Brevet FR2586257A1 — publié le 19870220

PROCEDE ET APPAREIL POUR RECUIRE EN CONTINU UN ACIER A TENEUR EXTRA BASSE EN CARBONE POUR EMBOUTISSAGE PROFOND. Cette invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour recuire en continu un acier à teneur extra-basse en carbone pour emboutissage profond. De façon plus particulière, elle se rapporte à une méthode et à un appareil qui permet d'utiliser au maximum les excellentes caractéristiques mécaniques de I'acier à teneur extra-basse encarbone en s'occupant sérieusement du réchauffage en tant que structure du four, par comparaison à la structure conventionnelle du four dans laquelle la section la plus importante est la zone de refroidissement. Jusqu'ici, la production de feuilles d'acier pour emboutissage profond par le procédé de recuit continu a été décrit dans la publication de la demande de brevet japonais No. 47-33409. Comme indiqué par une symbole (a) sur la figure 5, cette technique consiste ence qu'après avoir laminé à chaud et à froid un acier en bobine, on le réchauffe à une température assez élevée, puis on le maintient à cette température pendant un temps donné, puis on le refroidit rapidement jusqu'à environ 400 C, on le maintient à environ 400 C pendant 1-3 minutes puis on le refroidit jusqu'à la température ambiante. En outre, comme décrit dans l'art antérieur de l'article ci-dessus, il existe une technique dans laquelle on recuit un acier à bas carbone par simple refroidissement après le réchauffage et le maintien en température comme représenté par un symbole (b) sur la figure 5. Dans tous les cas, les feuilles d'acier recuites selon le cycle de réchauffage ci-dessus sont rigides et ne conviennent pas pour emploi comme feuille d'acier pour emboutissage profond. Par conséquent, jusqu'à présent, seul un équi- pement pour recuire de l'acier à bas carbone selon le cycle de réchauf- fage - maintien en température - refroidissement rapide- vieillissement est industrialisé. Dans une telle technique conventionnelle pour recuire en continu un acier à bas carbone pour obtenir une feuille d'acier pour emboutissage profond, il est bien connu que c'est l'étape de refroidissement qui est la plus importante dans le recuit continu. C'est-à-dire qu'il est nécessaire de contrôler les conditions de refroi- dissement rapide et de vieillisement et en outre les conditions de refroidissement lent avant le refroidissement rapide ou bien les con- ditions de refroidissement final après le vieillissement. Dans le recuit en continu de l'acier à bas carbone, par conséquent, un problème sérieux est de savoir comment accomplir efficacement un tel cycle idéal et compliqué de refroidissement, en opération réelle, ou comment concevoir un équipement capable de produire la feuille d'acier à ren- dement élevé dans le cycle thermique ci-dessus. Jusqu' à présent les équipements de recuit continu pour la production de feuilles d'acier pour emboutissage profond sont étudiés et construits sur la base de l'idée technique mentionnée ci-dessus. Il en résulte que c'est la partie refroidissement qui, dans tous les équipements existants de recuit continu pour produire des feuilles d'acier pour emboutissage profond, détermine la vitesse de l'équipement et que les processus opératoires et les processus de contrôle en sont étudiés de façon à atteindre préférentiellement les conditions de refroidissement désirées. Ceci est une conséquence naturelle du point de vue de l'idée technique conventionnelle. D'un autre côté, on sait que si l'on utilise un acier à teneur extra-basse en carbone, présentant une teneur en carbone (C-0,002%) inférieure à un dixième de celle de l'acier à bas carbone conventionnel (C--0,04%), le traitement de vieillissement devient inutile. Actuellement, on considère qu'il n'y a pas de différence essentielle entre un acier à bas carbone et un acier à teneur extra-basse en carbone en ce qui concerne le passage à travers les étapes de réchauf- fage et de maintien en température. Par conséquent, jusqu'ici on utilise également pour l'acier à teneur extra-basse en carbone le four de recuit conventionnel étudié pour l'acier à bas carbone. Toutefois, les excellentes caractéristiques mécaniques de l'acier à teneur extra-basse en carbone ne peuvent pas du tout être utilisées dans un tel four et ceci provoque plutôt de nombreux inconvénients. Lorsque l'on traite l'acier à bas carbone dans l'appareil conventionnel de recuit continu pour des feuilles d'acier pour emboutissage profond, comme représenté sur la figure 4, c'est le contrôle de la vitesse de refroidissement rapide et de la condition de vieillissement qui est le plus important. Pour pouvoir contrôler ces facteurs avec précision, la température de départ du refroidissement rapide ou la température côté sortie de la zone de maintien en tempéra- ture doit être constante. Toutefois, du fait que la vitesse de passage de la feuille, l'épaisseur de la feuille ou autre se modifient, la température dans la zone de réchauffage varie, comme représenté par les symboles (i), (ii) et (iii) sur la figure 4 et, dans des cas extrêmes, la feuille réchauffée à une température trop élevée dans la zone de réchauffage est refroidie graduellement dans la zone de maintien entempérature comme représenté par le symbole (i) de la figure 4a. De ce point de vue, des résultats d'expériences effectuées par les inventeurs ont donné ce qui suit. C'est-à-dire que l'on a fondu et moulé en continu pour donner une brame un acier à teneur extra-basse en carbone contenant 0,0025 % en poids de C, 0,08 % en poids de Mn, OO1 % en poids de Si, 0,010 % en poids de P, 0,005 % en poids de S, 0,04 % en poids de AZ, 0,002 % en poids de N et 0,035 % en poids de Ti, que l'on a laminé cet acier à chaud et à froid pour obtenir une feuille d'acier de 0,8 mm d'épaisseur finale. On a réchauffé cette feuille à différentes températures de réchauffage, on l'a main- tenue en température pendant 0-120 secondes puis on l'a soumise à une très légère passe de laminage. Puis on a mesuré l'allongement de la feuille ainsi traitée pour obtenir le résultat représenté sur la figure 2, sur laquelle les valeurs numériques encerclées sont les valeurs de l'allongement (en %). Comme on le voit sur la figure 2, l'allongement augmente lorsque la température de réchauffage augmente, mais cet accroissement de l'allongement est faible à une température de réchauf- fage relativement basse de 750 C, même si l'on maintient cette tempé- rature pendant assez longtemps, étant donné que l'influence de la durée de maintien en température ne se manifeste pas sensiblement à une température de réchauffage supérieure à 800 C. La même tendance s'observe en ce qui concerne les autres caractéristiques comme la limite élastique, la résistance à la traction etc. Puis, on a examiné l'effet secondaire de la fragi- lisation dans le recuit à 850 C pour obtenir le résultat représenté sur la figure 2, sur laquelle le symbole o indique qu'il n'y a pas de fragilisation et le symbole x indique l'apparition d'une fragili- sation. Comme on le voit sur le résultat de la figure 2, le criquage ne se produit pas même à -80 C si la durée de maintien en température est zéro, tandis que si le maintien en température s'effectue pendant un temps non inférieur à 30 secondes, la fragilisation apparait dès la température de -50 C. Ceci confirme qu'il est préférable que le temps de maintien en température soit aussi court que possible. En outre, on a réchauffé la feuille laminée à froid d'épaisseur finale 0, 8 mm à différentes températures à une vitesse de réchauffage de 35 C/s et on l'a refroidie rapidement à une vitesse de refroidissement de 30 C/s, puis on a mesuré la valeur r (valeur Lankford) pour obtenir des résultats indiqués- sur la figure 3. Comme on le voit sur la figure 3, dans le cas de l'acier à bas carbone, la valeur r tend à crottre au fur et à m esure que la température de recuit monte, mais la modification de la valeur r n'est pas tellemet importante. Inversement, si la température de recuit atteint 850 C, la proportion de la phase austénitique augmente pour s'opposer à la crois- sance des grains de critaux et par conséquent la valeur r tend à décroître. Au contraire, dans le cas de l'acier à teneur extra-basse en carbone, la valeur r tend à augmenter considérablement lorsque la température de recuit monte. A partir de ces résultats, les inventeurs -ont découvert que c'est le contrôle de la température maximale de réchauf- fage qui est le plus important pour obtenir un produit donné à partir d'un acier à teneur extra-basse en carbone, et non pas le contrôle de la durée de maintien en température. Si nous examinons le cas du recuit de l'acier à teneur extra-basse en carbone dans l'appareil conventionnel de recuit continu, sur la base de ce qui est indiqué ci-dessus, on recuit la feuille d'acier selon le cycle thermique modifié représenté par les symboles (i), (ii) et (iii) de la figure 4a dans la zone de réchauf- fage comme mentionné précédemment, de sorte que, même si la tempéra- ture côté sortie de la zone de maintien en température est constante, il se présente un problème de modification des caractéristiques méca- niques par suite de la variation de la température maximale de réchauf- fage dans la zone de réchauffage. Du fait que l'acier à teneur extra-basse en carbone devient très tendre à haute température, le risque de donner lieu à des défauts de surface et le risque de rupture de la bobine augmente au fur et à mesure que la durée de maintien à haute tempéra- ture augmente, de sorte qu'il faut prendre des précautions suffi- santes. C'est un objet de l'invention de résoudre tous les problèmes mentionnés ci-dessus dans la fabrication des feuilles d'acier à teneur extra-basse en carbone et d'apporter un procédé et un appareil de recuit en continu capables de contrôl81er avec précision la température de réchauffage prise comme objectif. Selon un premier aspect de l'invention, on apporte un procédé pour recuire en continu un acier à teneur extra-basse en carbone pour emboutissage profond, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: réchauffer un matériau en feuille de l'acier ci-dessus, à partir de la température ambiante, au-dessus de sa tempé- rature de recristallisation; réguler la température de la feuille réchauffée en la réchauffant rapidement pour l'amener à une température maximale de réchauffage prise comme objectif, température déterminée en relation avec la composition de l'acier, préalablement déterminée, les condi- tions de production et les caractéristiques du produit, ceci avec une précision d'au moins +100C; et refroidir rapidement sans soumettre la feuille à un maintien en température, puis la refroidir juqu'à la température ambiante. Selon un second aspect de l'invention, on apporte un appareil pour le recuit continu d'acier à teneur extra-basse en carbone pour emboutissage profond, caractérisé en ce qu'il comporte une zone de réchauffage, une zone de régulation de température qui présente une capacité de réchauffage par unité de longueur de la feuille d'acier supérieure à celle de la zone de réchauffage, ainsi qu'une bonne réponse de régulation capable d'atteindre une précision de température d'au moins +10 C, même sur une portion non homogène de la feuille, une zone de refroidissement rapide et une zone de refroi- dissement final. Cet appareil est différent de l'appareil conventionnel de recuit continu en ce sens que l'on utilise une zone de régulation de température au lieu de la zone de maintien en température et que la zone de vieillissement est supprimée comme représenté sur la figure lb. Dans une réalisation préférée de l'invention, une zone de réchauffage préliminaire est disposée en avant de la zone de réchauffage pour améliorer le rendement thermique. Dans une autre réalisation préférée de l'invention, on peut disposer une zone permettant un refroidissement au cours du réchauffage pour permettre de contrôler efficacement la température maximale de réchauffage. On va décrire l'invention en se référant aux dessins joints sur lesquels: - la figure la est une courbe montrant un cycle thermique dans l'appareil conforme à l'invention; - la figure lb est une vue schématique d'une réalisation de l'appareil conforme à l'invention; - la figure 2 est un graphique montrant l'influence de la dur4e du maintien en température et de la température de réchauf- fage sur l'allongement; - la figure 3 est un graphique montrant l'influence de la température de recuit sur la valeur r; - la figure 4a est une courbe montrant un cycle thermique dans l'appareil conventionnel de recuit continu; - la figure 4b est une vue schématique de l'appa- reil conventionnel de recuit. continu; - la figure 5 est une courbe montrant un cycle thermique dans le recuit conventionnel; et - la figure 6 est un dessin montrant les chan- gements des caractéristiques lorsque la vitesse de passage de la feuille débobinée se modifie au cours du recuit continu. L'appareil conforme à l'invention est largement différent de l'appareil conventionnel représenté sur la figure 4 en ce sens quela zone de vieillissement disparait et que l'on a prévu la zone de régulation de température à la place de lazone de maintien en tempé- rature. Selon l'invention, il est prévu de contrôler positivement la température au cours du réchauffage de la feuille d'acier dans la zone de régulation de température, de sorte qu'il faut disposer d'une capa- cité de réchauffage suffisamment importante et d'une bonne réponse de régulation. Dans ce cas, il est nécessaire que la capacité de réchauf- fage par unité de longueur de la feuille d'acier dans la zone de régulation de température soit plus importante que celle de la zone de réchauffage ou de la zone de préréchauffage, et il faut également que la précision de température soit d'au moins +10 C, même sur une portion non homogène de la feuille d'acier. Dans ce but on a adopté pour la zone de régulation de température un moyen pour souffler direc- tement sur la feuille d'acier un gaz non oxydant chauffé à haute tempé- rature, un moyen pour réchauffer directement la feuille d'acier par application du courant, un moyen pour utiliser un tube radiant à une température plus élevée que celle habituellement utilisée etc. En outre, la zone de régulation de température a la fonction de tenir compte, pour la température de recuit, du contrôle des caractéristiques mécaniques et du changement de composition, ainsi que la fonction de corriger la température de la feuille d'acier en tenant compte de la vitesse de passage de la feuille ou d'une modification de l'épaisseur de la feuille, ce qui permet d'obtenir avec une bonne précision la température finale, prise comme objectif, de la feuille d'acier. En outre la caractéristique selon laquelle on refroidit partiellement la feuille d'acier au cours de son réchauffage est efficace pour atteindre l'objet de l'invention. Après avoir réchauffé la feuille d'acier à la température finale prise comme objectif dans la zone de régulation de température comme représenté par les symboles (i), (ii), (iii) ou (iv) de la figure la, on la refroidit rapidement sans la faire passer par la zone de vieillissement. Dans ce cas, un refroidissement par jet de gaz, un refroidissement par laminage ou une combinaison de ces moyens convient comme moyen de refroidissement. En outre, la vitesse de refroi- dissement est à peine imposée du point de vue des caractéristiques mécaniques, de sorte qu'on peut la déterminer principalement en tenant compte de l'installation et du processus opératoire du fait qu'un traitement spécial de refroidissement rapide-vieillissemnt n'est pas demandé. La raison pour laquelle on refroidit rapidement la feuille d'acier après que la température a atteint la température finale prise comme objectif est due au fait que l'on n'attend plus d'amélioration des caractéristiques mécaniques avec un temps assez long de maintien en température, comme représenté sur la figure 2, et, inversement, que le risque d'une croissance anormale des grains de cristaux ainsi que de la dégradation des caractéristiques augmente et que la fréquence d'apparition d'incidents opératoires comme gondo- lement et phénomène de réduction chimique devient élevée. Pour améliorer encore le rendement thermique, on peut disposer une zone de réchauffage préliminaire en avant de la zone de réchauffage ou bien on peut diviser la zone de réchauffage en plusieurs corps de four, ce qui ne compromet pas l'effet de l'in- vention. En outre la caractéristique que la zone de refroidissement est divisée en deux ou plus corps de four de refroidissement pour améliorer le rendement du refroidissement ne compromet pas non plus l'effet de l'invention. Selon l'invention, si l'on utilise un acier en teneur extra-basse en carbone comme matériau en feuille, on peut obtenir du même matériau en feuille des caractéristiques mécaniques différentes, ou bien on peut uniformiser les caractéristiques méca- niques d'une portion non homogène du matériau en feuille en contrôlant simplement avec précision la température de recuit thermique dans le traitement de recuit continu. En particulier, l'invention permet de réaliser avantageusement ce qui suit: (1) On peut obtenir une feuille d'acier présen- tant des caractéristiques mécaniques très uniformes en contrôlant la température de réchauffage en fonction de la modification de la compo- sition chimique; - (2) On peut compenser, par un réchauffage local à haute température, la dégradation des caractéristiques mécaniques dans la portion extérieure de la portion intérieure de la bobine laminée à chaud; (3) On peut éviter les modifications de tempé- rature de la feuille d'acier dues à des changements d'épaisseur de la feuille ou à des changements de vitesse de passage de la feuille; et (4) On peut obtenir à partir d'un même matériau des produits présentant des caractéristiques mécaniques données. Par exemple, si la vitesse de passage dela feuille d'acier à teneur extrabasse en carbone (C:O,00015%, Ti:0,055%) se modifie au cours du recuit comme représenté sur la figure 6, on peut maintenir uniformément sensiblement sur toute la longueur de la feuille, la valeur r, la température de bobinage à chaud et la température de réchauffage. Exemple Dans l'appareil conventionnel de recuit continu dont la puissance permet d'obtenir un produit de l'épaisseur de la feuille (mm) et de la vitesse de passage de la feuille (m/mnd'environ 400, la puissance de réchauffage de la zone de réchauffage (puissance du brûleur) était d'environ 1,75x108 kJ/h. D'un autre côté, la zone de maintien en température n'avait qu'une puissance de réchauffage permettant de compenser la dissipation de chaleur à partir du corps du four et sa puissance de brûleur était le dixième de celle de la zone de réchauffage. Au contraire, la puissance de réchauffage de la zone de régulation de température conforme à l'invention est d'au moins deux fois celle de la zone conventionnelle de maintien en température grâce à l'utilisation d'un tube radiant à température très élevée donnant une température de four au-dessus de 1100 C, ainsi que d'un soufflage par jet de gaz à haute teméprature, qui correspond à 4,19-8,37x107 kJ/h.En particulier, si l'on considère la puissance de réchauffage par unité de longueur de la feuille d'acier, la puissance de réchauffage de la zone de régulation de température est supérieure à celle de la zone de réchauffage. Comme mentionné ci-dessus, selon l'invention, on peut contrôler avec précision la température de réchauffage prise comme objectif d'un acier à teneur extra-basse en carbone pour embou- tissage profond de façon à obtenir une feuille d'acier ne présentant pas de modification de caractéristiques mécaniques. En outre, on peut améliorer le rendement thermique en disposant la zone de réchauffage préliminaire en avant de la zone de réchauffage. Ces améliorations sont très apparentes. 1i REVENDICATIONS 1. Procédé pour recuire en continu un acier à teneur extra basse en carbone pour emboutissage profond, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: réchauffer un matériau en feuille de l'acier ci-dessus, à partir de la température ambiante, au-dessus de sa tempé- rature de recristallisation; réguler la température de la feuille réchauffée en la réchauffant rapidement pour l'amener à une température maximale de réchauffage prise comme objectif, température déterminée en relation avec la composition de l'acier, préalablement déterminée, les conditions de production et les caractéristiques du produit, ceci avec une précision d'au moins +10 C; et refroidir rapidement sans soumettre la feuille à un maintien en température, puis la refroidir jusqu'à la température ambiante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on refroidit partiellement ledit acier au cours du réchauf- fage pour réguler la température maximale de réchauffage. 3. Appareil pour le recuit continu d'acier à teneur extra-basse en carbone pour emboutissage profond, caractérisé en ce qu'il comporte une zone de réchauffage (1), une zone de régulation de température (2) qui présente une capacité de réchauffage par unité de longueur de la feuille d'acier supérieure à celle de la zone de réchauf- fage, ainsi qu'une bonne réponse de régulation capable d'atteindre une précision de température d'au moins +10 C, même sur une portion non homogène de la feuille, une zone de refroidissement rapide (3) et une zone de refroidissement final (4). 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une zone de réchauffage préliminaire est disposée en avant de la zone de réchauffage. 5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu dans ladite zone de réchauffage ou dans ladite zone de régulation de température une zone de refroidissement possible pour réguler une température maximale de réchauffage. 6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu dans ladite zone de réchauffage ou dans ladite zone de régulation de température une zone de refroidissement possible pour réguler une température maximale de réchauffage.