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LU82785A1 - Procede pour le traitement thermique continu des toles metalliques - Google Patents

Procede pour le traitement thermique continu des toles metalliques Download PDF

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LU82785A1
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LU
Luxembourg
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steel
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LU82785A
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M Economopoulos
P Paulus
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Centre Rech Metallurgique
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
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Description

, I
T
/ J
C 1972E/8009.
a.Hus
Revendication de ia priorité : de(s) !a c-:-îr.?.r.^'Cf) corrsfepofidsnteCs)' dépCSi..: „ ; c;; —I&dLûÀAvUjL le- sous le n° 8^8.^4^ ~ s-f " — /- Λ r CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -1 CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,
Association sans but lucratif -Vereniging zonder winstoogmerk, à Bruxelles (Belgique)
Procédé pour le traitement thermique continu des tôles métalliques.
%
La présente invention est relative à un procédé de traitement thermique continu visant à l'amélioration de la qualité de la surface des tôles et tout particulièrement des tôles d'acier laminées à froid.
Dans la pratique industrielle, les tôles d’acier laminées à froid sont obtenues (après élaboration de l'acie et laminage à chaud du lingot ou de la brame) par un décapage de la bande laminée à chaud suivi d'un laminage à froid jusqu'à l'épaisseur désirée et enfin d'un recuit pour restaurer les propriétés mécaniques de l'acier et d'un skin-pass / pour lui conférer l'aspect de surface final désiré et supprimer le pâliÿt/ / // de la courbe de traction. / / iy 2 t - Toutes les operations qui suivent le laminage à chaud conditionnent l'état de surface final de la tôle. Ainsi, un mauvais rinçage apres décapage peut laisser sur la surface des germes de contamination ultérieure. De même, le choix d’une huile de laminage est extrêmement important dans la' mesure ou cette huile ne peut pas être enlevée de la surface de la tôle si le recuit n'est pas bien adapté.
Plusieurs auteurs ont démontré à suffisance que la propreté de surface d'une tôle d'acier et plus particulièrement la quantité de carbone déposé est un paramètre important pour expliquer l’aptitude de cette tôle à la phosphatation et à la résistance à la corrosion au brouillard salin après peintui-e. Cette propreté de surface peut être mise en évidence de plusieurs manièrespar exemple par le "scotch tape test", où on applique sur la surface de la tôle une bande adhésive transparente qu'on arrache ensuite chargée d'éventuels dépôts pris à la tôle. On peut mesurer l'absorption de la lumière passant à travers le scotch tape et quantifier ainsi les dépôts à la surface de la tôle. Une telle méthode donne une mesure de la quantité de dépôt en surface, de toute nature : poussières, traces de carbone, limailles, etc...
Une autre méthode de qualification de la surface, également fort répandue, vise â doser le carbone total présent à la surface de l'acier.
Il s'agit de laver la surface de la tôle à l'acide chlorhydrique à l'aide ^ de tampons en matière inorganique et que l'on "brûle" ensuite avec de l'oxygène, en mesurant la quantité de CO2 dégagé. On peut ainsi mesurer la quantité de carbone total présent sous diverses formes à la surface de l'acier, en mgr/m . On peut aussi, dans le but de standardiser les essais, faire précéder le lavage à l'acide chlorhydrique par un dégraissage au jet (power wash) pour enlever d'éventuelles huiles de protection et mettre la tôle dans l'état où elle se trouve après mise en forme et avant phosphatation et peinture finales. C'est le cas du test bien connu appelé » "Ford test".
D'autres moyens d'analyse de la surface de l'acier sont donnés par le microanalyseur ionique, le spectromètre Auger, ... Ceux-ci permettent de détecter tous les éléments chimiques présents à la surface et 1 lution de leur teneur en profondeur.
l 3 j
I
1 Ces techniques permettent de déceler d'éventuelles pollutions en éléments autres que le fer, éléments qui peuvent provenir des bains utilisés (lavage, décapage, rinçage, dégraissage) ou au contraire de l'acier ! lui-même.
S Ainsi qu'il a été dit plus haut, il est bien connu â présent que I la présence de carbone en surface de l'acier handicape la résistance à la corrosion en brouillard salin de la tôle peinte. Ce carbone provient en majeure partie de l'huile de laminage. Dans la pratique courante, après laminage, l'huile de laminage n'est pas enlevée de la surface de la tôle, * mais est évaporée au cours du recuit dans des fours à cloche (batch annealing). Cependant lorsqu'on mesure la quantité de carbone en surface après un tel recuit, on constate une pollution non négligeable qui conduit à des résultats de phosphatation et peinture (exposition au brouillard salin) défavorables.
Un progrès non négligeable est obtenu en soumettant le produit à un recuit continu précédé d'un dégraissage, par exemple sous électrolyse dans une solution d'orthosilicates de soude.
Dans un recuit continu simple, le chauffage est en effet réalisé sous atmosphère et l'huile n'a pas le temps de s'évaporer parce que le chauffage est très rapide. Par contre, dans plusieurs procédés connus, le recuit continu est précédé d'une opération de dégraissage effectuée le plus souvent en milieu alcalin. L'huile de laminage étant éliminée avant l'entrée dans le four, la propreté de surface est nettement supérieure, surtout en ce qui concerne le carbone total présent en surface, qui passe par exemple à 1 mgr/m contre 8 mgr/m pour une tôle très propre produite dans un four statique. Cependant, alors que, comme dit plus haut, une telle diminution de la quantité de carbone superficiel devrait, selon différents auteurs, conduire à une amélioration de la tenue de la peinture, on constate encore que l'amélioration est faible. * L'objet de la présente invention est précisément de remédier à / _ / / cet état de choses. / ' V.
/ m I. ' · 4 : Le déposant a mis au point l’application à des tôles destinées i à la carrosserie automobile, donc au double traitement de phosphatation et de peinture, d'un recuit continu avec un chauffage à flammes nues, du type souvent utilisé en galvanisation continue de bande d'acier, On sait que ce type de chauffage est bien approprié ä la préparation de la surface en vue de la galvanisation, ce qui requiert principalement l'absence de toute trace ' d'oxyde en surface à Centrée du bain de zinc. Selon les types de fours, ce r | genre de chauffage est plus ou moins oxydant et l'oxyde éventuel produit par | le passage dans ce four doit être réduit par l'hydrogène du gaz d'atmosphère ; . au cours des étapes suivantes du recuit-galvanisation.
I Le procédé de l'invention est basé sur la constatation tout à s 1 fait inattendue que les bandes non dégraissées, c'est-à-dire ou l'huile de i ! laminage est simplement brûlée ou évaporée dans le four S flammes nues, ont ! un comportement à la phosphatation et à la peinture nettement meilleur que les bandes recuites après dégraissage alcalin. En poursuivant ses travaux, le déposant a remarqué qu'en réglant soigneusement la combustion, il pouvait produire une bande ultra-propre non oxydée et résistant particulièrement bien au brouillard salin après phosphatation et peinture. Les exemples et les figures ci-après aideront à comprendre cet effet inattendu, dû à l'absence du film de Si(>2 produit par le dégraissage en bain alcalin avant recuit et qui semble de nature à retarder la réaction de phosphatation.
Le procédé, objet de la présente invention, dans lequel on sou-* met une tôle métallique à un traitement thermique continu comportant une opération de chauffage et ensuite à une opération de refroidissement rapide, est essentiellement caractérisé en ce que l'opération de chauffage est effectuée à une température supérieure à la température de recristallisation du métal, et est appliquée à la tôle non dégraissée, c'est-àdire encore enduite au moins d'une partie de l'huile de laminage, et en ce que ce chauffnge est réalisé, au moins en sa période initiale, dans un four à flammes nuoB, de préférence à combustion incomplète, et en ce que le refroidissement rapide comporte une phase de séjour en milieu aqueux, de préférence à température / • supérieure à 75°C. // 5
Il doit être bien entendu que dans la présente description, l'expression "milieu aqueux" ne signifie pas, de façon restrictive, un bain d'eau pure, mais qu'elle s'étend également à tout milieu aqueux, saturé ou non, contenant des matières en solution et/ou en suspension dans quelque but que ce soit. Le milieu aqueux est constitué d'un bain statique, ou de rampes d'arrosage d'eau, ou de glicleurs à brouillard, isolément ou avantageusement en combinaison de deux ou trois de ces moyens, quelque soit leur séquence.
L'application du procédé de l'invention peut par ailleurs être adapté, suivant les nécessités, aux différents produits traités.
C'est ainsi que, dans certains, cas, les effets inattendus du traitement en four à flammes nues de la tôle non dégraissée peuvent encore être améliorés. Particulièrement en co qui concerne les propriétés mécaniques, on peut soumettre la tôle à une phase de précipitation du carbone .à une température comprise entre· 20QeC et 5Û0°C, à la suite du refroidissement rapide.
En plue de cette première amélioration, déjà importante, de la qualité de surface des tôles, le procédé de l'invention présente encore un autre avantage.
On sait que lors du chauffage d'un acier en milieu oxydant (même à des niveaux très faibles), il se produit une migration vers la eurface de certains éléments de l'acier tels que le manganèse, le chrome, le phosphore, ... qui sont plus oxydables que le fer. 11 se produit de la sorte un enrichissement superficiel de l'acier en certains éléments, même si ceux-ci ne sont présents qu'en quantités très faibles dans l'acier.
Ainsi, un acier doux contenant 0,3 Z de manganèse peut présenter en extrême surface après recuit sous cloche une teneur en manganèse de l'ordre de 15 Z, meme si le recuit a été mené sous atmosphère protectrice de à faible point de rosée et à teneur en 0o basse. Les teneurs résiduelles en ll„0 et/ / t 6 . 02 du gaz sont suffisantes pour attirer le manganèse en surface, le temps très long (plusieurs heures) et la température élevée (700°C) permettant „ au phénomène de se marquer de manière importante.
En principe, dans le cas d’un recuit continu, le temps de séjour ä température élevée étant nettement plus court (quelques minutes), la pollution de surface en éléments venant du volume devrait être nettement plus faible.
Le demandeur a cependant constaté que la réduction de 1’enrichisse-* ment en surface ne peut être obtenue qu’en l’absence de dégraissage alcalin, car ce dernier a pour effet de laisser en surface un film de silice résiduelle créant un potentiel oxydant responsable de la ségrégation des éléments d’alliage présents dans le volume.
La figure 1 illustre bien ce fait que l’acier recuit en continu après dégraissage alcalin est affecté en surface d’un enrichissement non négligeable en manganèse, alors que le même acier recuit en continu dans un four à flammes nues et sans dégraissage préalable ne montre qu'une faible augmentation des teneurs en Mn.
Ce diagramme (où le nombre d’électrons -NCN- figure en ordonnée et l’énergie de liaison -EV- figure en abscisse) donne les spectres normalisés de photoélectrons (ESCA) relevés en extrême surface pour deux aciers doux recuits en continu, soit après un dégraissage alcalin avant recuit (acier A) , soit avec un dégraissage effectué dans le four ä flammes nues selon le procédé de l’invention (acier B).
Le demandeur a constaté un effet inattendu de la réduction de cet enrichissement. En effet, les tôles obtenues par le procédé de l’invention résistaient beaucoup mieux à la corrosion atmosphérique et am: 7 1 piqûres de rouille en cours*de stockage. Une tel1s amélioration est très importante quand on sait l’importance des rebuts sur tôles prêtes à la / livraison au client et dus à des piqûres de corrosion. . / / / · 7
Une modalité particulière de mise en oeuvre du procédé de 1 ' I nvt'uI 1 un iippnrl p mn'orn nun «ul ιό mnd I ! η ιή ι I nu i\ 1« i|int1lic du surface. Cette modalité consiste en un traitement en milieu acide effectué au cours ou après le chauffage. Un tel traitement permet d'éliminer quasi complètement toute trace de pollution en surface, qu'elle vienne du carbone résiduel, de l'huile de laminage ou de l'enrichissement résiduel, de l'huile de laminage ou de l'enrichissement résiduel en éléments venus du volume de l'acier.
Une telle opération peut être avantageusement menée après une phase oxydante du recuit: trempe en milieu aqueux, exposition de durée limitée à un gaz oxydant. L'enlèvement de la légère pellicule d'oxyde résultant de cette phase permet d’atteindre des niveaux de * pollution en surface jamais égalés. L'acide utilisé est avantageuse ment organique et de préférence à base de, ou composé d'acide formique. Elle peut avantageusement être effectuée après le refroidissement rapide ou après refroidissement final.
L'exemple suivant montre le résultat d'une telle opération après un· traitement déjà revendiqué ailleurs par le demandeur et consistant en une immersion en bain aqueux porté à l'ébullition. Sur le tableau I, on peut voir que la surface de l'acier déjà très peu polluée après trempe (et donc également avant la trempe parce que celle-ci a été effectuée dans de l'eau distillée) est encore nettement améliorée par le traitement de décapage utilisé. Dans cet exemple, on a déterminé la quantité de carbone total présente en extrême surface par la méthode du test Ford.
TABLEAU 1 2
Echantillon ^total mgr/m 1 face
Recuit continu à flammes nues Λ , 0,4 + trempe en eau bouillante
Idem + décapage et rinçage 0,2 _ t
Le tableau II illustre le cas d'un acier soumis à une exposition en plein air sous abri durant 48 h en été. Le premier échantillon (A) a / subi un traitement continu comprenant un dégraissage alcalin, un chauffage/ y / .
ß ] .
; 8 à 70Û°C dans un four conventionnel ä tubes radiants, sous un maintien i ^ d'une minuté à cette température, un refroidissement par soufflage de gaz | d'atmosphère (jet cooling) jusqu'à 500°C, un refroidissement lent en 3 minutes entre 500°C et 400°C et un refroidissement final par soufflage de gaz d’atmosphère jusqu'à la température ambiante. Le deuxième échantillon (B) a subi un traitement similaire,: mais dans lequel le premier refroidissement est remplacé par une trempe à l'eau et un réchauffage à 450°C.
Les trois autres échantillons (G), (D), (E) ont été produits j: conformément au procédé de l'invention : chauffage de la tôle non dégraissée dans un four vertical à flammes nues (la combustion étant réglée pour produire des fumées réductrices par insuffisance d'air de combustion), refroidissement rapide,.traitement d'overaging à 450eC pendant 1 minute
Iet refroidissement final à la température ambiante. Le refroidissement rapide a été mené de trois manières différentes : ï a) jet cooling sous gaz d'atmosphère (échantillon C) (oxydation très faibl b) traitement à l'eau (D)(oxydation faible et irrégulière) c) immersion en bain aqueux à température proche de l'ébullition (E).
| (oxydation homogène de 100 à 600 S d'épaisseur).
Les échantillons sont ensuite décapés par exemple par immersion I dans un bain d'acide formique à une concentration de 1 gr/litre, pendant 5 secondes, selon un procédé revendiqué par ailleurs par la demanderesse.
La résistance à la corrosion, selon le test cité ci-dessus, est ensuite évaluée dans une échelle 0 (très bonne résistance) - 10 (mauvaise résistance) Les résultats obtenus sont :
TABLEAU II
„ , ..nn Evaluation en corrosion
Echantillon , „ . .. , 1 atmosphérique 48 h.
A 10 B 8 C * 6 D * 3 E * 1 .
* conforme au procédé de l'invention.
On constate que pour le procédé de l'invention, le four à flammes nues, et l'absence de dégraissage apportent toujours une amélioration. Celle-ci est encore amplifiée si une phase oxydante est aioi/- Λ Π f 1e a 1 f· ûmori + ûf- ο Ί * v- Λ « ·. 4- Λ. Ί Γ „ _ η ·. - . ^ s· /

Claims (6)

1. Procédé pour le traitement thermique continu d'une tôle métallique, dans lequel on soumet la dite tôle à une opération de chauffage et à une opération de refroidissement, caractérisé en ce que l'opération de chauffage est effectuée à une température supérieure à la température de récristal-lisation du métal, et est appliquée à la tôle non dégraissée, c'est-à-dire encore enduite d'au moins une partie de l'huile de laminage, et en ce que ce chauffage est réalisé, au moins en sa période initiale, dans un four à flammes nues, de préférence à combustion incomplète, et en ce que le refroidissement rapide comporte une phase de séjour en milieu aqueux, à température de préférence supérieure à 75°C.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, à la suite du refroidissement rapide, on soumet la tôle à une phase de précipitation du carbone à une température comprise entre 200PC et 500°C.
3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'on applique à la tôle un traitement en milieu acide, de préférence effectué après le refroidissement rapide ou après le refroidissement final.
4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le traitement en solution acide est effectué après une phase oxydante du traitement .
5. Procédé suivant les revendications 3 ou 4, caractérisé en ce ' que l'acide utilisé est un acide organique, de préférence de l'acide formique ou à base d'acide formique.
6. Procédé suivant la revendication 1 et l'une ou l'autre des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le milieu aqueux est constitué d'un bain statique, de rampes d'arrosage d'eau ou de gicleurs à brouillard, de préférence de deux quelconques.de ces 3 moyens et de préférence encore de ces trois moyens tous ensemble, quelle que soit leur séquence.
LU82785A 1979-09-21 1980-09-19 Procede pour le traitement thermique continu des toles metalliques LU82785A1 (fr)

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