Brevet FR2546534A1 — publié le 19841130

La présente invention est relative à un procédé et une installation pour la réalisation en continu d'un revêtement de zinc, d'aluminium ou d'un alliage zinc- aluminium sur une bande d'acier obtenue par laminage à froid. L'invention vise en particulier, mais non ex- clusivement, un procédé de galvanisation d'une bande d'acier laminée à froid. 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'a- bord soumis à un traitement-de recuit en continu Ce trai- tement 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 refroi- dissement plus ou moins rapide, la bande d'acier est gal- vanisée au trempé dans un bain de zinc à une température comprise entre environ 460 et 5000 C, puis la bande est extraite en continu du bain de zinc et refroidie avant d'être stockée en bobines. On effectue sur le revêtement de zinc issu du bain liquide diverses opérations afin de lui conférer les propriétés désirées. A la sortie du bain de zinc, le métal est tota- lement recristallisé, mais le carbone mis en solution au cours de la période de chauffage et de maintien du trai- tement 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 tempéra- ture inférieure à 270 'C, à une vitesse supérieure à 50 C par seconde, une partie du carbone reste en solu- tion Le carbone en solution sursaturée dans la ferrite 2. rend le métal sensible au vieillissement par précipita- tion du carbone en sursaturation sur les dislocations dues à la déformation à froid que subira ultérieurement la tôle. 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 galva- nisation, car les caractéristiques mécaniques d'un acier traité dans ces conditions serait instable dans le temps. En effet, le durcissement dû au vieillissement s'accom- pagne 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 déforma- tion plastique. 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 revê- tement de zinc présent sur la bande d'acier en alliage fer-zinc fragile, le recuit doit être effectué à une tem- pérature inférieure à 3000 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 2500 C. 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 vieil- lissement ultérieur Cependant, un tel cycle de survieil- lissement, qui ne peut être effectué en continu, est co - teux et allonge le cycle de production. La présente invention a pour but de remédier à 2546534, 3. cet inconvénient afin de fournir une tôle revêtue qui puisse être traitée en continu et posséder les qualités techniques requises. L'invention a ainsi pour objet un procédé en continu de revêtement par une couche de Zn,f Ai ou d'un alliage Zn-Al d'une bande d'acier laminée à froid, com- prenant un cycle thermique de chauffage, suivi d'un re- froidissement rapide, un revêtement au trempé dans le bain de métal de revêtement en fusion, à une température de 460 à 500 'C, et un refroidissement ultérieur, carac- térisé en ce qu'après le revêtement au trempé, la bande d'acier revêtue est soumise à un traitement de survieil- lissement par maintien de la bande à une température comprise entre 430 et 27 C O C pendant au moins 2 minutes. Selon une caractéristique de ce procédé, le refroidissement rapide à la suite du cycle thermique de chauffage doit être effectué à une vitesse de 5 a 50 OC/ s., de préférence de 1 tj a 50 "C/s et-mieux encore de 10 à 250 C/s. Selon une autre caractéristique de la présente invention, le traitement de survieillissement est effectué entre 430 et 330 'C en présentant la même face de la bande en contact avec les rouleaux de guidage suivant un trajet en colimaçon. La bande d'acier soumise au traitement de sur- vieillissement est revêtue sur une ou ses deux faces d'une couche de zinc, d'aluminium ou de leurs alliages Dans le cas o la bande ne comporte un revêtement d'épaisseur classique que sur une de ses faces, on dispose les rou- leaux de guidage de telle sorte qu'ils soient en contact avec la face exempte de la couche de revêtement. La présente invention à également pour objet une installation de revêtement en continu d'une couche de Zn, Al ou d'un alliage Zn-Al d'une bande d'acier la- minée à froid comportant des moyens d'alimentation de la bande, une enceinte de traitement thermique comportant des moyens de chauffage suivis de moyens de refroidisse- ment, un creuset de maintien en fusion du métal de revê- tement dans lequel sont disposés des moyens de renvoi de la bande et des moyens d'extraction et de guiage de la bande vers un poste de stockage après refroidissement, carac- térisée en ce que l'installation comporte à la suite du bain de revêtement,après les moyens d'extraction, une enceinte de survieillissement maintenant la bande revêtue à une température comprise entre 430 et 270 UC pendant au moins deux Mrn, cette enceinte comportant un ensemble de rouleaux de guidage disposés de telle sorte que, pen- dant un premier trajet de la bande, seule une face de cette dernière est en contact avec les rouleaux de gui- dage. Selon une autre caractéristique, les rouleaux de guidage déterminent dans le premier trajet un enroule- ment en colimaçon, puis ensuite un second trajet en ac- cordéon jusqu'à la sortie de l'enceinte. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés, qui en représentent seule- ment un mode de réalisation. Sur ces dessins: la Fig 1 est un schéma illustrant le cycle thermique suivi par la bande au courssde la galvanisation en continu; la Fig 2 est une vue schématique partielle d'une installation de revêtement en continu selon la pré- sente invention dans sa partie comportant l'enceinte de survieillissement. L'invention sera décrite ci-après en référence à un procédé de galvanisation en continu, mais cette tech- nique peut également s'appliquer à l'aluminisation ou au revêtement d'un alliage zinc-aluminium. Une bande d'acier écrouie par laminage à froid 3,5 est tout d'abord soumise à un traitement de recuit en con- tinu dans la ligne de galvanisation suivant un cycle f 5. thermique qui est illustré à la Fig 1. 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 en- viron, la vitesse de chauffage étant comprise entre 5 et 500 C/s; une phase de maintien à température comprise entre 650 et 850 u 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 OC, la vitesse de refroidissement étant de 5 à 50 'C/s et, de préférence, supérieure à 10 'C/s; une galvanisation au trempé vers 450 'C dans un bain de zinc pendant un temps compris entre 1 et 10 se- condes environ; une poursuite du refroidissement de la bande revêtue de zinc comportant un traitement de survieillisse- ment en continu sur la ligne de galvanisation qui sera dé- taillé ci-après. Le traitement de survieillissement peut être considérablement raccourci s'il est effectué après un re- froidissement 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 en- viron, à condition que la vitesse de refroidissement rapide de 8000 C environ à 470 'C environ soit de préférence supé- rieure à 10 'C/s. La réalisation d'un tel cycle pour un produit galvanisé présente cependant l'inconvénient de devoir main- tenir pendant un temps prolongé le zinc à une température 6. supérieure à 330 'C, ce qui accroit le risque le collage et de grippage du revêtement de zinc au contact des rou- leaux de guidage de la ligne. Une des caractéristiques originales du procé- dé de la présente invention consiste à minimiser ce ris- que par une disposition des rouleaux de guidage par rap- port à la bande, de telle sorte qu'une seule face de la bande, dans la portion o 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 o la bande est à une température supé- rieure à 330 'C. La face ainsi préservée du contact avec les rouleaux de guidage sera réservée comme face visible, no- tamment dans les tôles de carrosserie devant présenter un état de surface parfait. Sur le schéma de la Fig 1, on a représenté le cycle thermique subi par la bande d'acier en représentant, d'une part, le survieillissement selon la présente inven- tion et, d'autre part, un refroidissement normal de la bande sans survieillissement. Le procédé de la présente invention est mis en oeuvre dans une installation représentée partiellement à la Fig 1. Sur cette Fig 1, la bande 1 d'acier laminé à froid est alimentée à partir de moyens d'alimentation non représentés dans un four 2, o 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 ex- traite verticalement du bain de zinc 5 et subit des opé- rations de traitement classiques de la couche de zinc dé- posée dans des zones 8 et est guidée par un rouleau 9 en 7. 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 il àDune température voisine à cet endroit de 3700 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 sont entrée 11 en passant sur les rouleaux de guidage 12, 13, 14, 15 et 16 suivant un enrou- lement 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 ni- veau du rouleau de guidage 16, la température de la bande est d'environ 3300 C, de sorte qu'il est alors possible de mettre la face n'ayant subi aucun contact avec les rouleaux de guidage en contact avec ces derniers A partir du rou- leau 16, la bande poursuit un trajet en accordéon sur les rouleaux 17 et 18 a à 18 d, ainsi que 19 a à 19 c, les rouleaux 18 a à 18 d étant disposés respectivement à la partie supé- rieure de l'enceinte, alors que les rouleaux 19 a à 19 c sont disposés à la partie inférieure de cette dernière La ban- de est extraite de l'enceinte 10 par un orifice 20 à une température de 2700 C et envoyée à l'aide de rouleaux ap- propriés vers un poste d'écrouissage non représenté, après refroidissement jusqu'à une température La température de l'enceinte est régulée de fa- çon à assurer une température de bande de 3700 C au moins à l'entrée de l'enceinte et de 2700 C au moins à la sortie de l'enceinte. La longueur de la zone de survieillissement est prévue de telle manière que le temps effectif entre la sor- tie du bain de zinc et la sortie de la zone de survieillis- sement 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. 8. 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. 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. Les rouleaux de guidage sont notamment des rou- leaux creux en acier à surface rectifiée, ayant une ru- gosité fine ( 0,5 gm), brunie par oxidation entre 300 et 500 C. Un traitement d'oxydation effectué sur les rou- leaux 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 con- dition que la rugosité des rouleaux soit inférieure à 0,5 gm. Dans le cas o la bande d'acier galvanisé pré- sente sur une de ses faces un revêtement de zinc d épais- seur 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 revête- ment 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. 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. Le cycle 1 correspond à la technique antérieure sans traitement de survieillissement avec un écrouissage en continu en bout de ligne de 1 %. 9. J Le cycle 2 correspond à une galvanisation selon la technique antérieure avec un survieillissement en bo- bine ne permettant pas un traitement en continu. Le cycle 3 correspond au procédé de la présente invention CYCLE 1 Galvanisation en continu à 820 C Refroidissement de 820 à 470 C à 10 C/s. de 430 à 270 C à 5 "C/s. Ecrouissage 1 % en ligne. CYCLE 2 Galvanisation en continu à 820 C Refroidissement de 820 à 470 C à 10 'C/s. de 430 à 270 C à 5-C/s. Survieillissement 6 heures à 280 VC Ecrouissage 1 %. CYCLE 3 Galvanisation en continu à 820 v C Refroidissement de 820 à 470 C à 10 C/s. de 430 à 270 C à 0,8 C/s. (survieillissement) Ecrouissage 1 % en ligne. Les caractéristiques mécaniques du produit ob- tenu après écrouissage dans les divers cycles sont données au tableau suivant, tout d'abord dans l-'état de livrai- son à la sortie des lignes et, ensuite, après deux mois de stockage à 30 C. Caractéristiques mecaniques Caractéristiues mcaniques après en MPA mcre pe éa en ir PA 2 mois de stockage à 30 C état de livraison Limite Rési 5st Palier Allongementt Limite Rési st Palier Allongement elast RE R élast de rupt élast RE R élast de rupt. I 240 360 O % 35 % 270 360 1,5 % 35 2 200 330 0 % 41 % 210 330 O 41 % 3 210 340 O 40 % 215 340 0,5 % 40 1 O o On peut constater à la lecture de ce tableau que dans le cycle 3 selon la présente invention,l'accrois- sement 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 conti- nu totale sur toute la ligne. La réapparition du palier élastique est, par ailleurs, relativement faible par rapport au cycle 1 ne comportant pas d'étape de survieillissement. 11. REVENDICATIONS 1 Procédé en continu de revêtement par une cou- che de Zn, AI ou d'un alliage Zn-Al d'une bande d'acier laminée à froid, comprenant un cycle thermique de chauf- fage, 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, et un refroidissement ultérieur, caractérisé en ce qu'après le revêtement au trempé, la bande d'acier revêtue est soumise à un trai- tement de survieillissement par maintien de la bande à une température comprise entre 430-et 2700 C O pendant au moins deux minutes. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cycle thermique de chauffage comprend une montée très rapide de la température jusqu'à une tempéra- ture comprise entre 550 et 750 'C à une vitesse de 20 à 'C/s, une poursuite de la montée en température plus lente jusqu'à une température de maintien comprise entre 650 et 850 'C à une vitesse de 5 à 500 C/s et un maintien à cette température pendant 20 secondes à 3 minutes envi- ron, suivi d'un refroidissement rapide à une vitesse de 5 à 500 C/s de la température de maintien à la température du bain de revêtement. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que le refroidissement rapide à la fin du cycle thermique de chauffage,de la température de maintien à la température du bain de revêtement,est réalisé à une vitesse de 10 à 50 a C/si. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vitesse de refroidissement est de 10 à 250 C. 5 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement de survieillissement est effectué entre 430 et 330 'C en présentant la même face de la bande en contact avec les rouleaux de guidage suivant un trajet en colimaçon. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 12. précédentes, caractérisé en ce que la bande revêtue subissant 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 mise en contact avec les rouleaux de guidage. 7 Installation de revêtement en continu d'une couche de Zn, Al ou d'un alliage Zn-Al d'une bande ( 1) d'a- cier laminée à froid comportant des moyens d'alimenta- tion de la bande, une enceinte de traitement thermique ( 2) conportant des moyens de chauffage ( 3), suivis de moyens de refroidissement ( 4), un creuset ( 6) de maintien en fusion du mé- tal de revêtement dans lequel sont disposés des moyens de renvoi ( 7) de la bande ( 1) et des mnyens _d 'extrac-tion et de guidage de la bande vers un poste de stockage après refroidissement, caractérisée en ce que l'installation comporte à la sortie du bain de revêtement, après les moyens d'extraction, une enceinte de survieillissement( 10) maintenant la bande revêtue à une température comprise entre 430 et 270 WC pendant au moins deux minutes, cette enceinte comportant un ensemble de rouleaux de guidage ( 12 à 19) disposés de telle sorte que, pendant un premier trajet de la bande, seule une face de cette dernière soit en contact avec les rouleaux de guidage. 8 Installation selon la revendication 7, ca- ractérisée en ce que les rouleaux de guidage déterminent dans le premier trajet un enroulement en colimaçon, puis ensuite un second trajet en accordéon jusqu'à la sortie de l'enceinte. 9 Installation selon la revendication 7, ca- ractérisée en-ce que les rouleaux de guidage de l'enceinte de survieillissement ont un diamètre tel que le rapport diamètre du rouleau/épaisseur de la bande soit supérieur à 800. 10 Installation selon l'une quelconque des re- vendications 7 à 9, caractérisée en ce que les rouleaux de guidage en acier comportent un revêtement d'oxyde.