EP3126539B1 - Installation et procédé de décapage et de revêtement métallique d'une bande métallique - Google Patents

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EP3126539B1
EP3126539B1 EP15703485.1A EP15703485A EP3126539B1 EP 3126539 B1 EP3126539 B1 EP 3126539B1 EP 15703485 A EP15703485 A EP 15703485A EP 3126539 B1 EP3126539 B1 EP 3126539B1
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EP
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strip
temperature
pickling
furnace
stage
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Alain Challaye
Sébastien MAILLARD
Philippe Podda
Jean-Pierre Robinet
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Clecim SAS
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Publication date
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    • C21D8/0236—Cold rolling

Definitions

  • the present invention relates to an installation for stripping and metallic coating of a metal strip according to the preamble of claim 1 and an associated process according to the preamble of claim 12.
  • hot steel rolling lines have made it possible to provide metal strips with a thickness generally greater than about 1.2 mm.
  • These lines conventionally require the association of continuous casting delivering products with a thickness of around 200 to 250 mm, requiring the use of a set of hot rolling mill stands to obtain a strong reduction in thickness. in particular when it is desired to achieve minimum thicknesses of around 1mm.
  • the energy balance and the sizing of such installations to achieve this result are relatively heavy.
  • new continuous hot metal casting processes of the so-called ESP ("Endless Strip Production”) type make it possible to obtain, with the help of a smaller set of hot rolling mill stands, metal strips of steel of high quality. minimum thickness around 0.7 mm to date.
  • the strips obtained by the "hot” processes described above would have to be further pickled, then finally galvanized.
  • the output thickness of the strips produced would then be at least generally greater than 1.2 mm with conventional hot processing methods.
  • coated metal strips for example galvanized thinner and also with good stamping properties, it is necessary to cold roll these strips with a large reduction in thickness.
  • Cold rolling thus induces strain hardening of the steel, compared to a low original level of said strain hardening, it nevertheless offers the advantage of participating in obtaining good final drawing properties, but requires, downstream of the 'rolling operation, annealing the rolled metal strip, before galvanizing, in order to make it possible to obtain, in particular, the good final stamping properties.
  • An example of a galvanizing line for cold rolled, annealed and then galvanized incoming strips is described by US4436292A .
  • An aim of the present invention is therefore to provide a solution to widen a range of thicknesses of products leaving a continuous metal coating process supplied by default with a non-pickled steel strip running, from of coils produced by a hot process.
  • the proposed solution must also ensure that the strip entering the coating unit has a minimum rate of strain hardening, even if a reduction in strip thickness to widen said range is carried out.
  • this solution should make it possible to dispense with a step of high thickness reduction by cold rolling involving a step of annealing the strip (recrystallization), while nevertheless making it possible to maintain good stamping qualities of the product. final.
  • the present invention should make it possible to ensure a continuous combined process of steps combining pickling, reduction in thickness, improvement in roughness and flatness, maintenance of the optimum properties of the material after reduction in thickness, and deposition of the metallic coating.
  • the metallic coating is mainly a galvanization on the strip such as for example by a hot dipped process in a bath of liquid metal comprising various types of metal alloys for galvanic protection of the steel, followed by associated treatments to ensure the quality. market for coated products. It is also possible to provide any other metal coating process, such as galvanization in an appropriate electrolytic bath.
  • a pickling and metal coating installation such as galvanizing a continuously moving metal strip, comprising successively depending on the movement at least one pickling unit, an oven, a coating unit (such as a bath of liquid metal as a coating agent or an electrolytic bath), and for which the metal strip entering the stripping unit is by default a hot rolled product,
  • a coating unit such as a bath of liquid metal as a coating agent or an electrolytic bath
  • the furnace generally under an atmosphere non-oxidizing requires a single restoration of strip under a plateau of lower temperatures (between 300 ° C and 700 ° C for less than two minutes) after the strip has undergone a slight reduction in thickness in the rolling mill with limited elongation / reduction.
  • the installation Advantageously allows a balancing between the effects of (limited) thickness reduction over a wider range and the guarantee of a possible strip restoration control in order to guarantee high stamping qualities of the outgoing strip (minimized hardening effect by restoration).
  • the reduction limited by a rolling mill with limited elongation / reduction makes it possible to ensure a roughness and a flatness adapted to a better wettability necessary for the coating downstream and a better dewatering downstream.
  • a cleaning unit installed downstream of the skin pass will also allow any emulsions / detergents or other alkaline products to be evacuated, as well as dust (fine iron) and other metal debris possibly generated by the action of the extension rolling mill / limited reduction, in order to improve the quality of the coating.
  • the limited elongation / reduction rolling mill only performs a low elongation (or reduction of thickness) and nevertheless makes it possible to obtain a galvanized strip having in particular excellent stamping properties.
  • the invention proposes a method of stripping and metallic coating of a moving metal strip. continuous, comprising successively according to the scrolling at least one step pickling (2), a heat treatment step in strip temperature control (4), a coating step such as galvanization (5) (such as by dipping in a bath of liquid metal or in an electrolytic bath) , and for which the metal strip upstream of the pickling step is by default a hot rolled product,
  • a post-coating step is also provided for possible simple or combined operations by means of an additional skin-pass and a tensile leveler, said operation being followed by an additional coating step (such as a passivation step. ).
  • a set of sub-claims also presents advantages of the invention.
  • an inlet section (1) allows the introduction of the strip into said unit by means of two unwinders (1a, 1b) successively unwinding the coils towards a strip shear and a welder (11) in order to weld the heads and tails of two successive bands, as well as an accumulator (not shown) to adapt the web running speed during welding, then for the introduction of the welded bands into the stripping unit (2).
  • a descaling means (“oxide breaker”) is also arranged before the strip enters the stripping unit (2).
  • the pickling unit (2) can comprise successively juxtaposed acid baths, as well as rinsing and drying means. It may alternatively comprise a system for spraying the product with a stripping compound such as by means of an abrasive solid material and, if necessary, a liquid.
  • a stripping compound such as by means of an abrasive solid material and, if necessary, a liquid.
  • the abrasive solid material comprises for example solid particles and / or grains and the liquid, if necessary, comprises at least water.
  • the metal strip entering the pickling unit is by default a hot-rolled product, having a minimum thickness of a few tenths of a millimeter.
  • the metal strip upstream of the pickling unit could also be a cold rolled product replacing the hot rolled product, in which case the strip is not pickled in the pickling unit (or deflected from the unit. stripping to the limited elongation / reduction rolling mill) and the furnace provides additional heating and cooling means to ensure strip annealing.
  • This alternative is however not further described in the context of the invention, because even if it has flexibility of switching between bands "to hot ”or“ cold ”to be coated on the surface for example to galvanize them, it requires either that the furnace allows an annealing again, or that it is accepted to keep high values of hardness due to work hardening by rolling at cold.
  • the installation according to the invention provides that the limited elongation / reduction rolling mill (3) disposed at the outlet of the pickling unit (2) allows a thickness reduction factor of 0.1% to at least 30%.
  • the output of the limited elongation / reduction rolling mill is coupled to a strip cleaning unit (31) comprising at least one of the cleaning means among a degreasing (if the reduction rate greater than about 10% which would require the use of emulsion of the oil-water type during rolling in a rolling mill with limited elongation / reduction), brushing, watering, wringing, drying.
  • the limited elongation / reduction rolling mill uses working rolls with defined roughness adapted to the degree of roughness desired on the strip after operations of the rolls, in order to best ensure the adhesion of the subsequent coating on the strip.
  • the type of limited elongation / reduction rolling mill installed can be single-stage or even include two juxtaposed stands.
  • the strip On leaving the cleaning unit, the strip thus enters the oven (4) comprising successively at least one of the heating means among inductors or other heating means, radiant tubes or other temperature maintenance means, at least an additional zone for rapid heating and / or rapid cooling.
  • These heating means can have various dynamics of heating or cooling of the strip depending on the requirements of the heat treatment according to the invention.
  • the oven is ideally placed in a non-oxidizing atmosphere.
  • a section of the furnace comprises means for heating the strip ensuring a strip temperature below a threshold temperature for at least partial recrystallization of the strip, under a controllable temperature level between 300 ° C and 700 ° C for less than two minutes.
  • the furnace can finally raise the required strip outlet temperature before entry into the hot dipped metal coating unit around 500 ° C for conventional galvanization, then brings it down below this value, ideally around 465 ° C for a liquid galvanizing bath (this temperature can vary significantly depending on the type of alloy used) or to a temperature close to that ambient for an electrolytic bath.
  • the furnace therefore has means of heating and cooling distributed in an arrangement so that several (range or cycle of) stages and conduct of tape restoration temperature (depending on its properties and steel grade) and an adjustment to the temperature required at the input of the coating unit (5) are ensured.
  • the web then travels through the coating unit (5) such as by hot dipping in a bath of hot liquid metal as a coating agent.
  • Means for spinning, heating, cooling, soaking in a water tank are arranged downstream of the metal bath, then the strip is led to a second so-called intermediate accumulator, in order to adjust the running speed to a finishing section ( 6) which may successively comprise a second skin-pass, a leveler under tension, means for checking the properties of the galvanized strip (by thickness measurement / surface inspection / etc.), a second optional means of final coating (7 ) surface passivation with a drying module.
  • an exit section (8) comprising a set (81) of modules such as an output accumulator, an optional strip edge shear, final surface inspection means, an optional oiling module, a strip shear allowing the cross cutting of strips in order to to divide and direct the strip on at least one winder and ideally two winders (8a, 8b).
  • modules such as an output accumulator, an optional strip edge shear, final surface inspection means, an optional oiling module, a strip shear allowing the cross cutting of strips in order to to divide and direct the strip on at least one winder and ideally two winders (8a, 8b).
  • This exemplary embodiment of the installation according to the invention thus allows the implementation of an advantageous method of pickling and metallic coating of a continuously moving metal strip, comprising successively according to the movement at least one step of pickling (2), a strip temperature control step (4), a metal coating step (5), and for which the metal strip upstream of the stripping step is by default a hot rolled product,
  • Figure 2 illustrates as simply as possible the intended principle of tape restoration in the oven (4) of the installation according to the invention as described in figure 1 .
  • the hardness (D) of the strip (the increase in hardness is defined as hardening) is given as a function of the temperature T (° C) on the abscissa.
  • the object of the present invention is then to be able to reduce the hardness of the strip leaving the limited elongation / reduction rolling mill by a heating / cooling arrangement of the furnace (4) making it possible to subject the strip to a thermal cycle in an interval and under at least one temperature level included in the hatched part (REST) of the figure 2 representing a possible range of tape restoration temperature.
  • the curve shown thus shows quite simply that the rise in temperature from the hardened state (Ee) in the restoration field brings the strip back to its state close to the initial hardened state (Ei), however without having to raise the temperature.
  • Figure 3 presents a graph of temperature T (° C) as a function of time t (s) for three possible settings for controlling the restoration step targeted by figure 2 , for example for three grades or three strip reduction conditions at the inlet of the furnace (4).
  • a thermal adjustment path of the furnace is thus controlled in order to optimize a temperature cycle applied to the strip moving in at least one enclosure of the furnace, with the aim of carrying out a phase of restoring the material of the strip, depending on the external conditions. and intrinsic to said strip, then for bringing the strip to temperature at the end of the restoration, particularly in order to minimize the active heating / cooling time (minimized energy demand) for the restoration of the strip.
  • Dt_Rest the end of the restoration period
  • the method of stripping and metallic coating of a continuously moving metal strip can provide that the thermal cycle step initially dedicated for mastering a single strip restoration is extended. in the sense that at least partial band recrystallization, or even grain enlargement, is achieved.
  • the thermal cycle step initially dedicated for mastering a single strip restoration can be extended to a thermal treatment step such as annealing requiring a furnace provided with suitable heating and cooling thermal powers.
  • Annealing generally consists of at least a first restoration step, then a partial or total recrystallization step and finally optionally a grain enlargement step. This is particularly suitable with a relatively high rate of reduction of the rolling mill upstream of the furnace, for example above 5% or even up to at least 40%.
  • the invention provides that the installation according to the invention can thus have at least one section of the furnace comprising means for heating (and / or cooling) the strip ensuring temperature control.
  • the installation according to the invention can thus have a section of the furnace comprising at least means for heating (and / or cooling) the strip ensuring strip temperature control above a minimum recrystallization temperature. at least partial of the strip and / or up to grain growth, ideally above 500 ° C for less than two minutes, the rolling mill exhibiting a high reduction rate greater than 5%.
  • recrystallization temperature values are generally between 500 ° C and 850 ° C, and the associated values of grain growth temperatures are higher, reaching and exceeding 900 ° C.
  • heating and / or cooling means recommended for the purpose of allowing temperature control, such as the control of at least one thermal cycle (restoration then, if necessary, recrystallization, grain magnification), radiant elements (such as tubes) or / and inductors are placed in the furnace.
  • radiant elements such as tubes
  • inductors are placed in the furnace.
  • the use of inductors is generally more expensive than the use of radiant elements, in particular in terms of energy consumption.
  • the rolling mill at the outlet of the pickling unit makes it possible in particular to modify (amplify) the surface roughness of the rolled strip, namely that surface roughness changes the emissivity coefficient of the strip, that is, a strip with a smooth surface finish more easily reflects heat radiation emitted by radiant heat transmitters, while 'conversely, if the surface is rough, the tape will better absorb the heat radiated.
  • the rolling mill upstream of the furnace thus makes it possible to optimize or even shorten the thermal cycle desired for the invention.

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Description

  • La présente invention concerne une installation de décapage et de revêtement métallique d'une bande métallique selon le préambule de la revendication 1 ainsi qu'un procédé associé selon le préambule de la revendication 12.
  • Jusqu'à maintenant, des lignes de laminages d'acier à chaud permettent de fournir des bandes métalliques d'une épaisseur généralement supérieure à environ 1,2mm. Ces lignes requièrent de façon classique, l'association d'une coulée continue délivrant des produits dont l'épaisseur voisine de 200 à 250 mm, nécessite le recours d'un ensemble de cages de laminoirs à chaud pour obtenir une forte réduction d'épaisseur en particulier lorsque l'on veut atteindre des épaisseurs minimales de environ 1mm. Le bilan énergétique et le dimensionnement de telles installations pour atteindre ce résultat sont relativement lourds. Récemment, de nouveaux procédés à coulée continue de métal chaud de type dit ESP (« Endless Strip Production ») permettent d'obtenir avec l'aide d'un ensemble plus réduit de cages de laminoir à chaud des bandes métalliques en acier d'une épaisseur minimale aux environs de 0,7 mm à ce jour. Il est fort probable que, dans les années ou décennies prochaines, des épaisseurs moindres par exemple aux environs de 0,5 mm seront technologiquement atteintes par de tels procédés sur l'exemple du type ESP. Il est aussi à noter que de tels procédés permettent aussi une production continue de bandes métalliques et sont donc très efficaces en termes de productivité. De plus, leur bilan énergétique pour transformer le produit depuis la coulée continue jusqu'à la fin du laminage de fine épaisseur est réduit par rapport aux procédés antérieurs. Généralement, les producteurs de telles bandes disposent donc d'au moins une ligne de coulée continue couplée à un ensemble de cages de laminage à chaud et en sortie à un système de bobineuses de bandes. Ces bandes sont ainsi livrées en bobines dites « à chaud » avec une surface oxydée, c'est-à-dire sous forme de bobines de bandes non décapées.
  • Dès lors, si une opération de revêtement métallique telle qu'une galvanisation de la bande « à chaud » devait être engagée, les bandes obtenues par les procédés « à chaud » décrits ci-dessus devraient être encore décapées, puis finalement galvanisées. L'épaisseur de sortie de ses bandes produites serait alors au moins supérieure généralement à 1,2mm avec les voies d'élaborations à chaud conventionnelles. De plus, pour obtenir des bandes métalliques revêtues, pour exemple galvanisées de plus faible épaisseur et aussi avec de bonnes propriétés d'emboutissage, il est nécessaire de laminer à froid ces bandes sous forte réduction d'épaisseur. Le laminage à froid induit ainsi un écrouissage de l'acier, par rapport à un niveau original faible dudit écrouissage, il offre cependant l'avantage de participer à l'obtention de bonnes propriétés finales d'emboutissage, mais oblige, en aval de l'opération de laminage, de recuire la bande métallique laminée, avant galvanisation, afin de permettre d'obtenir, en particulier, les bonnes propriétés d'emboutissage au final. Un exemple de ligne de galvanisation pour des bandes entrantes laminées à froid, recuites puis galvanisées est décrit par US4436292A .
  • A partir d'un procédé à chaud de production de bandes à faible épaisseur (quelques dixièmes de mm, par exemple 0,7mm), tel que le procédé de type ESP, ces épaisseurs faibles de bandes produites « à chaud » rejoignent progressivement un intervalle d'épaisseur significative produite par l'intermédiaire du laminage à froid décrit précédemment.
  • Une méthode pour décaper et galvaniser en continu des produits défilants (ou bobinés) et non décapés, issus d'un procédé à chaud a été décrite en 2001 dans US6761936B1 ou WO2000/03816A1 pour des bandes entrantes d'épaisseur minimale d'environ 1,2mm. Principalement, cette méthode offre un mode de réalisation sous forme d'une installation de décapage et de revêtement par galvanisation par le procédé de trempé dans un bain d'alliage liquide, d'une bande métallique en défilement continu, comprenant successivement selon le défilement au moins une unité de décapage (incluant à sa sortie un rinçage et séchage), un four de mise à température de la bande décapée à la température requise en entrée d'un bain liquide de zinc pour une étape finale de galvanisation. La demande constante du marché pour réduire les coûts de production et pour améliorer la qualité, conduit à réduire en particulier: les dimensions et quantité des équipements de production, les ressources des équipes d'exploitations et consommations énergétiques, ainsi que les temps de procédés. Galvaniser des produits à chaud d'épaisseur en entrée relativement fine d'épaisseur proche de 0,5mm, mais aussi supérieure avec un produit en sortie possédant de bonnes propriétés d'emboutissage, va complétement dans le sens de la demande des producteurs d'acier et de leurs clients. La méthode ainsi décrite par US6761936B1 n'assure définitivement pas un tel enjeu. Enfin, même si des produits à chaud d'aujourd'hui et de demain présenteront des épaisseurs de par exemple 0,7mm ou moins en entrée d'une installation de décapage et de galvanisation telle que décrite dans US6761936B1 : l'épaisseur d'entrée et de sortie du corps de bande restera quasiment inchangée. De plus, la qualité du revêtement de galvanisation, comme par exemple le procédé de trempé dans bain à chaud et essorage selon US6761936B1 , ne sera pas optimisée en termes de rugosité de surface et de planéité de la bande. Enfin, la bande en sortie n'aura donc assurément pas de bonnes propriétés d'emboutissage. Cette installation a ainsi le désavantage à cause du manque de l'opération de laminage à froid, de ne pas pouvoir délivrer des produits galvanisés d'épaisseur réduite (pour exemple dans une fourchette de 0,5 mm à 5 mm), tout en maintenant des propriétés de résistance mécanique du produit sortant sensiblement équivalentes au produit entrant.
  • Dans le but de réduire l'épaisseur des produits décapés et galvanisés (issus en amont d'un produit à chaud non décapés) tout en s'affranchissant d'un laminage à froid puis d'un recuit, les fascicules de brevets apparentés US8163348B2 ou EP1861517B1 présentent une solution qui, à partir de l'installation décrite dans US6761936B1 , prévoit de disposer une unité de laminage à froid (imposant une réduction d'épaisseur de 6,5 à 10%) en aval de l'unité de galvanisation, c'est-à-dire par laminage à froid du produit galvanisé (= revêtu). La bande métallique soumise à une opération de réduction d'épaisseur par laminage à froid, la dite réduction restant même limitée à 10% et le laminage n'étant pas suivi d'un recuit en aval, la réduction n'est pas appropriée pour permettre d'obtenir des qualités optimales de bande galvanisée en ce que: d'une part la résistance de la couche revêtue risque d'être sensiblement dégradée par les effets des forces et allongement différentiels du laminage entre substrat et couche rapportée ; d'autre part des propriétés d'emboutissage de bande risquent d'être médiocres en raison d'une absence de recuit en aval, en particulier pour des taux élevés de réduction d'épaisseur..
  • Un but de la présente invention est donc de proposer une solution d'élargir une gamme d'épaisseurs de produits sortants d'un procédé de revêtement métallique en continu alimenté par défaut par une bande d'acier non décapée en défilement, issues de bobines élaborées par un procédé à chaud. La solution proposée doit aussi assurer que la bande en entrée de l'unité de revêtement possède un taux minimal d'écrouissage, même si une réduction d'épaisseur de bande pour élargir la dite gamme, est effectuée. Enfin, cette solution doit permettre de s'affranchir d'une étape de réduction d'épaisseur élevée par laminage à froid impliquant une étape de recuit de la bande (recristallisation), tout en permettant cependant de conserver de bonnes qualités d'emboutissage du produit final.
  • Egalement, la présente invention doit permettre d'assurer un procédé combiné continu d'étapes conjuguant le décapage, la réduction d'épaisseur, l'amélioration de rugosité et planéité, le maintien des propriétés optimales du matériau après la réduction d'épaisseur, et le dépôt du revêtement métallique. Le revêtement métallique est principalement une galvanisation sur la bande comme par exemple par un procédé de trempé à chaud dans un bain de métal liquide comprenant divers type d'alliages métalliques pour une protection galvanique de l'acier, suivi de traitements associés pour assurer la qualité de marché des produits revêtus. Il est aussi possible de prévoir tout autre procédé de revêtement métallique, tel qu'une galvanisation dans un bain électrolytique approprié.
  • Une solution sous forme d'installation est ainsi proposée au travers des caractéristiques de la revendication 1. Enfin, un procédé associé est également proposé au travers des caractéristiques de la revendication 13.
  • A partir d'une installation de décapage et de revêtement métallique telle qu'une galvanisation d'une bande métallique en défilement continu, comprenant successivement selon le défilement au moins une unité de décapage, un four, une unité de revêtement (comme un bain de métal liquide comme agent de revêtement ou un bain électrolytique), et pour laquelle la bande métallique entrante dans l'unité de décapage est par défaut un produit laminé à chaud,
  • l'installation selon l'invention est caractérisée en ce que :
    • un laminoir à allongement/réduction limitée d'épaisseur de bande est disposé entre l'unité de décapage et le four ;
    • le four impose à la bande un cycle thermique permettant de maitriser une restauration de structure de bande (c'est-à-dire libre de recristallisation de bande) et impose en sortie de four une mise à température de bande requise en entrée d'unité de revêtement métallique (par des moyens de chauffage ou de refroidissement adéquats).
  • Ainsi, il est assuré au travers d'une association de procédés continus de réduction limitée et, en aval, de contrôle de température, la production d'un produit (bande) galvanisé pour laquelle le produit entrant dans l'installation peut être une série de bobines métalliques non décapées issues d'un procédé d'élaboration à chaud qui peut avoir une épaisseur supérieure en entrée par rapport à l'épaisseur finale après revêtement. Le couplage de ces procédés permet ainsi de maintenir ou d'améliorer les propriétés de la bande entrante, sachant que, même si une réduction est faiblement appliquée par le laminoir à allongement/réduction limitée, le four impose un intervalle de température à la bande sous un mode de restauration, sans besoin d'imposer un mode de recristallisation, voire de grossissement de grains métallique tel qu'une phase de recuit le requiert après un laminage à froid.
  • En effet, à l'inverse d'un laminage à froid classique (forte réduction d'épaisseur) exigeant un recuit (par au moins une recristallisation) à très haute température (par exemple 750°C ou plus), le four sous atmosphère généralement non oxydante, selon l'invention impose une unique restauration de bande sous un palier de plus faibles températures (entre 300°C et 700°C pendant moins de deux minutes) après que la bande ait subi une réduction faible d'épaisseur dans le laminoir à allongement/réduction limitée. Ainsi, l'installation permet avantageusement un équilibrage entre les effets de réduction (limitée) d'épaisseur sur une plus grande gamme et la garantie d'une maitrise de restauration possible de bande afin de garantir de hautes qualités d'emboutissage de bande sortante (effet d'écrouissage minimisé par restauration). Enfin, la réduction limitée par laminoir à allongement/réduction limitée permet d'assurer une rugosité et une planéité adaptée à une meilleure mouillabilité nécessaire pour le revêtement en aval et un meilleur essorage en aval. Une unité de nettoyage installée en aval du skin pass permettra en outre d'évacuer d'éventuelles émulsions/détergents ou autres produits alcalins, ainsi que poussières (fine de fer) et autres débris métalliques possiblement générés par l'action du laminoir à allongement/réduction limitée, ceci afin d'améliorer la qualité du revêtement.
  • Sachant qu'une réduction du produit entrant dans l'installation selon l'invention est réalisable, il est ainsi possible de produire des bandes sortant plus minces, et donc d'augmenter les capacités de production et la gamme d'épaisseur (minimisable) sur une ligne continue combinée de décapage et revêtement métallique par exemple par galvanisation. La qualité d'emboutissage de bande sortante est aussi améliorée. Pour exemple, pour certains produits en particulier de relative faible épaisseur d'entrés particulièrement entre 0,5 mm à au moins 5 mm d'épaisseur, le laminoir à allongement/réduction limitée ne procède qu'à un faible allongement (ou réduction d'épaisseur) et permet cependant d'obtenir une bande galvanisée disposant en particulier d'excellentes propriétés d'emboutissage.
  • Parallèlement en association avec l'installation selon l'invention proposée précédemment ainsi que de tous les aspects et modes de réalisation s'y référant dans ce document, l'invention propose un procédé de décapage et de revêtement métallique d'une bande métallique en défilement continu, comprenant successivement selon le défilement au moins une étape de décapage (2), une étape de traitement thermique en contrôle de température de bande (4), une étape de revêtement telle qu'une galvanisation (5) (comme par un trempé dans un bain de métal liquide ou dans un bain électrolytique), et pour laquelle la bande métallique en amont de l'étape de décapage est par défaut un produit laminé à chaud,
  • le dit procédé étant caractérisé en ce que :
    • une étape de réduction limitée d'épaisseur, de modification de rugosité et planéité de bande est activable entre l'étape de décapage et l' étape de contrôle de température de bande;
    • en cas d'étape activée de réduction limitée d'épaisseur, de modification de rugosité et planéité, l'étape de contrôle de température de bande impose à la bande un cycle thermique permettant de maitriser une restauration de structure de bande libre de recristallisation de bande et impose à la bande une mise sous température de sortie de bande requise en entrée dans l'unité de revêtement métallique.
  • Une étape post revêtement est aussi prévue pour des opérations possibles simples ou conjuguées au moyen d'un skin-pass complémentaire et d'une planeuse sous traction, ladite opération étant suivie d'une étape de revêtement complémentaire (telle qu'une étape de passivation).
  • Un ensemble de sous-revendications présente également des avantages de l'invention.
  • Des exemples de réalisation et d'application sont fournis à l'aide de figures décrites :
    • Figure 1
    Exemple de mode de réalisation d'une installation selon l'invention,
    Figure 2
    Principe de restauration de bande dans le four de l'installation selon l'invention,
    Figure 3
    Paramétrages de contrôle de l'étape de restauration.
  • Figure 1 présente un exemple de mode de réalisation d'une installation selon l'invention. Principalement, il s'agit d'une installation de décapage et de revêtement métallique d'une bande métallique en défilement continu, comprenant successivement selon le défilement au moins une unité de décapage (2), un four (4), une unité de revêtement métallique (5) (par trempé à chaud dans un bain de métal liquide ou autre bain de type électrolytique), et pour laquelle la bande métallique entrante dans l'unité de décapage est par défaut un produit laminé à chaud,
    l'installation caractérisé en ce que
    • un laminoir à allongement/réduction limitée d'épaisseur de bande dit laminoir à allongement/réduction limitée (3) est disposé entre l'unité de décapage et le four ;
    • le four dispose de moyens thermiques aptes à imposer à la bande un cycle thermique permettant au moins de maitriser une restauration de structure de bande libre de recristallisation de bande et à imposer en sortie de four une mise à température de bande requise en entrée d'unité de revêtement métallique.
  • Le cycle thermique a pour effet de permettre :
    • Une chauffe de bande jusqu'à une plage de restauration sous une gamme contrôlable de température la plus large possible de 300-700°C
    • Un maintien pendant une durée minimale de restauration de bande (qui dépend de la température ci-dessus et des conditions de réduction d'épaisseur, ainsi que de la chimie requise par les propriétés métallurgiques du grade de la bande)
    • Un ajustement final de la température par chauffe ou refroidissement en fin de cycle pour atteindre la température requise pour le revêtement.
  • En amont de l'unité de décapage (2), une section d'entrée (1) permet l'introduction de la bande dans la dite unité au moyen de deux débobineuses (1a, 1b) déroulant successivement les bobines vers une cisaille de bandes et une soudeuse (11) afin de souder têtes et queues de deux bandes successives, ainsi qu'un accumulateur (non représenté) pour adapter la vitesse de défilement de bande lors d'un soudage, puis pour l'introduction des bandes soudées dans l'unité de décapage (2). Un moyen de décalaminage (« Brise oxyde ») est aussi disposé avant l'entrée de bande dans l'unité de décapage (2).
  • L'unité de décapage (2) peut comprendre des bains acides successivement juxtaposés, ainsi que des moyens de rinçage et de séchage. Elle peut alternativement comprendre un système de projection sur le produit d'un composé décapant tel qu'au moyen d'un matériau solide abrasif et, si besoin, un liquide. Le matériau solide abrasif comprend par exemple des particules et/ou grains solides et le liquide, si besoin, comprend au moins de l'eau. Enfin pour rappel, la bande métallique entrante dans l'unité de décapage est par défaut un produit laminé à chaud, présentant une épaisseur minimale de quelques dixièmes de millimètres. Alternativement, la bande métallique en amont de l'unité de décapage pourrait aussi être un produit laminé à froid remplaçant le produit laminé à chaud, auquel cas la bande n'est pas décapée dans l'unité de décapage (ou déviée de l'unité de décapage vers le laminoir à allongement/réduction limitée) et le four prévoit des moyens de chauffage et de refroidissement supplémentaires pour assurer un recuit de bande. Cette alternative n'est toutefois pas décrite plus dans le cadre de l'invention, car même si elle présente une flexibilité de commutation entre des bandes « à chaud » ou « à froid » à revêtir en surface par exemple pour les galvaniser, elle requiert soit que le four permette à nouveau un recuit, soit qu'il soit accepté de conserver des valeurs élevées de dureté du à l'écrouissage par laminage à froid.
  • L'installation selon l'invention prévoit que le laminoir à allongement/réduction limitée (3) disposé en sortie de l'unité de décapage (2) permette un facteur de réduction d'épaisseur de 0,1% à au moins 30%. La sortie du laminoir à allongement/réduction limitée est couplée à une unité de nettoyage (31) de la bande comprenant au moins un des moyens de nettoyage parmi un dégraissage (si le taux de réduction supérieur à environ 10% qui nécessiterait l'utilisation d'émulsion de type huile-eau lors du laminage dans laminoir à allongement/réduction limitée), un brossage, un arrosage, un essorage, un séchage. Enfin, le laminoir à allongement/réduction limitée utilise des cylindres de travail à rugosité définie adaptée au degré de rugosité souhaité sur la bande après opérations des cylindres, afin d'assurer au mieux l'adhérence du revêtement ultérieur sur la bande. Le type de laminoir à allongement/réduction limitée installé peut être monocage voire comprendre deux cages juxtaposées.
  • En sortie de l'unité de nettoyage, la bande entre ainsi dans le four (4) comprenant successivement au moins un des moyens de chauffage parmi des inducteurs ou autres moyens de réchauffage, des tubes radiants ou autres moyens de maintien de température, au moins une zone supplémentaire de moyens de réchauffage rapide et/ou de refroidissement rapide. Ces moyens de chauffage peuvent présenter des dynamiques diverses de chauffe ou de refroidissement de la bande en fonction des exigences du traitement thermique selon l'invention. Le four est idéalement mis sous atmosphère non oxydante. Afin d'assurer la restauration de bande, une section du four comprend des moyens de chauffage de la bande assurant un maintien de température de bande sous une température seuil de recristallisation au moins partielle de la bande, sous un palier contrôlable de température entre 300°C et 700°C pendant moins de deux minutes.
  • Si le palier de température de restauration est inférieur à la température requise en entrée de l'unité de revêtement, le four peut enfin élever la température de sortie de bande requise avant entrée dans l'unité de revêtement métallique par trempé à chaud autour de 500°C pour une galvanisation classique, puis la fait redescendre au-dessous de cette valeur, idéalement vers 465°C pour un bain liquide de galvanisation (cette température pouvant varier sensiblement suivant le type d'alliage utilisé) ou vers une température proche de celle ambiante pour un bain électrolytique. Le four possède donc des moyens de chauffage et de refroidissement distribués selon une disposition de sorte que plusieurs (gamme ou cycle de) paliers et conduite de température de restauration de bande (selon ses propriétés et grade d'acier) et un ajustement à la température requise en entrée de l'unité de revêtement (5) soient assurés.
  • La bande défile ensuite dans l'unité de revêtement (5) tel que par trempé à chaud dans un bain de métal liquide chaud comme agent de revêtement. Des moyens d'essorage, chauffage, refroidissement, trempage dans bac d'eau sont disposés en aval du bain métallique, puis la bande est conduite vers un second accumulateur dit intermédiaire, afin d'ajuster la vitesse de défilement vers une section de finition (6) pouvant comprendre successivement un second skin-pass, une planeuse sous tension, des moyens de contrôle des propriétés de la bande galvanisée (par mesure d'épaisseur/inspection de surface/etc.), un second moyen optionnel de revêtement final (7) de passivation en surface avec un module de séchage.
  • Finalement, la bande sortant des sections de finition (6) et de revêtement final (7) entre dans une section de sortie (8) comprenant un ensemble (81) de modules tel qu'un accumulateur de sortie, une cisaille optionnelle de rives de bandes, des moyens finaux d'inspection de surface, un module optionnel de huilage, une cisaille de bandes permettant la coupe transversale de bandes afin de diviser et diriger la bande sur au moins une bobineuse et idéalement deux bobineuses (8a, 8b).
  • Cet exemple de mode de réalisation de l'installation selon l'invention permet ainsi la mise en œuvre d'un procédé avantageux de décapage et de revêtement métallique d'une bande métallique en défilement continu, comprenant successivement selon le défilement au moins une étape de décapage (2), une étape de contrôle de température de bande (4), une étape de revêtement métallique (5), et pour laquelle la bande métallique en amont de l'étape de décapage est par défaut un produit laminé à chaud,
  • le dit procédé étant caractérisé en ce que :
    • une étape de réduction d'épaisseur de la bande, de modification de rugosité et planéité de bande est activable entre l'étape de décapage et l'étape de contrôle de température de bande;
    • en cas d'étape activée de réduction d'épaisseur, de modification de rugosité et planéité de bande, l'étape de contrôle de température de bande impose à la bande un cycle thermique permettant de maitriser une restauration de structure de bande libre de recristallisation de bande et impose à la bande une mise sous température de sortie de bande requise en entrée dans l'unité de revêtement métallique.
  • Figure 2 illustre le plus simplement possible le principe visé de restauration de bande dans le four (4) de l'installation selon l'invention tel que décrite en figure 1. En ordonnée du graphe, la dureté (D) de la bande (l'accroissement de dureté est défini comme de l'écrouissage) est donné en fonction de la température T (°C) en abscisse. En supposant que la bande obtenue par un procédé « à chaud » puis décapée arrivant en entrée du laminoir à allongement/réduction limitée (3) présente un état écroui initial (Ei) de dureté, le laminoir à allongement/réduction limitée lui impose un durcissement par écrouissage et lui confère un nouvel état écroui (Ee) à plus forte dureté à la sortie du laminoir à allongement/réduction limitée (3). Le but de la présente invention est alors de pouvoir réduire la dureté de la bande sortante du laminoir à allongement/réduction limitée par un arrangement de chauffage/refroidissement du four (4) permettant de faire subir à la bande un cycle thermique dans un intervalle et sous au moins un palier de température compris dans la partie hachurée (REST) de la figure 2 représentant un domaine possible de température de restauration de bande. La courbe représentée montre ainsi fort simplement que l'élévation de température depuis l'état écroui (Ee) dans le domaine de restauration ramène la bande à son état proche de l'état écroui initial (Ei), toutefois sans avoir du élever la température au-dessus de celles comprises dans le dit domaine (REST), c'est-à-dire sans avoir dû monter jusqu'à des températures plus hautes impliquant une recristallisation appelé communément recuit (représenté par la partie à hachures croisées RECR) de bande, voire un grossissement de grains (comme l'exigerait le recuit suivant un laminage à froid dédié à une réduction importante d'épaisseur). Par ce biais, il est assuré que la bande sortante du four puis revêtue conservera de très bonnes propriétés en particulier d'emboutissage).
  • Figure 3 présente un graphe de température T(°C) en fonction du temps t(s) pour trois paramétrages possibles de contrôle de l'étape de restauration visée par figure 2, par exemple pour trois grades ou trois conditions de réduction de bandes en entrée du four (4). Au moins une section du four (4) assure que chacun des paramétrages possibles de contrôle de l'étape de restauration prévoit un cycle thermique sous forme de chauffe de bande, puis de palier de température ici respectivement à une des trois températures requises en restauration (Trest1, Trest2, Trest3), puis, en sortie de four, une mise à température (par exemple T=465°C pour un trempé à chaud dans un bain de galvanisation classique) de bande requise en entrée (Bath) d'unité de revêtement métallique. Un cheminement de réglage thermique du four est ainsi contrôlé pour optimiser un cycle de température appliqué à la bande défilant dans au moins une enceinte du four, dans le but de réaliser une phase de restauration de la matière de la bande, en fonction des conditions externes et intrinsèques de ladite bande, puis pour la mise sous température de la bande en fin de la restauration, particulièrement afin de minimiser la durée de chauffage/refroidissement actif (requête en énergie minimisée) pour la mise en restauration de la bande. Il est à noter que la fin de durée de restauration (Dt_Rest) peut se prolonger au-delà de l'étape de mise en température de la bande vers le bain, c'est-à-dire hors du four, donc potentiellement et avantageusement sans apport énergétique actif du four.
  • Enfin, il est à noter que le procédé de décapage et de revêtement métallique d'une bande métallique en défilement continu selon l'invention peut prévoir que l'étape du cycle thermique initialement dédiée pour une maitrise d'une unique restauration de bande soit étendue au sens qu'au moins une recristallisation partielle de bande, voire un grossissement de grains, est atteinte.
    En effet, l'étape du cycle thermique initialement dédiée pour une maitrise d'une unique restauration de bande peut être étendue à une étape de traitement thermique tel qu'un recuit nécessitant un four prévu avec les puissances thermiques de chauffage et refroidissement adaptés. Un recuit est généralement constitué par au moins une première étape de restauration, puis une étape de recristallisation partielle ou totale et enfin éventuellement une étape de grossissement de grain. Ceci est particulièrement approprié avec un taux relativement élevé de réduction du laminoir en amont du four, par exemple au-dessus de 5% voire jusqu'à au moins 40%. En effet, même si les propriétés d'emboutissage sont bonnes pour une bande à chaud décapée puis laminée et chauffée sous une phase « essentiellement » restauratrice, il est possible qu'une frontière en terme de température pour le cycle thermique optimal souhaité soit disposée entre une phase restauration, et une phase de recristallisation même primaire, jusqu'à même une phase de grossissement de grain. Autrement dit, il est toujours possible qu'une partie de matière dans la bande soit « restaurée » et que, sous un intervalle de temps donné, cette partie subisse un départ de recristallisation, alors même que la restauration se poursuive sur une autre partie de matière de bande encore non achevée pour l'étape de restauration. Le même type de frontière peu s'observer entre des phases de recristallisation et de grossissement de grain. Ces effets thermiques sont bien décrits dans le cas d'un recuit (comprenant au moins une restauration et une recristallisation partielle ou totale, voire aussi un grossissement de grain de bande) pour un laminage à froid dans le document « Traitements thermiques des alliages ferreux », p. 68-71, extrait « les précis AFNOR/NATHAN - METALLURGIE (élaboration, structures- propriétés, normalisation), édition 2005,ISBN AFNOR : 978-2-12-260131-0.
  • La variation de la vitesse de restauration dépend aussi de la thermodynamique du processus dépendant :
    • du taux d'écrouissage produit par l'opération de laminage effectuée en amont du four. Sachant que plus le taux de réduction d'épaisseur du laminage est important, plus la réduction d'épaisseur par laminage induit de défauts de discontinuités dans l'organisation de la structure cristalline de la matière de la bande traitée, correspondant à une accumulation d'énergie plus ou moins forte dans la matière structurelle de la bande traitée. Cette énergie se libère lors du recuit et en particulier lors de la restauration ; il est à noter que la dynamique de cette modification de la structure cristalline dépend du taux d'écrouissage généré par le laminage ;
    • De la température du four ;
    • De la durée de mise sous température ;
  • Suite à ces derniers aspects de recuit potentiel, l'invention prévoit que l'installation selon l'invention peut ainsi présenter au moins une section du four comprenant des moyens de chauffage (et/ou de refroidissement) de la bande assurant un contrôle de température de bande au-dessus d'une température minimale de recristallisation au moins partielle dans la matière structurelle de la bande traitée, idéalement au-dessus de 500°C pendant moins de deux minutes, le laminoir présentant un taux de réduction élevé supérieur à 5%.
  • Analogiquement, l'installation selon l'invention peut ainsi présenter une section du four comprenant au moins des moyens de chauffage (et/ou de refroidissement) de la bande assurant un contrôle de température de bande au-dessus d'une température minimale de recristallisation au moins partielle de la bande et/ou jusqu'à un grossissement de grains, idéalement au-dessus de 500°C pendant moins de deux minutes, le laminoir présentant un taux de réduction élevé supérieur à 5%.
  • Pour information, des valeurs de températures de recristallisation sont généralement situées entre 500°C et 850°C, et les valeurs associées de températures de grossissement de grains sont plus élevées pouvant atteindre et dépasser les 900°C.
  • Il est à noter que selon les moyens de chauffage (et/ou de refroidissement) préconisés aux fins de permettre le contrôle de température, tel que la maitrise d'au moins un cycle thermique (restauration puis, si nécessaire, recristallisation, grossissement de grain), des éléments radiants (comme des tubes) ou/et des inducteurs sont disposés dans le four. L'utilisation d'inducteurs est généralement plus coûteuse que l'utilisation d'éléments radiants, en particulier en termes de consommation d'énergie. Ainsi, dans le cas où des éléments radiants sont disposés dans le four, il est à noter que le laminoir en sortie de l'unité de décapage permet en particulier de modifier (amplifier) la rugosité de surface de la bande laminée, à savoir que la rugosité de surface change le coefficient d'émissivité de la bande, c'est-à-dire qu'une bande à l'état de surface peu rugueux renvoie plus facilement des radiations de chaleur émise par des transmetteurs de chaleur radiants, alors qu'à contrario si la surface est rugueuse, la bande absorbera mieux la chaleur irradiée. De ce fait, le laminoir en amont du four permet ainsi d'optimiser voire raccourcir le cycle thermique souhaité pour l'invention.

Claims (13)

  1. Installation de décapage et de revêtement métallique d'une bande métallique en défilement continu, comprenant successivement selon le défilement au moins une unité de décapage (2), un four (4), une unité de revêtement métallique (5), et pour laquelle la bande métallique entrante dans l'unité de décapage est par défaut un produit laminé à chaud,
    - un laminoir à allongement/réduction limitée d'épaisseur de bande est disposé entre l'unité de décapage et le four et présente un facteur de réduction d'épaisseur de 0,1% à au moins 30% ;
    caractérisée en ce que :
    - le four impose à la bande un cycle thermique permettant de maitriser une restauration de structure de bande et impose en sortie de four une mise à température de bande requise en entrée d'unité de revêtement métallique ;
    - une section du four comprend des moyens de chauffage de la bande assurant un maintien de température de bande sous une température seuil de recristallisation au moins partielle de la bande sous un palier de température entre 300°C et 700°C pendant moins de deux minutes.
  2. Installation selon revendication 1, pour lequel le four comprend successivement au moins un des moyens de chauffage parmi des inducteurs ou autres moyens de réchauffage, des tubes radiants ou autres moyens de maintien de température, au moins une zone supplémentaire de moyens de réchauffage rapide et/ou de refroidissement rapide.
  3. Installation selon revendication 1, pour lequel le four est mis sous atmosphère non oxydante.
  4. Installation selon revendication 1, pour lequel la bande métallique entrante dans l'unité de décapage est un produit laminé à chaud, présentant une épaisseur minimale de quelques dixièmes de millimètres.
  5. Installation selon revendication 1, pour lequel le type de laminoir à allongement/réduction limitée installé peut être monocage voire comprendre deux cages juxtaposées.
  6. Installation selon revendication 1, pour lequel le laminoir à allongement/réduction limitée présente des cylindres de travail à rugosité définie adaptée au degré de rugosité souhaité sur la bande après opérations des cylindres.
  7. Installation selon revendication 1, pour lequel la sortie du laminoir à allongement/réduction limitée est couplée à une unité de nettoyage (31) de la bande comprenant au moins un des moyens de nettoyage parmi un dégraissage, un brossage, un arrosage, un essorage, un séchage.
  8. Installation selon revendication 1, pour lequel la section du four comprend au moins des moyens de chauffage de la bande assurant un contrôle de température de bande au-dessus d'une température minimale de recristallisation au moins partielle de la bande, idéalement au-dessus de 500°C pendant moins de deux minutes, le laminoir présentant un taux de réduction élevé supérieur à 5%.
  9. Installation selon revendication 1, pour lequel la section du four comprend au moins des moyens de chauffage de la bande assurant un contrôle de température de bande au-dessus d'une température minimale de recristallisation au moins partielle de la bande et/ou jusqu'à un grossissement de grains, idéalement au-dessus de 500°C pendant moins de deux minutes, le laminoir présentant un taux de réduction élevé supérieur à 5%.
  10. Installation selon revendication 1, pour lequel le four élève la température de sortie de bande requise en entrée dans l'unité de revêtement métallique par trempé à chaud autour de 500°C, puis la fait redescendre au-dessous de cette valeur, idéalement vers 465°C pour un bain liquide de galvanisation, cette température pouvant varier sensiblement suivant le type d'alliage utilisé, ou vers une température ambiante pour un bain électrolytique.
  11. Installation selon revendication 1, pour lequel la bande métallique en amont de l'unité de décapage est un produit laminé à froid remplaçant le produit laminé à chaud, auquel cas la bande n'est pas décapée dans l'unité de décapage, telle que déviée de l'unité de décapage vers le laminoir à allongement/réduction limitée, et le four prévoit des moyens de chauffage et de refroidissement supplémentaires pour assurer un recuit de bande.
  12. Procédé de décapage et de revêtement métallique d'une bande métallique en défilement continu, comprenant successivement selon le défilement au moins une étape de décapage (2), une étape de traitement thermique en contrôle de température de bande (4), une étape de revêtement métallique (5),et pour laquelle la bande métallique en amont de l'étape de décapage est par défaut un produit laminé à chaud,
    - une étape de réduction limitée d'épaisseur, de modification de rugosité et planéité de bande est activable entre l'étape de décapage et l'étape de contrôle de température de bande;
    - l'étape de réduction permet un facteur de réduction d'épaisseur de 0,1% à au moins 30%, de modification de rugosité et planéité de bande est activée, caractérisé en ce que l'étape de contrôle de température de bande impose à la bande un cycle thermique sous un palier de températures entre 300°C et 700°C pendant moins de deux minutes permettant de maitriser une restauration de structure de bande et impose à la bande une mise sous température de sortie de bande requise en entrée dans l'unité de revêtement métallique.
  13. Procédé selon revendication 12 pour lequel l'étape du cycle thermique est étendue au sens qu'au moins une recristallisation partielle de bande, voire un grossissement de grains, est atteinte.
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