Brevet FR2831085A1 — publié le 20030425

La présente invention concerne un procédé d'optimisation du chutage d'une bande d'acier par l'utilisation d'une méthode de contrôle non destructif. L'invention s'applique aux bandes d'aciers calmés aluminium bobinées à chaud, tels que les aciers Bake Hardening (durcissement par la cuisson en langue française) connus en eux-mêmes ou les aciers pour émaillage. Les aciers BH (acier Bake Hardening) contiennent en général de 0,03 à 0,07 % de carbone, de 0,1 % à 0,7 % de manganèse, de 0,005 % à 0,08 % de phosphore, environ 0,01 % de soufre, environ 0,005 % d'azote, environ 0,05 % d'aluminium et de 0,005 à 0,1 % d'aluminium. Lors du bobinage à chaud des bandes d'acier BH (acier Bake Hardening) préalablement laminées à chaud, les extrémités de la bande bobinée subissent un refroidissement accéléré par rapport au corps de la bande. Cela est dû au fait que les spires internes de la bobine d'acier refroidissent rapidement au contact du mandrin de la bobineuse, et que les spires externes refroidissent également rapidement au contact de l'air. Or lorsque l'acier refroidit brutalement, l'azote reste en solution solide dans l'acier et provoque un vieillissement non contrôlé de la zone affectée, lequel occasionne une dégradation des caractéristiques mécaniques entraînant par la suite une détérioration de l'aspect de surface de la bande. Les aciers BH étant essentiellement destinés à la fabrication des pièces visibles de carrosseries automobiles, leur aspect de surface est un critère de qualité essentiel. Les zones de la bande affectées par ce phénomène de vieillissement doivent donc être éliminées par chutage. Or les longueurs de ces zones sont variables d'une bobine à une autre, car elles dépendent de nombreux paramètres intervenant lors du procédé de fabrication de la bande laminée à chaud qu'il est difficile d'apprécier. Actuellement, il n'existe aucune méthode permettant de détecter directement et facilement la présence d'azote en solution solide dans l'acier. Conventionnellement, on procède en continu sur la ligne de fabrication, à l'élimination des zones non conformes par une opération de chutage systématique des bandes qui consiste à éliminer une longueur standard en début de bande et en fin de bande de plusieurs dizaines de mètres. On vérifie ensuite la conformité des caractéristiques mécaniques de la bande, sur des prélèvements effectués à chaque extrémité de la bande qu'on soumet à des essais de traction. La présence d'azote en solution solide est révélée par un palier de traction, qui dans le cas des aciers BH doit être inférieur à une valeur limite de 0,2% pour les aciers destinés à la fabrication des pièces visibles de carrosserie. Si les résultats des essais de traction ne sont pas conformes aux spécifications, on passe la bande sur une ligne d'inspection où l'on réalise un chutage complémentaire de plusieurs dizaines de mètres à l'extrémité de la bande concernée, puis de nouveaux prélèvements sont effectués pour caractérisation mécanique. Les essais de traction et le chutage en extrémité de bande sur ligne d'inspection sont répétés jusqu'à ce qu'on obtienne les spécifications requises. La même méthode est utilisée pour les aciers pour émaillage. Cependant cette méthode présente des inconvénients. D'une part, pendant qu'on procède à la caractérisation mécanique des prélèvements effectués aux extrémités d'une bu'ide au moyen des essais de traction, les bandes en bobine sont immobilizes D'autre part, on risque de chuter plus d'acier que nécessaire. Cette méthode est lourde et imprécise, elle génère des coûts d'immobilisation des bobines et une saturation des lignes de fabrication. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé qui permet de mesurer rapidement avec précision les longueurs des extrémités de bande à chuter, afin d'effectuer une seule opération de chutage, de limiter les prélèvements pour caractérisation mécanique, et ainsi de réduire les coûts de l'opération de chutage et les délais de fabrication. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'optimisation du chutage d'une bande d'acier calmé aluminium, du type acier Bake Hardening ou acier pour émaillage, laminée à froid et issue d'une bande bobinée à chaud, selon lequel on évalue le coefficient d'anisotropie travers de ladite bande en une pluralité de points répartis le long de la bande en défilement par une méthode non destructive ultrasonore, et on élimine par chutage les portions de ladite bande pour lesquelles ledit coefficient d'anisotropie est inférieur à un seuil prédéterminé. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, - on choisit le seuil de coefficient d'anisotropie en fonction de la nuance d'acier. - on peut évaluer le coefficient d'anisotropie travers par une mesure du temps de propagation des ondes guidées, telles que les ondes de Lamb ou les ondes de cisaillement à polarisation horizontale, selon le travers de ladite bande, et on fixe un seuil de temps de propagation de l'onde guidée représentatif dudit seuil prédéterminé de coefficient d'anisotropie. - on peut évaluer le coefficient d'anisotropie travers par une mesure du coefficient de biréfringence acoustique, et on fixe un seuil de coefficient de biréfringence acoustique de début de bande et un seuil de coefficient de biréfringence acoustique de fin de bande représentatifs dudit seuil prédéterminé de coefficient d'anisotropie. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig. 1 représente l'évolution du temps de propagation des Gildes de Lamb mesuré en continu le long d'une bande d'acier laminée à froid issue d'une bande bobinée à chaud, de nuance 180 BH écrouie et non revêtue, - la Fig. 2 représente l'évolution du temps de propagation des ondes de Lamb mesuré en continu le long d'une première bande d'acier laminée à froid issue d'une bande bobinée à chaud, de nuance 220 BH revêtue de zinc et écrouie, - la Fig. 3 représente l'évolution du temps de propagation des ondes de Lamb mesuré en continu le long d'une deuxième bande d'acier laminée à froid issue d'une bande bobinée à chaud, de nuance 220 BH revêtue de zinc et écrouie, - la Fig. 4 représente l'évolution du coefficient de biréfringence acoustique mesuré en continu le long de la bande d'acier correspondant à la Fig. 1, -la Fig. 5 représente l'évolution du coefficient de biréfringence acoustique mesuré en continu le long de la bande d'acier correspondant à la Fig. 2, - la Fig. 6 représente l'évolution du coefficient de biréfringence acoustique mesuré en continu le long de la bande d'acier correspondant à la Fig. 3. Les bandes d'acier calmé aluminium bobinées à chaud présentent des zones, notamment en début et en fin de bande, dans lesquelles l'azote reste en solution. Les caractéristiques mécaniques de l'acier dans ces zones se dégradant dans le temps, il est impératif de les éliminer. Les inventeurs ont mis en évidence de façon nouvelle qu'il existe une bonne corrélation entre la longueur du palier de traction et le coefficient d'anisotropie travers rt de la bande. Ce coefficient d'anisotropie travers traduit l'anisotropie de l'acier dans la direction transversale au sens de laminage. Le coefficient d'anisotropie de l'acier est défini par le rapport entre la déformation en largeur et la déformation en épaisseur d'une éprouvette de bande d'acier, et sa valeur dépend de la direction de prélèvement de l'éprouvette. Les inventeurs ont également mis au point une méthode nouvelle permettant de suivre en continu, sur une ligne de fabrication, l'évolution du coefficient d'anisotropie travers d'une bande d'acier préalablement bobinée à chaud au moyen d'un contrôle ultrasonore non destructif soit par ondes guidées telles que les ondes de Lamb ou les ondes de cisaillement à polarisation horizontale (shear horizontal waves en langue anglaise), soit par biréfringence acoustique. De manière conventionnelle, les bandes d'aciers BH sont laminées à chaud, bobinées à chaud, décapées, laminées à froid, recuites en continu, écrouies puis éventuellement revêtues d'un dépôt métallique et/ou organique. Les bandes d'acier pour émaillage subissent les mêmes opérations, à la différence près qu'au lieu de subir un recuit continu, elles subissent un recuit base. Sous l'effet du laminage à froid et du recuit de la bande, les grains de l'acier adoptent une orientation préférentielle par rapport au sens de laminage, ce qui engendre une anisotropie de l'acier. Les variations de l'anisotropie peuvent être détectées sur une ligne de fabrication équipée de moyens de contrôles ultrasonores. Le contrôle ultrasonore de la bande est effectué soit après l'écrouissage, soit après l'opération de revêtement. En effet, la présence d'un revêtement d'une épaisseur de l'ordre de 10 um sur une bande d'acier d'une épaisseur de l'ordre de 700 à 800 um n'affecte pas les résultats. Pour contrôler la présence d'azote en solution solide dans une bande d'acier laminée à froid, obtenue à partir d'une bande bobinée à chaud, en défilement sur une ligne de fabrication, on génère des ondes ultrasonores dans l'épaisseur de la bande qui se propagent dans la direction perpendiculaire au sens de laminage à froid de la bande. La vitesse de propagation de ces ondes dépendant des propriétés physiques de la bande, on peut suivre l'évolution du coefficient d'anisotropie travers de la bande en mesurant la vitesse de propagation des ondes en une pluralité de points répartis le long de la bande en défilement. Les inventeurs ont constaté que la vitesse de propagation des ondes ultrasonores en sens travers est corrélée au coefficient d'anisotropie travers. Les zones de la bande présentant un coefficient d'anisotropie travers inférieur à un seuil prédéterminé en fonction de la nuance d'acier possèdent des caractéristiques mécaniques dégradées et doivent être éliminées par chutage. Un seuil de coefficient d'anisotropie travers étant fixé, on détermine un seuil de vitesse de propagation des ondes. Ce seuil de vitesse de propagation des ondes ultrasonores, qui dépend de la nuance d'acier, a été déterminé au préalable par des comparaisons effectuées entre les signaux ultrasonores et les résultats de la caractérisation mécanique par des essais de traction réalisés sur des échantillons de bandes d'acier laminées à froid et issues de bandes bobinées à chaud. Pour procéder au contrôle d'une bande d'acier selon l'invention, on utilise un dispositif de mesure des ondes ultrasonores comprenant des Transducteurs Electro-Magnéto-Acoustiques (EMAT) qui sont sans contact avec la bande et ne nécessitent pas de fluide de couplage. On évite ainsi tout risque de détérioration de la surface de la bande. Les méthodes de mesure ne sont pas limitées à la méthode EMAT, on peut également générer et recueillir les ondes ultrasonores au moyen d'une technique associant des lasers et des interféromètres. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, on met en oeuvre des ondes guidées telles que des ondes de Lamb ou des ondes de cisaillement à polarisation horizontale. On utilise à cet effet un dispositif de mesure en continu de la vitesse de propagation des ondes de Lamb dans la largeur d'une bande d'acier bobinée à chaud. Ce dispositif comprend un émetteur et deux récepteurs EMAT alignés dans la direction transversale de la bande en défilement sur une ligne d'inspection. L'entrefer moyen entre la bande et le dispositif de mesure est par exemple de l'ordre de 2 mm. On génère une onde de Lamb à l'intérieur de la bande, au moyen de l'émetteur EMAT, de manière que cette onde se propage dans une direction parallèle aux faces principales de la bande et dans la largeur de celle-ci. De préférence, on génère une onde de Lamb de mode So qui correspond au mode anti-symétrique de plus bas niveau, à une fréquence nominale choisie en fonction de l'épaisseur de la bande et comprise entre 200 et 800 kHz. Cette onde ultrasonore est captée par le premier récepteur EMAT, puis par le second récepteur EMAT. On enregistre les signaux reçus par chaque récepteur et on détermine le temps de propagation de l'onde entre les deux récepteurs EMAT (Lamb). On répète cette mesure en une pluralité de points répartis le long de la bande en défilement et on construit un graphique représentant en abscisse la longueur de la bande, et en ordonnée le temps de propagation de l'onde de Lamb. On obtient ainsi une courbe en forme de"U" qui est représentative de l'évolution du coefficient d'anisotropie le long de la bande. Lorsque le temps de propagation des ondes de Lamb atteint un certain seuil correspondant au seuil limite de coefficient d'anisotropie travers en dessous duquel les caractéristiques mécaniques de l'acier sont en dehors des spécifications, on détermine sur l'abscisse les longueurs en début et en fin de bande à éliminer par chutage. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, on utilise la biréfringence acoustique pour déterminer la longueur de métal à chuter pour des bandes d'acier bobinées à chaud. Le dispositif de mesure du coefficient de biréfringence est constitué d'un transducteur EMAT générant des ondes de cisaillement à polarisation radiale de fréquence nominale choisie en fonction de l'épaisseur de la bande et comprise entre 5 et 15 MHz. L'entrefer entre la bande et le dispositif est par exemple de l'ordre de 0,5 mm. On réalise les mesures des fréquences de résonance des ondes au centre de la bande et on en déduit le coefficient de biréfringence. On répète cette mesure en une pluralité de points répartis le long de la bande en défilement et on construit un graphique représentant en abscisse la longueur de la bande, et en ordonnée le coefficient de biréfringence. Selon les cas, on obtient une courbe soit en forme de"U", soit en forme de"S"qui est représentative de l'évolution globale du coefficient d'anisotropie le long de la bande. Lorsque le coefficient de biréfringence atteint un certain seuil en début de bande et un certain second seuil en fin de bande, on détermine sur l'abscisse les longueurs en début et en fin de bande à éliminer par chutage. Lorsque la courbe présente une forme de"U", les seuils de début de bande et de fin de bande sont identiques, alors qu'ils sont différents lorsque la courbe présente une forme de"S". L'invention va maintenant être illustrée à l'aide d'exemples. Les aciers de nuances 180 BH et 220 BH sont des nuances fréquement utilisées pour des applications dans le domaine de l'automobile, noté iment pour la fabrication des pièces visibles des carrosseries. Ces aciers dotant répondre à des spécifications en termes de caractéristiques mécaniques bien précises qu'on a fait figurer au tableau 1. Tableau 1 : Spécifications des aciers BH Acier de nuance Acier de nuance 180 BH 220 BH Longueur du palier de traction % pour les pièces visibles 0, 2 % 0, 2 % Limite élastique Re180-230MPa220-270 MPa Coefficient anisotropie travers rt > 1, zu Dans les exemples suivants, on a cherché à montrer que les méthodes de contrôles de la présence de l'azote en solution solide dans des bandes d'acier de nuances 180 BH et 220 BH selon l'invention sont performantes par rapport à l'état de l'art. Une bande d'acier de 0,65 mm d'épaisseur de nuance 180 BH non revêtue et, deux bandes d'acier d'épaisseur 0,7 mm de nuance 220 BH revêtue de zinc ont été obtenues selon le procédé suivant : laminage à chaud, bobinage à chaud, décapage, laminage à froid, recuit en continu, galvanisation au trempé à chaud pour les bandes d'acier de nuance 220 BH et écrouissage. On les fait successivement défiler en continu sur une ligne d'inspection, et on réalise tous les 2 m une mesure du temps de propagation des ondes de Lamb de mode So et de fréquence nominale 500 kHz, dans la largeur de la bande. L'évolution globale le long de la bande du temps de propagation des ondes de Lamb est identique pour les nuances 180 BH (fig. 1) et 220 BH (fig. 2 et 3). Le seuil de chutage d'une bande correspond à un seuil de temps de propagation des ondes de Lamb à l'intérieur de la bande dont la valeur dépend de la nuance d'acier. La valeur du seuil de temps de propagation des ondes de Lamb au dessus duquel les caractéristiques mécaniques de l'acier ne sont plus conformes aux exigences souhaitées a été déterminé au préalable par des comparaisons effectuées entre les temps de propagation des ondes de Lamb et les résultats de la caractérr'tion mécanique par des essais de traction réalisés sur des échantillons de oandes d'acier laminée à froid et issue d'une bande bobinée à chaud. La valeur du seuil de chutage de la bande est de l'ordre de 21, 55 us pour l'acier de nuance 180 BH et de 21,70 us pour l'acier de nuance 220 BH. En conséquence, on chute les bandes d'acier laminées à froid issues des bandes bobinées à chaud lorsque le seuil sur le temps de propagation des ondes de Lamb atteint 21, 55 us pour les aciers de nuance 180 BH, et 21, 70 ps pour les aciers de nuance 220 BH. La bande d'acier de nuance 180 BH correspondant à la Fig. 1 et les deux bandes d'acier de nuance 220 BH correspondant aux Fig. 2 et 3. Les trois bandes sont également analysées par la technique de biréfringence acoustique. On les fait successivement défiler en continu sur une ligne d'inspection, puis on réalise une mesure tous les 2 m du coefficient de biréfringence au moyen d'un transducteur EMAT de fréquence nominale 7 MHz. Les seuils de chutage de début de bande et de fin de bande correspondent à des seuils de coefficient de biréfringence respectivement en début et en fin de la bande, et dont les valeurs varient en fonction de la nuance d'acier. La valeur du seuil de coefficient de biréfringence en début de bande, et la valeur du seuil de coefficient de biréfringence en fin de bande ont été déterminées au préalable par des comparaisons effectuées entre les coefficients de biréfringence et les résultats de la caractérisation mécanique par des essais de traction réalisés sur des échantillons de bandes d'acier laminées à froid et issues d'une bande bobinée à chaud. Pour une évolution globale le long de la bande du coefficient de biréfringence en forme de"U", les valeurs des seuils de coefficient de biréfringence en début de bande et en fin de bande sont identiques. On chute les extrémités de la bande, lorsque le coefficient de biréfringence est inférieur à une valeur en dessous de laquelle les caractéristiques mécaniques de l'acier ne sont plus conformes aux exigences souhaitées. Pour une évolution globale le long de la bande du coefficient de biréfringence en forme de"S", les valeurs des seuils de coefficient de biréfringence en début de bande et en fin de bande sont différentes. On chute l'extrémité en début de bande, lorsque le coefficient de biréfringence est inférieur à une valeur en dessous de laquelle les caractéristiques mécaniques de l'acier ne sont plus conformes aux exigences souhaitées. On chute l'extrémité en fin de bande, lorsque le coefficient de biréfringence est supérieur à une valeur au-dessus de laquelle les caractéristiques mécaniques de l'acier ne sont plus conformes aux exigences souhaitées. Pour une courbe en"S", la valeur du seuil de chutage est de l'ordre de 0,010 en début de bande, et de l'ordre de 0,018 en fin de bande pour l'acier de nuance 180 BH. Elle est de l'ordre de 0,014 en début de bande, et de 0,020 en fin de bande pour l'acier de nuance 220 BH. Pour une courbe en"U", la valeur du seuil de chutage est de l'ordre de 0,010 pour l'acier de nuance 180 BH, et de 0,014 pour l'acier de nuance 220 BH. Pour mettre en évidence que les extrémités d'une bande chutée en début et en fin de bande, en utilisant le contrôle par ondes de Lamb ou/et par biréfringence acoustique selon l'invention, sont conformes aux spécifications requises, on réalise des essais de caractérisations mécaniques sur des prélèvements effectués, après chutage, en début et en fin de bande. On a déterminé sur les figures 1 à 6 illustrant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les longueurs de bandes à chuter en début et en fin de bande en recourant au seuil sur le temps de propagation des ondes de Lamb approprié (figures 1,2 et 3), et aux seuils de début et de fin de bande sur le coefficient de biréfringence acoustique (figures 4,5 et 6). On a ensuite comparé ces longueurs avec les longueurs de bandes qui auraient dû être chutées en mettant en oeuvre le procédé conventionnel de détermination des longueurs à chuter aux extrémités de bandes. Les résultats obtenus sont récapitulés au tableau t. Tableau Il : longueurs de chutage en début et en fin de bande Longueurs de chutage Longueurs de chutage Longueurs de chutage selon l'invention-selon l'invention-par procédé ondes de LAMB coefficient de conventionnel biréfringence début de fin de Début de fin de début de fin de bande (m) bande (m) Bande (m) bande (m) bande (m) bande (m) Bande d'acier 180 BH (fig. 1 et 4) 198 10 218 12 240 (en 3 fois) 80 Bande d'acier 220 BH (fig. 2 et 5) 30 32 30 40 80 80 Bande d'acier 220 BH (fig. 3et6) 76 22 72 22 80 80 La mise en oeuvre du procédé de mesure des longueurs de bande à chuter selon l'invention permet d'éliminer tout l'acier non conforme en une seule opération de contrôle, ce qui génère un gain de productivité de la chaîne de fabrication des bandes d'aciers laminées à chaud, bobinées à chaud puis laminées à froid. En outre, on élimine moins d'acier qu'en mettant en oeuvre le procédé conventionnel. REVENDICATIONS 1-Procédé d'optimisation du chutage d'une bande d'acier calmé aluminium, du type acier Bake Hardening ou acier pour émaillage, laminée à froid et issue d'une bande bobinée à chaud, caractérisé en ce qu'on évalue le coefficient d'anisotropie travers de ladite bande en une pluralité de points répartis le long de la bande en défilement par une méthode ultrasonore non destructive, et on élimine par chutage les portions de ladite bande pour lesquelles ledit coefficient d'anisotropie est inférieur à un seuil prédéterminé. 2-Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on choisit ledit seuil en fonction de la nuance d'acier. 3-Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on évalue le coefficient d'anisotropie travers par une mesure du temps de propagation des ondes guidées, telles que les ondes de Lamb ou les ondes de cisaillement à polarisation horizontale, selon le travers de ladite bande, et on fixe un seuil de temps de propagation de l'onde de Lamb représentatif dudit seuil prédéterminé de coefficient d'anisotropie. 4-Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on évalue le coefficient d'anisotropie travers par une mesure du coefficient de biréfringence acoustique, et on fixe un seuil de coefficient de biréfringence acoustique de début de bande et un seuil de coefficient de biréfringence acoustique de fin de bande représentatifs dudit seuil prédéterminé de coefficient d'anisotropie.