Brevet FR2741156A1 — publié le 19970516

L'invention concerne un procédé de contrôle de l'état de recristallisation d'un produit plat métallique, tel qu'une tôle ou un feuillard d'acier à la sortie d'une installation de recuit en continu. Les lignes de fabrication de produits plats en acier sous forme de bande, tels que des tôles ou des feuillards comportent généralement, à la suite des laminoirs à froid assurant la réduction de l'épaisseur de la bande d'acier jusqu'à son épaisseur de première réduction, un four de recuit de la bande d'acier en continu dans lequel la bande est amenée à circuler à une vitesse élevée. Le recuit effectué en continu, après écrouissage de la bande au laminoir à froid, permet d'effectuer une recristallisation du métal de la bande se traduisant par une réorganisation de l'orientation des grains du métal et par une modification de la taille des grains.Le recuit de recristallisation qui met en oeuvre en particulier une germination et une croissance des grains dans le métal écroui après laminage produit une nouvelle texture de recuit totalement différente de la texture d'écrouissage obtenue après le laminage. Pour contrôler les paramètres du recuit en continu et la texture résultante de la bande, il peut être souhaitable d'effectuer un contrôle de l'état de recristallisation de la bande à la sortie du recuit continu, pouvant se traduire par une orientation préférentielle des grains du métal et par une certaine taille de grains. On ne connaissait pas jusqu'ici de technique simple permettant d'évaluer très rapidement sur une bande en acier en defilement à haute vitesse, l'état de recristallisation du métal de cette bande. Les techniques connues de l'art antérieur et utilisées pour le contrôle des bandes sur les lignes de production en continu mettent généralement en oeuvre des mesures magnétiques nécessitant l'utilisation d'un rouleau de mesure et de contrôle en contact avec le produit. Ces techniques sont peu adaptées au cas de bandes circulant à vitesse élevée du fait de la nécessité de maintenir un contact entre le rouleau de mesure magnétique et le produit. On connaît également des techniques de contrôle de textures de métaux utilisant des ondes ultrasonores. Ces techniques nécessitent généralement un couplage entre les transducteurs d'ondes ultrasonores et la bande, de sorte qu'elles sont également peu adaptées au contrôle de bandes défilant à grande vitesse. Les techniques d'examen ou de contrôle de la texture de produits métalliques utilisant des ondes ultrasonores peuvent être mises en oeuvre pour réaliser un examen complet volumique de la texture du produit métallique. Dans ce cas, il est nécessaire d'effectuer des mesures ultrasonores dans plusieurs directions et généralement dans deux ou trois directions et d'exploiter ces mesures pour déterminer les caractéristiques de la texture du métal. De tels procédés et dispositifs sont donc très complexes et très coûteux et sont difficilement adaptables pour effectuer un contrôle rapide sur une ligne de production de tôles ou feuillards en continu. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de contrôle de l'état de recristallisation d'un produit plat en acier, par une technique ultrasonore, ce procédé pouvant être utilisé avantageusement pour le contrôle d'une bande d'acier défilant en continu, par exemple à la sortie d'une installation de recuit continu. Dans ce but - on génère des cndes ultrasonores guidées, par des moyens électro-magnéto-acoustiques, sans contact avec le produit, à l'intérieur du produit, dans une zone d'émission de manière que les ondes ultrasonores se propa gent dans une direction définie parallèle aux faces principales du produit plat, - on capte les ondes ultrasonores se propageant dans le produit dans une première zone et dans une seconde zone de mesure espacées de la zone d'émission et espacées l'une de l'autre, dans la direction définie du produit, - on mesure le temps de propagation des ultrasons entre les deux zones de mesure, et - on compare le temps de propagation mesuré à au moins une valeur de référence correspondant à un état de recristallisation de référence du produit. L'invention est également relative à un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé de contrôle suivant l'invention, en particulier à la sortie d'une installation de recuit en continu. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un dispositif pour réaliser le contrôle de l'état de recristallisation d'une bande d'acier à la sortie d'une installation de recuit continu et la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention en utilisant ce dispositif. La figure 1 est une vue de dessus schématique du dispositif de contrôle suivant l'invention. La figure 1A est une vue en élévation suivant A de la figure 1. La figure 2 est une vue en élévation d'une sonde électro-magnéto-acoustique du dispositif permettant de mettre en oeuvre l'invention. La figure 2A est une vue de dessus suivant A de la figure 2. La figure 3 est une vue schématique en perspective d'une partie de la bande en acier illustrant le pro cessus de génération d'ondes ultrasonores par effet électro-magnéto-acoustique. La figure 4 est un schéma représentatif des ondes ultrasonores captées dans les zones de mesure, lors de la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention sur une bande d'acier. Sur la figure 1, on voit un tronçon d'une bande d'acier 1 à la sortie d'une installation de recuit continu, la bande 1 étant guidée et supportée par un rouleau 2 revêtu de matériau non conducteur, de direction transversale, c'est-à-dire un rouleau dont l'axe a une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal 3 de la bande suivant lequel la bande se déplace à une vitesse élevée supérieure à 10 m/s. Le dispositif de contrôle de l'état de recristallisation de la bande comporte une tête de mesure 4 comportant trois sondes électro-magnéto-acoustiques 5, 6 et 7 alignées dans la direction transversale 8 de la bande 1 sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale 3, à l'aplomb du rouleau 2. La tête de mesure 4 alignée dans la direction 8 comporte un support sur lequel les sondes 5, 6 et 7 sont fixées de manière à se trouver exactement alignées dans la direction de l'axe 8. Comme il est visible sur la figure 1A, les sondes telles que la sonde 7 présentent une surface inférieure active disposée au-dessus de la surface supérieure de la bande 1 en défilement à une faible distance h de la bande 1 dans la direction verticale. La distance h peut être de l'ordre de quelques millimètres et de préférence de l'ordre de 1 à 3 mm. La surface active des sondes 5, 6 et 7 est d'autre part disposee au-dessus de la bande, à l'aplomb du rouleau 2, c'est-à-dire dans une zone où la bande 1 est parfaitement positionnée dans la direction perpendiculaire à ses faces principales (direction verticale) et également dans la direction transversale 8. Comme il sera expliqué plus loin, la sonde électro-magnéto-acoustique 5 constitue un émetteur pouvant engendrer des ondes ultrasonores à l'intérieur de la bande 1, ces ondes ultrasonores se propageant en particulier dans la direction de l'axe transversal 8. Les sondes électro-magnéto-acoustiques 6 et 7 constituent un premier et un second récepteurs d'ondes ultrasonores émises par la sonde 5 dans la bande d'acier 1 en défilement. Le dispositif de contrôle comporte un ensemble 9 d'alimentation des sondes et de récupération et de traitement des signaux captés par les récepteurs 6 et 7. L'ensemble d'alimentation et de traitement 9 comporte en particulier un générateur d'impulsions de courant électrique à forte intensité 10 du type utilisé pour la production d'ondes ultrasonores qui est relié à l'émetteur 5 pour assurer son excitation, comme il sera expliqué plus loin. L'ensemble d'alimentation et de traitement 9 comporte également un micro-ordinateur 11 associé à un interface lui permettant de recevoir et de traiter les signaux captés par les récepteurs 6 et 7. Le microordinateur fournit comme donnée de sortie, le temps de propagation des ondes ultrasonores dans la direction de l'axe transversal 8 entre les sondes de réception 6 et 7 et peut effectuer la comparaison de ce temps de propagation avec une ou plusieurs valeurs de référence correspondant à un état de recristallisation de référence du produit sur lequel on effectue le contrôle. Sur les figures 2 et 2A, on a représenté une sonde électro-magnéto-acoustique qui peut être utilisée comme émetteur 5 de la tête de mesure 4 représentée sur les figures 1 et 1A. La sonde 5 comporte un électro-aimant 12 présentant deux branches sur chacune desquelles est engagée une bobine d'excitation respective 13a, 13b et constituant des pôles 12a et 12b à leurs extrémités. Les bobines 13a et 13b sont alimentées en courant continu de manière à fournir des ampères-tours au circuit magnétique de l'électro-aimant 12. Sur la partie d'extrémité des branches du circuit magnétique de l'électro-aimant 12 est fixée une grille conductrice 14 plane dont la surface dirigée vers la surface supérieure de la bande 1 constitue une face active de la sonde 5 disposée à une distance h égale à quelques millimètres de la face supérieure de la bande 1 en défilement. La grille 14 est réalisée sous la forme d'un circuit imprimé comportant une plaque en matériau non conducteur sur laquelle est déposée suivant une configuration définie représentée sur la figure 2A, une bande conductrice 15 en matériau conducteur tel que le cuivre constituant le circuit de la grille 14.La partie conductrice en matériau conducteur tel que le cuivre, du circuit imprimé comporte en particulier des zones successives 15c en forme de créneaux d'égale largeur disposées l'une à la suite de l'autre dans la direction transversale 8 suivant laquelle doivent se propager les ondes ultrasonores. Les zones 15c conductrices du circuit imprimé sont intercalées entre les deux pôles 12a et 12b de l'électro-aimant 12 qui sont eux-mêmes alignés dans la direction de mesure 8. La partie conductrice 15 du circuit imprimé est reliée, pour son alimentation, à ses extrémités 15a et 15b, au générateur d'impulsions de forte intensité 10 de l'ensemble d'alimentation et de traitement 9 du dispositif de contrôle. Les impulsions de courant de forte intensité circulant dans le circuit conducteur 15 ont un sens de circulation alterné dans la zone comportant les créneaux 15c de la grille entre les deux pôles 12a et 12b de 1 'électro-aimant. Le circuit imprimé est dessiné de manière que la largeur des parties en créneaux 15c dans la direction de mesure 8 soit parfaitement définie et corresponde à une valeur proportionnelle à la longueur d'onde des ultrasons qui doivent être engendrés dans le matériau de la bande 1 en défilement. Sur la figure 3 on a représenté de manière schématique une portion de la bande 1 dans la direction transversale 8 constituant la direction de mesure suivant laquelle est effectué le contrôle de l'état de recristallisation de la bande. Du fait de sa disposition, l'électro-aimant 12 de la sonde électro-magnéto-acoustique 5 engendre une induction magnétique B dans la bande 1, suivant sa direction transversale 8. Les impulsions de courants circulant dans des sens opposés dans les différentes branches des créneaux 15c du circuit 15 induisent des courants de Foucault CF dans la bande 1, qui sont parallèles entre eux, perpendiculaires à la direction 8 et à l'induction B et successivement dirigés dans un sens et dans l'autre suivant la direction longitudinale de la bande 1, lorsqu'on se déplace dans la direction de mesure 8. La circulation de courants de Foucault CF dans la bande 1, perpendiculairement à l'induction B produite par l'électro-aimant, engendre des forces de Lorentz FL suivant l'épaisseur de la bande d'acier 1. Les atomes de la bande d'acier 1 sont mis en vibration par effet électromagnétique et la combinaison des forces de Lorentz FL dans l'épaisseur du matériau et de la magnétostriction engendre des ondes ultrasonores US qui se propagent dans la bande 1, suivant la direction transversale 8, à partir de l'émetteur 5. L'émetteur électro-magnéto-acoustique 5 permet donc de produire des ondes ultrasonores se propageant dans la direction transversale de mesure 8 de la bande, sans aucun contact entre l'émetteur et la bande. Les sondes 6 et 7 constituant le premier et le second récepteurs qui sont disposés avec un certain espacement par rapport à l'émetteur 5 et qui sont également espacés l'un de l'autre dans la direction de mesure 8 comportent chacune une grille de réception analogue à la grille 14 de la sonde émettrice 5 qui constitue une face active de la sonde de réception et qui est disposée à une faible distance 9 de l'ordre de 1 à 3 mm, de la face principale de la bande d'acier 1. Comme il est visible sur la figure 4, les signaux captés par les émetteurs 6 et 7 qui sont représentatifs des ondes ultrasonores se propageant dans la bande d'acier 1, dans la direction 8, sont identiques mais sont décalés dans le temps. Sur la partie supérieure de la figure 4, on a représenté le signal 16 reçu par la sonde 6 et, dans la partie inférieure de la figure 4, le signal 17 reçu par la sonde 7. Le principe du contrôle de l'état de recristallisation de la bande consiste à mesurer de manière extrêmement précise le décalage dans le temps At entre les signaux 16 et 17 reçus respectivement par les sondes 6 et 7. L'onde ultrasonore est une onde guidée, onde de Lamb ou onde SH qui est réfléchie sur les deux faces de la bande. Les ondes ultrasonores permettent d'effectuer une mesure et un contrôle de l'état de la bande suivant toute son épaisseur et dans le sens de sa largeur. De manière générale, les ondes guidées produites dans le maériau peuvent être de type ondes de Lamb ou ondes SH. Des études théoriques ont montré que le temps de parcours des ultrasons à l'intérieur d'un métal dans un certain état de cristallisation dépend principalement de l'orientation des grains. Les variations du temps de parcours des ultrasons dans un métal dépendent donc des modifications de l'orientation des grains. La mesure du temps de parcours At à l'intérieur du matériau, en deux points espacés suivant la largeur de la bande qui est représentative de la texture de l'acier et des grains donne donc un aperçu de l'état de recristallisation de acier. De manière à contrôler l'état de recristallisation de la bande d'acier, le temps de propagation At qui a été mesuré de manière très précise est comparé à au moins une valeur de référence correspondant à un matériau dans un état de recristallisation standard. Par exemple, dans le cas d'aciers extra-doux dont la structure cristalline est cubique centrée, la texture de recristallisation recherchée a pour composante principale C1 1 1) et [1 1 OJ. Pour une nuance particulière d'acier doux ayant une texture de recristallisation et une taille de grains satisfaisantes, et pour des récepteurs disposés à une distance de 130 mm l'un de l'autre suivant la largeur de la bande, la valeur de référence Ato est égale à 24,5 us. Le contrôle est effectué en vérifiant que cette valeur de référence est obtenue pendant tout le défilement de la bande, à 100 ns près. En d'autres termes, on vérifie que dt mesuré est égal à 24,5 ,us à 100 ns près. Cette vérification peut être effectuée de manière très précise, du fait que les mesures de temps de propagation par le procédé suivant l'invention sont obtenues avec une précision de 5 à 10 ns. Le procédé suivant l'invention permet donc de contrôler, de manière continue, pendant le défilement de la bande, l'état de recristallisation de cette bande d'acier à la sortie d'un four de recuit continu. Les mesures peuvent être effectuées sur des bandes minces d'acier, par exemple des bandes d'acier d'une épaisseur de 0,15 mm. Ce procédé permet de réaliser un contrôle sur une bande défilant à grande vitesse, par exemple à une vitesse supérieure à 10 m/s. On a pu montrer que la mesure de temps de propagation dans une seule direction correspondant à la direction transversale de la bande en défilement permet de contrôler l'état de recristallisation de manière très efficace. On peut donc effectuer le contrôle avec un dispositif de mesure simple et compact. La mesure ultrasonore est d'autre part effectuée sans aucun contact avec la bande d'acier à contrôler et sans utiliser aucun matériau de couplage. Le dispositif et le procédé suivant l'invention permettent de surveiller le bon déroulement du process de recuit continu d'une bande métallique et en particulier d'une bande d'acier. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi qu'on peut imaginer d'utiliser des capteurs électro-magnéto-acoustiques ayant une structure différente de celle qui a été décrite. On peut également disposer les émetteurs et les récepteurs de la tête de mesure d'une manière différente de celle qui a été décrite et représentée. I1 est possible d'améliorer le contrôle en utilisant plusieurs têtes de mesure disposées de manière que les récepteurs soient espacés l'un de l'autre dans des directions différentes du produit métallique plat. On peut par exemple disposer trois têtes de contrôle dans trois directions différentes du produit. Cependant, dans le cas d'un contrôle effectué sur une bande en défilement rapide à la sortie d'une installation industrielle, il peut être préférable d'utiliser une seule tête de mesure disposée suivant la direction transversale de la bande en défilement. L'invention s'applique non seulement au cas du contrôle de l'état de recristallisation d'une bande d'acier à la sortie d'un four de recuit en continu mais encore au contrôle de l'état de recristallisation de tout produit plat en acier, dans le cadre d'une production continue ou discontinue. De manière plus générale, le procédé et le dispositif suivant l'invention peuvent être utilisés dans le cadre de la détermination ou du contrôle de la texture d'un produit plat en acier ou de tout autre matériau métallique. REVENDICATIONS 1.- Procédé de contrôle de l'état de recristallisation d'un produit plat (1) métallique, par une technique ultrasonore, caractérisé par le fait - qu on génère des ondes ultrasonores (US) guidées, par des moyens électro-magnéto-acoustiques (4, 5, 6, 7), sans contact avec le produit (1), à l'intérieur du produit (1), dans une zone d'émission de manière que les ondes ultrasonores se propagent dans une direction (8) définie parallèle aux faces principales du produit plat (1), - qu'on capte les ondes ultrasonores (US) se propageant dans le produit (1), dans une première zone et dans une seconde zone de mesure (6, 7) espacées de la zone d'émission (5) et espacées l'une de l'autre, dans la direction (8) définie du produit (1), - qu'on mesure le temps (At) de propagation des ultrasons entre les deux zones de mesure (6, 7), et - qu'on compare le temps de propagation (At) mesuré à au moins une valeur de référence correspondant à un état de recristallisation de référence du produit (1). 2.- Procédé suivant la revendication 1, dans le cas où le produit plat en acier (1) est une bande d'acier en défilement dans sa direction longitudinale (3), caractérisé par le fait que la direction définie de la bande (1) est une direction transversale (8) sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale (3). 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on effectue le contrôle sur la bande en acier (1) en défilement continu, à la sortie d'une installation de recuit continu. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que la bande d'acier (1) a une vitesse de défilement supérieure à 10 m/s. 5.- Dispositif de contrôle de l'état de recristallisation d'un produit plat en acier (1), par une technique ultrasonore, caractérisé par le fait qu'il comporte - une tête de mesure comprenant une première sonde électro-magnéto-acoustique (5) constituant un émetteur et une seconde et une troisième sondes électromagnéto-acoustiques (6, 7) constituant des récepteurs espacés de l'émetteur (5) et espacés l'un de l'autre dans une direction de mesure (8) de la tête de mesure (4), et - un ensemble (9) d'alimentation des sondes électro-magnéto-acoustique et de traitement de signaux relié aux sondes (6, 7) constituant les récepteurs. 6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la sonde électro-magnéto-acoustique (5) constituant l'émetteur comporte un électro-aimant (12) susceptible de produire une induction (B) dans le produit (1), dans la direction de mesure (8) de la tête de mesure (4) et un circuit imprimé (14) comportant une partie conductrice (15) en forme de grille ayant des créneaux (15c) s'étendant successivement dans la direction de mesure (8) de la tête de mesure (4), et un moyen d'alimentation (10) de la partie conductrice (15) du circuit imprimé (14) en un courant électrique circulant, au niveau des créneaux (15c) de la partie conductrice (15c) en forme de grille, dans une direction perpendiculaire à la direction de mesure (8) de la tête de mesure (4) et successivement, dans un sens et dans 1' autre. 7.- Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le moyen (10) d'alimentation de la partie conductrice (15) du circuit imprimé (14) est constitué par un générateur d'impulsions de haute intensité. 8.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5, 6 et 7, caractérisé par le fait que les sondes électro-magnéto-acoustiques constituant les récepteurs (6, 7) comportent chacune une grille de réception constituée par un circuit imprimé comportant une partie conductrice en forme de grille s'étendant dans la direction de mesure (8) de la tête de mesure (4). 9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5, 6, 7 et 8, pour réaliser le contrôle de l'état de recristallisation d'une bande d'acier (1) en défilement, caractérisé par le fait que les sondes électro-magnéto-acoustiques (5, 6, 7) comportent chacune une surface active disposée à une distance de quelques millimètres d'une face principale de la bande en acier (1). 10.- Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que les sondes électro-magnétoacoustiques (5, 6, 7) sont disposées à l'aplomb d'une zone de la bande en acier (1) en appui sur un rouleau de support et de guidage (2) revêtu d'un matériau non conducteur.