[0001] L'invention est relative à un procédé de galvanisation en continu à chaud au trempé
d'une bande d'acier comportant des éléments d'addition oxydables en une proportion
permettant d'améliorer les propriétés mécaniques de l'acier.
[0002] L'amélioration des propriétés mécaniques de l'acier va aussi bien vers l'augmentation
des résistances mécaniques visant par exemple à diminuer leur épaisseur et donc le
poids d'acier, que vers l'augmentation de l'emboutissabilité, ou encore vers l'augmentation
de ces deux critères. Ceci à conduit à la mise au point de nuances d'aciers multiphasés,
par exemple de type DP (dual phase) et TRIP (Transformation induite par plasticité)
.
[0003] Ces nuances multiphasées à très haute résistance sont généralement obtenues par addition
d'éléments durcisseurs tels que Si, Mn, Cr, Mo, etc. Les fours de galvanisation à
chaud au trempé selon l'état de la technique comportent typiquement plusieurs sections
équipées pour réaliser des différentes phases du traitement thermique qui sont généralement
: chauffage, maintien, refroidissement. Le four de traitement thermique est conditionné
par une atmosphère neutre ou réductrice, généralement constituée d'un mélange d'azote
et d'hydrogène destiné à réduire les oxydes de fer présents à la surface des tôles
avant leur galvanisation.
[0004] On constate que, pour les aciers multiphasés, des éléments présents tels que Si,
Mn, Cr, Mo, etc, plus oxydables que le fer se combinent prioritairement avec les atomes
d'oxygène présents dans le four pour former des oxydes en surface de la bande. Le
potentiel d'oxydation très élevé de ces composants entraîne même une migration de
leurs atomes vers la surface de la bande pour qu'ils puissent s'oxyder avec l'oxygène
présent dans le four.
[0005] Le résultat est la formation d'une mince couche d'oxydes à la surface de la bande.
Ces oxydes sont stables et ne sont pas réduits lors de leur passage dans les différentes
zones du four, on les retrouve donc à la surface de la bande lors de sa plongée dans
le bain de zinc ce qui fait obstacle à l'adhérence du zinc durant l'opération de galvanisation.
La diminution du point de rosée de l'atmosphère du four dans les limites compatibles
avec l'état de l'art actuel n'a pas supprimé ce phénomène et on constate toujours
la présence sur la surface des bandes galvanisées de défauts provoqués par la présence
locale de ces oxydes.
[0006] Il en résulte que actuellement le procédé de galvanisation au trempé d'une bande
d'acier ne permet pas de galvaniser correctement les nuances d'acier multiphasés ayant
une teneur en éléments oxydables tels que Si, Cr, Mn, Mo, ... suffisante pour améliorer
les propriétés mécaniques de l'acier.
[0007] L'invention proposée a pour but de fournir un dispositif et un procédé de galvanisation
à chaud au trempé en continu qui permettent de traiter correctement des bandes contenant
des éléments d'addition oxydables dont la teneur est suffisante pour améliorer les
propriétés mécaniques de l'acier.
[0008] L'invention concerne une ligne de galvanisation en continu à chaud au trempé d'une
bande d'acier comportant des éléments d'addition oxydables en une proportion permettant
d'améliorer les propriétés mécaniques de l'acier, selon laquelle la bande chemine
dans un four de galvanisation sous une atmosphère réductrice, avec trempé dans un
bain de galvanisation, cette ligne étant caractérisée en ce qu'elle comprend en amont
du four de galvanisation un moyen de chauffage de la bande à une température appropriée
suivi d'une zone pour exposer la bande à une atmosphère oxydante dont la teneur en
oxygène est telle que, compte tenu de la température de la bande et de la durée du
traitement, les éléments d'addition oxydables de la bande d'acier soient oxydés à
la surface et immédiatement sous la surface de la bande avant qu'ils n'aient pu migrer
vers ladite surface pour y former une couche d'oxydes capable de provoquer des défauts
de galvanisation. Les oxydes de fer produits durant cette opération seront réduits
durant le passage de la bande dans le four.
[0009] Avantageusement, la bande est portée à une température comprise entre 150 °C et 400
°C, de préférence entre 150°C et 300°C environ, pour le traitement d'oxydation. Pour
une nuance d'acier donnée, le contrôle de l'oxydation de sa surface, pour une atmosphère
oxydante donnée, sera effectué par le choix du couple température / temps de séjour
de la bande dans l'atmosphère oxydante.
[0010] Le contrôle de ce couple température / temps de séjour sera effectué en continu et
tiendra compte du régime de fonctionnement de la ligne, en particulier de la vitesse
instantanée de défilement de la bande. Le contrôle du traitement d'oxydation de la
bande peut être effectué en régulant la puissance de chauffage situé en amont du four
(action sur la température de la bande) ou en agissant sur la distance entre l'élément
chauffant situé en amont du four et l'entrée du four (action sur le temps d'oxydation).
[0011] L'atmosphère oxydante dans laquelle s'effectue l'opération contrôlée d'oxydation
de la surface de la bande peut être l'air ambiant ou tout autre atmosphère confinée
dans une enceinte installée en amont du four et dont on contrôlera la teneur en oxygène.
[0012] L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain
nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos
d'exemples de réalisations décrits en détail avec références aux dessins annexés,
mais qui ne sont nullement limitatifs.
- Fig. 1 est un schéma d'une ligne de galvanisation en continu à chaud au trempé mettant
en oeuvre le procédé de l'invention,
- Fig. 2 est un diagramme représentant la variation de la température d'un point de
la bande, portée en ordonnée, en fonction de la position du point sur la ligne présenté
en abscisse,
- Fig. 3 est un schéma d'une variante de la ligne de galvanisation,
- Fig. 4 à 6 sont des autres variantes de réalisation.
[0013] Pour les Fig. 1 à 4, la bande se déplace de la gauche vers la droite.
[0014] En se reportant à la Fig. 1 des dessins, on peut voir, schématiquement représentée,
une ligne de galvanisation en continu à chaud au trempé d'une bande d'acier 1 dans
un bain de galvanisation de zinc en fusion 2.
[0015] La ligne comprend un four de galvanisation réalisé suivant l'état de l'art 3 pour
le traitement de la bande 1 avant son trempé dans le bain 2. Le four comprend plusieurs
sections équipées pour réaliser successivement les différentes phases du traitement
thermique qui sont généralement chauffage, maintien puis refroidissement jusqu'à une
température adaptée à la déposition du zinc à la surface de la bande. L'atmosphère
du four 3 est réductrice, réalisée par un mélange de gaz traditionnellement d'azote
avec de l'hydrogène avec un point de rosée maintenu aussi bas que possible.
[0016] La bande l'acier 1 contient des éléments d'addition oxydables tels que Si, Cr, Mn,
Mo selon des proportions suffisantes pour améliorer ses caractéristiques mécaniques.
Jusqu'à ce jour, ce type de ligne de galvanisation ne permettait pas de galvaniser
correctement en continu , à chaud, au trempé, un acier contenant de tels éléments
oxydables suivant de telles proportions car, comme déjà expliqué, lors du traitement
de chauffage et de maintien à haute température, une très mince couche d'oxyde de
ces éléments d'addition se formait en surface et se maintenait jusque dans le zinc
fondu ce qui provoquait des défauts dans le revêtement.
[0017] Selon l'invention, en amont du four 3 on soumet la bande 1 dans une zone 8 à un traitement
d'oxydation dans des conditions d'atmosphère, de température et de temps de séjour
telles que les éléments d'addition oxydables notamment Si, Cr, Mn ou Mo, soient oxydés
sous la surface de la bande avant qu'ils n'aient pu migrer vers cette surface pour
former une couche d'oxyde à même de provoquer des défauts de galvanisation.
[0018] Dans ces conditions, lors du traitement dans la chambre 3, les oxydes d'éléments
d'addition restent piégés à l'intérieur du matériau et il n'y a plus de migration
d'éléments d'addition vers la surface de la bande à même d'enrichir la couche d'oxydes
jusqu'à provoquer des défauts de galvanisation.
[0019] Lors du traitement dans la zone 8 et de la zone 8 jusqu'à l'entrée du four, des oxydes
de fer sont formés à la surface de la bande. Ces oxydes de fer sont réduits dans l'enceinte
du four 3 de sorte que la bande 1, lorsqu'elle arrive dans le bain de zinc fondu 2
présente une surface présentant une couche d'oxydes d'éléments d'addition réduite
qui permet une bonne galvanisation.
[0020] La zone 8 comporte un moyen de chauffage pour porter la bande 1 à la température
souhaitée, typiquement comprise entre 150 °C et 400 °C. Un moyen de contrôle 7 constitué
par un calculateur ou un ordinateur est prévu pour ajuster le chauffage de la bande
à partir de capteurs tels que des capteurs de vitesse de bande 4, de température 5
et d'émissivité 6 de la surface de la bande.
[0021] Le contrôle de la cinétique d'oxydation résulte, en fonction d'une atmosphère oxydante
donnée, de la maîtrise de la température finale de la bande 1 en sortie du moyen de
chauffage 8 et du temps de séjour de la bande 1 dans la zone 8 et entre la zone 8
et l'entrée du four 3. La combinaison de ces paramètres est optimisée en fonction
de la nuance de l'acier à traiter, de la vitesse de la ligne et de l'épaisseur et
de la largeur de la bande.
[0022] Le moyen de chauffage 8 est choisi pour avoir une faible inertie thermique et une
forte réactivité afin de maintenir un contrôle de l'oxydation de la surface de la
bande durant les phases transitoires occasionnées par les variations de vitesse de
la ligne ou les variations de format de bande 1. Ce moyen de chauffage 8 pourra être
constitué par un four à gaz, de type feu nu ou chauffage indirect, de préférence ce
moyen de chauffage sera constitué par un four à induction électromagnétique. Le four
à induction comporte au moins une bobine inductrice qui peut être rapprochée ou éloignée
du four de galvanisation pour moduler la cinétique d'échauffement produite.
[0023] Le traitement d'oxydation de la bande 1 dans la zone 8 et entre la zone 8 et l'entrée
du four 3 sera de préférence effectué à l'air. Le contrôle de l'oxydation de la bande
sera réalisé alors par le contrôle de deux paramètres : la température de la bande
en sortie de 8 et le temps de séjour de la bande à l'air entre son entrée dans la
zone 8 et son entrée dans le four 3. La température devra être augmentée quand la
vitesse de la ligne augmentera afin de compenser la diminution du temps de séjour
de la bande à haute température dans l'air.
[0024] La Fig. 2 présente la variation de température d'un point de la bande 1 portée en
ordonnée en fonction de la position de ce point sur la ligne portée en abscisse. En
amont du moyen de chauffage 8, la température de la bande est basse, par exemple inférieure
à 100 °C et correspond au segment 9. Lors du passage de la bande 1 dans le moyen de
chauffage 8, sa température augmente suivant, par exemple, le segment incliné 10.
La température de la bande 1, depuis sa sortie du moyen de chauffage 8 jusqu'à son
entrée dans le four 3 reste sensiblement constante comme schématisé par le segment
11, le traitement d'oxydation se poursuit durant cette phase. Dans l'enceinte du four
3, le chauffage de la bande 1 va continuer suivant un cycle adapté à sa métallurgie
et symbolisé par 12.
[0025] Le contrôle de l'oxydation de la bande peut être effectué par action sur l'un ou
plusieurs des paramètres présentés sur la Fig. 2. Il est possible d'agir sur la température
de la bande en faisant varier la pente moyenne du segment 10 pour obtenir un niveau
variable du palier du segment 11. Il est possible également de faire varier la durée
du palier 11 ou de modifier l'efficacité de l'oxydation de la bande durant le palier
11, par exemple en faisant varier la concentration d'oxygène de l'atmosphère oxydante
à laquelle est exposée la bande durant ce palier de traitement.
[0026] La Fig. 3 présente une variante de la Fig. 1 dans laquelle la zone de chauffage 8
est reliée de façon étanche à l'entrée du four 3 par l'enceinte 13. On comprend que,
au sein de l'enceinte 13, il est possible de contrôler la concentration en oxygène
de façon à adapter l'oxydation de la bande au type spécifique d'acier, à la vitesse
de bande ou à tout autre paramètre nécessaire au contrôle de la cinématique d'oxydation
de la bande. Le contrôle du taux d'oxygène de l'enceinte 13 ainsi que les étanchéités
de cette enceinte vis à vis de l'extérieur ou de l'enceinte du four 3 seront réalisés
suivant les moyens de l'état de l'art.
[0027] Le contrôle de la durée du traitement d'oxydation en fonction des paramètres de fonctionnement
de la ligne peut être avantageusement effectué par la modification de la longueur
de bande 1 entre la sortie du moyen de chauffage 8 et l'entrée du four 3. Cette variation
de longueur peut être effectuée de diverses manières.
[0028] Une première possibilité consiste à déplacer le moyen de chauffage 8 suivant la direction
de la bande 1 comme illustré schématiquement sur la Fig. 4 par la flèche en tirets
14. Pour une vitesse de bande donnée, lorsque le moyen de chauffage 8 est rapproché
du four 3, la durée de traitement diminue tandis que lorsque le moyen de chauffage
8 est éloigné du four 3, la durée du traitement augmente.
[0029] Une deuxième possibilité est illustrée par la Fig. 5. Les moyens de chauffage 8 sont
fixes. Entre les moyens de chauffage 8 et le four 3, la bande 1 passe sur un rouleau
fixe 15 et sur un rouleau mobile 16 pouvant être déplacé parallèlement à la direction
de la bande comme illustré schématiquement par la flèche 17. Lorsque le rouleau mobile
16 est déplacé vers la droite, la longueur de bande entre les moyens de chauffage
8 et le four 3 augmente ce qui augmente la durée du traitement d'oxydation. Inversement,
lorsque le rouleau mobile 16 est déplacé vers la gauche de la Fig. 5, la longueur
de bande diminue ce qui réduit la durée du traitement. Cette disposition avec un rouleau
mobile 16 et deux brins horizontaux de bande peut être répétée plusieurs fois avec
plusieurs rouleaux et plusieurs brins de longueur variable afin d'augmenter la longueur
de bande entre 8 et 3 et augmenter la possibilité de variation de cette longueur.
[0030] La Fig. 6 présente une variante de la Fig. 5 pour laquelle les moyens de chauffage
8 sont fixes et la bande 1 passe sur deux rouleaux fixes 20 et 21 et sur un rouleau
mobile 19 pouvant être déplacé perpendiculairement à la direction principale de la
bande comme illustré schématiquement par la flèche 18. Lorsque le rouleau mobile 19
est déplacé vers le haut, la longueur de bande entre les moyens de chauffage 8 et
le four 3 augmente ce qui augmente la durée du traitement d'oxydation. Inversement,
lorsque le rouleau mobile 19 est déplacé vers le bas de la Fig. 6, la longueur de
bande diminue ce qui réduit la durée du traitement. Cette disposition avec un rouleau
19 et deux brins verticaux de bande peut être répétée plusieurs fois afin d'augmenter
la longueur de bande entre 8 et 3 et augmenter la possibilité de variation de cette
longueur.
[0031] On comprend que toutes les combinaisons de rouleaux fixes et de rouleaux mobiles
permettant de faire varier la longueur de bande entre les moyens de chauffage 8 et
l'entrée du four 3 permettent de faire varier la durée de l'oxydation de la bande
et peuvent être mises en oeuvre dans le cadre de cette invention.
[0032] Il est également possible de placer les rouleaux 15 et 17 de la Fig. 5 ou les rouleaux
19, 20 et 21 de la Fig. 6 dans une enceinte telle que 13 dans laquelle la concentration
en oxygène peut être contrôlée et ajustée au traitement à obtenir.
[0033] On comprend également qu'il est possible de combiner le contrôle de la température
de sortie de la bande des moyens de chauffage 8 et le contrôle de la durée de l'oxydation
en fonction des caractéristiques du matériau et des objectifs visés. Ce contrôle de
la température et du temps de traitement ainsi que la commande des actionneurs correspondants
est réalisé par le calculateur 7 en fonction des données du produits saisies par l'opérateur
ainsi que par les mesures réalisées par les capteurs tels que, par exemple, 4, 5 et
6.
[0034] Grâce à la mise en oeuvre de ces dispositifs, la bande 1 arrive dans le bain de zinc
en fusion 2 avec une surface sur laquelle la formation des oxydes a été limitée, y
compris pour les oxydes des éléments d'addition, de sorte que l'adhérence du zinc
sur cette surface puisse s'effectuer au mieux.
[0035] La ligne de galvanisation selon l'invention constitue un outil de production flexible
permettant de galvaniser économiquement diverses nuances d'acier quelle que soit la
nature de leurs additifs sans défaut de déposition du zinc sur leur surface. Les moyens
de contrôle 7 et les moyens de chauffage 8, grâce à leur rapidité d'adaptation, permettent
d'adapter le procédé de contrôle d'oxydation à toutes les dimensions de produits et
à toutes les variations de vitesse de la ligne de production.
[0036] On peut également noter que les dispositifs nécessaires à la mise en oeuvre du procédé
de contrôle de l'oxydation des bandes comprenant des additifs tels que Si, Cr, Mn,
Mo... peuvent être facilement ajoutés à une installation existante pour étendre sa
gamme de production ou, sur une installation où ils sont installés, ils peuvent être
neutralisés facilement pour la production de nuances d'acier ne comprenant pas ces
additifs.
1. Procédé de galvanisation en continu à chaud au trempé d'une bande d'acier (1) comportant
des éléments d'addition oxydables en une proportion permettant d'améliorer les propriétés
mécaniques de l'acier, selon lequel la bande chemine dans un four de galvanisation
(3) sous une atmosphère réductrice, ce four étant constitué de sections de traitement
thermique, de chauffage, de maintien, de refroidissement et de trempé dans un bain
de galvanisation (2),la bande ayant été soumise à un traitement d'oxydation dans des
conditions de température, de durée et de teneur en oxygène d'un gaz dans lequel baigne
la bande, telles que les éléments d'addition oxydables soient oxydés essentiellement
à l'intérieur de la bande, avant qu'ils n'aient pu migrer vers la surface pour y former
une couche d'oxydes de nature à créer des défauts de galvanisation,
caractérisé en ce que la bande est soumise au traitement d'oxydation en amont de la section d'entrée du
four, que le gaz dans lequel baigne la bande pour le traitement d'oxydation est l'air,
que cette bande est portée à une température comprise entre 150°C et 400°C environ
pour le traitement d'oxydation, et que le contrôle de l'oxydation à la surface et
immédiatement sous la surface de la bande est effectué par contrôle du couple température/temps
de telle sorte que la température de la bande d'acier (1) est augmentée lorsque la
vitesse de ligne augmente et que le temps de traitement diminue, et inversement.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande d'acier est portée à une température comprise entre 150°C et 300°C environ
pour le traitement d'oxydation.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le contrôle de la température est effectué à partir de la puissance d'un moyen de
chauffage (8) de la bande en amont du four de galvanisation.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le contrôle de la durée du traitement d'oxydation est effectué par modification de
la longueur de bande (1) entre la sortie d'un moyen de chauffage (8) situé en amont
du four et l'entrée du four de galvanisation (3).
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la modification de la longueur de bande entre la sortie du moyen de chauffage (8)
et l'entrée du four de galvanisation (3) est assurée par déplacement du moyen de chauffage
(8) suivant la direction de la bande.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la modification de la longueur de bande entre la sortie du moyen de chauffage (8)
et l'entrée du four de galvanisation (3) est assurée par réglage de la longueur d'au
moins un brin vertical ou horizontal de la bande, ou une combinaison des deux.
7. Ligne de galvanisation en continu à chaud au trempé d'une bande d'acier (1) comportant
des éléments d'addition oxydables en une proportion permettant d'améliorer les propriétés
mécaniques de l'acier, selon laquelle la bande chemine dans un four de galvanisation
(3) sous une atmosphère réductrice, avec trempé dans un bain de galvanisation (2),
caractérisée en ce qu'elle comprend en amont du four de galvanisation un moyen de chauffage (8) de la bande
à une température comprise entre 150°C et 400°C environ, et une zone pour exposer
la bande à un gaz d'oxydation dont la teneur en oxygène est telle que, compte tenu
de la température et de la durée de traitement, les éléments d'addition oxydables
de la bande d'acier soient oxydés à l'intérieur de cette bande avant qu'ils n'aient
pu migrer vers la surface pour y former une couche d'oxyde.
8. Ligne de galvanisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le moyen de chauffage (8) est constitué par un four à induction qui constitue également
la zone pour exposer la bande à un gaz d'oxydation.
9. Ligne de galvanisation selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que la zone de chauffage (8) est reliée de façon étanche à l'entrée du four (3) par une
enceinte (13) dans laquelle la concentration en oxygène peut être contrôlée et ajustée
au traitement à obtenir.
10. Ligne de galvanisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le four à induction comporte au moins une bobine inductrice qui peut être rapprochée
ou éloignée du four de galvanisation pour moduler la cinétique d'échauffement produite.
11. Ligne de galvanisation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le moyen de chauffage est constitué par un four à gaz.
12. Ligne de galvanisation selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisée en ce que qu'elle comprend un moyen de contrôle (7) propre à agir sur le moyen de chauffage
(8) pour maintenir la bande à une température déterminée à la sortie du moyen de chauffage,
en réponse à des informations fournies par des capteurs (4,5,6).