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Cette invention est relative à un procédé continu de recuit de feuïilards d'acier laminés à froid, en particulier des feuillards d'acier à faible teneur en carbone et l'invention concerne aussi les feuillards d'acier recuits suivant le présent procédé.
L'acier laminé à faible teneur en carbone, cest-à-dire ne contenant pas plus de 0,2% de carbone, représente approximativement 50% de la production d'acier laminé. La proportion de loin la plus grande de ce produit est réduite à l'épaisseur finale par laminage à froid, des réductions d'épaisseur aussi élevées que 85% étant faites dans la dernière opération. L'effet d'une réduction à froid aussi énergique est d'allonger et de broyer la micro-
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structure de l'acier, le rendant dur et non malléable et nécessi- tant un traitement thermique ultérieur pour rétablir le degré vou- lu de douceur et de ductilité. Le but du traitement est de produire une tôle ou un feuillard ayant une dureté spécifiée convenait à son usage final .
Jusqu'à présent, le traitement thermique a genéralement consisté en un recuit en boite du feuillard lapine à froid. Dans cette opération, on empile plusieurs rouleaux de feuillard dans une enceinte appropriée et on les chauffe lentement jusqu'aux environs de la température de transformation inférieure de l'acier, on les maintient à cette température pendant plusieurs heures et ensuite on les refroidit très lentement jusqu'à une température d' environ 121 C, le cycle complet exigeant 60 à 70 heures. Ce traitement,lorsqu'il est convenablement applique, produit une microstructure de grains de ferrite équiaxés caractérisés par une distribution des carbures en petites particules bien rondes.
On considère généralement cette structure corme procurant la combinaison optimum de douceur et de ductilité et convenant le mieux pour de sévères opérations de façonnage. Toutefois, le recuit en boîte est une opération prenant beaucoup de temps et dans les dernières années il y a eu une tendance croissante vers l'utilisation d'un procédé continu de recuit. Dans cette dernière opération, on fait passer l'acier comme un câble à travers un four comprenant une section de chauffage et une section de refroidissement.
La section de chauffage est conçue de manière à amener le feuillard d'acier à une température comprise entre 78 et 955 C en 1/2 à 2 minutes et à le maintenir à cette température pendant plusieurs secondes. La section de refroidissement peut avoir plusieurs certaines de mètres de longueur et elle est agencée de @anière à refroidir l'atmosphè- re du four à contre courant afin d'amener le feuillard à la température finale désirée en quelques minutes.
Le recuit continu convient bien 9 la production en ligne de produits en acier recouveri - d'un revêtement puiue le feuillard peut être refroidi à une tem
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pérature juste au-dessus d.e la température du métal de revêtement et être introduit immédiatement dans le bain de métal de revêtement, réalisant ainsi une considérable économie de chaleur. Un exemple pratique de recuit continu conventionnel est donné par la courbe 1 de la figure 1 des dessins annexés.
Dans ce type d'opéra-. tion, la section de chauffage fonctionne avec l'apport maximum de chaleur et la vitesse du feuillard est réglée de manière à obtenir la dureté spécifiée tandis que le refroidissement est commandé uni- quement au point nécessaire pour ramener le feuillard à une tempé- rature appropriée pour l'introduire dans l'atmosphère ou le faire entrer dans un bain de métal de revêtement en fusion.
Bien que le procédé conventionnel de recuit continu soit dirigé en vue d'obtenir un produit complètement recuit, c'est-à-dire que le feuillard d'acier est porté à des températures approchant son point critique supérieur ou dépassant celui-ci, l'opération ne donne pas un produit aussi doux que l'ancien procédé de recuit en boite même lorsqu'on réduit la vitesse pour accroître la durée à haute température. On ne l'a donc pas adopté pour le travail de toutes les qualités d'acier car les pratiques 'les plus courantes réduisent consé- quemment la dureté d'un feuillard d'acier à faible teneur en carbone laminé à froid à une dureté Rockwell B de 58 et ce résultat n'est atteint qu'en réduisant la vitesse du feuillard et en diminuant la production.
Le-procédé de recuit ici décrit a pour but de produire de manière suivie .un feuillard doux' ayant une dureté maximum Recueil B de 55, dans des fours de recuit continus à grande vitesse. On a découvert qu'une zone de température de recuit sous-critique particulière utilisée conjointement avec un cycle de refroidissement et de Main- tien spécifique procure de manière constante les prepriétés @
Le recuit à des températures sous-critiques est possible car les grains de ferrite qui ont été déformés et soumis à de grands efforts résultant du laminage à froid ont la ossibilité @@ se recristalliser et de se réorienter d'eux mêmes en une Structn-
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re normale à des températures aussi basses que 538 C.
Cependant les grains de perlite qui ont aussi été soumis à un effort et déformés par le laminage à froid restent insensibles aux températures sous-critiques. Les essais antérieurs de recuit aux températures fous-critiques étaient basés sur une longue durée à la température de recuit associée à un refroidissement lent pour commander le degré de dureté réalisé par l'opération de recuit. Ce procédé est basé sur l'hypothèse que l'acier doit être maintenu à des températures de recuit sous-critiques pendant de longues périodes pour permettre la recristallisation de la ferrite et l'agglomération des carbures.
Le procédé de recuit de cette invention s'écarte radicalement de la pratique reconnue du recuit sous-critique comme il apparaît clairement de la représentation du procédé perfectionné donnée par la courbe 2 de la figure 1 des dessins.
'.Les courbes de la figure 1 sont des courbes temps-tempé- rature mettant en contraste le nouveau procédé de recuit représenté 'par la ligne 2 avec l'ancien procédé continu de recuit complet représenté par la ligne 1. Les figures 2 et 3 sont deux courbes obtenues d'un grand nombre de résultats d'essais montrant les tempé- ratures de recuit et de palier les plus efficaces pour obtenir une dureté maximum Rockwell B de 55 par un feuillard en acier à faible teneur en carbone.
Pour obtenir les données de la figure 2 qui représente l'effet des variations de température de recuit, tous les échantillons ont été maintenus aux températures de recuit indiquées pendant 30 secondes, après quoi ils ont été trempés à une température de palier d'environ 482 C et maintenus à cette tem- pérature pendant 30 secondes. Les données de la figure 3 qui représente l'effet des variations de température de palier, ont été obtenues en recuisant tous les échantillons à 677 C pendant 30 secondes, en les trempant ensuite et en les maintenant aux températu- res de palier indiquées pendant 30 secondes.
Ces courbes montrent que la température de recuit doit être comprise entre 677 et 705 C, de préférence aux environs de 690 C, si on désire obtenir la douceur maximum. Le feuillard doit
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être maintenu à cette température seulement pendant 30 secondes environ pour assurer l'égalisation des températures. Après cela, le feuillard doit être refroidi aussi vite que possible et en moins de 2 minutes jusqu'à une température comprise entre 426 et 538 C et maintenu à cette température pendant au moins 30 secondes.
Il est à remarquer sur la figure 3 qu'on obtient la douceur maximum lorsque le feuillard est trempé à une température comprise entre 454 et 496 C' et maintenu à cette température. Après avoir laissé le feuillard à cette température pendant le temps indiqué, on peut le refroidir aussi rapidement qu'on le désire jusqu'à la températu- re ambiante ou bien, s'il doit être recouvert d'un revêtement -par une opération d'immersion à chaud, on le refroidit jusqu'à une température intermédiaire désirée et on l'introduit directement dans le bain de revêtement.
Si le traitement thermique de la présen-j te invention est effectué en ligne avec une opération de galvanisation, on a trouvé qu'il est préférable de tremper le feuillard et
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de le maintenir à une te ipérature comprise entre 468 et 482 C, ces limites de températures convenant idéalement bien pour introduire le feuillard dans le bain de zinc. En outre, on fait passer le feuillard nettoyé dans une enceinte à atmosphère non-oxydante, cette enceinte comprenant des zones de chauffage, de refroidissement et de maintien et le feuillard rapidement refroidi est introduit sans être exposé à une influence oxydante dans le bain de métal de revêtement en fusion.
Le rendement du nouveau procédé de recuit recsort claire-
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ment des cl.onnes' suiva:'.1.tes qui Y'l0:::J.trent. une comparaison r1e: données de production avant et après la lise en pratique du nouveau procé- dé de recuit..
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Pureté Poc'¯r-e? 1 Pourcentage de w .¯re pr4- 2<:,fcifL: sentant une rJur8 tri: Rocl0fell
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. 1 l' . précédé 55 bzz )11.7ePI). )]OC';c1Â 53 lz,
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Le nouveau procédé permet de satisfaire à une spécification de dureté Rockwell B maximum de 55 à peu près à 100% alors qu'une pareille constance ne peut être obtenue avec l'ancien procédé en dessous d'une valeur Rockwell de 58B.
D'une égale signification commerciale est le fait que les perfectionnements ci-dessus ont été obtenus sans devoir réduire la vitesse de passage du feuillard dans les appareils de recuit ce qui a pour effet d'accroître la capacité de production de ceux-ci d'environ 25%.
Bien qu'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réalisation particulières de la présente invention, il est bien entendu qu'elles sont données uniquement à titre illustratif et descriptif et qu'on peut imaginer diverses autres formes sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de recuit continu d'un feuillard d'acier à faible teneur en carbone laminé à froid qui consiste à faire passer de manière continue le feuillard à travers une enceinte comprenant des zones de chauffage, de refroidissement et de maintien, à égaliser la température du feuillard dans la zone dé chauffage entre 677 et 705 C pour recristalliser la structure du feuillard laminé à froid, à refroidir rapidement le feuillard en dessous de 538 C dans la zone de refroidissement et à maintenir le feuillard pendant au moins 30 secondes à une température comprise entre 426 et 538 C dans la zone de maintien de l'enceinte.
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This invention relates to a continuous process for annealing cold rolled steel strip, in particular low carbon steel strip, and the invention also relates to steel strip annealed according to the present process.
Rolled steel with low carbon content, that is, steel containing no more than 0.2% carbon, accounts for approximately 50% of the production of rolled steel. By far the greater proportion of this product is reduced to the final thickness by cold rolling, with thickness reductions as high as 85% being made in the last run. The effect of such vigorous cold reduction is to lengthen and grind the micro-
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structure of the steel, making it hard and non-malleable and requiring further heat treatment to restore the desired degree of softness and ductility. The purpose of processing is to produce a sheet or strip having a specified hardness suitable for its end use.
Heretofore, heat treatment has generally consisted of box annealing of the cold rabbit strip. In this operation, several rolls of strip are stacked in a suitable enclosure and heated slowly to around the lower processing temperature of the steel, maintained at this temperature for several hours and then cooled very slowly. up to a temperature of about 121 C, the complete cycle requiring 60 to 70 hours. This treatment, when properly applied, produces a microstructure of equiaxed ferrite grains characterized by a distribution of the carbides into small, round particles.
This structure is generally considered to provide the optimum combination of softness and ductility and best suited for severe shaping operations. However, box annealing is a very time consuming operation and in recent years there has been an increasing trend towards the use of a continuous annealing process. In the latter operation, the steel is passed like a cable through a furnace comprising a heating section and a cooling section.
The heating section is designed to bring the steel strip to a temperature between 78 and 955 C in 1/2 to 2 minutes and to keep it at that temperature for several seconds. The cooling section may be several meters long and is arranged to cool the atmosphere of the furnace against the current in order to bring the strip to the desired final temperature within a few minutes.
Continuous annealing is well suited for in-line production of coated steel products - with a coating after which the strip can be cooled to a temperature.
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temperature just above the temperature of the coating metal and be introduced immediately into the bath of coating metal, thus achieving a considerable heat saving. A practical example of conventional continuous annealing is given by curve 1 of FIG. 1 of the accompanying drawings.
In this type of opera-. tion, the heating section operates with maximum heat input and the strip speed is adjusted to achieve the specified hardness while cooling is controlled only at the point necessary to bring the strip to a suitable temperature. to introduce it to the atmosphere or to enter a bath of molten coating metal.
Although the conventional continuous annealing process is directed to obtain a fully annealed product, that is, the steel strip is heated to temperatures approaching or exceeding its upper critical point, This operation does not result in a product as smooth as the old box annealing process even when the speed is reduced to increase life at high temperature. It has therefore not been adopted for working all grades of steel because the most common practices consequently reduce the hardness of a cold rolled low carbon steel strip to Rockwell hardness. B of 58 and this result is only achieved by reducing the speed of the strip and reducing production.
The annealing process described herein is intended to consistently produce a soft strip having a Compendium B maximum hardness of 55, in continuous high speed annealing furnaces. It has been found that a particular subcritical annealing temperature zone used in conjunction with a specific cool and hold cycle consistently provides the properties.
Annealing at subcritical temperatures is possible because the ferrite grains which have been deformed and subjected to great stresses resulting from cold rolling have the possibility of recrystallizing and reorienting themselves into a structure.
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re normal at temperatures as low as 538 C.
However, perlite grains which have also been subjected to stress and deformed by cold rolling remain insensitive to subcritical temperatures. Previous insane-critical temperature annealing tests were based on long time at the annealing temperature combined with slow cooling to control the degree of hardness achieved by the annealing operation. This process is based on the assumption that the steel must be maintained at subcritical annealing temperatures for long periods of time to allow recrystallization of the ferrite and agglomeration of the carbides.
The annealing process of this invention departs radically from the accepted practice of subcritical annealing as is evident from the representation of the improved process given by curve 2 of Figure 1 of the drawings.
The curves in Figure 1 are time-temperature curves contrasting the new annealing process shown by line 2 with the old continuous full annealing process shown in line 1. Figures 2 and 3 are two curves obtained from a large number of test results showing the most effective annealing and bearing temperatures to achieve a maximum Rockwell B hardness of 55 by a low carbon steel strip.
To obtain the data in Figure 2 which represents the effect of variations in annealing temperature, all samples were held at the indicated annealing temperatures for 30 seconds, after which they were quenched to a plateau temperature of approximately 482. C and kept at this temperature for 30 seconds. The data in Figure 3, which represents the effect of bearing temperature variations, was obtained by annealing all samples at 677 C for 30 seconds, then quenching them and holding them at the indicated bearing temperatures for 30 seconds. seconds.
These curves show that the annealing temperature should be between 677 and 705 C, preferably around 690 C, if maximum softness is desired. The strap must
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be kept at this temperature only for about 30 seconds to ensure temperature equalization. After that, the strip should be cooled as fast as possible and in less than 2 minutes to a temperature between 426 and 538 C and kept at that temperature for at least 30 seconds.
It should be noted in FIG. 3 that the maximum softness is obtained when the strip is quenched at a temperature between 454 and 496 C 'and maintained at this temperature. After having left the strip at this temperature for the time indicated, it can be cooled as quickly as desired to room temperature or, if it is to be covered with a coating - by a cooling operation. When hot immersed, it is cooled to a desired intermediate temperature and introduced directly into the coating bath.
If the heat treatment of the present invention is carried out in line with a galvanizing operation, it has been found that it is preferable to quench the strip and
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to maintain it at a temperature between 468 and 482 ° C., these temperature limits being ideally suited for introducing the strip into the zinc bath. In addition, the cleaned strip is passed through an enclosure with a non-oxidizing atmosphere, this enclosure comprising heating, cooling and holding zones and the rapidly cooled strip is introduced without being exposed to an oxidizing influence in the metal bath. of molten coating.
The performance of the new annealing process recsort clear-
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ment of the cl.onnes 'followed:'. 1.tes qui Y'l0 ::: J.trent. a r1e comparison: production data before and after the practical reading of the new annealing process.
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The new process allows a maximum Rockwell B hardness specification of 55 to be met at about 100% while such consistency cannot be achieved with the old process below a Rockwell value of 58B.
Of equal commercial significance is the fact that the above improvements have been obtained without having to reduce the speed of passage of the strip through the annealing apparatus, which has the effect of increasing the production capacity of the latter. about 25%.
Although several particular embodiments of the present invention have been represented and described, it is understood that they are given solely by way of illustration and description and that various other forms can be imagined without departing from the scope of the invention. .
CLAIMS.
1.- Continuous annealing process for a cold-rolled low carbon steel strip which consists in passing the strip continuously through an enclosure comprising heating, cooling and holding zones, to be equalized temperature of the strip in the heating zone to between 677 and 705 C to recrystallize the structure of the cold rolled strip, to rapidly cool the strip below 538 C in the cooling zone and to hold the strip for at least 30 seconds at a temperature between 426 and 538 C in the holding zone of the enclosure.