EP1204770B1 - Procede de fabrication d'une bande d'acier en continu - Google Patents

Procede de fabrication d'une bande d'acier en continu Download PDF

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EP1204770B1
EP1204770B1 EP00943485A EP00943485A EP1204770B1 EP 1204770 B1 EP1204770 B1 EP 1204770B1 EP 00943485 A EP00943485 A EP 00943485A EP 00943485 A EP00943485 A EP 00943485A EP 1204770 B1 EP1204770 B1 EP 1204770B1
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aqueous bath
temperature
steel strip
bath
process according
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Vittorino Tusset
Pierre Simon
Jean Crahay
Mario Economopoulos
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/60—Aqueous agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/573—Continuous furnaces for strip or wire with cooling

Definitions

  • the present invention relates to a continuous steel strip manufacturing process, and more particularly a method of cooling a steel strip in a line continuous annealing and / or coating.
  • the cooling transition temperature is the strip temperature for which the strip is cooled by the quench bath goes from heat exchange through a continuous vapor film to heat exchange through a discontinuous layer of vapor bubbles.
  • the cooling transition temperature is about 320 ° C.
  • the steel strip leaves the quench bath at a temperature of the order of 350 ° C; it is then either subjected to an overaging treatment without Intermediate cooling, i.e. cooled down to room temperature, i.e. up to less than 100 ° C by other suitable means.
  • a disadvantage of this method is that its cooling rate is limited, by example of the order of 50 ° C / s to 60 ° C / s for a steel strip 0.8 mm thick. In addition, it does not allow, without an auxiliary cooling system, a cooling of the steel strip to less than 100 ° C (full quench) while retaining a satisfactory flatness of the strip.
  • Document DE-A-27 27 744 relates to a process for heat treatment in continuous of cold rolled sheets.
  • a rolled steel sheet is subjected to cold to a heating operation aimed at bringing the sheet to a temperature above its recrystallization temperature and a cooling operation consisting of immerse the heated sheet in an aqueous bath.
  • This aqueous bath can in particular contain surfactants whose role is to facilitate the drying of the sheet and elimination of deposits, for example by blowing. No indication is given as to the amount of surfactants needed or as to the tension superficial that must be reached.
  • a method of manufacturing a steel strip continuously in which the steel strip is immersed, at a temperature between 700 ° C and 850 ° C, in an aqueous bath maintained at a temperature above ambient temperature, is characterized in that at least one surfactant capable of lowering the surface tension of said aqueous bath by at least 20 dynes / cm is added to said aqueous bath, in that the said surfactant is added in a proportion of between 0.5 g / l and 50 g / l, and in this way that the surface tension of said aqueous bath is lowered to a value less than 30 dynes / cm.
  • surfactants capable of withstand temperatures above 110 ° C, and preferably also pressures at least 2 bar.
  • an aqueous bath consisting of a water bath boiling, known per se, which can have a depth of several meters.
  • the bill such surface-active substances in a boiling water bath, in accordance with the invention allows the cooling transition temperature to be lowered, and therefore to extend the cooling of the steel strip below the aforementioned temperature of 320 ° C. according to the surfactant used, the cooling transition temperature may thus be lowered to around 125 ° C.
  • These values correspond to a band of 0.8 mm thick; they may vary slightly in the range of strip thicknesses concerned.
  • an aqueous bath is used at a temperature from 50 ° C to 90 ° C.
  • a lowering of the temperature of the aqueous bath compared to a quenching in boiling water, has the effect of increasing the heat transfer coefficient between the steel strip and the aqueous bath. This results in an increase in the speed of cooling of the steel strip, which is favorable for the production of steel strips resistance steel.
  • the cooling rates obtained in a liquid bath including the temperature is between 50 and 90 ° C are also much higher than those obtained in cooling systems using only gas flows.
  • the cooling rate goes from around 50 to 60 ° C / s for a cooling with boiling water, at around 150 to 200 ° C / s for cooling by water at 80 ° C, in the case of a steel strip 0.8 mm thick.
  • this lowering of the temperature of the aqueous bath also influences the cooling transition temperature.
  • this transition temperature of cooling is 550 ° C in a water bath at 70 ° C; she can be lowered to around 300 ° C by an appropriate addition of at least one of the the above surfactants.
  • At least one added to said aqueous bath an organic acid, chosen from acetic acid, benzoic acid and formic acid.
  • This variant is particularly advantageous for the manufacture of steel strips non-oxidized, intended in particular to be galvanized directly.
  • the surface-active substances added to the bath aqueous must also resist the aforementioned organic acids.

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Description

Domaine technique
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu, et plus particulièrement un procédé de refroidissement d'une bande d'acier dans une ligne de recuit continu et/ou de revêtement.
Etat de la technique
Dans le domaine technique de la fabrication d'une bande d'acier en continu, on connaít déjà un procédé de trempe à l'eau bouillante, auquel la bande d'acier est soumise dès sa sortie d'un four de recuit continu. Ce procédé connu est auto-régulé, puisque le bain aqueux est en permanence maintenu à l'ébullition par la bande d'acier qui y pénètre à une température de l'ordre de 700°C à 850°C. Une bande d'acier ainsi traitée présente un très bon état de surface. En outre, sa planéité est excellente, à la condition toutefois que la bande d'acier présente, à sa sortie du bain de trempe, une température supérieure à la température de transition du refroidissement.
Au sens de la présente demande, la température de transition du refroidissement est la température de la bande pour laquelle le refroidissement de la bande par le bain de trempe passe d'un échange thermique à travers un film de vapeur continu à un échange thermique à travers une couche discontinue de bulles de vapeur.
Dans les conditions usuelles de cette trempe à l'eau bouillante et pour une bande d'acier, la température de transition du refroidissement est d'environ 320°C.
Typiquement, la bande d'acier quitte le bain de trempe à une température de l'ordre de 350°C; elle est alors soit soumise à un traitement ultérieur de survieillissement sans refroidissement intermédiaire, soit refroidie jusqu'à la température ambiante, c'est-à-dire jusqu'à moins de 100°C par d'autres moyens appropriés.
Un inconvénient de ce procédé est que sa vitesse de refroidissement est limitée, par exemple de l'ordre de 50°C/s à 60°C/s pour une bande d'acier de 0,8 mm d'épaisseur. En outre, il ne permet pas d'effectuer, sans système de refroidissement auxiliaire, un refroidissement de la bande d'acier jusqu'à moins de 100°C (full quench) tout en conservant une planéité satisfaisante de la bande.
Divers systèmes, notamment par jets d'eau et/ou de brouillard, ont été proposés pour poursuivre le refroidissement de la bande sans nuire à sa planéité. Il s'agit cependant en général de systèmes coûteux, bruyants et difficiles à conduire, qui n'ont pas connu, à ce jour, de réelle application industrielle.
II existe aussi des procédés de refroidissement basés sur l'utilisation de flux de gaz ou de rouleaux refroidis; ces procédés sont très onéreux à mettre en oeuvre et ne fournissent d'ailleurs pas les vitesses de refroidissement très élevées, exigées notamment par les aciers de résistance ; ces procédés entraínent en outre certains problèmes de planéité de la bande.
On connaít par ailleurs un autre système, travaillant par aspersion avec une eau à environ 80°C, qui permet de refroidir la bande d'acier jusqu'à moins de 100°C et d'augmenter la vitesse de refroidissement. Ce système n'est cependant pas compatible avec une trempe à l'eau bouillante, notamment à cause des températures nettement différentes imposées par les deux procédés.
Le document DE-A-27 27 744 se rapporte à un procédé pour le traitement thermique en continu de tôles laminées à froid. En particulier, on soumet une tôle d'acier laminée à froid à une opération de chauffage visant à porter la tôle à une température supérieure à sa température de recristallisation et à une opération de refroidissement consistant à immerger la tôle ainsi chauffée dans un bain aqueux. Ce bain aqueux peut notamment contenir des substances tensioactives dont le rôle est de faciliter le séchage de la tôle et l'élimination des dépôts, par exemple par soufflage. Aucune indication n'est donnée quant à la quantité de substances tensioactives nécessaire ou quant à la tension superficielle qu'il faut atteindre.
Présentation de l'invention
II existe actuellement une demande pour des bandes en aciers de résistance, présentant néanmoins également une bonne planéité. En raison des inconvénients et des limitations des procédés rappelés plus haut, ceux-ci ne permettent pas de fabriquer des bandes d'acier de cette qualité.
Partant de cet état de la technique, la présente invention propose un procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu, qui permet d'une part d'abaisser la température finale de refroidissement de la bande et d'autre part d'augmenter sa vitesse de refroidissement, sans aucune dégradation de la planéité.
Conformément à l'invention, un procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu, dans lequel on plonge la bande d'acier, à une température comprise entre 700°C et 850°C, dans un bain aqueux maintenu à une température supérieure à la température ambiante, est caractérisé en ce que l'on ajoute audit bain aqueux au moins une substance tensio-active capable d'abaisser la tension superficielle dudit bain aqueux d'au moins 20 dynes/cm, en ce que l'on ajoute ladite substance tensio-active en une proportion comprise entre 0,5 g/l et 50 g/l, et en ce que l'on abaisse ainsi la tension superficielle dudit bain aqueux à une valeur inférieure à 30 dynes/cm.
Suivant l'invention, on utilise avantageusement des substances tensio-actives capables de résister à des températures supérieures à 110°C, et de préférence aussi à des pressions d'au moins 2 bar.
Suivant une première mise en oeuvre, on utilise un bain aqueux constitué par un bain d'eau bouillante, connu en soi, qui peut présenter une profondeur de plusieurs mètres. L'addition de telles substances tensio-actives à un bain d'eau bouillante, conformément à l'invention, permet d'abaisser la température de transition du refroidissement, et donc de prolonger le refroidissement de la bande d'acier en dessous de la température précitée de 320°C. Selon la substance tensio-active utilisée, la température de transition du refroidissement peut ainsi être abaissée jusqu'à environ 125°C. Ces valeurs correspondent à une bande de 0,8 mm d'épaisseur; elles peuvent varier légèrement dans la gamme des épaisseurs de bande concernées.
Suivant une autre mise en oeuvre particulière, on utilise un bain aqueux à une température de 50°C à 90°C. Un tel abaissement de la température du bain aqueux, par rapport à une trempe à l'eau bouillante, a pour effet d'augmenter le coefficient de transfert de chaleur entre la bande d'acier et le bain aqueux. Il en résulte une augmentation de la vitesse de refroidissement de la bande d'acier, ce qui est favorable pour la fabrication de bandes en acier de résistance. Les vitesses de refroidissement obtenues dans un bain liquide dont la température est comprise entre 50 et 90°C sont aussi beaucoup plus élevées que celles obtenues dans les systèmes de refroidissement utilisant uniquement des flux de gaz.
A titre d'exemple, la vitesse de refroidissement passe d'environ 50 à 60°C/s pour un refroidissement à l'eau bouillante, à environ 150 à 200°C/s pour un refroidissement par de l'eau à 80°C, dans le cas d'une bande d'acier de 0,8 mm d'épaisseur.
Parallèlement, cet abaissement de la température du bain aqueux influence également la température de transition du refroidissement. En particulier, pour une bande d'acier, cette température de transition du refroidissement est de 550°C dans un bain d'eau à 70°C; elle peut être abaissée jusqu'à environ 300°C par une addition appropriée d'au moins une des substances tensioactives précitées.
Il est cependant impératif que la bande quitte le bain de trempe à une température supérieure à cette température de transition pour conserver sa planéité.
Dans ces conditions, lorsque la température de transition du refroidissement est trop nettement supérieure à la température de 100°C - cas d'un bain aqueux à 70-80°C avec ou sans addition de substances tensioactives - on peut alors, suivant une variante de l'invention, poursuivre le refroidissement de la bande d'acier jusqu'à moins de 100°C (full quench), sans perte de planéité, en appliquant un refroidissement par aspersion avec de l'eau à 70-80°C. Cette eau peut ensuite être renvoyée dans le bain aqueux.
Suivant encore une autre caractéristique particulière, on ajoute audit bain aqueux au moins un acide organique, choisi parmi l'acide acétique, l'acide benzoïque et l'acide formique.
Cette variante s'avère particulièrement avantageuse pour la fabrication de bandes d'acier non oxydées, destinées notamment à être galvanisées directement.
Dans le cas de cette variante particulière, les substances tensio-actives ajoutées au bain aqueux doivent en outre résister aux acides organiques précités.
A titre d'exemples de substances tensio-actives présentant les propriétés requises de résistance à des températures supérieures à 110°C, à des pressions d'au moins 2 bar ainsi qu'aux acides organiques précités, on peut mentionner les composés suivants, sans que cette énumération soit limitative:
  • tristéarate de sorbitan
  • trioléate de sorbitan
  • isostéarate de sorbitan
  • monostéarate de sorbitan
  • monolaurate de sorbitan
  • monostéarate de pentaérythritol
  • monooléate de pentaérythritol
  • dioléate de propylène glycol.
Il va de soi que ces composés peuvent être présents, en concentrations variables, dans les substances tensio-actives utilisées conformément à l'invention.

Claims (8)

  1. Procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu, dans lequel on plonge la bande d'acier, à une température comprise entre 700°C et 850°C, dans un bain aqueux maintenu à une température supérieure à la température ambiante, caractérisé en ce que l'on ajoute audit bain aqueux au moins une substance tensio-active capable d'abaisser la tension superficielle dudit bain aqueux d'au moins 20 dynes/cm, en ce que l'on ajoute ladite substance tensio-active en une proportion comprise entre 0,5 g/l et 50 g/l, et en ce que l'on abaisse ainsi la tension superficielle dudit bain aqueux à une valeur inférieure à 30 dynes/cm.
  2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise des substances tensio-actives capables de résister à des températures supérieures à 110°C.
  3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on utilise des substances tensio-actives capables de résister à des pressions d'au moins 2 bar.
  4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit bain aqueux se trouve sensiblement à sa température d'ébullition.
  5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit bain aqueux se trouve à une température de 50°C à 90°C.
  6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la bande d'acier sort dudit bain aqueux à une température supérieure à sa température de transition du refroidissement et en ce qu'elle est soumise à un refroidissement complémentaire par aspersion avec de l'eau à 50°C-90°C.
  7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on ajoute audit bain aqueux au moins un acide organique, choisi parmi l'acide acétique, l'acide benzoïque et l'acide formique.
  8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites substances tensio-actives sont capables de résister auxdits acides organiques.
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