<Desc/Clms Page number 1>
Procédé de recuit d'une bande d'acier de dureté prédéterminée.
La présente invention concerne un procédé de recuit d'une bande d'acier, et plus particulièrement un procédé permettant, grâce au réglage de la composition de l'atmosphère protectrice utilisée pour le recuit, de produire des bandes de duretée prédéterminée.
On sait qu'une bande d'acier, en particulier une bande laminée à froid, doit généralement, pour être utilisable, subir des traitements appropriés à l'utilisation envisagée.
Ces traitements comprennent habituellement un chauffage de la bande jusqu'à une température supérieure à sa température de recristallisation. La valeur de cette température de recristallisation dépend de plusieurs facteurs, en particulier du taux de réduction appliqué au laminage à froid. D'une manière générale, elle est
EMI1.1
comprise entre 6200C et 850oC. La bande est ensuite maintenue pendant une durée d'au moins 20 s à cette température, puis elle est refroidie de manière relativement brusque ; elle peut par exemple être soumise ensuite à une opération de revêtement.
Dans la pratique courante actuelle, les opérations précitées de chauffage et de maintien de la bande sont effectuées dans une atmosphère sèche, réductrice, afin d'éviter le risque d'oxydation de la surface de la bande. Cette atmosphère est généralement du type N2- 5 % H. Elle nexerce m un effet carburant ni un effet décarburant sur la bande d'acier. Ce type de traitement s'applique aussi bien dans le cas du recuit en bobine que dans le recuit continu, entre lesquels la différence essentielle est la durée du traitement.
Le traitement thermique précité s'applique notamment aux bandes d'acier destinées à être utilisées pour la fabrication du fer blanc. Les différentes qualités de bandes pour fer blanc sont
<Desc/Clms Page number 2>
généralement exprimées par leur niveau de dureté HR30T, notamment sous la forme des"tempers"Tl à T8 définis par TASTM. Actuellement, ces différents niveaux de dureté sont obtenus en appliquant le traitement précité à différentes nuances d'acier et en faisant varier la vitesse du refroidissement. En particulier, pour les tempers les plus hauts, l'acier doit présenter une dureté initiale élevée et il est de ce fait difficile à laminer.
Par ailleurs, les bandes d'acier obtenues par le traitement conventionnel présentent une tendance au vieillissement, qui constitue souvent un inconvénient, notamment dans le cas des tôles pour emboutissage.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé permettant de produire, à partir d'un même acier initial, doux et. facile à laminer, aussi bien des bandes d'acier non vieillissantes, des bandes adoucies ou au contraire durcies en surface, que des bandes pour fer blanc présentant la dureté désirée.
Le procédé de recuit conforme à la présente invention, permettant le réglage de la dureté d'une bande d'acier, est caractérisé en ce que l'on soumet ladite bande d'acier à un chauffage jusqu'à une température supérieure à sa température de recristallisation, sous une atmosphère protectrice, contenant de l'hydrogène, de l'azote et au moins un constituant gazeux choisi parmi un groupe comprenant la vapeur d'eau, C02, CO, CH4, NH3, en une proportion de 0,5 % à 45 % en volume, et en ce que l'on soumet ensuite la bande à un refroidissement jusqu'à une température inférieure à 300*C.
Selon une mise en oeuvre particulière du procédé de l'invention, on opère ledit refroidissement avec une vitesse d'au moins 50 C/s.
Suivant une autre mise en oeuvre intéressante, on chauffe la bande dans ladite atmosphère jusqu'à une température supérieure au point Ai, on la maintient à cette température pendant au moins 10 s et on la refroidit avec une vitesse d'au moins 1000C/5. On assure ainsi la transformation de la partie de la bande qui présente une haute
<Desc/Clms Page number 3>
teneur en carbone, c'est-à-dire la partie recarburée ou la partie non décarburée, en une structure mixte de ferrite-martensite.
En modifiant l'atmosphère protectrice de manière appropriée, il est possible de faire varier dans le sens désiré la teneur en carbone et/ou en azote d'une bande d'acier, sur au moins une partie de l'épaisseur de cette bande, et ainsi de régler la dureté de cette bande.
En particulier, une addition de vapeur d'eau ou de C02 dans cette atmosphère favorise la décarburation de la bande, et par conséquent un adoucissement de cette bande. La profondeur de décarburation dépend bien entendu de la durée et de la température du traitement.
Cette décarburation peut être totale dans une bande pour fer blanc, d'une épaisseur inférieure à 0,5 mm.
A l'inverse, une addition de CO ou de CH4 provoque une recarburation superficielle de la bande, sur une épaisseur qui dépend également de la durée et de la température du traitement, ce qui se traduit par un durcissement de la bande.
De même, une addition de NH3 provoque un durcissement de la bande par renitruration superficielle.
Dans tous les cas, la profondeur de traitement est également influencée par la composition de l'atmosphère, et plus particulièrement par la proportion dudit constituant gazeux additionnel.
Une atmosphère modifiée conformément à la présente invention peut être utilisée avec tout type de procédé ou d'installation de recuit. Elle est particulièrement intéressante dans le cas d'un recuit continu, où les durées de traitement doivent rester compatibles, sur le plan économique, avec la vitesse de défilement de la bande.
On va maintenant décrire de façon plus détaillée un exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention, en faisant référence aux
<Desc/Clms Page number 4>
dessins annexés, dans lesquels la Figure 1 montre une vue, en coupe longitudinale, d'un four de recuit continu équipé, à la sortie, d'un dispositif de refroidissement rapide de la bande ; et la Figure 2 illustre un circuit de régénération de l'atmosphère du four.
Ces figures constituent des représentations schématiques, sans échelle particulière, dans lesquelles on n'a reproduit que les éléments nécessaires à une bonne compréhension de l'invention.
Un acier doux calmé à l'aluminium a été coulé en continu puis laminé à chaud et à froid en une bande de 0,2 mm d'épaisseur, destinée à la fabrication de fer blanc.
Des échantillons de cette bande d'acier ont été décarburés par recuit à différentes températures et sous des atmosphères H2/N2 présentant différentes teneurs en vapeur d'eau.
Le tableau suivant rassemble les résultats de ces essais de décarburation. La durée du traitement était de 1 min dans chaque cas.
La température de recuit (TOC) est également indiquée.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Ech. <SEP> % <SEP> H2 <SEP> T <SEP> H2/H2O <SEP> prof. <SEP> décarburation <SEP> Dureté
<tb> nO <SEP> ( C) <SEP> (% <SEP> épaisseur) <SEP> HRB30T
<tb> 1 <SEP> 5 <SEP> 830 <SEP> 100 <SEP> 0 <SEP> 63
<tb> 2 <SEP> 75 <SEP> 760 <SEP> 100 <SEP> 10 <SEP> 61
<tb> 3 <SEP> 5 <SEP> 830 <SEP> 10 <SEP> 65 <SEP> 51
<tb> 4 <SEP> 75 <SEP> 760 <SEP> 10 <SEP> 100 <SEP> 33
<tb>
En faisant varier la teneur en H2 et le rapport H2/H20 de l'atmosphère de recuit, on a pu réaliser une décarburation variable, jusqu'à la décarburation totale pour l'échantillon 4, avec une
<Desc/Clms Page number 5>
diminution sensible de la dureté.
La Figure 1 représente une installation qui permet la mise en oeuvre du procédé de l'invention pour décarburer ou pour carburer une bande d'acier.
L'installation comprend un four 1 dans lequel sont disposés plusieurs rouleaux de renvoi 2 ; la bande 3 effectue dans ce four plusieurs passages verticaux pour être chauffée et maintenue à la température désirée. L'entrée et la sortie de la bande dans le four sont protégées par des sas 4,5 qui réduisent les fuites de gaz vers l'extérieur.
Le gaz d'atmosphère frais, éventuellement obtenu par régénération, est introduit en (A) dans le four près du sas de sortie 5 de la bande et aspiré en (B) près du sas d'entrée 4. Des parois 6 en matériau réfractaire, placées entre les brins de la bande 3, obligent le gaz à suivre le même parcours que la bande ; le gaz circule en sens inverse de la bande.
Après le sas de sortie 5 du four, l'installation comporte une cuve de refroidissement 7, dans laquelle un bain aqueux assure le refroidissement rapide de la bande 3. Cette cuve comporte un siphon 8 pour empêcher toute entrée d'air dans l'enceinte du four. Un tel siphon pourrait également être prévu au sas d'entrée 4, en combinaison avec des rouleaux essoreurs et un dispositif de séchage de la bande. La présence-d, un siphon à l'entrée 4 et/ou à la sortie 5 du four permet d'empêcher toute aspiration accidentelle d'air dans le four, à la condition que l'eau utilisée pour le refroidissement soit parfaitement désoxygénée.
On peut encore prévoir une aspiration supplémentaire 9, au-dessus du niveau d'eau dans la cuve 7, afin de maintenir une différence de pression constante entre l'intérieur du four et la cuve et de contrôler ou d'empêcher l'entrée de vapeur d'eau parasite dans le four. Le gaz aspiré en B ou 9 peut être réutilisé après régénération.
<Desc/Clms Page number 6>
Un exemple de circuit de régénération est illustré dans la Figure 2. Il comporte un échangeur de chaleur 10, qui est traversé d'une part par le gaz chaud provenant de la sortie B du four et d'autre part par le gaz régénéré envoyé vers l'entrée A du four. Un échangeur à eau Il assure le refroidissement final du gaz, qui est ensuite comprimé dans un surpresseur 12. Un circuit dérivé 13 permet l'introduction de vapeur d'eau pour reformer le CO en C02 ; il est suivi successivement d'un appareil 14 d'absorption du C02 et d'un appareil 15 de réfrigération et de condensation de la vapeur d'eau.
Il est également prévu un circuit dérivé 16, pour le séchage du gaz. Après une addition éventuelle de H2 et N2 d'appoint, le gaz est mélangé soit avec un gaz enrichi de vapeurs carbonées, par exemple de méthanol, provenant d'un réacteur 17 soit avec un gaz humide provenant d'un réacteur d'humidification 18. Des analyseurs 19 permettent d'opérer un contrôle de la composition du gaz, puis celui-ci est envoyé à l'échangeur 10 à destination du four (flèche A).
D'une manière générale, le gaz sortant du four cède sa chaleur à celui qui y entre. Après refroidissement et surcompression, le processus de régénération est différent, dans sa mise en oeuvre, selon que l'on opère la décarburation ou la recarburation de la bande d'acier.
Pour la décarburation, il faut : - éliminer le CO contenu dans le gaz extrait en (B) ; à cet effet, on transforme le CO en C02 par injection de vapeur d'eau dans le réacteur 13, en présence d'un catalyseur ; on élimine ensuite le CO, par exemple par absorption dans le réacteur 14 ; - refroidir et condenser le gaz pour éliminer la vapeur d'eau introduite en excès dans le réacteur 13 ; - enrichir le gaz en vapeur d'eau ; on le mélange dès lors avec un
EMI6.1
gaz humide, en 18 pour ajuster sa teneur en H20 avant de le renvoyer dans le four.
Pour la carburation, il faut : - éliminer le C02 contenu dans le gaz extrait en (B) ; à cet effet
<Desc/Clms Page number 7>
le réacteur 13 est fermé et le gaz passe directement au réacteur
14, où le C02 est éliminé par absorption, par exemple dans la monoéthanolamine ; - sécher le gaz, ce que l'on réalise en 16, jusqu'à un point de rosée de -20oC à -40oC ; -enrichir le gaz en composant carboné, par exemple par addition de vapeur de méthanol, en 17, jusqu'à la teneur désirée avant de le renvoyer dans le four.
Le procédé de la présente invention n'est pas limité à la mise en oeuvre qui vient d'être décrite et illustrée. Il s'étend également à l'utilisation d'autres constituants gazeux qui ont des effets analogues à ceux des constituants cités en ce qui concerne la décarburation, la recarburation ou la renitruration des bandes d'acier.
Par un ajustement approprié de la composition de l'atmosphère de recuit, le procédé de l'invention permet de fabriquer, à partir d'un même acier doux aisément laminable : - des bandes pour fer blanc, avec toute dureté de la gamme des tempers Tl à T8 ASTM ; - des bandes biphasées, durcies en peau et douces à coeur, par recarburation et/ou renitruration superficielle ; - des bandes biphasées non vieillissantes en peau et dures à coeur par refroidissement de trempe à coeur après décarburation superficielle ; - des bandes très douces, de faible épaisseur, par décarburation totale.