Procédé de fabrication en continu d'une bande d'acier survieillie portant un revêtement de Zn ou d'alliage Zn-Al

Description

[0001] La présente invention est relative à un procédé pour la réalisation en continu d'un revêtement de zinc ou d'un alliage zinc-aluminium sur une bande d'acier obtenue par laminage à froid.

[0002] L'invention vise en particulier, mais non exclusivement, un procédé de galvanisation d'une bande d'acier laminée à froid.

[0003] Dans les procédés classiques de galvanisation actuellement exploités, le métal écroui par laminage à froid se présentant sous forme d'une bande est tout d'abord soumis à un traitement de recuit en continu. Ce traitement comporte un cycle thermique de chauffage et de maintien à température, suivi d'un refroidissement plus ou moins rapide arrêté à la température de fusion du bain de zinc. Après le traitement de recuit, suivi du refroidissement plus ou moins rapide, la bande d'acier est galvanisée au trempé dans un bain de zinc à une température comprise entre environ 460 et 500°C, puis la bande est extraite en continu du bain de zinc et refroidie avant d'être stockée en bobines.

[0004] On effectue sur le revêtement de zinc issu du bain liquide diverses opérations afin de lui conférer les propriétés désirées.

[0005] A la sortie du bain de zinc, le métal est totalement recristallise, mais le carbone mis en solution au cours de la periode de chauffage et de maintien du traitement de recuit reste à l'état de solution sursaturée dans la ferrite. Si, à ce stade, le refroidissement de la bande d'acier revêtue est poursuivi jusqu'à une température inférieure à 270°C, à une vitesse supérieure à 5°C par seconde, une partie du carbone reste en solution. Le carbone en solution sursaturée dans la ferrite rend le métal sensible au vieillissement par précipitation du carbone en sursaturation sur les dislocations dues à la déformation à froid que subira ultérieurement la tôle.

[0006] Le vieillissement qui a lieu dans les deux mois suivant la déformation ne permet pas d'effectuer la passe d'écrouissage de surface sur la ligne de galvanisation, car les caractéristiques mécaniques d'un acier traité dans ces conditions serait instable dans le temps. En effet, le durcissement dû au vieillissement s'accompagne d'une réapparition du palier d'écoulement élastique supprimé par la passe d'écrouissage de surface et, en conséquence, au cours de la mise en oeuvre ultérieure, le métal présentera des défauts de conformation (facettes) ou des défauts de surface en creux (vermiculures) dus à une répartition non uniforme et aléatoire de la déformation plastique.

[0007] Selon la technique actuellement mise en oeuvre, pour éviter ce type de défauts dus au vieillissement, on précipite le carbone en sursaturation par un recuit prolongé en bobines. Pour éviter de transformer le revêtement de zinc présent sur la bande d'acier en alliage fer-zinc fragile, le recuit doit être effectué à une température inférieure à 300 °C et doit être long, à la fois pour obtenir une homogénéité suffisante de la température et une précipitation complète du carbone. L'expérience montre que ce résultat est atteint après un maintien de 6 heures à température supérieure à 250°C.

[0008] L'opération d'écrouissage de surface qui élimine le palier élastique et imprime une rugosité réglée à la surface de la tôle peut être effectuée ensuite sur le métal ayant subi un tel survieillissement, sans risque de vieillissement ultérieur. Cependant, un tel cycle de survieillissement, quine peut être effectué en continu, est coûteux et allonge le cycle de production.

[0009] Selon FR-A-2 450 285 on connaît un procédé de fabrication d'une bande d'acier revêtue par immersion dans un bain métallique, comportant une étape de refroidissement brutal en aval du revêtement au trempé dans le bain, avant le traitement de survieillissement.

[0010] US-A-2 570 906 décrit un procédé et un dispositif de revêtement d'une bande métallique, dans lequel la bande revêtue passe dans une enceinte de traitement thermique contenant des rouleaux de guidage alternés.

[0011] GB-A-1 565 874 décrit la fabrication d'une tôle d'acier galvanisé par chauffage de la tôle à 650-950°C, refroidissement dans un bain de sel fondu à 420-500°C puis, après le revêtement, survieillissement à 300-420°C pendant 30 à 120 s.

[0012] STAHL UND EISEN 102 (1982) N° 24, p. 1236, montre le traitement de survieillissement à 375°C pendant 3 minutes d'une bande d'acier galvanisé.

[0013] STAHL UND EISEN 94 (1974) N° 5, p. 187-193, décrit le traitement thermique continu d'une tôle d'acier défilant entre 15 et 180 m/min. dans trois zones de températures, revêtement au trempé dans un bain d'aluminium et refroidissement.

[0014] Patents Abstracts of Japan Vol. 2, No 52, 14 avril 1978, page 249C78, montre une chambre de recuit d'une bande d'acier galvanisé sur un jeu de rouleaux évitant le collage du métal.

[0015] La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités afin de fournir une tôle revêtue qui puisse être traitée en continu et posséder les qualités techniques requises.

[0016] L'invention a ainsi pour objet un procédé en continu de revêtement par une couche de Zn ou d'un alliage Zn-Al d'une bande d'acier laminée à froid, comprenant un cycle thermique de chauffage, suivi d'un refroidissement rapide, un revêtement au trempé dans le bain de métal de revêtement en fusion à une température de 460 à 500°C, un traitement de survieillissement et un refroidissement ultérieur, caractérisé en ce que :

• le refroidissement rapide à la fin du cycle thermique de chauffage est effectué à une vitesse de 10 à 50°C/s,
• et le traitement de survieillissement est effectué à une température comprise entre 430 et 270°C pendant au moins deux minutes,
  la bande suivant un premier trajet en enroulement en colimaçon dans lequel elle présente la même face en contact avec les rouleaux de guidage alors que sa température s'abaisse de 430 à 330°C,
  et un deuxième trajet en accordéon jusqu'à la sortie de la zone de traitement de survieillissement.

[0017] Selon une caractéristique de ce procédé, le refroidissement rapide à la suite du cycle thermique de chauffage doit être effectué à une vitesse de 10 à 25°C/s.

[0018] La bande d'acier soumise au traitement de survieillissement est revêtue sur une ou ses deux faces d'une couche de zinc, ou d'un alliage zinc-aluminium. Dans le cas où la bande ne comporte un revêtement d'épaisseur classique que sur une de ses faces, on dispose les rouleaux de guidage de telle sorte qu'ils soient en contact avec la face exempte de la couche de revêtement.

[0019] L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés, qui en représentent seulement un mode de réalisation.

[0020] Sur ces dessins :

la Fig. 1 est un schéma illustrant le cycle thermique suivi par la bande au cours de la galvanisation en continu;

la Fig. 2 est une vue schématique partielle d'une installation de revêtement en continu selon la présente invention dans sa partie comportant l'enceinte de survieillissement.

[0021] L'invention sera décrite ci-après en référence à un procédé de galvanisation en continu, mais cette technique peut également s'appliquer au revêtement d'un alliage zinc-aluminium.

[0022] Une bande d'acier écrouie par laminage à froid est tout d'abord soumise à un traitement de recuit en continu dans la ligne de galvanisation suivant un cycle thermique qui est illustré à la figure 1.

[0023] Ce cycle thermique comporte :

• une phase de chauffage très rapide jusqu'à une température comprise entre 550 et 750 °C environ, la vitesse de chauffage étant comprise entre 20 et 200 °C/s. environ ;
• une phase de chauffage plus lent jusqu'à la température de maintien comprise entre 650 et 850 °C environ, la vitesse de chauffage étant comprise entre 5 et 50 °C/s. ;
• une phase de maintien à température comprise entre 650 et 850 °C d'une durée allant de 20 secondes à 3 minutes environ ;
• un refroidissement rapide de la température de maintien à la température d'entrée dans le bain de zinc en fusion qui est à une température comprise entre 460 et 500 °C, la vitesse de refroidissement étant de 10 à 50 °C/s ;
• une galvanisation au trempé vers 450 °C dans un bain de zinc pendant un temps compris entre 1 et 10 secondes environ ;
• une poursuite du refroidissement de la bande revêtue de zinc comportant un traitement de survieillissement en continu sur la ligne de galvanisation qui sera détaillé ci-après.

[0024] Le traitement de survieillissement peut être considérablement raccourci s'il est effectué après un refroidissement rapide du métal avant l'entrée dans le bain de zinc. Un survieillissement complet peut être obtenu par maintien pendant au moins 2 minutes entre 430 et 270 °C environ, à condition que la vitesse de refroidissement rapide de 800 °C environ à 470 °C environ soit de préférence supérieure à 10 °C/s.

[0025] La réalisation d'un tel cycle pour un produit galvanisé présente cependant l'inconvénient de devoir maintenir pendant un temps prolongé le zinc à une température supérieure à 330 °C, ce qui accroît le risque de collage et de grippage du revêtement de zinc au contact des rouleaux de guidage de la ligne.

[0026] Une des caractéristiques originales du procédé de la présente invention consiste à minimiser ce risque par une disposition des rouleaux de guidage par rapport à la bande, de telle sorte qu'une seule face de la bande, dans la portion où la bande est à température supérieure à 330 °C soit en contact avec les rouleaux de guidage. On évite ainsi totalement le risque de griffes pour la face non en contact avec les rouleaux de guidage dans la partie où la bande est à une température supérieure à 330 °C.

[0027] La face ainsi préservée du contact avec les rouleaux de guidage sera réservée comme face visible, notamment dans les tôles de carrosserie devant présenter un état de surface parfait.

[0028] Sur le schéma de la figure 1, on a représenté le cycle thermique subi par la bande d'acier en représentant, d'une part, le survieillissement selon la présente invention et, d'autre part, un refroidissement normal de la bande sans survieillissement.

[0029] Le procédé de la présente invention est mis en oeuvre dans une installation représentée partiellement à la figure 1.

[0030] Sur cette figure 1, la bande 1 d'acier laminé à froid est alimentée à partir de moyens d'alimentation non représentés dans un four 2, où elle subit un traitement de recuit avec une phase de chauffage dans la zone 3 et de refroidissement dans la zone 4. La bande 1 est ensuite galvanisée en continu au trempé dans un bain de zinc en fusion 5 contenu dans un creuset 6. Ce creuset est muni de moyens de renvoi de la bande sous forme d'un rouleau 7 immergé dans le bain de zinc. La bande 1 est ensuite extraite verticalement du bain de zinc 5 et subit des opérations de traitement classiques de la couche de zinc déposée dans des zones 8 et est guidée par un rouleau 9 en direction de l'enceinte de survieillissement 10. La bande d'acier portant son revêtement de zinc est introduite dans l'enceinte de survieillissement 10 par un orifice 11 à une température voisine à cet endroit de 370 °C. L'enceinte de survieillissement 10 comporte un ensemble de rouleaux de guidage disposés horizontalement et parallèlement les uns aux autres. La bande 1 parcourt dans cette enceinte un premier trajet depuis son entrée 11 en passant sur les rouleaux de guidage 12, 13, 14, 15 et 16 suivant un enroulement en colimaçon, de sorte que la même face de cette bande depuis sa sortie du bain de zinc soit en contact avec les rouleaux de guidage. Lorsqu'elle parvient au niveau du rouleau de guidage 16, la température de la bande est d'environ 330 °C, de sorte qu'il soit alors possible de mettre la face n'ayant subi aucun contact avec les rouleaux de guidage en contact avec ces derniers. A partir du rouleau 16, la bande poursuit un trajet en accordéon sur les rouleaux 17 et 18a à 18d, ainsi que 19a à 19c, les rouleaux 18a à 18d étant disposés respectivement à la partie supérieure de l'enceinte, alors que les rouleaux 19a à 19c sont disposés à la partie inférieure de cette dernière. La bande est extraite de l'enceinte 10 par un orifice 20 à une température de 270 °C et envoyée à l'aide de rouleaux appropriés vers un poste d'écrouissage non représenté, après refroidissement jusqu'à une température ≦ à 50 °C.

[0031] La température de l'enceinte est régulée de façon à assurer une température de bande de 370 °C au moins à l'entrée de l'enceinte et de 270 °C au moins à la sortie de l'enceinte.

[0032] La longueur de la zone de survieillissement est prévue de telle manière que le temps effectif entre la sortie du bain de zinc et la sortie de la zone de survieillissement à température supérieure ou égale à 270°C soit d'au moins 2 minutes et, de préférence, comprise entre 2 et 5 minutes environ pour la galvanisation d'acier destiné à être embouti.

[0033] La bande d'acier galvanisé parvient en bout de ligne à un laminoir écrouisseur non représenté, de façon à effacer le palier d'écoulement élastique et à imprimer une rugosité de surface réglée à la tôle, puis la bande est enroulée et stockée.

[0034] Une caractéristique importante des rouleaux de guidage de l'enceinte de survieillissement est qu'ils doivent présenter un diamètre tel que le rapport diamètre sur épaisseur de la bande soit supérieur à 800, de façon à éviter de durcir le métal par écrouissage.

[0035] Les rouleaux de guidage sont notamment des rouleaux creux en acier à surface rectifiée, ayant une rugosité fine (0,5 µm), brunie par oxidation entre 300 et 500 °C.

[0036] Un traitement d'oxydation effectué sur les rouleaux de guidage de la zone de survieillissement et auto-entretenu par l'oxydation atmosphérique, crée une couche qui s'oppose au collage ou au grippage de la bande à condition que la rugosité des rouleaux soit inférieure à 0,5 µm.

[0037] Dans le cas où la bande d'acier galvanisé présente sur une de ses faces un revêtement de zinc d'épaisseur classique et sur l'autre face un mince revêtement d'alliage fer-zinc obtenu par élimination de la couche de zinc préalablement déposée, on présente la face comportant le mince revêtement d'alliage fer-zinc en contact avec les rouleaux de guidage 9 et 12 à 15 de la zone de traitement de survieillissement. Ceci permet de maintenir le revêtement classique de zinc hors du contact avec les rouleaux de guidage pendant le premier trajet enroulé en colimaçon. La face comportant le mince revêtement d'alliage fer-zinc n'étant pas sujette à détérioration au contact des rouleaux de guidage, on n'observe aucune détérioration de ses qualités.

[0038] Afin de mettre en évidence les caractéristiques avantageuses obtenues par le procédé de la présente invention, on effectue trois cycles de galvanisation définis ci-après.

[0039] Le cycle 1 correspond à la technique antérieure sans traitement de survieillissement avec un écrouissage en continu en bout de ligne de 1 %.

[0040] Le cycle 2 correspond à une galvanisation selon la technique antérieure avec un survieillissement en bobine ne permettant pas un traitement en continu.

[0041] Le cycle 3 correspond au procédé de la présente invention.

[0042] Les caractéristiques mécaniques du produit obtenu après écrouissage dans les divers cycles sont données au tableau suivant, tout d'abord dans l'état de livraison à la sortie des lignes et, ensuite, après deux mois de stockage à 30 °C.

[0043] On peut constater à la lecture de ce tableau que dans le cycle 3 selon la présente invention, l'accroissement de la limite élastique est faible après deux mois de stockage et tout à fait comparable à celui obtenu pour le cycle 2 ne permettant pas une galvanisation en continu totale sur toute la ligne.

[0044] La réapparition du palier élastique est, par ailleurs, relativement faible par rapport au cycle 1 ne comportant pas d'étape de survieillissement.

Revendications

1. Procédé en continu de revêtement par une couche de Zn ou d'un alliage Zn-Al d'une bande d'acier laminée à froid, comprenant un cycle thermique de chauffage, suivi d'un refroidissement rapide, un revêtement au trempé dans le bain de métal de revêtement en fusion à une température de 460 à 500°C, un traitement de survieillissement et un refroidissement ultérieur, caractérisé en ce que :

- le refroidissement rapide à la fin du cycle thermique de chauffage est effectué à une vitesse de 10 à 50°C/s,

- et le traitement de survieillissement est effectué à une température comprise entre 430 et 270°C pendant au moins deux minutes, la bande suivant un premier trajet en enroulement en colimaçon dans lequel elle présente la même face en contact avec les rouleaux de guidage alors que sa température s'abaisse de 430 à 330°C, et un deuxième trajet en accordéon jusqu'à la sortie de la zone de traitement de survieillissement.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de refroidissement rapide est de 10 à 25°C/s.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le traitement de survieillissement comporte dans cette zone de survieillissement une face revêtue d'un revêtement de zinc classique et une face revêtue d'une mince couche d'alliage fer-zinc qui est mis en contact avec les rouleaux de guidage.

Claims

1. A process for the continuous coating of a cold rolled steel strip with a layer of zinc or a zinc/aluminium alloy, comprising a thermal heating cycle followed by a rapid cooling, a dip coating in the bath of molten coating metal at a temperature of 460 to 500°C, an overageing treatment and a subsequent cooling, characterized in that

- the rapid cooling on completion of the thermal heating cycle is performed at a rate of 10 to 50°C/sec and the overageing treatment is performed at a temperature of between 430 and 270°C for at least two minutes,

- the strip following a first helical coiling path over which it presents the same face in contact with the guide rollers while its temperature is reduced from 430 to 330°C, and a second accordion path until it leaves the overageing treatment zone.

2. A process according to claim 1, characterized in that the rate of rapid cooling is from 10 to 25°C/sec.

3. A process according to claims 1 or 2, characterized in that the overageing treatment comprises in the overageing zone a face coated with a conventional zinc coating and a face coated with a thin layer of iron/zinc alloy which is brought into contact with the guide rollers.

Ansprüche

1. Kontinuierliches Verfahren zur Beschichtung eines kaltgewalzten Stahlbandes mit einer Schicht aus Zn oder einer Zn-Al-Legierung, welches eine Temperatur-Zeit-Folge der Erwärmung, gefolgt von einem raschen Abkühlen, ein Tauchbeschichten in dem Bad aus schmelzflüssigem Beschichtungsmetall bei einer Temperatur von 460° bis 500° C, eine Überalterungsbehandlung und ein Nachabkühlen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

- das rasche Abkühlen am Ende der Temperatur-Zeit-Folge der Erwärmung mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 50 °C/s durchgeführt wird,

- und die Überalterungsbehandlung bei einer Temperatur zwischen 430 und 270 °C für wenigstens zwei Minuten durchgeführt wird, wobei das Band einer ersten Bewegungsbahn in schneckenförmiger Wicklung, in welcher es die gleiche Seite in Berührung mit den Führungsrollen aufweist, während seine Temperatur von 430 auf 330 °C sinkt, und einer zweiten, mehrfach gewendeten Bewegungsbahn bis zum Ausgang der Zone der Überalterungsbehandlung folgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des raschen Abkühlens zwischen 10 und 25 °C/s beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Überalterungsbehandlung durchmachende beschichtete Band in dieser Überalterungszone eine mit einer herkömmlichen Zinkbeschichtung beschichtete Seite und eine mit einer dünnen Schicht aus Eisen-Zinklegierung beschichtete Seite, welche mit den Führungsrollen in Berührung gebracht wird, aufweist.

Dessins