 300 et 350[deg.]C;
en fait, dans le bain, on observe nettement l'existence à la surface de
la tôle d'un "front de transition" marquant la frontière entre la zone de
<EMI ID=1.1> La présente invention a pour objet un procédé de mise en oeuvre du traitement continu de tôles par chauffage au-delà de la température de recristallisation et immersion en bain d'eau portée à une
<EMI ID=2.1>
existe entre la qualité du produit obtenu, notamment sa planéité, et la situation du front de transition défini ci-dessus.
Il est à remarquer que par "bain d'eau" il faut entendre, au sens de l'invention, tout bain à base d'eau quelle que soit la nature ou la pureté de cette eau, le dit bain pouvant d'ailleurs contenir des éléments en solution ou en suspension.
Le procédé, objet de la présente invention, est caractérisé en ce que, en réglant les conditions de mise en oeuvre de la phase d'immersion, notamment la vitesse de défilement de la tôle et/ou la température de la tôle à son entrée dans le bain et/ou la longueur du trajet de la tôle dans le bain, on positionne la zone de disparition du film de vapeur attaché à la surface de la tôle ou "front de transition" en dehors de la trajectoire ascendante de la tôle dans le bain.
Suivant une première modalité de mise en oeuvre de l'invention, on règle les conditions de la phase d'immersion pour que le front de transition n'apparaisse en aucun endroit dans le bain; cela signifie
en fait que l'on règle les conditions de traitement pour que la tôle sorte du bain à une température supérieure à la température de transition à laquelle disparait la couche de caléfaction.
Dans une variante préférentielle de cette modalité, on réalise cette position du front de transition en imprimant à la tôle
une vitesse suffisante; dans une seconde variante, on règle la température de la tôle à l'entrée du bain à une valeur suffisamment élevée
et dans une troisième variante, on limite la hauteur du bain au niveau minimum compatible avec les conditions métallurgiques du traitement.
A titre d'illustration nullement limitative de cette première modalité du procédé de l'invention, on citera les exemples suivants. �
Exemple 1 .
<EMI ID=3.1>
immergée dans un bain d'eau industrielle portée à ébullition, dans les conditions suivantes :
<EMI ID=4.1>
La planéité de la tôle s'est avérée excellente.
Exemple 2.
Il en a été de même pour une tôle de 0,24 mm d'épaisseur, traitée à une vitesse de défilement de 330 m/min, avec une température d'entrée dans l'eau de 700[deg.]C et une température de sortie de 350[deg.]C.
Suivant une deuxième modalité de mise en oeuvre de l'invention, on règle les conditions de la phase d'immersion pour que le front de transition apparaisse dans la trajectoire descendante de la tôle dans le bain; de préférence, on évitera en outre que le front de transition ne soit situé dans la zone où la tôle est en contact avec le rouleau assurant le renvoi de la tôle vers la surface du bain.
Dans une variante de cette deuxième modalité du procédé de l'invention, on obtient la position du front de transition dans la
<EMI ID=5.1>
tôle a une valeur peu élevée; suivant l'invention, on peut également régler la température d'entrée de la tôle dans le bain en dessous d'une valeur limite dépendant des conditions opératoires, ou encore on peut maintenir la hauteur du bain au-dessus d'un minimum prédéterminé, dépendant également des conditions de l'opération.
A titre d'illustration de cette deuxième modalité de l'in-
<EMI ID=6.1>
Exemple 3.
<EMI ID=7.1>
suivant le procédé dans les conditions suivantes :
<EMI ID=8.1>
Dans les deux cas, la planéité s'est avérée excellente.
<EMI ID=9.1>
une tôle présentant une excellente planéité et cela de manière particulièrement simple; en effet, si au cours de l'opération, on constate que le front de transition vient à se placer dans la trajectoire ascendante de la tôle dans le bain, il suffit - selon les circonstances correspondant à la mise en oeuvre choisie - de modifier les paramètres, tels que vitesse de la tôle, température d'entrée dans le bain, hauteur du bain, ...,
pour soit assurer à nouveau la caléfaction sur la surface de la tôle
dans tout le bain, soit ramener le front de transition sur la trajectoire descendante.
Il a en effet été constaté, de façon absolument inattendue, que lorsque le front de transition se situait sur la trajectoire ascendante de la tôle dans le bain, les résultats du traitement étaient inacceptables notamment au point de vue de la planéité du produit.
Par ailleurs, il arrive dans certains cas que des raisons métallurgiques imposent une température de sortie du bain comprise entre
<EMI ID=10.1>
<EMI ID=11.1>
une cuve contenant un bain de hauteur prohibitive. Pour éviter cet inconvénient, le demandeur préconise de mettre en oeuvre une autre modalité de l'invention.
Dans cette troisième modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on utilise au moins deux cuves successives contenant
<EMI ID=12.1>
on règle les conditions de l'opération pour que la température de la tôle, à la sortie de l'avant dernière cuve, soit comprise entre 300 et 500[deg.]C;
dans ces conditions, la phase de refroidissement de la tôle dans cette cuve se passe en régime de caléfaction uniquement, tandis que dans la cuve'suivante, le front de transition ne peut se situer que dans la trajectoire descendante.
Il eft par ailleurs à remarquer qu'une installation à deux cuves successives, telle que celle préconisée pour le traitement particulier ci-dessus, permet le traitement de tous les produits, à toutes
<EMI ID=13.1>
l'invention; le cas échéant, on peut en effet mettre une des deux cuves hors service pour appliquer un traitement différent.
La présente invention a encore pour objet un procédé de contrôle du traitement thermique en continu dont question ci-dessus;
il est basé sur la constatation - également absolument inattendue d'une relation entre d'une part la position du front de transition et d'autre part le son émis par l'opération de refroidissement de la tôle dans le bain d'eau à ébullition lorsque la tôle ne présente plus une planéité acceptable.
Le procédé de contrôle de l'opération, objet de la présente invention, est caractérisé en ce que l'on enregistre le son émis au cours du passage de la tôle dans le bain, en ce que l'on compare le dit son avec un niveau de référence correspondant à la mise en oeuvre du procédé dans laquelle le front de transition ne se trouve pas dans la trajectoire ascendante de la tôle, et en ce que, lorsque l'on constate
\ une augmentation du son enregistré au-delà de la limite de référence, on modifie les conditions de mise en oeuvre de l'opération pour ramener le son en deçà de la dite limite.
Les modalités de mise en oeuvre, objets de la présente invention, constituent un progrès important dans la conduite et le contrôle du procédé de traitement thermique en continu de tôles en acier par immersion en eau "bouillante". La présente invention est applicable quel que soit le produit à réaliser et quelles que soient les conditions métallurgiques à respecter; la facilité de réglage du processus conduit sans difficulté à l'obtention des produits de qualité désirés.
Il est encore à noter qu'il faut interpréter, au sens de l'invention, les expressions "trajectoire descendante" et "trajectoire ascendante" de la tôle dans le bain comme étant les trajets normaux parcourus par une tôle pénétrant dans le bain et en ressortant sans détour après avoir simplement contourné un cylindre de renvoi disposé au fond de la cuve pour obliger la tôle à suivre le circuit prévu.
Il ne sortirait naturellement pas du cadre de l'invention de faire subir à la tôle, soit pendant son trajet entre la surface et la plus grande profondeur atteinte, ou entre ce niveau inférieur et
la surface, des rebroussements ou déviations secondaires de circuits.
<EMI ID=14.1>
REVENDICATIONS
<EMI ID=15.1>
dans lequel on chauffe la tôle à une température supérieure à sa température de recristallisation et ensuite on immerge la tôle dans un bain aqueux maintenu à une température supérieure à 75[deg.]C et de préférence porté à ébullition, caractérisé en ce que, en réglant les conditions de mise en oeuvre de la phase d'immersion, notamment la vitesse de défilement
<EMI ID=16.1>
et/ou la longueur du trajet de la tôle dans le bain, on positionne la zone de disparition du film de vapeur attaché à la surface de la tôle, ou "front de transition", en dehors de la trajectoire ascendante de la tôle dans le bain.
Continuous heat treatment process for steel sheets.
The present invention relates to a continuous heat treatment process for steel sheets. This process is particularly interesting for producing sheet metal for stamping or
resistance steel sheets with an excellent surface finish and
a great homogeneity of properties over their entire width and length.
Such qualities are specially required for heavy plates
yield strength used in the automotive industry.
When we want to obtain good ductility, drawing and elongation properties with cold-rolled steel sheets,
they are generally subjected to a recrystallization annealing in a coil
in a bell oven.
However, such treatment proves costly by its long
duration and hence its low productivity; moreover, the physical results obtained and even the surface chemistry exhibit a fairly great disper-
if we.
To overcome these drawbacks, various continuous treatment methods have been proposed and the applicant himself has already recommended to
replace conventional annealing in a bell oven with a treatment
continuous thermal essentially consisting in bringing the sheet to a
temperature higher than the recrystallization temperature of steel
and then immerse the sheet in an aqueous bath maintained at a temperature above 75 [deg.] C and preferably brought to a boil; this process,
which was the subject in particular of Belgian patent n [deg.] 837.458, can be used
to produce, in particular, sheet metal for stamping,
limited elastic and sheets with high breaking load and elongation
Student.
We now know well the operating principle of
process in question and for a long time we have known the role played by the
vapor film, or "caulking layer", which forms on the surface
of the sheet at the start of the immersion phase in the bath.
During his research for the development of modalities
of implementation of its process, the applicant has verified the effect of the disappearance of this layer of caulking, at the time when the boiling occurs.
This disappearance takes place when the surface of the submerged sheet is at
a transition temperature generally between 300 and 350 [deg.] C;
in fact, in the bath, we clearly observe the existence on the surface of
the sheet of a "transition front" marking the border between the area of
<EMI ID = 1.1> The subject of the present invention is a process for implementing the continuous treatment of sheets by heating above the recrystallization temperature and immersion in a water bath brought to a
<EMI ID = 2.1>
exists between the quality of the product obtained, in particular its flatness, and the situation of the transition front defined above.
It should be noted that by "water bath" should be understood, within the meaning of the invention, any water-based bath whatever the nature or the purity of this water, said bath possibly also containing elements in solution or in suspension.
The process which is the subject of the present invention is characterized in that, by regulating the conditions for implementing the immersion phase, in particular the speed of movement of the sheet and / or the temperature of the sheet when it enters the bath and / or the length of the path of the sheet in the bath, the disappearance zone of the vapor film attached to the surface of the sheet or "transition front" is positioned outside the upward trajectory of the sheet in the bath.
According to a first embodiment of the invention, the conditions of the immersion phase are adjusted so that the transition front does not appear at any point in the bath; that means
in fact that one regulates the treatment conditions so that the sheet comes out of the bath at a temperature higher than the transition temperature at which the caulking layer disappears.
In a preferred variant of this method, this position of the transition front is produced by printing on the sheet
sufficient speed; in a second variant, the temperature of the sheet at the inlet of the bath is adjusted to a sufficiently high value
and in a third variant, the height of the bath is limited to the minimum level compatible with the metallurgical conditions of the treatment.
By way of non-limiting illustration of this first modality of the process of the invention, the following examples will be cited. �
Example 1.
<EMI ID = 3.1>
immersed in a boiling industrial water bath, under the following conditions:
<EMI ID = 4.1>
The flatness of the sheet was found to be excellent.
Example 2.
It was the same for a sheet of 0.24 mm thick, treated at a running speed of 330 m / min, with an entry temperature into the water of 700 [deg.] C and a temperature output of 350 [deg.] C.
According to a second embodiment of the invention, the conditions of the immersion phase are adjusted so that the transition front appears in the downward trajectory of the sheet in the bath; preferably, it will also be avoided that the transition front is located in the zone where the sheet is in contact with the roller ensuring the return of the sheet to the surface of the bath.
In a variant of this second modality of the method of the invention, the position of the transition front is obtained in the
<EMI ID = 5.1>
sheet metal has a low value; according to the invention, it is also possible to adjust the temperature of entry of the sheet into the bath below a limit value depending on the operating conditions, or else the height of the bath can be kept above a predetermined minimum, also depending on the conditions of the operation.
By way of illustration of this second modality of information
<EMI ID = 6.1>
Example 3.
<EMI ID = 7.1>
according to the process under the following conditions:
<EMI ID = 8.1>
In both cases, the flatness was found to be excellent.
<EMI ID = 9.1>
a sheet having excellent flatness and this in a particularly simple manner; indeed, if during the operation, it is found that the transition front comes to be placed in the upward trajectory of the sheet in the bath, it suffices - depending on the circumstances corresponding to the chosen implementation - to modify the parameters, such as sheet speed, bath entry temperature, bath height, ...,
to either ensure the heat build-up again on the surface of the sheet
throughout the bath, or bring the transition front back on the descending trajectory.
It has in fact been observed, in an absolutely unexpected manner, that when the transition front was located on the upward trajectory of the sheet in the bath, the results of the treatment were unacceptable, in particular from the point of view of the flatness of the product.
Furthermore, it happens in certain cases that metallurgical reasons impose a temperature at the outlet of the bath of between
<EMI ID = 10.1>
<EMI ID = 11.1>
a tank containing a prohibitive height bath. To avoid this drawback, the applicant recommends implementing another method of the invention.
In this third method of implementing the method of the invention, at least two successive tanks containing
<EMI ID = 12.1>
the operating conditions are adjusted so that the temperature of the sheet, at the outlet of the penultimate tank, is between 300 and 500 [deg.] C;
under these conditions, the cooling phase of the sheet in this tank takes place in a heat-only regime, while in the next tank, the transition front can only be located in the downward trajectory.
It should also be noted that an installation with two successive tanks, such as that recommended for the particular treatment above, allows the treatment of all products, at all
<EMI ID = 13.1>
the invention; if necessary, one of the two tanks can be taken out of service to apply a different treatment.
The present invention also relates to a process for controlling the continuous heat treatment mentioned above;
it is based on the observation - also absolutely unexpected of a relation between on the one hand the position of the transition front and on the other hand the sound emitted by the cooling operation of the sheet in the boiling water bath when the sheet no longer has an acceptable flatness.
The process for controlling the operation, object of the present invention, is characterized in that the sound emitted during the passage of the sheet in the bath is recorded, in that the said sound is compared with a reference level corresponding to the implementation of the process in which the transition front is not in the upward trajectory of the sheet, and in that, when it is observed
\ an increase in the recorded sound beyond the reference limit, the operating conditions of the operation are modified to reduce the sound below said limit.
The methods of implementation, objects of the present invention, constitute significant progress in the conduct and control of the process of continuous heat treatment of steel sheets by immersion in "boiling" water. The present invention is applicable whatever the product to be produced and whatever the metallurgical conditions to be observed; the ease of adjustment of the process leads without difficulty to obtaining the desired quality products.
It should also be noted that, within the meaning of the invention, the expressions “descending trajectory” and “ascending trajectory” of the sheet in the bath must be interpreted as being the normal paths traversed by a sheet entering the bath and in emerging without detour after simply bypassing a return cylinder disposed at the bottom of the tank to force the sheet to follow the planned circuit.
It would naturally not depart from the scope of the invention to subject the sheet metal, either during its journey between the surface and the greatest depth reached, or between this lower level and
the surface, secondary reversals or deviations of circuits.
<EMI ID = 14.1>
CLAIMS
<EMI ID = 15.1>
in which the sheet is heated to a temperature above its recrystallization temperature and then the sheet is immersed in an aqueous bath maintained at a temperature above 75 [deg.] C and preferably brought to a boil, characterized in that, in regulating the conditions for implementing the immersion phase, in particular the running speed
<EMI ID = 16.1>
and / or the length of the path of the sheet in the bath, the area of disappearance of the vapor film attached to the surface of the sheet, or "transition front", is positioned outside the upward trajectory of the sheet in the bath.