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Procédé de conduite d'un traitement de recuit-base d'une bande d'acier.
La presente invention concerne un procédé de conduite d'un traitement de recuit-base d'une bande d'acier enroulée en bobine, en vue d'amétiorer la propreté de surface et en particulier pour reduire La poL- Lution superficielle en carbone de cette bande d'acier. L'invention vise plus particulièrement un traitement de recuit effectue sous une atmosphère à haute teneur en hydrogène.
Dans la presente demande, on utilisera Le terme "bande" pour désigner Le produit enroulé en bobine, tandis que te terme"töLe"sera reserve aux produits de dimensions plus petites, tires d'une bande.
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La tôle d'acier, et plus speciaLement La tôle mince laminée à froid, est actuellement utilisée dans de nombreux domaines du secteur des fabrications métalliques, par exemple pour La réalisation de boïtiers pour des appareils électriques ou électroménagers et pour la construction de mobilier métallique. Un autre domaine important d'application
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de La töle d'acier est celui de l'industrie automobile et plus pré- cisément celui de La fabrication des carrosseries de véhicules automobiles.
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Ce dernier secteur manifeste actuellement un intérêt croissant à L'egard des töles propres, c'est-ä-dire des töles présentant une chimie de surface, et en particulier une pollution superficielle en carbone, compatible avec Les traitements de phosphatation-peinture appliqués par Les utilisateurs. Pour fixer Les idées, La presente description sera, Åa titre de simple exemple, consacrée à une operation de
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recuit d'une bande d'acier destinée ä La fabrication de töLes de car- rosserie automobile.
Au cours de Leur utilisation, Les tôles de carrosserie automobile sont soumises ä des soLLicitations tres diverses, parmi lesquelles L'exposition Åa une large variété de conditions atmospheriques. La durée de
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vie de ces töles ä L'etat peint dépend largement de leur resistance Åa La corrosion atmosphérique. A cet egard, on salit également que La resistance ä La corrosion des tôles d'acier phosphatees et peintes est d'autant plus élevée que le degré de pollution superficielle de ces tôles est plus faible.
On rappeLLera que cette pollution superficielle est essentieLLement provoquee par le carbone provenant des huiles d'enduction et de laminage à froid et dont une partie subsiste sur la surface de La bande d'acier après Le recuit de recristallisation. On constate La présence de cette poLLution sur les bandes recuites en bobines ä spires serrées, quels que soient Le type de Laminoir a froid considere et le système de lubrification utilisé, avec ou sans nettoyage de la bande au moyen d'une solution detergente lors de La dernière étape de Laminage.
Afin de garantir à ces tôLes une résistance à la corrosion suffisante, les utilisateurs ont determine une Limite supérieure de La pollution superficieLLe en carbone, qui s'élève actuellement à 7 mg de carbone par metre carre et par face de La töle. Pour respecter ce critère de proprete superficielle, iL convient donc de maitriser l'élimination, au cours du recuit de recristallisation, de L'ensemble des residus
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hydrocarbones presents sur La bande d'acier ä La sortie du Laminoir ä froid.
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Dans certains cas, Le probLeme peut être resoLu en soumettant La bande d'acier a une opération de recuit en continu ;
ce procédé utilise un traitement de degraissage aLcaLin avant Le recuit, afin d'elimineer les
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résidus d'huiles presents sur La bande. Cette solution n'est cependant pas toujours appLicabLe. ActueLLement, certaines qualités de bandes d'acier pour tôles de carrosserie, notamment, doivent etre recuites en bobines à spires serrées, sous une atmosphere protectrice, tant pour des raisons métallurgiques que parce que de nombreux producteurs ne disposent pas d'installations de recuit continu.
De manière tres schématique, Le recuit de recristallisation d'une bobine ä spires serrees comprend une etape de chauffage jusqu'à une temperature de recuit prédéterminée, une étape de maintien à cette temperature pendant une durée appropriée et une etape de refroidissement. Les valeurs des températures, des durees ainsi que des vitesses de chauffage et de refroidissement sont imposees par Le traitement metallurgique correspondant à chaque type de produit. A titre indicatif, La temperature de recuit est en generaL comprise entre 6500C et 7500C ; elle doit être au moins egaLe à la temperature de recristallisation de l'acier considere.
IL est de pratique courante d'effectuer ce recuit de recristallisation sous une atmosphere protectrice légèrement reductrice pour eviter tout risque d'oxydation de la bande. A cet effet, on utilise generaLement
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une atmosphere du type HNX, constituee essentiellement d'azote et d'environ 5 % d'hydrogene.
Pendant l'étape de chauffage de La bande enroulée en bobine jusqu'ä La température de recuit désirée, Les residus hydrocarbonés subissent une distiLLation ou un craquage thermique qui provoque un dégagement de fumées de distillation. Ces fumées contiennent des composes carbonés gazeux, qui assurent ainsi L'élimination d'une partie du carbone de ces residus hydrocarbones ; Le reste du carbone demeure sur la surface de La bande, sous forme notamment de suies ou de graphite. Pour évacuer les fumees de distillation, on renouvelle l'atmosphère pro-
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tectrice par une circuLation continue pendant La période correspondant ä La distiLLation des résidus hydrocarbones.
Lorsque cesse Le dégagement des fumees de distillation, on diminue La circuLation de l'atmosphère protectrice pendant une per-iode qui s'etend approximativement jusqu'à La fin de l'étape de maintien a temperature ; on interrompt ensuite cette circulation de manière à maintenir L'atmosphere protectrice stationnaire jusqu'a La fin du traitement, a L'exception d'un faible debit assurant une Légère surpression dans Le four afin d'éviter toute entrée d'air exterieur. Cette technique connue Laisse cependant subsister à La surface de La bande Le carbone qui n'a pas été éliminé sous forme gazeuse. Elle nécessite en outre de
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Longues durées de traitement, et Les propriétés mécaniques de La bande d'acier ne sont pas toujours homogènes, notamment au sein d'une même bobine.
IL est apparu récemment un procédé de recuit de ce même type, dans lequel cependant L'atmosphere protectrice HNX cLassique est remplacée par de L'hydrogene pur. l'utilisation de l'hydrogène permet d'assurer un meilleur échange thermique entre La paroi chaude du four et la bobine en cours de recuit, en raison de La meilleure convection reaLisabLe avec ce gaz. Pour L'utilisateur, il en resuLte une plus grande homogénéité thermique dans La bobine et donc une meiLLeure homogénéité des propriétés mécaniques pour des prélèvements effectudés en plusieurs endroits de La bobine. En outre, Les temps de recuit peuvent être nettement raccourcis, ce qui augmente le rendement des fours.
Ici également, L'hydrogene est renouveLe par circulation continue au cours de La periode initiale correspondant ä La distiLLation des residus hydrocarbonés; la circulation est ensuite reduite, puis interrompue et l'atmosphère d'hydrogène reste alors stationnaire. Ce procede permet d'ameliorer sensiblement La situation en ce qui concerne La proprete de surface de la bande d'acier ;
Les résultats obtenus presentent néanmoins une dispersion assez importante.
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La presente invention propose un procede qui permet d'améliorer encore La propreté de surface de La bande d'acier en abaissant La pollution superficielle en carbone à des niveaux qui ne peuvent pas etre atteints par les procédés antérieurs, et de remédier aux inconvénients précités tout en profitant des avantages Lies ä l'utilisation d'une atmosphère d'hydrogène pur.
Le procédé de La présente invention est base sur une observation que Le demandeur a faite au cours de ses travaux relatifs à l'amélioration de la propreté superficielle des bandes d'acier Laminées à froid. Il a en effet constate, de manière inattendue, qu'il se produisait un important dégagement de CH, pendant L'etape de maintien de La bande d'acier à la température de recuit. Cette constatation est d'autant plus surprenante qu'a ce moment, la distilLation des résidus hydrocarbones et terminée.
Ce phénomène qui n'avait jamais été observé antérieurement, semble être la conséquence d'une réaction de L'hydrogene avec Le carbone demeurant sur La surface de La bande apres La distillation des résidus hydrocarbones.
L'auteur de La presente invention a alors eu L'idée originale d'assurer une élimination contrôlée de ce CH4 par une politique de debit appropriée afin d'améliorer encore La proprete superficielle de La bande.
Conformément ä La presente invention, un procede de c, onduite d'un traitement de recuit d'une bande d'acier oor) dégraissée enroulee en bobine, sous une atmosphere protectrice contenant de l'hydrogène, ledit traitement de recuit comprenant successivement une etape de chauffage de La bande jusqu'à La temperature de recuit, une etape de maintien de La bande ä cette temperature de recuit et une etape de refroidissement de la bande, et dans Lequel on fait circuler ladite atmosphere protectrice pendant La periode correspondant à la distillation des résidus hydrocarbones présents ä la surface de La
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bande d'acier,
est caractérisé en ce que L'on provoque une circulation de l'atmosphère protectrice apres ladite période de distillation et au
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moins jusqu'au début de L'etape de refroidissement.
Par Les expressions "faire circuler" et "circulation" de l'atmosphère protectrice utilisees dans La présente demande, il faut comprendre que L'on alimente Le four de recuit en atmosphere protec- trice fraiche ä partir d'une source appropriée et que L'on extrait du four de recuit l'atmosphère protectrice usee. Une telle circulation est de préférence assurée en permanence pendant les périodes precitees.
Selon une mise en oeuvre particulière de L'invention, on n'interrompt
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pas La circulation de L'atmosphere protectrice a La fin de ladite periode de distillation des résidus hydrocarbones.
Selon une autre caractéristique du procédé de L'invention, on interrompt la circulation de L'atmosphere protectrice au début de l'étape de refroidissement, en cessant d'extraire L'atmosphere protectrice usée sans interrompre l'alimentation en atmosphère protectrice fraiche.
Le procede de L'invention peut etre applique avec toute atmosphere protectrice contenant de l'hydrogène, telle qu'une atmosphère HNX. IL s'est cependant avéré particulièrement intéressant dans Le cas ou L'on utilise une atmosphere protectrice constituée d'hydrogene pur ou pratiquement pur.
O'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre et qui est consacrée ä un exemple de mise en oeuvre de ce procede. Cette description est illus- tree par les dessins annexes, dans lesquels la Fig. 1 est un diagramme montrant L'evoLution de La temperature du four (Tr) et de la temperature des bobines d'acier (Tm) au cours. d'un traitement de recuit de recristallisation ;
la
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Fig. 2 montre L'evoLution de la teneur en CH4 de L'atmosphère protec- trice pendant Le recuit de La Fig. 1, dans des conditions con- formes à La technique antérieure ; et La Fig. 3 montre l'evolution de La teneur en Cl, de L'atmosphere protec- trice pendant un traitement de recuit identique à celui de La
Fig. 1, dans des conditions conformes ä La présente invention.
Le present exemple se rapporte ä deux traitements de recuit de recristaLLisation de trois bobines de bande d'acier laminée ä froid. Les bandes étaient en acier doux pour emboutissage, caLme à l'aluminium et coulé en continu. Ces bandes, d'une largeur de 1200 mm et d'une epaisseur de 0, 8 mm, constituaient une charge de 60 t, placée dans un
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four monopile.
Les deux cycles de recuit sont identiques et sont iLLustres dans La Fig. 1 ; ils comprennent une etape I de chauffage jusqu'ä une temperature d'environ 700"C en une duree d'environ 15 h, suivie d'une etape II de maintien Åa cette temperature egaLement pendant environ 15 h. Enfin, les bandes sont refroidies Lentement jusqu'ä La température ambiante (etape III). La courbe Tr illustre la température du four, réglée par Le dispositif de regulation ; La courbe Tm iLLustre L'evoLution de la temperature du metal, c'est-a-diredes bobines empilées dans le four.
L'atmosphere protectrice était mise en circulation, au sens indique pLus haut, avec un debit initial constant de 15 m/h mais qui etait ramene ä 5 m'/h après environ 25 h, maintenu ä nouveau constant ä ce niveau pendant environ 5 h puis annule pendant la fin du traitement.
Pendant l'étape de chauffage (1), Les résidus d'huiles de Laminage presents à la surface des bandes subissent une distillation sensiblement entre 3500C et 7000C. Il en resulte un dégagement de fumees de distiLLation qui se composent de diverses substances organiques et notamment de CH,. Ce degagement se traduit dans Le diagramme de La Fig. 2 par une pointe de concentration en CH4, de L'ordre de 1 % en volume, après environ 10 h de chauffage. Du fait du
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balayage assuré par l'atmosphère en circulation, cette concentration redevient sensiblement nuLLe apres environ 15 h ; cette situation correspond ä La fin du dégagement des fumees de distiLLation.
L'opinion généralement admise considère qu'Åa partir de ce moment, L'atmosphère protectrice est constituee excLusivement d'hydrogene, selon Le trace de La courbe (a).
Jusqu'à ce point, Le processus est connu et correspond à la technique antérieure, selon LaqueLLe l'alimentation en hydrogene est réduite puis interrompue et où l'atmosphère protectrice est pratiquement stationnaire apres la fin de La periode de distiLLation.
Conformément Åa L'observation inattendue qui est ä La base de La presente invention, l'évolution reelle de La composition de
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L'atmosphere protectrice est indiquée par Le courbe (b) de La Fig. 2.
Cette courbe révèle une teneur en CH4 importante, qui se maintient pendant une Longue periode ; dans ce cas, Le maximum atteint 13 % en
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volume et La presence de CH4 se prolonge pendant plus de 30 heures.
4 Contrairement à La technique connue, Le procédé de L'invention enseigne de poursuivre La circulation de l'hydrogène sans diminution audelè de La cessation du dégagement des fumées de distillation et jusqu'ä La fin de L'etape II de maintien a temperature.
En application du procédé de L'invention, on a opere avec un débit initial de 10 m'/h, que l'on a maintenu sans diminution pendant environ 30 h, et on L'a interrompu à ce moment, qui correspond au passage de L'etape 11 de maintien à température à l'étape III de refroidissement Lent. L'arret de La circulation de L'atmosphere protectrice a été obtenu par La fermeture du dispositif d'extraction de L'atmosphere usée. Comme on L'a indique plus haut, cet arret n'est pas absolu puisque l'on maintient toujours un Leger debit assurant une faible surpression qui evite Les entrées d'air.
IL est par ailleurs preferabLe de ne pas interrompre complétement l'alimentation, car en se refroidissant, L'atmosphere protectrice se contracte et provoque
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dans Le four une dépression qui pourrait entraîner l'aspiration d'air si cette alimentation etait coupee totalement.
Ces operations se traduisent dans le diagramme de la Fig. 3 par une augmentation de la teneur en CH4 dans L'atmosphere du four, cette aug-
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mentation conduisant toutefois ä des teneurs en CH4 nettement moins 4 élevées que dans Le cas de La technique antérieure. En raison de La vitesse Limitee des reactions, La teneur en CH4 continue à augmenter pendant plusieurs heures après L'arret de la circulation de
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L'hycirogenei elle Passe par un maximum ä environ 40 h, puis elle diminue rapidement par suite du baLayage assure par (e debit de sécurité. Il faut noter que Le maximum est moins eLeve que dans Le cas de La Fig. 2. De pLus, Le CH4 est evacue en une période plus courte, ce qui favorise l'elimination du carbone de La surface de La bande.
Les debits d'hydrogene peuvent etre regLes en fonction du degre de propret6 superficielle recherche. De même, il ne sortirait pas du cadre de l'invention, de proLonger La circuLation de L'hydrogene pendant au moins une partie de L'etape de refroidissement, ce qui pourrait encore améliorer La proprete superficielle. Actuellement cependant, une teLLe operation est rendue difficiLe en raison de problemes technologiques liés notamment à l'étanchéité des bases de recuit.
Dans Les conditions de L'exempLe qui vient d'etre decrit, le procede de L'invention a permis d'abaisser Le degre de poLLution en carbone de La surface des bandes ä des niveaux compris entre 1 et 2 mg/m2 c'est-à-dire à des niveaux comparables à ceux que permet te recuit en continu. Ce faible degré de pollution superficielle est sensiblement uniforme à La surface des bandes et iL conduit ä de remarquables niveaux de résistance à La corrosion atmosphérique des tôLes phosphatées et peintes.