LU82208A1 - Procede de fabrication d'une bande d'acier revetue - Google Patents

Description

- « \ C 1941E/8002.

i Revendication de ia priorité de(s) la c ccrrpsponJàme® dépocér(c) en -JaLc-LeJ-q. u t» le.-il—JPQ_q r s Ί<\ / sous le η» 5¾¾ /j " ~r CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif - Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique) .

Procédé de fabrication d'une bande d'acier revêtue.

La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'une bande d'acier revêtue à hautes propriétés d'emboutissage et/ou de ductilité. Cette invention est particulière-f ment intéressante dans le cas où la bande est revêtue, par im mersion, dans un bain à base d'un mélange de zinc et d'aluminium.

‘ Les principales qualités que les utilisateurs récla ment des bandes d'acier revêtues sont, entre autres, des propriétés d'emboutissage aussi élevées que possible pour la nuance d'acier utilisée, ainsi que, suivant le cas et l'usage auquel la bande est destinée, une résistance à la fatigue, une ductilité et une sou^ / dabilité satisfaisantes. /Jr

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Le demandeur a constaté que le régime de refroidissement appliqué à la bande d'acier à la sortie du bain de revêtement avait une grande importance à ce sujet et a mis au point un nouveau procédé de ce type qui fait précisément l'objet de la présente invention.

Le procédé, objet de la présente invention, dans lequel une bande en acier est immergée dans un bain métallique à température supérieure à 500°C, est caractérisé en ce qu'à la sortie du bain, la bande est soumise à un premier refroidissement, jusqu'à la température à laquelle la couche métallique dont la bande est recouverte, se soit solidifiée, puis à un refroidissement brutal, mais ne compromettant pas la planéité de la bande,jusqu'à une température inférieure à 475°C.

Avantageusement, la dite bande a été préalablement à la dite immersion, chauffée à une température supérieure à sa température de recristallisation, maintenue à cette température, de préférence pendant plus de 30 secondes, puis refroidie jusqu'à une température non inférieure à celle du bain métallique.

Suivant une variante avantageuse du procédé de 1 'invention, la durée comprise entre le moment où la bande à température supérieure à celle de recristallisation commence à être refroidie et le moment où, après sa sortie du bain métallique, la couche métallique de recouvrement est solidifiée, n'est pas inférieure à 20 secondes et non supérieure à 100 secondes, ce qui permet d'obtenir une bande revêtue, dont les caractéristiques sont particulièrement intéressantes.

i Selon une modalité de l'invention, dans le cas d'une bande en acier doux pour emboutissage, le refroidissement brutal et rapide est effectué jusqu'à une température située entre 375^C et 475°C et est suivi d'un maintien de la bande à la température de fin de refroidissement, pendant une période supérieure à 30 secondes, et ensuite d'un second refroidissement moins rapide/ jusqu'à la température ambiante, par un moyen connu en soi. /h tf.

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Dans le cas où l'on met en oeuvre une bande en acier extra-doux, la température finale du refroidissement brutal est inférieure à 350°C, la bande est soumise ensuite à une opération de réchauffage dans un four approprié, jusqu'à une température de 1' ordre de 400°C à 500°C, et après un maintien d'au moins 30 secondes à cette température, puis à refroidissement lent,jusqu'à l'ambiante.

Par ailleurs, suivant une autre variante de 1' invention, dans le cas d’une tôle fine à haute résistance, le refroidissement brutal et rapide est effectué jusqu'à une température inférieure à 300°C, et de préférence à 250°C et est suivi immédia-' tement d'un second refroidissement moins rapide, jusqu'à la tempé- I rature ambiante par un moyen connu en soi.

| Le bain dans lequel on immerge la bande à revê- | tir est, suivant l'invention, composé d'un ou plusieurs métaux ou | alliages, dont le point de fusion est inférieur à 700°C. Parmi ces | métaux, on relève notamment les métaux légers, tels que l'alumi- ! nium et leurs alliages. Une application particulièrement avanta- j geuse consiste en un bain d'aluminium et de zinc.

Egalement suivant l'invention, le refroidissement brutal et rapide de la bande à sa sortie du bain de revêtement est effectué par trempe dans un bain aqueux maintenu à une température supérieure à 75°C, et de préférence à sa température d'ébullition.

Le demandeur a déjà pu montrer, dans d'autres applications, telles que par exemple le recuit continu de tôles ' galvanisées ou non, l'intérêt présenté par une telle trempe en milieu aqueux, à savoir conférer à ces tôles une excellente com-

Sbinaison limite élastique - allongement, avec pour conséquence .

une grande aptitude à l'emboutissage et une grande homogénéité^/ de propriétés sur toute leur largeur. /L· 4.- t

Le bain aqueux dans lequel on immerge la tôle en vue de la refroidir rapidement peut être constitué d'eau uniquement ou contenir en suspension et/ou en solution, des matières susceptibles de modifier le coefficient de transfert de la chaleur, par exemple des sels (notamment du chlorure de calcium ou du borax) ou des substances tensio-actives, telles que des pal-mitates, des stéarates, des oléates de sodium ou de potassium, ainsi qu'éventuellement des matières inhibitrices de corrosion.

Suivant une variante de l'invention, le refroidissement brutal et rapide de la bande à sa sortie du bain de revêtement est effectué par projection d'un fluide constitué d'un brouillard homogène d'eau mise en suspension dans un gaz, de préférence de l'air.

Le demandeur a mis au point un gicleur capable d'effectuer un tel refroidissement et qui est décrit dans le brevet belge n° 853.821. Ce gicleur comprend un conduit central ayant la forme d'une tuyère de Laval et au moins un conduit latéral débouchant dans la zone de sortie de la partie divergente du conduit central, suivant une inclinaison supérieure à 30°, et de préférence voisine de 45°. Le conduit central est alimenté en gaz pulvérisateur (de préférence de l'air, mais éventuellement de l'azote, etc...), à l'extrémité d'entrée de la partie convergente et le .conduit latéral est alimenté en eau à pulvériser. Une installation de tels gicleurs possède une puissance spécifique de refroidissement pouvant s'élever à plus de 3 mégawatts par m2 et pouvant varier très largement (de l'ordre de 1 à 10), sans perdre son caractère de refroidissement uniforme. Ces gicleurs présentent encore l'avantage d'un très bon rendement, avec pour conséquence, • une consommation réduite d'eau pour une même puissance de refroidissement .

Les exemples ci-après sont donnés à titre// indicatif, mais non limitatif. f // : Ί.

! 5.-

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V

f 1. Bande_en_acier_doux_de_qualité_ordinaire

La bande laminée à froid et d'une épaisseur de 0/8 mm a été traitée dans une ligne continue de revêtement par I immersion dans un bain composé principalement d'aluminium et de j zinc.

i

Le traitement a consisté à chauffer la bande dans un four à flammes nues non oxydantes, jusqu'à une tempéra-f ture de 700°C, puis à la maintenir à cette température pendant un court moment de l'ordre de 35 secondes. La bande a ensuite été l refroidie en 10 secondes, jusqu'à 600°C, et plongée immédiatement j ; après dans le bain Al-Zn se trouvant à une température de 590°C.

Dès la sortie du bain, on refroidit rapidement la bande pour solidifier le revêtement en 5 secondes, jusqu'à la température de 510°C, puis très rapidement jusqu'à 425°C, et on maintient cette bande à cette température, pendant 45 secondes.

Ce dernier refroidissement a été effectué par immersion de la bande dans un bain aqueux contenant un élément de passivation tel que du bichromate de potassium ou de l'anhydride chromique, le dit bain étant maintenu à 95°C.

On termine le traitement par un refroidissement lent en 45 secondes, jusqu'à 80°C.

Par comparaison, la même bande d'acier a été traitée suivant un procédé habituel de revêtement par immersion à chaud avec une seule phase de refroidissement à la sortie du bain consistant à amener la bande de 590°C (température du bain / de revêtement) à 80°C en une minute. /y/ ' » « 6.-

Les résultats obtenus sont les suivants : suivant traitement invention habituel

Limite élastique 250 MPa 330 MPa

Charge de rupture 350 MPa 370 Mpa

Allongement 38 % 35 %.

On constate la nette amélioration de l'allonge-v ment de la bande traitée suivant l'invention, ce qui est éminemment propice aux traitements d'emboutissage.

2. Tôle fine_revêtue à_haute résistance.

Une tôle fine de composition suivante : C : 0,G6 %, Mn : 0,8 %, Si : 0,1 %, Al : 0,05 %, le solde étant constitué par du fer contenant les impuretés habituelles, a été traitée également dans une ligne continue de revêtement par immersion dans un bain composé principalement d'aluminium et de zinc.

Le traitement a consisté de même à chauffer la tôle dans un four à flammes nues non oxydantes, jusqu'à une température de 800°C, puis à la maintenir à cette température pendant un court moment d'environ 30 secondes. La tôle a ensuite été refroidie en 20 secondes jusqu’à 650°C et plongée immédiatement après dans le bain Al-Zn se trouvant à une température de 620°C.

\ * Dès la sortie du bain, on refroidit rapidement la tôle, jusqu'à température de 530°C en 10 secondes, afin de solidifier le revêtement, puis très rapidement en 2,5 secondes jusqu* à 20°C, au moyen d'une rampe de gicleurs projetant un brouillard d'eau en suspension dans de l'air, tels que décrits dans le brevet belge N° 853.821.

Par comparaison,la même tôle d'acier a été traitée suivant un procédé habituel de revêtement par immersion / à chaud, avec refroidissement à la sortie du bain en 1 minute, /]// jusqu'à 20°C. (// 7.- I , j ί

Les résultats obtenus sont les suivants : suivant traitement invention habituel - Limite élastique 380 MPa 350 MPa

Charge de rupture 480 MPa 420 MPa

Allongement 33 % 32 % : !: On constate que la charge de rupture de la tôle , ! : traitée, suivant l'invention, est nettement supérieure à celle de la même tôle traitée suivant un procédé habituel.

3. Tôles extra-doux pour emboutissage profond.

Nature du bain de revêtement : alliage zinc - aluminium.

J Température du bain : 600°C.

Température de début de refroidissement rapide (après solidification du recouvrement) : 530°C.

Procédé de refroidissement rapide : immersion en bain aqueux à 1' ébullition.

L'acier traité est en acier extra-doux, de composition suivante : %> C M Si Al p n2 0,067 0,290 — — 0,015 0,010 0,0045

Il a été laminé à chaud, avec une température de fin de laminage de 880°C et une température de bobinage de 700°C, jusqu'à l'épaisseur de 2,5 mm, puis laminé à froid jusqu'à une épaisseur de 0,8 mm.

Dans la ligne de recouvrement, il a subi différents cycles thermiques représentés à la figure 1 : - chauffage rapide à 700° C, - maintien à cette température pendant une durée supérieure à 30 sec., - refroidissement par soufflage de gaz d'atmosphère, jusqu'à une température de l'ordre de 610°C, en des durées variables. ^ - à la sortie du bain, essorage du recouvrement et refroidissement/ j jusqu'à 530°C en des durées variables. /Jp 8.- - immersion dans un bain aqueux à l'ébullition dont la tôle est ressortie à des températures comprises entre 150 et 350°C.

- réchauffage rapide à 450°Cet maintien à cette température pendant des durées variables.

- refroidissement final à l'air en 45 secondes, jusqu'à 80°C.

A titre de comparaison, le même acier a été traité suivant un cycle conventionnel, comportant un refroidissement continu en 1 minute à la sortie du bain de revêtement jusqu'à 80°C.

Résultats après après vieillissement 1) Cycle conventionnel sfrin-pass à 60° C - 1 heure

Limite élastique E (MPa) : 250 270

Charge de rupture R (MPa) : 350 355

Allongement (base 50 mm) (%) : 38 % 36 %.

2) Cycle suivant l’invention a) Effet de la durée totale de refroidissement lent entre recuit et début du refroidissement rapide après recouvrement.

Cet effet est illustré par la figure 2 qui a été obtenue en ne faisant varier que ce seul paramètre, les autres étant fixés comme suit : - température de la tôle à la sortie du bain aqueux utilisé pour le refroidissement rapide : 150°C.

- durée du maintien à 450°C : 45 secondes.

On voit qu'on obtient un net adoucissement de l'acier pour / des durées totales de refroidissement lent supérieures à/l/ 20 secondes. /1/ 7 I ‘ 9.- 1| b) Effet de la température de sortie du refroidissement rapide (avant réchauffage à 450°C).

Les résultats suivants ont été obtenus avec les autres pa-, ramètres fixés comme suit : - durée totale de refroidissement lent: 27 secondes, - durée de maintien à 450°C : 45 secondes.

Température de Limite Charge de Allongement * sortie du refroi- d'élasticité rupture

dissement rapide E R

MPa MPa %

S* y* S* V* SX VX

450°C 240 260 340 350 39 36,0 400°C 235 253 338 346 38,7 36,0 350° C 230 246 335 342 39,7 36,3 300° C 214 230 326 332 41,0 38,0 250° C 208 225 320 326 42,6 40,6 200p C 204 215 318 322 43, 1 41,2 150° C 205 212 321 324 42,5 41,0 100°C 206 215 319 323 43,0 41,4 K S = après le skin-pass V = après vieillissement à 60°C - 1 heure.

On voit que la qualité pour emboutissage profond est atteinte lorsque la température de sortie du refroidissement rapide est inférieure ou égale à 350°C. De même, la tendance au vieillis- / sement diminue fortement en dessous de cette température.

» 10.- c) Effet de la durée de maintien à 450°C ou durée d'overaging (ou survieillissement).

On a étudié ce paramètre en fixant les autres comme suit - s - durée totale de refroidissement lent : 30 secondes.

- température de fin de refroidissement rapide : 150°C.

Durée Limite Charge de Allongement

d'overaging d'élasticité rupture à 450°C ER A

(sec*^ MPa MPa % S* v * S * v * S* V * 15 230 243 336 340 39,1 35,8 30 208 215 324 332 41,0 40,4 45 205 212 321 324 42,5 41,0 60 204 210 322 324 42,4 41,2 90 206 212 324 328 42,0 40,6 120 208 212 323 326 41,8 40,0 ü S = après skin-pass V = après vieillissement à 60°C - 1 heure.

On voit que les meilleures propriétés de ductilité et de résistance au vieillissement sont obtenus pour des durées d'overaging au moins égales à 30 secondes.

Dans la présente invention, l'expression acier doux qualité ordinaire doit s'entendre comme correspondant à la norme allemande DIN. U. St. 12, par contre l'expression acier / extra-doux (pour emboutissage) doit s'entendre comme correspondants/ à la norme allemande DIN. U. St. 13. . /jt/ Ί-

Claims (10)

1. Procédé de fabrication d'une bande d'acier revêtue par immersion dans un bain métallique approprié, maintenu : à une température supérieure à 500°C, caractérisé en ce qu'à la i . sortie du bain, la bande est soumise à un premier refroidissement I jusqu'à la. température à laquelle la couche métallique dont elle ! * est recouverte se soit solidifiée, puis à un refroidissement brutal et rapide, mais ne compromettant pas la planéité de la bande, jusqu' , à une température inférieure à 475°C. S i

2. Procédé suivant la revendication 1, caracté risé en ce que, préalablement à la dite immersion, la bande a été chauffée à une température supérieure à sa température de recristal-' lisation, maintenue à cette température pendant une durée de préfé- ! rence supérieure à 30 secondes, puis refroidie jusqu'à une tempéra ture non inférieure à celle du bain métallique.

3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la durée comprise entre le moment où la bande à température supérieure à sa température de recristallisation commence à être refroidie et le moment où,après la sortie du bain métallique, la couche métallique de recouvrement étant solidifiée, le refroidissement rapide débute, n'est pas infé- ί rieure à 20 secondes ni supérieure à 100 secondes. j

4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revenir dications 1 à 3, caractérisé en ce que dans le cas de bandes en ! , acier doux, le refroidissement rapide et brutal est effectué jusqu' à une température située entre 375°C et 475°C, puis suivi d'un maintien de la bande à la température de fin de refroidissement :] pendant au moins 30 sec., en ce qu'ensuite, la bande est soumise / à un second refroidissement, moins rapide jusqu'à la température^ ambiante, par un moyen connu en soi. /Jr 12.- *

5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bande est en acier extra- <fcux et la température finale du refroidissement brutal et rapide est inférieure à 350°C, et en ce gu'ensuite on la réchauffe dans un four approprié, jusqu’à une température de l'ordre de 400°C à 500°C, on maintient la bande pendant au moins 30 secondes à cette température, puis on la laisse refroidir lentement jusqu'à 1'ambiante.

6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bande est fine et à haute résistance, est soumise à un refroidissement brutal et rapide, jusqu'à une température inférieure à 300°C et de préférence inférieure à 250°C, puis, immédiatement après, à un second refroidissement, moins rapide, jusqu'à la température ambiante, par tout moyen connu en soi.

7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bain dans lequel on immerge la bande à revêtir est composé d'un ou plusieurs métaux ou alliages dont le point de fusion est inférieur à 800°C.

8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le bain de revêtement est composé d'aluminium et de zinc.

9. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le refroidissement brutal et rapide de la bande à sa sortie du bain de revêtement est effectué par trempe dans un bain aqueux maintenu à une température supérieure à 75°C, et de préférence à sa température d'ébullition.

10. Procédé suivant lJune ou l'autre des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le refroidissement brutal et rapide de la bande à sa sortie du bain de revêtement est effectué par projection d'un fluide constitué d'un. brouillard homogène d'eau mise en suspension dans un gaz, de préférence de l'air. 1 «ΑλλμΑλα. Al -cUW-n^, Λ 0 be*9jLfe kLl , 2. λολμ. Al -MAHrrMdU^JUirrv*» .