<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements aux procédés de recuit.
L'invention concerne un procédé de recuit de métaux, empilés ou enroulés, et plus particulièrement un procédé de recuit de tôles ou feuillards d'acier empilés ou enroulés serré.
L'invention a pour but, entre autres, de fournir un procédé perfectionné de recuit de métaux empilés ou enroulés serré , tel que leur surface soit uniforme sur toute son étendue.
Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de recuit de métaux, en particulier de tôles ou feuillards d'acier, tel que leur surface soit exempte de dépôts ou autres causes d'irrégu- larité qui rendraient non-uniforme un dépôt électrolytique de métal qui y serait appliqué dans la suite et fondu sur leur surface.
Dans la fabrication de tôles d'acier étamées électrolyti- quement où le procédé de recuit de la présente invention est parti- culièrement avantageux, de nombreuses opérations sont nécessaires au traitement du métal dépuis la forme de lingot jusqu'à celle de tôle A
<Desc/Clms Page number 2>
ou feuillard sous laquelle il est recouvert du dépôt métallique.
Parmi ces opérations, il faut citer le laîr.inage du métal à chaud jusqu'à une épaisseur d'environ 2mm(0,08 pouce), puis le laminage du métal à froid, de préférence dans des laminoirs continus, environ jusqu'au calibre final. Le feuillard laminé à froid est ensuite nettoyé et est alors recuit eh grandes longueurs en bobines très serrées, d'habitude en étant chauffé à des températures de recuit inférieures aux températures critiques dans le but d'adoucir l'acier et de faire disparaître les tensions internes.
Dans le but d'éviter l'oxydation du métal pendant le recuit et d'éviter la variation de sa teneur en carbone, on utilise une atmosphère non-oxydante à des températures comprises entre des valeurs très basses par exemple de 93 C (200 F) jusqu'à la température la plus élevée utilisée qui soit au moins sensiblement en équilibre avec le métal dans toute la gamme des températures de recuit au point de vue de la carburation. Une telle opération de recuit est ordinairement effectuée dans un four comportant une cloche intérieure recouvrant l'acier qui est scellée au moyen d'un joint de sable sur le fond du four, l'atmosphère décrite plus haut étant introduite dans la cloche au moyen d'un tube passant à travers le fond du four.
Avant la présente invention, la pression utilisée dans la cloche intérieure était choisie de manière à être suffisante à l'introduction d'une quantité suffisante de gaz pour compenser la perte à travers le joint de sable, et éviter l'entrée de l'air pendant le ccle de refroidissement, lorsque l'atmosphère à l'intép rieur de la cloche tend à se contracter. En dehors de ces consi- dérations, aucune attention particulière n'était attachée à la pres- sion d'alimentation de l'atmosphère, et la pression utilisée à l'intérieur de la cloche de recuit intérieureétait généralement voisine de 25 mms d'eau (un pouce) ou davantage.
Après l'opération de recuit, la tôle ou le feuillard est d'ordinaire laminé et traité, nettoyé et décapé, puis est étamé en le
<Desc/Clms Page number 3>
faisant passer entre des anodes d'étain dans un bain électroly- tique approprié. Après l'électroétamage, la tôle recouverte est lavée et séchée, et passe alors à travers un four dans le but de fondre le revêtement d'étain qui s'y trouve, puis la tôle est brusquement refroidie dans l'eau.
La tôle ou le feuillard étamé produit par un de ces pro- cédés connus a souvent une surface qui n'est pas uniforme, cette non-uniformité prenant généralement la forme d'une aire mate sur l'une ou les deux faces de la tôle, sensiblement parallèle au bord du feuillard et s'étendant sur toute la longueur de la bobine.
Cette aire mate s'étend d'habitude sur plusieurs pouces vers l'inté- rieur du feuillard, et est bordée d'une partie étroite vers le bord aussi bien que vers le milieu du feuillard, parties toutes deux brillantes et satisfaisantes au point de vue industriel. Les carac- téristiques d'aspect semblent représenter la seule différence existant entre les surfaces mate et brillante de la tôle, car le poids du dépôt et ses caractéristiques, telles que déterminées au microscope sur chacune des deux aires mate et brillante, varient cha- cune de façon correspondante à la non-uniformité ordinaire de produits de ce genre. Les nécessités du commerce exigent cependant la disparition de ces zébrures car des produits fabriqués au moyen de tôles portant de telles zébrures ont l'air d'être défectueux et ne peuvent donc pas être vendus facilement.
La raison de ces zébrures ou "serpents" comme on les appelle dans le commerce, n'est pas entièrement connue, et la façon dont elles peuvent être supprimées n'était pas connue avant la présente invention. Il n'est pas possible de dire si oui ou non un feuillard donné, à un moment quelconque avant la fusion du dépôt électrolytique donnera lieu à la production de serpents; c'est-à-dire qu'il n'existe aucune différence pouvant être décelée dans des parties du feuillard laminé à chaud ou à froid, recuit ou même muni de dépôt électrolytique pouvant permettre de prévoir
<Desc/Clms Page number 4>
de façon présice exactement quant et à quels endroits de tels serpents doivent se former.
On peut par conséquent aisément comprendre que, lorsque des tôles ou feuillards étamés portant ces serpents sont rebutés, non seulement une certaine quantité de matière est perdue mais ces feuillards rebutés représentent une perte notable de temps de traitement, par suite des nombreuses opérations auxquelles ils ont été soumis avant le refroidissement brusque ou trempe qui suit la fusion des dépôts.
Or on a trouvé que si l'on maintient la pression de l'at- mosphère de recuit au contact des tôles étroitement enroulées pendant leur recuit, à une valeur relativement faible, on obtient la suppres- sion sensiblement complète des serpents sur les tôles étamées Tondues et trempées. L'invention sera mieux comprises en se référant à un exempl: type d'un procédé de fabrication de tôle d'acier étamée par électro- lyse comme par exemple celles utilisées à la fabrication des boites à conserves .
Une telle matière, qui contient d'ordinaire moins de 0,10% de carbone, est traitée avant recuit de la même manière que l'est la tôle ou le feuillard dans le procédé antérieur décrit plus haut.
Le feuillard étroitement enroulé en bobine après avoir été laminé dans un laminoir à froid continu est nettoyé comme auparavant, est placé sur le fond du four, généralement sur une hauteur de deux bobines. La cloche intérieure est alors placée sur ces bobines et on place par dessus cette cloche intérieure la cloche à recuire ou four proprement dit qui comporte des organes de chauffage, tels que des tubes de radiation. Avant le début du chauffage l'air se trouvent dans l'enveloppe intérieure est expulsé en introduisant l'atmosphère de recuit, admise comme auparavant, à l'aide d'un tube traversant le fond du four, dans la cloche intérieure.
L'atmosphère utilisée consiste en gaz naturel ou gaz de four à coke partiellement brûlé contenant de 5 à 7% d'anhydride carbonique, 8 à 10% d'oxyde de carbone, 10 à 14% d'hydrogène , moins de 0,13% de méthane, des traces de vapeur d'eau pas d'oxygène
<Desc/Clms Page number 5>
libre, le reste étant de l'azote. L'atmosphère est réglée de manière que le rapport de CO2 au CO soit compris entre 0,5 & 0,7 et que le rapport de H20 à Hgsoit compris entre 0,03 et 0,04, ce qui, pour la teneur donnée en hydrogène, correspond à un point de rosée de-4 à -1 C (25 à 30 F).
Une telle atmosphère est au moins,légère- ment réductrice µ toutes températures à partir d'environ 93 C (200 F) jusqu'à la température maximum employée dans le cycle, c'est-à-dire de 660 à 670 C (1220 à 1240 F) et est neutre au point de vue de la carburation à une telle température maximum utilisée.
La vitesse de passage de l'atmosphère gazeuse dans la cloche intérieure est réglée de manière à compenser les fuites à travers le joint de sable entre la cloche intérieure et le fond, et la pression de cette atmosphère en excès sur la pression atmosphérique est maintenue entre 5 et 7,5 mms d'eau (0,20 à 0,30 pouce). Une pression de 6,25 mm (0,25 pouce) d'eau au-dessus de la pression atmosphérique est préférée. Un cycle de recuit typique pour des feuillards de ce- type comprend une élévation lente de la température pendant environ 24 heures, de la température ordinaire jusque 665 C (1230OF), le main tien de la charge pendant huit heures à cette température et son refroidissement lent à 93 C (200 F), temps pendant lequel l'atmos- phère gazeuse est introduite continuellement.
Lorsque la charge est refroidie à 93 C (200 F), la cloche de chauffage est enlevée, et on laisse refroidir la charge à l'air libre pendant 48 heures après quoi la cloche intérieure est enlevée. Le cycle de chauffage complet dure quatre jours.
Des feuillards ou tôles d'acier ainsi recuits, traités de la même manière qu'auparavant, avant l'étamage électrolytique, et qui sont étamés et trempés comme dans les procédés précédents, sont sensiblement exempts de défauts de surface, tels que des zé- brures ou serpents. On a constaté aussi que, lorsqu'il est recuit de cette manière, le métal en bande peut passer dans un appareil d'étamage électrolytique à des vitesses sensiblement plus
<Desc/Clms Page number 6>
grandes qu'auparavant sans qu'il ne se produise de pourcentages exagérément élevés de déchets dus à ces défauts de surface. Ceci signi fie, du reste que la tôle ainsi recuite peut être recouverte d'un dépôt électrolytique d'épaisseur moindre sans qu'il ne se produise de ces défauts de surface.
La raison de ces résultats n'est pas entièrement connue.
On sait que, quelque soit le soin avec lequel le métal en bande est nettoyé avant le recuit, il ne peut être entièrement libéré de la vapeur d'eau dans une opération industrielle, ni de l'huile de palme appliquée avant son laminage à froid, ni des traces de sels des solutions de nettoyage utilisées avant le recuit. On pense que ces impuretés de la surface peuvent être gazéifiées par chauffage du métal au cours du recuit, et que ces impuretés gazéi- fiées ou les produits qui en résultent peuvent chercher à s'échapper du métal enroulé serré en bobine.
La présence d'une atmosphère gazeuse de recuit à la pression utilisée antérieurement à l'exté- rieur de ces bobines est estimée pouvoir retarder l'échappement de ce impuretés ou produits gazeux, et donner lieu à leur dépôt sur le métal du feuillard en un endroit légèrement espacé de son bord extérieur. Il semble y avoir certaines preuves que la production des zébrures ou serpents est due à la présence d'une couche extrêmement mince de matière organique, probablement d'épaisseur monomolécu- laire, aux endroits où se forment les serpents. La présence d'une telle couche de matière organique ou la façon dont elle est déposée si elle existe,n'a cependant pas été complètement démontrée jusqu'à présent et il est évident qu'on n'est nullement lié par cette théorie.
On a constaté que le procédé de recuit de la présente invention donne d'aussi bons résultats sur des empilages de tôles ou feuillards d'acier à étamer par électrolyse et dont le dépôt doit être fondu sur leur surface, que sur des matières enroulées serré en bobines. Il est évident que des empilages de tôles ou
<Desc/Clms Page number 7>
feuillards, forme sous laquelle ces produits sont en général recuits, ont un poids élevé et que dans la plus grande partie de l'empilage, sauf peut-être à sa partie tout-à-fait supérieure, les pressions existant entre les tôles ou feuillards superposés sont élevées ; conditions existant entre les couches étroitement serrées d'un enroulement pendant le recuit sont par conséquent sensiblement reproduites dans ces empilages.
Les mêmes résultats avantageux sont par conséquent obtenus par le procédé de recuit de la présente invention, que la tôle ou le feuillard soit recuit en enroulements serrés ou en empilages de produits plats.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de recuit de métal ferreux laminé à froid caractérisé en ce qu'on place le métal dans un four à recuire de manière que des couches successives de métal soient placées en contact intime les unes avec les autres, on crée autour du métal dans le four une atmosphère qui soit réductrice pendant la période de haute température du cycle et qui soit sensiblement en équilibre avec le métal à la température maximum du cycle de recuit au point de vue de la carburation, on maintient cette température autour du métal pendant le cycle de recuit sous une pression de 5 à 7,5mm (0,20 à 0,30 pouces) d'eau au-dessus de la pression atmosphériaue' on chauffe le métal jusqu'à la température maximum, on le maintient à cette température pendant une période de temps notable,
et on le refroidit dans cette atmosphère gazeuse pour éviter son oxydation.
<Desc / Clms Page number 1>
Improvements to annealing processes.
The invention relates to a process for annealing metals, stacked or coiled, and more particularly to a process for annealing stacked or tightly coiled steel sheets or strips.
One object of the invention is, among other things, to provide an improved process for annealing stacked or tightly wound metals, such that their surface is uniform over its entire extent.
Another object of the invention is to provide a process for annealing metals, in particular steel sheets or strips, such that their surface is free from deposits or other causes of irregularity which would make a deposit non-uniform. electrolytic metal which would be applied thereafter and melted on their surface.
In the manufacture of electrolytically tinned steel sheets where the annealing process of the present invention is particularly advantageous, many operations are required in processing the metal from ingot shape to sheet A.
<Desc / Clms Page number 2>
or strip under which it is covered with the metal deposit.
These operations include hot rolling the metal to a thickness of about 2mm (0.08 inch), followed by cold rolling the metal, preferably in continuous rolling mills, to about. final caliber. The cold-rolled strip is then cleaned and is then annealed in long lengths in very tight coils, usually by being heated to annealing temperatures below critical temperatures in order to soften the steel and relieve stress. internal.
In order to avoid oxidation of the metal during annealing and to avoid the variation of its carbon content, a non-oxidizing atmosphere is used at temperatures between very low values, for example 93 C (200 F ) up to the highest temperature used that is at least substantially in equilibrium with the metal over the full range of annealing temperatures from a carburizing point of view. Such an annealing operation is ordinarily carried out in a furnace comprising an internal bell covering the steel which is sealed by means of a sand seal on the bottom of the furnace, the atmosphere described above being introduced into the bell by means of 'a tube passing through the bottom of the oven.
Prior to the present invention, the pressure used in the inner bell was chosen so as to be sufficient to introduce a sufficient quantity of gas to compensate for the loss through the sand seal, and to prevent the entry of air. during the cooling cycle, when the atmosphere inside the bell tends to contract. Apart from these considerations, no particular attention was paid to the supply pressure of the atmosphere, and the pressure used inside the inner annealing bell was generally around 25 mm of water. (one inch) or more.
After the annealing operation, the sheet or strip is usually rolled and treated, cleaned and pickled, and then is tin-plated.
<Desc / Clms Page number 3>
passing between tin anodes in a suitable electrolytic bath. After electro-tinning, the covered sheet is washed and dried, and then passes through an oven in order to melt the tin coating therein, then the sheet is suddenly cooled in water.
The tinned sheet or strip produced by one of these known processes often has a surface which is not uniform, this non-uniformity generally taking the form of a matt area on one or both sides of the sheet. , substantially parallel to the edge of the strip and extending over the entire length of the coil.
This matt area usually extends several inches inwardly of the strip, and is bordered by a narrow portion towards the edge as well as towards the middle of the strip, both parts shiny and satisfactory to the point of industrial view. The appearance charac- teristics seem to represent the only difference between the matt and shiny surfaces of the sheet, since the weight of the deposit and its characteristics, as determined under the microscope on each of the two matt and shiny areas, vary each. correspondingly to the ordinary non-uniformity of such products. The necessities of commerce, however, require the disappearance of these welts because products made by means of sheets bearing such welts appear to be defective and therefore cannot be easily sold.
The reason for these welts or "snakes" as they are called in the trade, is not fully known, and how they can be removed was not known prior to the present invention. It is not possible to say whether or not a given strip at any time before the melting of the electroplate will result in the production of snakes; that is, there is no difference that can be detected in parts of the strip hot or cold rolled, annealed or even electroplated which can predict
<Desc / Clms Page number 4>
presice exactly as to where and where such snakes are to form.
It can therefore easily be understood that, when tinned sheets or strips carrying these snakes are rejected, not only a certain quantity of material is lost but these rejected strips represent a significant loss of processing time, as a result of the numerous operations to which they have been subjected before the sudden cooling or quenching which follows the melting of the deposits.
Now it has been found that if the pressure of the annealing atmosphere in contact with the tightly wound sheets during their annealing is maintained at a relatively low value, the substantially complete suppression of the snakes on the tinned sheets is obtained. Mowed and soaked. The invention will be better understood by referring to an exemplary type of a process for the manufacture of tinned steel sheet by electrolysis, such as, for example, those used in the manufacture of cans.
Such material, which usually contains less than 0.10% carbon, is treated prior to annealing in the same manner as sheet or strip in the prior process described above.
The strip tightly wound into a coil after being rolled in a continuous cold rolling mill is cleaned as before, is placed on the bottom of the furnace, usually to a height of two coils. The inner bell is then placed on these coils and the annealing bell or furnace proper which comprises heating elements, such as radiation tubes, is placed over this inner bell. Before the start of heating the air in the inner casing is expelled by introducing the annealing atmosphere, admitted as before, by means of a tube passing through the bottom of the furnace, into the inner bell.
The atmosphere used is natural gas or partially burnt coke oven gas containing 5-7% carbon dioxide, 8-10% carbon monoxide, 10-14% hydrogen, less than 0.13 % methane, traces of water vapor no oxygen
<Desc / Clms Page number 5>
free, the remainder being nitrogen. The atmosphere is set so that the ratio of CO2 to CO is between 0.5 & 0.7 and the ratio of H20 to Hg is between 0.03 and 0.04, which, for the given content of hydrogen, corresponds to a dew point of -4 to -1 C (25 to 30 F).
Such an atmosphere is at least, slightly reducing µ all temperatures from about 93 C (200 F) up to the maximum temperature employed in the cycle, that is to say from 660 to 670 C (1220 at 1240 F) and is carburizing neutral at such maximum temperature used.
The speed of passage of the gaseous atmosphere in the inner bell is regulated so as to compensate for leaks through the sand seal between the inner bell and the bottom, and the pressure of this atmosphere in excess of atmospheric pressure is kept between 5 and 7.5 mms of water (0.20 to 0.30 inch). A pressure of 6.25 mm (0.25 inch) of water above atmospheric pressure is preferred. A typical annealing cycle for strips of this type involves slowly raising the temperature for about 24 hours from room temperature to 665 C (1230OF), holding the load for eight hours at that temperature and cooling it down. slow to 93 C (200 F), during which time the gas atmosphere is continuously introduced.
When the load is cooled to 93 C (200 F), the heating bell is removed, and the load is allowed to cool in air for 48 hours after which the inner bell is removed. The complete heating cycle lasts four days.
Steel strips or sheets thus annealed, treated in the same manner as before, before electrolytic tinning, and which are tinned and quenched as in the previous processes, are substantially free from surface defects, such as zeros. burrs or snakes. It has also been found that, when annealed in this manner, the strip metal can pass through an electrolytic tinning apparatus at significantly higher speeds.
<Desc / Clms Page number 6>
larger than before without the occurrence of disproportionately high percentages of waste due to these surface defects. This means, moreover, that the sheet thus annealed can be covered with an electrolytic deposit of lesser thickness without these surface defects occurring.
The reason for these results is not fully known.
It is known that, no matter how carefully the strip metal is cleaned before annealing, it cannot be entirely freed from water vapor in an industrial operation, nor from palm oil applied before its cold rolling. , nor traces of salts of cleaning solutions used before annealing. It is believed that these surface impurities may be gasified by heating the metal during annealing, and that these gasified impurities or the resulting products may seek to escape from the tightly wound metal in the coil.
The presence of a gaseous annealing atmosphere at the pressure previously used outside these coils is estimated to be able to delay the escape of this impurities or gaseous products, and give rise to their deposition on the metal of the strip at a time. place slightly spaced from its outer edge. There seems to be some evidence that the production of welts or snakes is due to the presence of an extremely thin layer of organic material, probably of monomolecular thickness, at the places where the snakes are formed. The presence of such a layer of organic material or the way in which it is deposited if it exists, however, has not been fully demonstrated up to now and it is obvious that we are in no way bound by this theory.
It has been found that the annealing process of the present invention gives equally good results on stacks of steel sheets or strips to be tinned by electrolysis and the deposit of which must be melted on their surface, as on materials wound tightly together. coils. It is obvious that stacks of sheets or
<Desc / Clms Page number 7>
strips, the form in which these products are generally annealed, have a heavy weight and that in the greater part of the stack, except perhaps at its very upper part, the pressures existing between the sheets or strips bunk are high; Conditions existing between the tightly packed layers of a coil during annealing are therefore substantially reproduced in these stacks.
The same advantageous results are consequently obtained by the annealing process of the present invention, whether the sheet or strip is annealed in tight coils or in stacks of flat products.
CLAIMS
1.- Cold rolled ferrous metal annealing process characterized in that the metal is placed in an annealing furnace so that successive layers of metal are placed in intimate contact with each other, it is created around the metal in the furnace an atmosphere which is reducing during the high temperature period of the cycle and which is substantially in equilibrium with the metal at the maximum temperature of the annealing cycle from the point of view of carburization, this temperature is maintained around the metal during the annealing cycle under a pressure of 5 to 7.5mm (0.20 to 0.30 inches) of water above atmospheric pressure, the metal is heated to the maximum temperature, it is maintained at this temperature for a significant period of time,
and it is cooled in this gaseous atmosphere to prevent its oxidation.