Procédé de traitement thermique en continu de
tôles laminées.
La présente invention est relative à un procédé
de traitement thermique en continu de tôles laminées à froid.
Ce procédé est particulièrement intéressant pour conférer à
ces tôles une excellente combinaison limite élastique - allongement et une grande homogénéité de propriétés sur toute leur
largeur, avec pour conséquence une grande aptitude à l'emboutissage. De telles qualités sont spécialement requises pour
les tôles à haute limite élastique utilisées dans l'industrie
automobile.
Quand on veut obtenir de bonnes propriétés de ductilité, d'emboutissage et d'allongement avec des tôles laminées à froid, on les soumet généralement à un recuit de recristallisation en bobine, dans un four à cloche.
<EMI ID=1.1>
parce qu'il est long et partant de faible productivité; en outre, les résultats ainsi obtenus présentent une assez grande dispersion.
Pour remédier à ces inconvénients, on a déjà préconisé de remplacer ce traitement de recuit par un traitement thermique continu; malgré les nombreuses variantes proposées, il est cependant encore impossible d'obtenir à coup
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sur toute leur largeur, et une bonne ductilité, tout en gardans une durée de traitement acceptable.
La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier à ces inconvénients.
L'invention est basée sur le fait que, compte tenu de la production à assurer et d'une longueur totale de ligne raisonnable, la durée totale du cycle est limitée à quelques minutes. Pendant ce court laps de temps, le traitement doit assurer :
- la recristallisation au moins partielle de la structure écrouie de la tôle laminée à froid,
- le développement d'une texture favorable à l'emboutissage,
- le grossissement du grain jusqu'à la taille désirée,
- la précipitation du carbone interstitiel sous forme de carbures.
Le procédé, objet de la présente invention, dans lequel on soumet une tôle d'acier laminée à froid à un traitement thermique comprenant une opération de chauffage suivie d'une opération de refroidissement rapide est essen-Il peut être avantageux, suivant l'invention, que la tôle refroidie par immersion dans le bain aqueux soit maintenue, pendant un temps compris entre 10 secondes et 2 minutes, dans le dit bain de refroidissement.
<EMI ID=3.1>
mersion dans un bain aqueux est avantageusement soumise à une opération de revenu ou de surveillissement consistant à chauffer la dite tôle à une température comprise entre 300[deg.]C et
500[deg.]C, ce qui permet d'augmenter la ductilité du métal.
Egalement suivant l'invention, la tôle amenée à une température comprise entre 300[deg.]C et 500[deg.]C est avantageusement maintenue à cette température, pendant une durée supérieure à 15 secondes.
Dans le cas de la fabrication d'une tôle à haute limite élastique, le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que l'on chauffe la tôle à une température supérieure à sa température de recristallisation, en ce que l'on maintient cette tôle pendant plus de 30 secondes à une température comprise entre la température atteinte en fin de chauffage et celle à partir de laquelle on débute le refroidissement rapide, cette dernière température étant choisie entre 800[deg.]C et 1000[deg.]C, de préférence entre 850 - 960[deg.]C, en ce que l'on plonge ensuite cette tôle pendant une durée supérieure à 10 secondes dans un bain aqueux porté à l'ébullition, de manière
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Si, dans le cas d'une tôle à haute limite élastique, une ductilité supplémentaire est exigée, on réchauffe cette tole à la sortie du bain aqueux à une température comprise entre 300[deg.]C et 500[deg.]C, pendant une durée supérieure à
15 secondes .
L'ensemble des modalités opératoires détaillées plus haut est également valable dans les cas où un refroidissement homogène effectué dans les gammes de vitesses habituelles (35[deg.]C - 250[deg.]C par seconde) est requis et par exemple pour effectuer le recuit de tôles pour emboutissage ou pour fabriquer des tôles galvanisées à haute limite élastique ou de fer blanc à dureté et à ductilité élevées ou encore en acier inoxydable. à condition d'adapter les conditions à la nature du métal traité.
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une installation pour la mise en oeuvre du procédé décrit cidessus.
L'installation de traitement de tôles et en particulier de tôles en acier à haute limite élastique est essentiellement caractérisée en ce qu'elle comprend un four de chauffage pour porter la tôle à une température supérieure à sa température de recristallisation et éventuellement son maintien à cette température pendant un temps déterminé, un récipient contenant un bain aqueux porté pratiquement à sa température d'ébu llition, la tôle étant destinée à être plongée dans ce bain pour etre refroidie et éventuellement maintenue à la température finale de refroidissement pendant un temps déterminé, éventuellement un four de revenu pour porter la tôle ainsi refroidie à une température d'environ 400[deg.]C et le cas échéant la maintenir à cette température pendant un temps déterminé, des moyens pour refroidir la tôle jusqu'à la
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débobiner la tôle en début de traitement et pour rebobiner la dite tôle en fin de traitement.
Les figures 1 à 3 sont données en annexe à
<EMI ID=7.1>
objet de la présente invention.
La figure 1 représente une installation conçue pour la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de la présente invention et l'évolution de la température en fonction du temps lors d'un traitement thermique conforme à la présente invention. La figure 2 est relative à la représentation d'un refroidissement conforme à la présente invention dans un diagramme CCT, avec comparaison avec un refroidissement par air et une trempe à l'eau. La figure 3 représente les variations de la limite élastique suivant la largeur de la tôle dans le cas de <EMI ID=8.1>
eau froide (2) .
Sur la figure 1, en ce qui concerne l'évolution de la température en fonction du temps, les températures exprimées en degrés centigrades sont portées en ordonnée et le temps exprimé en minutes est porté en abscisse.
La tôle à traiter est chauffée à une tempéra-
<EMI ID=9.1>
pérature de recristallisation et maintenue entre cette température et la température T2 de début du refroidissement rapide, pendant le temps compris entre t., et t2. A ce dernier moment, la tôle est plongée dans une cuve d'eau bouillante et sa tem-
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Il est à noter que le diagramme de refroidissement de la tôle comporte en fait deux phases : une première étape (jusque environ 350[deg.]C) au cours de laquelle la vitesse de refroidissement semble freinée, phénomène dû probablement à la formation de vapeur d'eau constituant un écran thermique
<EMI ID=11.1>
de refroidissement est très avantageux car, d'une part il permet d'éviter la formation de martensite (première étape) et d'autre part, il permet de réduire sensiblement la longueur de l'installation par rapport aux autres installations du même type, utilisées actuellement.
<EMI ID=12.1>
enfin la tôle ainsi traitée jusqu'à une température suffisamment basse pour éviter l'oxydation à l'air.
L'installation utilisée pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus comprend les moyens suivants, représentés sur la figure 1 :
- un dispositif d'entrée (1) comportant une débobineuse et une soudeuse,
- éventuellement, une chambre de dégraissage électrolytique
(2), pour enlever les huiles de laminage, quand il y a lieu,
- un accumulateur d'entrée, (3)
- un four de chauffage, (4)
- une chambre (5) pour maintenir la tôle à une température voisine de celle choisie comme point de départ du refroidissement rapide,
- une cuve de traitement à l'eau bouillante (6) comprenant un dispositif (11) de récupération par condensation de vapeur, un dispositif (12) de préchauffage de l'eau, un dispositif (13) d'alimentation en eau, un sas (14) d' entrée dans la cuve (6), un sas (15) de sortie de la cuve (6),
- un four de revenu, (7)
- une zone de refroidissement final, (8)
- un accumulateur de sortie,(9)
- un dispositif de sortie (101 comportant une bobineuse, une cisaille, éventuellement une cisaille de rive, une <EMI ID=13.1>
Les exemples d'application ci-après sont également donnés à titre indicatif mais non limitatif.
Exemple 1. : tôle pour emboutissage
On a réalisé en usine, de manière habituelle, un lingot de 17 tonnes d'acier effervescent. Ce lingot a été réduit en brame puis laminé à chaud avec les caractéristiques suivantes :
- température de fin de laminage à chaud : 885[deg.]C
- température de bobinage : 620[deg.]C
- épaisseur finale : 2,5 mm.
La composition du produit ainsi obtenu est donnée ci-dessous :
<EMI ID=14.1>
La bobine de tôle a ensuite été décalaminée à l'acide chlo- rhydrique puis laminée à froid avec un taux de réduction de
60 % jusqu'à l'épaisseur finale de 1 mm.
On a prélevé des échantillons de bande laminée
à froid et on leur a fait subir le cycle suivant :
<EMI ID=15.1> b) maintien à cette température, pendant 2 minutes, c) immersion pendant 30 secondes dans de l'eau bouillante d) traitement pendant 5 minutes dans un four à 400[deg.]C, e) refroidissement final à l'air.
Le relevé ci-dessous donne les propriétés du produit ainsi obtenu
- limite élastique (à 0,2 %) - 21,8 kg/mm<2>
- charge de rupture : 31,3 kg/mm<2>
- allongement (base 50 mm) : 45,2 %
- coefficient "n" : 0,236 <EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
On a réalisé dans un four électrique de 500 kg un acier de composition suivante :
<EMI ID=18.1>
Cet acier a été laminé à chaud avec les caractéristiques suivantes :
- température de fin de laminage à chaud : 910[deg.]C
- température de bobinage : 580[deg.]C
- épaisseur finale : 2,7 mm.
La bobine ainsi obtenue a été décalaminée à l'acide chlorhydrique puis laminée à froid avec un taux de réduction de 63 %, jusqu'à 1 mm d'épaisseur.
On a alors prélevé des échantillons en vue de leur faire subir les traitements thermiques suivants :
Cycle A : a) chauffage en 1 minute à 900[deg.]C b) maintien à 900[deg.]C pendant 2 minutes c) immersion dans l'eau bouillante, pendant 30 secondes, dont 20 pour le refroidissement jusqu'à
<EMI ID=19.1>
d) refroidissement final à l'air..
Cycle B : a) chauffage en 1 minute à 920[deg.]C b) maintien à 920[deg.]C pendant 2 minutes c) immersion pendant 20 secondes dans de l'eau bouil- <EMI ID=20.1> d) revenu pendant 3 minutes dans un four à 350[deg.]C, e) refroidissement final à l'air.
Cycle C : a) chauffage en 90 secondes à 940[deg.]C b) maintien entre 940 et 960[deg.]C pendant 90 secondes <EMI ID=21.1> température au départ du traitement : 960[deg.]C d) revenu pendant 5 minutes dans un four à 400[deg.]C e) refroidissement final à l'air.
i
Cycle D : a) chauffage en 1 minute à 900[deg.]C b) maintien à 900[deg.]C pendant 2 minutes c) trempe à l'eau froide avec une vitesse de refroi- <EMI ID=22.1> d) revenu à 400[deg.]C pendant 5 minutes.
Les produits ainsi obtenus avaient les propriétés suivantes : ,
<EMI ID=23.1>
On constate que le refroidissement à l'eau
<EMI ID=24.1>
A titre de comparaison, signalons que cet acier à l'état laminé à chaud, et après un recuit classique dans un four à cloche en bobine serrée à 700[deg.]C pendant 12 heures, avait
<EMI ID=25.1>
état laminé à chaud après laminage à froid (épaisseur 2,7 mm). et recuit classique.
<EMI ID=26.1>
Les traitements réalisés selon l'invention, permettent donc d'obtenir sur le produit laminé à froid, une résistance supérieure à celle de la tôle à chaud à haute résistance, tout en gardant les propriétés de ductilité et d' emboutissage caractéristiques d'un acier laminè à froid, de qualité ordinaire. Par rapport au recuit conventionnel, le progrès est encore plus considérable, puisque la limite élastique passe de 28 à 42 kg/mm2-, l'allongement ne baissant que de 4 % environ.
La figure 2 permet de bien voir la différence existant entre le traitement suivant l'invention et ceux comprenant un refroidissement à l'air et une trempe à l'eau, à l'aide du diagramme CCT correspondant à l'acier de l'exemple
2.
Sur cette figure, la température exprimée en degrés centigrades est portée en ordonnée et le temps exprimé en secondes est porté en abscisse (coordonnées logarithmiques).
La courbe de refroidissement conforme au procédé faisant l'objet de la présente invention est représentée en (1). La courbe relative à un refroidissement à l'air est représentée en (2) et la courbe relative à un refroidissement à l'eau froide est représentée en (3). La courbe représentative du procédé préconisé par le demandeur est située entre les deux autres.
<EMI ID=27.1> hétérogénéité de la limite élastique suivant la largeur d' une tOle trempée à l'eau froide (2) vis-à-vis d'une tôle trempée à l'eau bouillante (1), conformément au procédé suivant l'invention.
En abscisse, on a reporté les distances à l' axe (en mm) et en ordonnée, on a reporté la limite élastique mesurée en long (en kg/mm<2>) .
Pour la tôle trempée à l'eau bouillante (1), la limite élastique varie entre 41 et 42 kg/mm<2>; pour la tôle trempée à l'eau froide, la limite élastique varie de 46 à 53 kg/mm2.
REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement thermique en continu de tôles d'acier laminées à froid, comprenant une opération de chauffage suivie d'une opération de refroidissement rapide, caractérisé en ce que l'opération de chauffage consiste à porter la tôle à une température supérieure à sa température de recristallisation et en ce que l'opération de refroidissement consiste à immerger la tôle ainsi chauffée dans un bain aqueux maintenu sensiblement à sa température d'ébullition.
Continuous heat treatment process of
rolled sheets.
The present invention relates to a process
continuous heat treatment of cold-rolled sheets.
This process is particularly advantageous for giving
these sheets an excellent combination of elastic limit - elongation and a great homogeneity of properties over their entire
width, with the consequence of a great aptitude for drawing. Such qualities are especially required for
high elastic limit sheets used in industry
automobile.
When it is desired to obtain good ductility, drawing and elongation properties with cold-rolled sheets, they are generally subjected to reel recrystallization annealing in a bell furnace.
<EMI ID = 1.1>
because it is long and therefore of low productivity; in addition, the results thus obtained exhibit a fairly large dispersion.
To remedy these drawbacks, it has already been recommended to replace this annealing treatment by continuous heat treatment; despite the many variants offered, it is however still impossible to obtain suddenly
<EMI ID = 2.1>
over their entire width, and good ductility, while keeping an acceptable processing time.
The object of the present invention is a method making it possible to remedy these drawbacks.
The invention is based on the fact that, taking into account the production to be ensured and a reasonable total line length, the total cycle time is limited to a few minutes. During this short period of time, the treatment should ensure:
- at least partial recrystallization of the hardened structure of the cold-rolled sheet,
- the development of a texture favorable to stamping,
- the enlargement of the grain to the desired size,
- precipitation of interstitial carbon in the form of carbides.
The method, object of the present invention, in which a cold-rolled steel sheet is subjected to a heat treatment comprising a heating operation followed by a rapid cooling operation is essential. It may be advantageous, according to the invention. , that the sheet cooled by immersion in the aqueous bath is maintained, for a time of between 10 seconds and 2 minutes, in said cooling bath.
<EMI ID = 3.1>
Immersion in an aqueous bath is advantageously subjected to a tempering or monitoring operation consisting in heating said sheet to a temperature between 300 [deg.] C and
500 [deg.] C, which increases the ductility of the metal.
Also according to the invention, the sheet brought to a temperature of between 300 [deg.] C and 500 [deg.] C is advantageously maintained at this temperature for a period of more than 15 seconds.
In the case of the manufacture of a sheet with high elastic limit, the process according to the invention is characterized in that the sheet is heated to a temperature above its recrystallization temperature, in that this is maintained. sheet for more than 30 seconds at a temperature between the temperature reached at the end of heating and that from which the rapid cooling is started, the latter temperature being chosen between 800 [deg.] C and 1000 [deg.] C, preferably between 850 - 960 [deg.] C, in that this sheet is then immersed for a period of more than 10 seconds in an aqueous bath brought to the boil, so
<EMI ID = 4.1>
If, in the case of a high elastic limit sheet, additional ductility is required, this sheet is heated at the outlet of the aqueous bath to a temperature between 300 [deg.] C and 500 [deg.] C, for a duration greater than
15 seconds.
All the operating procedures detailed above are also valid in cases where homogeneous cooling carried out in the usual speed ranges (35 [deg.] C - 250 [deg.] C per second) is required and for example to carry out the annealing of sheets for stamping or to manufacture galvanized sheets with high elastic limit or tinplate with high hardness and ductility or even in stainless steel. provided that the conditions are adapted to the nature of the metal treated.
<EMI ID = 5.1>
an installation for implementing the method described above.
The plant for treating sheets and in particular high elastic limit steel sheets is essentially characterized in that it comprises a heating furnace for bringing the sheet to a temperature above its recrystallization temperature and possibly maintaining it at this temperature. temperature for a determined time, a vessel containing an aqueous bath brought to practically its boiling temperature, the sheet being intended to be immersed in this bath to be cooled and optionally maintained at the final cooling temperature for a determined time, optionally a tempering furnace to bring the sheet thus cooled to a temperature of approximately 400 [deg.] C and, if necessary, maintain it at this temperature for a determined time, means for cooling the sheet to the
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unwind the sheet at the start of treatment and to rewind said sheet at the end of treatment.
Figures 1 to 3 are given in the appendix to
<EMI ID = 7.1>
object of the present invention.
FIG. 1 represents an installation designed for the implementation of the method forming the subject of the present invention and the evolution of the temperature as a function of time during a heat treatment in accordance with the present invention. FIG. 2 relates to the representation of a cooling according to the present invention in a CCT diagram, with comparison with air cooling and water quenching. Figure 3 represents the variations of the elastic limit according to the width of the sheet in the case of <EMI ID = 8.1>
cold water (2).
In FIG. 1, with regard to the change in temperature as a function of time, the temperatures expressed in degrees centigrade are plotted on the ordinate and the time expressed in minutes is plotted on the abscissa.
The sheet to be treated is heated to a temperature
<EMI ID = 9.1>
recrystallization temperature and maintained between this temperature and the temperature T2 at the start of rapid cooling, for the time between t., and t2. At this last moment, the sheet is immersed in a vat of boiling water and its temperature
<EMI ID = 10.1>
It should be noted that the sheet cooling diagram in fact comprises two phases: a first stage (up to around 350 [deg.] C) during which the cooling rate seems to be slowed down, a phenomenon probably due to the formation of steam. of water constituting a heat shield
<EMI ID = 11.1>
cooling is very advantageous because, on the one hand it makes it possible to avoid the formation of martensite (first stage) and on the other hand, it allows the length of the installation to be significantly reduced compared to other installations of the same type, currently used.
<EMI ID = 12.1>
finally, the sheet thus treated to a sufficiently low temperature to prevent oxidation in air.
The installation used for implementing the method described above comprises the following means, shown in Figure 1:
- an input device (1) comprising an unwinder and a welder,
- possibly, an electrolytic degreasing chamber
(2), to remove rolling oils, when applicable,
- an input accumulator, (3)
- a heating oven, (4)
- a chamber (5) to maintain the sheet at a temperature close to that chosen as the starting point for rapid cooling,
- a boiling water treatment tank (6) comprising a device (11) for recovering by vapor condensation, a device (12) for preheating the water, a device (13) for supplying water, a airlock (14) for entering the tank (6), an airlock (15) for leaving the tank (6),
- a tempering oven, (7)
- a final cooling zone, (8)
- an output accumulator, (9)
- an output device (101 comprising a winder, a shear, possibly an edge shear, an <EMI ID = 13.1>
The application examples below are also given as an indication but not as a limitation.
Example 1: sheet metal for stamping
In the factory, in the usual way, an ingot of 17 tonnes of effervescent steel was produced. This ingot was reduced to slab and then hot rolled with the following characteristics:
- temperature at the end of hot rolling: 885 [deg.] C
- winding temperature: 620 [deg.] C
- final thickness: 2.5 mm.
The composition of the product thus obtained is given below:
<EMI ID = 14.1>
The sheet coil was then descaled with hydrochloric acid and then cold rolled with a reduction rate of
60% up to the final thickness of 1 mm.
Rolled strip samples were taken
cold and they were subjected to the following cycle:
<EMI ID = 15.1> b) maintaining at this temperature for 2 minutes, c) immersion for 30 seconds in boiling water d) treatment for 5 minutes in an oven at 400 [deg.] C, e) final cooling in the air.
The statement below gives the properties of the product thus obtained
- elastic limit (at 0.2%) - 21.8 kg / mm <2>
- breaking load: 31.3 kg / mm <2>
- elongation (base 50 mm): 45.2%
- coefficient "n": 0.236 <EMI ID = 16.1>
<EMI ID = 17.1>
A steel of the following composition was produced in a 500 kg electric furnace:
<EMI ID = 18.1>
This steel has been hot rolled with the following characteristics:
- end of hot rolling temperature: 910 [deg.] C
- winding temperature: 580 [deg.] C
- final thickness: 2.7 mm.
The coil thus obtained was descaled with hydrochloric acid and then cold rolled with a reduction rate of 63%, to a thickness of 1 mm.
Samples were then taken with a view to subjecting them to the following heat treatments:
Cycle A: a) heating in 1 minute to 900 [deg.] C b) maintaining at 900 [deg.] C for 2 minutes c) immersion in boiling water, for 30 seconds, of which 20 for cooling to
<EMI ID = 19.1>
d) final cooling in air.
Cycle B: a) heating in 1 minute to 920 [deg.] C b) holding at 920 [deg.] C for 2 minutes c) immersion for 20 seconds in boiled water- <EMI ID = 20.1> d) tempered for 3 minutes in an oven at 350 [deg.] C, e) final cooling in air.
Cycle C: a) heating in 90 seconds to 940 [deg.] C b) maintaining between 940 and 960 [deg.] C for 90 seconds <EMI ID = 21.1> temperature at the start of treatment: 960 [deg.] C d ) tempered for 5 minutes in an oven at 400 [deg.] C e) final cooling in air.
i
Cycle D: a) heating in 1 minute at 900 [deg.] C b) maintaining at 900 [deg.] C for 2 minutes c) quenching in cold water with a cooling speed <EMI ID = 22.1> d ) returned to 400 [deg.] C for 5 minutes.
The products thus obtained had the following properties:
<EMI ID = 23.1>
It can be seen that water cooling
<EMI ID = 24.1>
By way of comparison, let us note that this steel in the hot rolled state, and after a conventional annealing in a bell furnace in tight coil at 700 [deg.] C for 12 hours, had
<EMI ID = 25.1>
hot rolled state after cold rolling (thickness 2.7 mm). and conventional annealing.
<EMI ID = 26.1>
The treatments carried out according to the invention therefore make it possible to obtain on the cold-rolled product a resistance greater than that of high-strength hot sheet, while keeping the ductility and stamping properties characteristic of a steel. cold rolled, ordinary quality. Compared to conventional annealing, the progress is even more considerable, since the elastic limit goes from 28 to 42 kg / mm2-, the elongation only decreasing by about 4%.
FIG. 2 makes it possible to clearly see the difference existing between the treatment according to the invention and those comprising cooling in air and quenching in water, using the CCT diagram corresponding to the steel of the example
2.
In this figure, the temperature expressed in degrees centigrade is plotted on the ordinate and the time expressed in seconds is plotted on the abscissa (logarithmic coordinates).
The cooling curve in accordance with the method forming the subject of the present invention is shown in (1). The curve relating to air cooling is shown in (2) and the curve relating to cold water cooling is shown in (3). The curve representative of the process recommended by the applicant is situated between the other two.
<EMI ID = 27.1> heterogeneity of the elastic limit according to the width of a sheet quenched in cold water (2) vis-à-vis a sheet quenched in boiling water (1), in accordance with the following process invention.
On the abscissa, we have plotted the distances to the axis (in mm) and on the ordinate, we plotted the elastic limit measured in length (in kg / mm <2>).
For the sheet hardened with boiling water (1), the elastic limit varies between 41 and 42 kg / mm <2>; for cold water hardened sheet, the elastic limit varies from 46 to 53 kg / mm2.
CLAIMS
1. A method of continuous heat treatment of cold-rolled steel sheets, comprising a heating operation followed by a rapid cooling operation, characterized in that the heating operation consists in bringing the sheet to a temperature above its recrystallization temperature and in that the cooling operation consists in immersing the sheet thus heated in an aqueous bath maintained substantially at its boiling temperature.