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¯Z'Y' â.^'.:": " Perfeotionnement au traitement de tôles et analogues ".
La présente invention se rapporte aux prooédés et appareils pour le traitement de tôles et analogues avant les opérations de façonnage, et en particulier aux procédés et appareils pour le traitement de tôles et bandes en acier doux et de pièces pla- nes minces analogues en acier doux pour leur fabrication subsé- quente en produits manufacturés. une grande quantité de tôles ou bandes d'acier, possédant une teneur en carbone voisine de 1/10 %, sont laminées dans la fabrication de tôles étamées , de tôles pour carrosseries d'au- tomobiles et analogues, la réduotion à l'épaisseur finale s'ef- fectuant par un laminage à chaud ou à froid.
Dans l'un et l'autre eas, le métal, lorsqu'il quitte le laminoir, se trouve à l'état dur et non susoeptible d'être travaillé et doi t habituelle- ment être soumis à un recuit, ceci rend le métal plus doux et ductile, mais en marne temps lui communique une qualité indésira- ble, consistant en une tendanoe à se "plisser" ou à former des
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a oraquelures-0-d'éti rage " lors d'une fabrication subséquente.
On peut désigner ce plissement et cette craquelure d'étira- ge de tôles reouites à faible teneur en carbone par leur proprié-
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té particulière et très indésirable de céder localement au lieu de le faire sur une grande étendue,lorsqu'elles sont déformées au-delà de leur limite de résistanoe. On dit qu'une tôle d'acier doux "se plisse" lorsqu'elle se plie de façon nette en un seul endroit au lieu de se oourber de façon uniibnne sur une étendue plus grande, lorsqu'elle est soumise à des forces de flexion. On dit d'une tôle d'aoier doux qu'elle présente des "oraquelures d'étirage", lorsque sa surface se fendille de façon apparente quand la tôle est soumise à une tension au-delà de sa limite d'élasticité .
Lorsqu'une tôle de cette matièm est soumise à un allcnge- ment dans une machine d'essais,il ne se produit pas d'état per- manent jusqu'à ce que la limite de résistance bien définie soit atteinte. Il se produit alors une série de crevasses apparentes, à mesure que l'allongement continue, et ces orevasses, qui oons- tituent les "craquelures d'étirage" s'étendent jusqu'à ce que finalement elles se rencontrent et recouvrent toute l'étendue de la tôle, qui présente alors un aspect mat bien différent de l'as- pect brillant initial de la tôle. A mesure qu'on continue l'allon- gemenà partir de ce point, la tension augmente graduellement jus- qu'à ce que l'échantillon donne lieu à striction et que finale- ment la rupture se produit.
Si on arrête l'essai lorsque les ora- quelures d'étirage ont recouvert seulement une partie de la surfa- ce, on constate que la matière , mesurée dansune partie craque- lée, est plus mince que la tôle originale. On observe en particu- lier le phénomène de "craquelures d' étirage" dans la fabrication de carrosseries pour véhicules automobiles et de pièces analogues, aù l'étirage de certaines parties de la tôle par les matrices est suffisant pour produire des craquelures d'étirage,mais n'est pas suffisant pour que oelles-ci se réunissent de façon à donner une surface relativement lisse. L'aspect résultant est naturelle- mentrès indésirable.
On a jusqu'ici employé divers procédés pour cbvier à cette
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tendance d'une tôle recuite d'acier doux à se plisser ou se ora- queler. C'est ainsi qu'il est courant de faire subir à la tôle, après le recuit, un léger laminage à froid ou "planage".
Bien que ce procédé destiné supprimer la tendance de la tôle à se plisser lors de sa fabrication subséquente soit, dans la plupart des cas où il est utilisé, capable de produire les résultats dé- sirés, il ne constitue pas toujours un procédé pratique ou dési- rable, en ce que 1'opération)de laminage à, froid doit être réali- sée de façon très soigneuse pour éviter de gauohir la tôle ou de la durcir de façon nuisible, et aussi en raiscn du fait qu'une nouvelle surface est communiquée à la tôle par les cylindres de laminoir, ce qui est souvent indésirable,par exemple lorsque la tôle a été au préalable étamée.
Il est également connu qu'on peut améliorer les qualités des tôles recuites d'acier doux, en ce qui concerne le plissement et le craquèlement d'étirage, en les faisant passer dans des appareils de dressage à rouleaux. Il a toutefois été constaté que l'emploi, d'un appareil de dressage à rouleaux n'est pas pos- sible dans le cas de certaines bandes ou tôles, à cause de la tendance très prononcée des tôles à se plisser ou gondoler dans l'appareil de dressage à rouleaux ; en outre, avec d'autres aciers, qui ne se plissent pas réellement, il se forme fréquemment sur ceux-ci des multitudes de fines lignes parallèles. Celles-ci peuvent être trop fines pour qu'on puisse les mesurer,mais nui- sent à l'aspeot @e la surface.
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour le traitement de tôles ou bandes ou autres pièces planes re- ouites en acier doux, de telle manière que la tendance de ces tôles ou analogues à se plisser ou à se craqueler est entièrement supprimée.
Le procédé suivant l'invention consiste essentiellement à soumettre les tôles, à une vitesse suffisamment élevée pour réduire la tendance des tôles à se plisser ou se craqueler, à des
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efforts qui produiraient le plissement aux vitesses ordinaires
Par exemple, un procédé de dressage au moyen de rouleaux, qui, aux vitesses ordinaires de fonctionnement de ce genre d'ap- pareils , produirait un plissement des tôles,peut être réalisé à des vitesses plus élevées sans que ce plissement se produise et aveo le résultat @@e les tôles finalement obtenues sont non seu- lement planes et lisses, mais sont pratiquement exemptes de tcute tendance à se plisser au cours des opérations de fabrication sub- séquentes.
Ce pnocédé peut être réalisé dans mn appareil ordinai- re de dressage à rouleaux, qu'on fait marcher aime vitesse plus élevée, ou dans une machine spéciale oonstruite pour cette ondu- lation à grande vitesse; l'invention n'est pas limitée à ce point de vue.
Dans la réalisation du procédé suivantl'invnetion par ondu- lation d'une tôle à une vitesse élevée, on peut faire passer une tôle à travers un appareil de dressage à rouleaux de type ordi- naire et bien connu à une vitesse minimum voisine de 300 mètres par minute. Pour des vitesses plus faibles de passage à travers l'appareil de dressage à rouleaux, la même tôle se plissera au aura sa surface détériorée par la formation de multitudes de fi- nes lignes ou stries. Au contraire, à la vitesse spécifiée ou à des vitesses plus élevées, toute tendance de la tôle à se plis- ser ou à former des craquelures d'étirage dans des opérations subséquentes de laminage est complètement éliminée, et cela sans nuire à l'aspect de la tôle par cette opération.
Les dessins ci-joints représentent schématiquement deux gen- res d'appareils qu'on peut employer pour la réalisation de l'in- vention, les détails partiouliers de cet appareil étant une ques- tion d'une importance relativement faible.
La fig. 1 est une vue schématique d'un appareil de dressage 2 rouleaux du type ordinaire, oonvenant pour la réalisation du procédé, qui comporte l'ondulation de la tôle à une vitesse élevée.
La fig. 2 est une vue schématique d'un appareil de dressage
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à rouleaux de type spécial pour la réalisation du procédé, qui comporte le déplacement de la tôle à travers l'appareil à des vitesses élevées ;
La fig. 3 est une vue schématique d'un tambour ou bobine à partir duquel la tôle, enroulée sur celui-ci, peut être dérou- lée à vitesse élevée ; et
Les figs. 4 et 5 sont des vues schématiques d'installation pour la production de tôle étamée, conformément à l'invention.
L'appareil de dressage à rouleaux, représenté sur la fig. 1 est du type ordinaire, bien connu dans l'industrie de l'aoier, et il suffira probablement de dire seulement que la machine oom- prend plusieurs rouleaux 25, 25 disposés par groupes dans deux plans parallèles, les rouleaux des deux groupes alternant l'un avec l'autre et les axes des rouleaux étant disposés et leurs diamètres étant déterminés de telle manière qu'une tôle queloon- que 26, qu'on fait passer à travers l'appareil de dressage à rou- leaux, reçoit un mouvement ondulatoire, d'abord dans un sens et ensuite dans le sens opposé.
Bien qu'on ait déjà eu recours à l'emploi de machines de ce genre dans le but d'éliminer la tendan- ce des tôles au plissement ou à la formation de craquelures d'é- tirage que possèdent des tôles recuites d'acier doux, l'applica- tion satisfaisante du procédé a été limitée à des matières qui présentent cette tendance à un faible degré seulement, car si on essaie de l'appliquer à des matières dans lesquelles cette ten- danoe est très marquée, le procédé produira un plissement du mé- tal et donnera à la surfaoe un aspect plissé. Toutefois,si con- formément à l'invention, on réalise le procédé à une vitesse suf- fi-zamment élevée, oes effets nuisibles ne se produisent pas.
Les vitesses qu'il est nécessaire d'employer dans ce but dé- pendent de la qualité et de l'épaisseur des tôles à traiter. Des tôles épaisses, obtenues par laminage à ohaud, à @rain de grandes dimensions, sont les plus faciles à. traiter et peuvent en fait même être traitées de la manière habituelle dans l'appareil ordi-
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naire de dressage à rouleaux, tandis que des tôles minces à grain fin, obtenues par le procédé de laminage à froid, sont plus difficiles à traiter , en particulier celles possédant une teneur élevée en phosphore.
Dans le cas de tôles d'une épaisseur convenant pour l'étamage , produites par laminage à froid et soumises ensuite au reouit, il a été constaté qu'une vitesse de 300 mètres par minute est très satisfaisante, tandis qu'à une vitesse plus faible,par exemple de 100 mètres par minu- te, il se produit un plissement de la surface. On peut consta- ter qu'il est désirable, dans le but d'accroître encore davan- tage la ductilité de la tôle, de la faire passer une première fois à travers un tel appareil et de répéter ensuite l'opéra- tion aveo le grain disposé à angle droit par rapport à la di- reotion initiale.
La tendanoe habituelle, dans le traitement de tôle, consiste à réaliser le procédé de façon assez com- plète pour rendre la matière tout à fait lisse,mais ceci peut ne pas toujours être nécessaire. Certains emplois peuvent ne pas exiger un traitement aussi complet. Un léger traitement peut également être suffisant oomne seule opération dans le procédé de fabrication de tôles.
Dans la forme de réalisation de l'appareil représentée sur la fig. 2, une paire de bandes sans fin 10 et 11 sont dis- posées sur une série de rouleaux de diamètre variable,dont oer- tains sent munis de rouleaux d'appui pour empêoher une dévia- tion. Lorsqu'une tôle 12 est introduite entre les bandes sans fin à l'extrémité de gauche de la machine, elle est entraînée entre les bandes sans fin en passant d'abord sur les rouleaux 13, qui peuvent avoir un diamètre de 75 mn, puis sur les rou- leaux 14, 15, 16 et 17 de diamètre déoroissant,et finalement sur les rouleaux 18,19, 20,21, 22,23, 24, de diamètre orois- sant, jusqu'à l'endroit final de sortie de l'appareil .
Dans cet appareil,les cinq premiers rouleaux servent à donner à la tôle l'ondulation à froid destinée à éliminer sa tendance à se plisser ou à former des otaquelures d'étirage, tandis que les
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six derniers servent à la dresser par l'action ordinaire de l'ap- pareil de dressage à rouleaux. Le rôle des bandes sans fin em- ployées est de pe mett@@ le traitement de tôles oourtes jusqu'à leurs extrémités et aussi, dans le cas de tôles étamées ou finies à un haut degré, d'empêcher une détérioration de leur surface. Les bandes sans fin peuvent être supprimées lorsqunon doit traiter des bandes continues.
Dans le problème de l'adaptation de l'invention à des tôles de divers genres, il y a lieu de considérer soigneusement les di- vers éléments essentiels, tels que par exemple la température à laquelle l'opération est réalisée, le rayon de courbure des rouleaux de la maohine et le nombre de ces rouleaux , la vitesse de fonctionnement, la oomposition du métal, et l'épaisseur du métal.
0'est ainsi qu'il a été constaté que dans le cas du traite- ment , réalisé à. la température ambiante, d'une tôle recuite possédant une teneur en carbone de 0,1 %, une teneur en manganè- se de 0,45 %, une teneur en phosphore de 0,15 %, et une épaisseur de 0,275 mm, on a supprimé complètement la tendance au plissement en faisant passer la tôle à travers un appareil de dressage à rouleaux à une vitesse d'environ 300 mètres par minute. Dans oe cas, 1 t appareil avait seulement cinq rouleaux de diamètre graduel- lement déoroissant, le premier rouleau ayant un diamètre de 75 mm et le dernier rouleau un diamètre de 30 mm environ. Dans chaque cas, un certain nombre d'essais et une certaine expérience sont nécessaires pour atteindre les meilleurs résultats.
Il a également été constaté qu'on peut traiter certaines tôles ou tout au moins améliorer leur état, en les déroulant simplement de bobines à une vitesse élevée. C'est ainsi qu'une tôle recuite d'aoier doux, qu'on ne peut dérouler,lorsqu'elle se trouve à l'état de bobine, à faible vitesse sans qu'il se produise un plissement indésirable, peut être déroulée sans plissement lorsqu'on effectue ce déroulement à une vitesse éle- vée , par exemple à une vitesse linéaire d'environ 300 m, par
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minute. Cette opération est représentée sohématiquement sur la fig. 3 des dessins, où 27 représente une bobine à partir de la- quelle une bande de matière 29 est déroulée et enroulée sur la bobine 28.
Bien que le procédé suivant l'invention soit d'une utilité- générale et puisse être employé chaque fois que l'on désire traiter des tôles reouites d'acier doux pour leur fabrication subséquente , il est d'une utilité particulière lorsqu'on em- ploie aveo des procédés de fabrication de tôles comportant l'é- tamage ou la galvanisation des surfaces de la tôle.
Il a été constaté que des tôles, qui ont été laminées à froid jusqu'à leur épaisseur définitive, recuites, décapées et étamées,peu- vent être traitées de façon satisfaisante par l'un ou l'autre des prooédés décrits ci-dessus d'ondulation à froid, sans dété- riorer la tôle ou sans n&ire à l'aspect de sa surface, avec le résultat que la tendanoe de la tôle à se plisser est éliminée sans nuire à ses propriétés excellentes d'étirage.
Il a jusqu'ici été considéré qu'il est possible d'employer l'appareil de dressage à rouleaux, pour améliorer les propriétés physiques de tôles étamées,seulement lorsque les tôles ont été réduites à leur épaisseur définitive par des prooédés de lami- nage à ohaud, Par le procédé suivant l'invention,au contraire, les propriétés physiques de tôles soumises à un laminage éner- gique à froid et étamées peuvent être notablement améliorées,en ce qui concerne la tendanoe de ces tôles à se plisser ou se craqueler, sans nuire à l'aspect des surfaces de ces tôles.
Il a également été constaté que, dans beaucoup de cas où des tôles étamées doivent être traitées, un traitemen tondulatoire relati- vement doux est suffisant pour donner aux tôles les propriétés physiques désirées , par exemple en faisant passer les tôles sur deux rouleaux seulement, à la vitesse spécifiée, la tôle étant ainsi rapidement ondulée d'abord dans un sens et ensuite dans l'autre.
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Comme mentionné précédemment, on ne peut jusqu'ioi donner une explioation satisfaisante, rendant claires les raisons pour lesquelles des tôles d'aoier doux qui ont été soumises à un re- cuit, et en particulier oelles qui ont été produites par un lani- nage à froid, tendent à se plisser ou à tonner des craquelures d'étirage au cours de leur fabrication subséquente en produits manufaoturés. Il n'est pas non plus possible actuellement de fournir une explication complète et satisfaisante de la théorie sur laquelle est basé le procédé d'ondulation à froid, décrit oi-dessus, qui supprime oes tendances des tôles.
Il est oepen- dant clair que le traitement d'une tôle recuite d'aoier doux, conformément au procédé mentionné oi-dessus, a pour effet d'abais- ser très notablement la limite de résistanoe de la matière et de permettre de courber ou étirer la tôle après ce traitement sans produire de plissement ou de craquelures d' étirage. L'in- vention présente par conséquent une grande importance pour la fabrication de tôles, bandes et analogues.
Il est probable que, dans le'travail ondulatoire à gran- de vitesse de métal en tôles, celui-ci est soumis à des efforts jusqu'à ou même au-dessus de sa 1 imite ordinaire de résistance sans plissement, le métal ne restant apparentent pas courbé sur un rouleau quelconque pendant un temps suffisamment long pour permettre d'écraser complètement le métal ou de le plier d'une façon nette. On peut démcntrer, par exemple, qu'un moroeau de tôle, qui se plissera de façon indésirable si on le oouibe lentement autour d'un rouleau, peut être courbé autour du même rouleau complètement sans plissement, si on réalise l'opération de pliage à une vitesse élevée.
On peut également démontrer qu'une tôle, qui se plissera de façon lisible lorsqu'on la fait passer à faible vitesse à travers un appareil de dressage à rouleaux, peut être entraînée & travers le marne appareil de dressage à rouleaux à une vitesse très élevée sans donner lieu à un plisse- ment. On peut par suite en conclure que, dans le traitement de
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tôles, le facteur temps exerce un effet qu'on peut utilisedans
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ce traitement, ce qu'on fait en faisant passer les tôles à tra- vers un appareil de dressage à rouleaux ou en les -travaillant autrement à une vitesse relativement élevée.
Le procédé de production de tôle étamée, conformément aux principes décrits ci-dessus, peut comprendre les opérations sui- vantes : (1) réduction à l'épaisseur désirée par un laminage éner- gique à froid ; (2) recuit; (3) étamage et (4) traitement des tô- les étamées pour rendre le métal propre à se laisser bien tra- vailler, c'est-à-dire pour éliminer.. tendance au plissement et à la formation de craquelures d' étirage. Par ce procédé, on produit une tôle possédant des qualités supérieures à oelles de tôles produites par toute autre manière précédemment enployée, et en outre le petit nombre d'opérations entrant en jeu rend le procédé d'un prix exceptionnellement bas.
L'expression "laminage énergique à froid" désigne un procédé de laminage à froid dans lequel une partie importante de la réduction d'épaisseur est réa- lisée par des cylindres froids, par opposition à des procédés dans lesquels on n'a reoours qu'à un léger laminage à froid pour aplanir les tôles ou leur donner une surface lisse. Dans ce der- nier cas,la réduction réelle d'épaisseur est seulement de quel- ques %, tandis que dans le premier cas,la réduction d'épaisseur est généralement de 30 % ou davantage.
Un tel laminage énergique à froid produit une dissociation complète des grains originaux en fibres,avec le résultat que le reouit peut être réalisé à une faible température, %si on le désire; les grains finalement obtenus sont petits et orientés dans le morne sens,et le produit possède une ductilité élevée et sensiblement uniforme dans toutes les/directions. En outre, la tôle, à sa sortie du four à reouire, est en général très plane et possède la surface bien polie due au laminage à froid.
Après l'opération suivante,qui est l'étamage la tôle est, au point de vue de son aspect et de sa ductilité, tout ce qu'on peut désirer,mais elle possède une telle tendance à se plisser et à former des craquelures d'étirage qu'elle ne peut
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en général pas être mise sur le marohé, jusqu 1 à ce qu'elle ait
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été soumise au traitement de la dernière opération,qui la rendra propre à bien se laisser travailler.
Il est bien connu que la réduction d'épaisseur du métal par un laminage énergique à froid fournit un produit final, qui est de beaucoup supérieur au produit ordinaire laminé à chaud, en ce qu'il est à gran fin et est ductile par lui-même; mais sa forte tendance à se plisser et à se craqueler a en général rendu nécessaire ,pour obvier à cette difficulté, d'avoir reoours à une opération consistant en un léger laminage à froid, entre les opérations de recuit et d'étagmage.
Cette série d'opérations ne peut toute- fois produire les meilleurs résultats,car si le léger lamina- ge à froid est d'un caractère très doàx, la tôle, bien qu'elle se laisse bien travailler après ce léger laminage à froid, " vieillira" pendant les quelques secondes où elle se trouve à la température de la ouve d'étamage,et montrera ensuite une tendanoe au plissement et à la formation de craquelures d'é- tirage pratiquement aussi marquée qu'avant le léger laminage à froid. Si, d'autre part, le laminage à froid est suffisam- ment fort pour que le métal ne revienne pas à son état initial pendant son passage à travers le bain d'étain, sa ductilité sera sensiblement réduite,et il présentara une forte tendance à se briser suivant la direction de laminage.
Par ne procédé sui- vant l'invention,au contraire, comme le tmitement destiné à. supprimer la tendance des tôles à se plisser et se craqueler suit le passage à travers le bain d'étamage, et comme la matiè- re n'est ensuite plus soumise à l'action de la chaleur,les bons effets du traitement persisteront de façon permanente sur le métal,sauf à mesure qu'il "vieillira" très lentement, au cours des mois ou années morne à la température amiante.
Les figs. 4 et 5 représentent de façon schématique des procédés de production de tôle étamée, oonfonnément à l'inven- tion. Sur la fig. 4, les ébauches,laminées à chaud, sont ame- nées, en une ou plusieurs passes de laminage à. froid entre des cylindres 30, à la forme de bandes ou tôles 31 présentant l'é-
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paisseur finale.
La matière est ensuite soumise à un reouit ou "normalisée" dans le four 32,est décapée dans la. ouve 33, étamée par son passage dans la ouve renfermant le bain d'étain 34,et est soumise au traitement spécial tel que déorit oi-dessus dans l'ap- pareil de dressage à rouleaux 35, pour supprimer sa tendance au plissement ou à la formation de craquelures d'étirage et pour donner le produit fini, eomne représenté en 36.
Les opérations de traçage, oisaillage, examen et triage, eto, ne sont pas repré- sentées sur le dessin, mais il est bien entendu qu'elles peuvent constituer des opérations du procédé. sur la fig. 5, le procédé est identique à celui de la fig. 4, les opérations étant dési- gnées par des références identiques,avec l'opération addition- nelle représentée en 37, qui oonsiste en un traitement spéoial destiné à éliminer complètement ou en partie la tendance de la matière au plissement, avant que cette matière pénètre dans le bain d'étamage. Cette opération peut être désirable lorsque la matière possède une tendance au plissement si forte qu'elle peut former des plis dans la ouve d'étamage.
Ce traitement addition- nel peut consister en une passe de sondage ordinaire entre des cylindres froids en un traitement produisant l'ondulation telle que décrite oi-dessus, ou en tout autre traitement qui permettra d'atteindre le même résultat.
Il est possible de soumettre une tôle étamée à une légère passe entre des cylindres froids et de la rendre ainsi propre à se laisser bien travailler,mais dans ce oas,elle ne possèdera pas la surface normale d'une tôle étaméemais sera terne de fa- çon marquée. L'expression "surface normale" employée ici dési- gne la surface lustrée et brillante habituelle de la tôle étamée ordinaire,et l'expression "propre à se laisser bien travailler" désigne que la tôle n'a pas tendance à se plisser ou à se cra- queler lors de sa fabrication subséquente en produits manufactu- rés.
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¯Z'Y 'â. ^' .: ":" Improvement in the processing of sheets and the like ".
The present invention relates to methods and apparatus for the treatment of sheet metal and the like before shaping operations, and in particular to methods and apparatus for the treatment of mild steel sheets and strips and similar thin flat parts of mild steel. for their subsequent manufacture into manufactured goods. a large quantity of steel sheets or strips, having a carbon content in the region of 1/10%, are rolled in the manufacture of tinplates, sheets for automobile bodies and the like, the reduction to the thickness final being carried out by hot or cold rolling.
In either case the metal, when it leaves the rolling mill, is in a hard state which cannot be worked and usually has to be subjected to annealing, this makes the metal softer and ductile, but over time gives it an undesirable quality, consisting of a tendency to "wrinkle" or form
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a oraquelures-0-stretching "during a subsequent manufacture.
This stretch wrinkling and cracking of low carbon reworked sheets can be referred to by their property.
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It is particular and very undesirable to give way locally instead of doing so over a large area, when they are deformed beyond their resistance limit. A mild steel sheet is said to "crease" when it bends neatly in one place instead of bending evenly over a larger area when subjected to bending forces. . A sheet of soft steel is said to have "stretching holes" when its surface apparently cracks when the sheet is subjected to a tension beyond its elastic limit.
When a sheet of this material is subjected to stress relief in a testing machine, a permanent state does not occur until the well-defined resistance limit is reached. A series of noticeable crevices then occur, as the elongation continues, and these orevasses, which constitute the "stretch cracks", expand until finally they meet and cover the entire surface. extent of the sheet, which then has a matt appearance very different from the initial shiny appearance of the sheet. As elongation is continued from this point, the tension gradually increases until the sample results in necking and finally rupture occurs.
If the test is stopped when the stretching holes have covered only part of the surface, it is found that the material, measured in a cracked part, is thinner than the original sheet. The phenomenon of "stretch cracks" is observed in particular in the manufacture of motor vehicle bodies and the like, where the stretching of certain parts of the sheet by the dies is sufficient to produce stretch cracks. , but is not sufficient for them to come together to give a relatively smooth surface. The resulting appearance is naturally very undesirable.
Various methods have heretofore been employed to assess this
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tendency of an annealed mild steel sheet to wrinkle or flap. It is thus common practice to subject the sheet, after annealing, to a slight cold rolling or "leveling".
Although this method of suppressing the tendency of the sheet to wrinkle in subsequent fabrication is, in most cases where it is used, capable of producing the desired results, it is not always a practical or desirable method. - tolerable, in that the cold rolling operation has to be carried out very carefully in order to avoid damaging the sheet warping or hardening, and also because a new surface is communicated to the sheet by the rolling mill rolls, which is often undesirable, for example when the sheet has been previously tinned.
It is also known that the qualities of annealed mild steel sheets, as regards wrinkling and stretching cracking, can be improved by passing them through roller dressers. It has, however, been observed that the use of a roller dressing device is not possible in the case of certain strips or sheets, because of the very pronounced tendency of the sheets to crease or curl in the roller dressing apparatus; moreover, with other steels, which do not really bend, multitudes of fine parallel lines frequently form on them. These may be too fine to be measured, but will damage the aspeot @e surface.
The present invention relates to a method and an apparatus for treating sheets or strips or other flat parts cut out of mild steel, in such a way that the tendency of such sheets or the like to wrinkle or crack is entirely suppressed.
The process according to the invention essentially consists in subjecting the sheets, at a speed high enough to reduce the tendency of the sheets to wrinkle or crack, to
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forces that would produce wrinkling at ordinary speeds
For example, a dressing process by means of rollers which, at ordinary operating speeds of such apparatus, would produce wrinkling of the sheets, can be carried out at higher speeds without such wrinkling occurring and with As a result, the sheets finally obtained are not only flat and smooth, but are practically free from any tendency to wrinkle during subsequent manufacturing operations.
This process can be carried out in an ordinary roller dressing apparatus, which is operated at a higher speed, or in a special machine built for this high speed corrugation; the invention is not limited from this point of view.
In carrying out the method according to the invention by corrugating a sheet at a high speed, a sheet can be passed through a roller dressing apparatus of ordinary and well known type at a minimum speed in the region of 300. meters per minute. At lower speeds of passage through the roller straightener, the same sheet will wrinkle or have its surface deteriorated by the formation of multitudes of fine lines or streaks. On the contrary, at the specified speed or at higher speeds, any tendency of the sheet to wrinkle or to form stretch cracks in subsequent rolling operations is completely eliminated, and this without affecting the appearance. of the sheet by this operation.
The accompanying drawings show schematically two types of apparatus which may be employed in carrying out the invention, the particular details of this apparatus being a matter of relatively little importance.
Fig. 1 is a schematic view of a 2-roll straightening apparatus of the ordinary type suitable for carrying out the method, which comprises corrugating the sheet at a high speed.
Fig. 2 is a schematic view of a dressing apparatus
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roller of a special type for carrying out the process, which involves moving the sheet through the apparatus at high speeds;
Fig. 3 is a schematic view of a drum or coil from which the sheet, wound thereon, can be unwound at high speed; and
Figs. 4 and 5 are schematic views of a plant for the production of tinned sheet, according to the invention.
The roller dressing apparatus, shown in fig. 1 is of the ordinary type, well known in the steel industry, and it will probably suffice to say only that the machine comprises several rolls 25, 25 arranged in groups in two parallel planes, the rolls of the two groups alternating. 'with each other and the axes of the rollers being so arranged and their diameters determined that any sheet 26, which is passed through the roller dresser, receives movement. undulatory, first in one direction and then in the opposite direction.
Although machines of this kind have been used in the past for the purpose of eliminating the tendency of the sheets to wrinkle or to form draft cracks which annealed steel sheets have mild, satisfactory application of the process has been limited to materials which exhibit this tendency to a low degree only, for if an attempt is made to apply it to materials in which this tendency is very marked, the process will produce wrinkling of the metal and will give the surface a wrinkled appearance. However, if in accordance with the invention the process is carried out at a sufficiently high speed, such adverse effects do not occur.
The speeds which it is necessary to use for this purpose depend on the quality and the thickness of the sheets to be treated. Thick plates, obtained by hot rolling, with large grain dimensions, are the easiest to cut. process and can in fact even be processed in the usual way in the computer
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Roller dressing table, while thin, fine-grained sheets obtained by the cold rolling process are more difficult to process, especially those having a high phosphorus content.
In the case of sheets of a thickness suitable for tinning, produced by cold rolling and subsequently subjected to rewetting, it has been found that a speed of 300 meters per minute is very satisfactory, while at a speed higher. low, for example 100 meters per minute, the surface wrinkles. It may be found that it is desirable, in order to further increase the ductility of the sheet, to pass it a first time through such an apparatus and then to repeat the operation with the grain arranged at right angles to the initial direction.
The usual tendency in sheet metal processing is to carry out the process completely enough to make the material quite smooth, but this may not always be necessary. Some jobs may not require such comprehensive treatment. A light treatment may also be sufficient as a single operation in the sheet metal fabrication process.
In the embodiment of the apparatus shown in FIG. 2, a pair of endless belts 10 and 11 are arranged on a series of rollers of varying diameter, some of which are provided with back-up rollers to prevent deflection. When a sheet 12 is introduced between the endless belts at the left end of the machine, it is driven between the endless belts passing first over the rollers 13, which may have a diameter of 75 minutes, then on rollers 14, 15, 16 and 17 of deoroing diameter, and finally on rollers 18,19, 20,21, 22,23, 24, of surrounding diameter, until the final exit point of the device.
In this apparatus, the first five rollers serve to give the sheet the cold corrugation intended to eliminate its tendency to wrinkle or to form stretch marks, while the
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the last six serve to dress it by the ordinary action of the roller dressing apparatus. The role of the endless belts employed is to eg treat short sheets to their ends and also, in the case of tin or high degree finished sheets, to prevent deterioration of their surface. Endless belts can be omitted when continuous belts are not to be processed.
In the problem of adapting the invention to sheets of various kinds, it is necessary to carefully consider the various essential elements, such as for example the temperature at which the operation is carried out, the radius of curvature. of the maohine rollers and the number of such rollers, the speed of operation, the composition of the metal, and the thickness of the metal.
This is how it was found that in the case of the treatment carried out at. at room temperature, an annealed sheet having a carbon content of 0.1%, a manganese content of 0.45%, a phosphorus content of 0.15%, and a thickness of 0.275 mm, we completely suppressed the tendency to wrinkle by passing the sheet through a roller straightener at a speed of about 300 meters per minute. In this case, the apparatus had only five rolls of gradually decreasing diameter, the first roll having a diameter of 75 mm and the last roll a diameter of about 30 mm. In each case, a certain number of trials and some experience are necessary to achieve the best results.
It has also been found that certain sheets can be treated or at least their condition improved, by simply unwinding them from coils at a high speed. This is how an annealed sheet of soft aoier, which cannot be unwound, when in the coil state, at low speed without the occurrence of undesirable wrinkling, can be unwound without wrinkling when this unwinding is carried out at a high speed, for example at a linear speed of about 300 m, for example
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minute. This operation is shown sohematically in FIG. 3 of the drawings, where 27 shows a reel from which a web of material 29 is unwound and wound onto reel 28.
Although the process according to the invention is of general utility and can be employed whenever it is desired to process re-produced mild steel sheets for their subsequent manufacture, it is of particular utility when it comes to making use of. - use of sheet metal fabrication processes including screening or galvanizing of sheet surfaces.
It has been found that sheets which have been cold-rolled to their final thickness, annealed, pickled and tinned, can be treated satisfactorily by one or the other of the prooédés described above d cold corrugation, without damaging the sheet or adversely affecting the appearance of its surface, with the result that the sheet tendency to wrinkle is removed without impairing its excellent drawing properties.
It has heretofore been considered that it is possible to employ the roller straightening apparatus, to improve the physical properties of tinned sheets, only when the sheets have been reduced to their final thickness by rolling procedures. By the process according to the invention, on the contrary, the physical properties of sheets subjected to an energetic cold rolling and tinned can be appreciably improved, as regards the tendency of these sheets to wrinkle or crack. , without affecting the appearance of the surfaces of these sheets.
It has also been found that in many cases where tinplates have to be treated, a relatively mild wave treatment is sufficient to give the sheets the desired physical properties, for example by passing the sheets on only two rolls, at the specified speed, the sheet being thus quickly corrugated first in one direction and then in the other.
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As previously mentioned, a satisfactory explanation cannot so far be given, making clear the reasons why sheets of sweet steel which have been subjected to annealing, and in particular those which have been produced by rolling. when cold, tend to wrinkle or thunder stretch cracks during their subsequent fabrication into manufactured products. Neither is it possible at present to provide a complete and satisfactory explanation of the theory on which the cold corrugation process, described above, which suppresses these tendencies in sheets, is based.
It is, however, clear that the treatment of an annealed sheet of mild steel, in accordance with the above-mentioned process, has the effect of very appreciably lowering the strength limit of the material and of allowing bending or bending. stretching the sheet after this treatment without producing wrinkling or stretching cracks. The invention is therefore of great importance for the manufacture of sheets, bands and the like.
It is probable that in the high-speed wavework of metal in sheet metal, the latter is subjected to forces up to or even above its ordinary strength without wrinkling, the metal not remaining. apparent bend on any roll for a long enough time to allow the metal to be completely crushed or neatly bent. It can be shown, for example, that a piece of sheet metal, which will wrinkle undesirably if slowly rolled around a roll, can be bent around the same roll completely without creasing, if the folding operation is performed. at high speed.
It can also be shown that a sheet, which will crease legibly when passed at low speed through a roller straightener, can be driven through the marl roller straightener at a very high speed. without giving rise to wrinkling. We can therefore conclude that, in the treatment of
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sheets, the time factor has an effect that can be used in
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this treatment, which is done by passing the sheets through a roller dressing apparatus or otherwise working them at a relatively high speed.
The process for producing tinplate, in accordance with the principles described above, may include the following operations: (1) reduction to the desired thickness by cold rolling; (2) annealing; (3) tinning and (4) treatment of tinned sheets to make the metal workable, ie to eliminate .. tendency to wrinkle and the formation of stretching cracks . By this process, a sheet is produced having qualities superior to those of sheets produced by any other manner previously employed, and furthermore the small number of operations involved makes the process exceptionally low in cost.
The term "hard cold rolling" denotes a cold rolling process in which a substantial portion of the reduction in thickness is achieved by cold rolls, as opposed to processes in which only one has done so. to a light cold rolling to flatten the sheets or give them a smooth surface. In the latter case, the actual reduction in thickness is only a few%, while in the former case, the reduction in thickness is generally 30% or more.
Such vigorous cold rolling produces complete dissociation of the original fiber grains, with the result that re-rolling can be done at a low temperature,% if desired; the grains finally obtained are small and oriented in the bleak direction, and the product has a high ductility and substantially uniform in all directions. In addition, the sheet, on leaving the reouire furnace, is generally very flat and has the well polished surface due to cold rolling.
After the next operation, which is tinning, the sheet is, from the point of view of its appearance and its ductility, all that can be desired, but it has such a tendency to wrinkle and to form cracks. 'stretching that she can
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usually not be put on the marohé, until it has
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been subjected to the treatment of the last operation, which will make it fit to let itself work.
It is well known that reduction of metal thickness by vigorous cold rolling provides an end product which is much superior to the ordinary hot rolled product in that it is very fine and inherently ductile. even; but its strong tendency to wrinkle and crack has in general made it necessary, in order to overcome this difficulty, to have a return to an operation consisting of a slight cold rolling, between the annealing and etching operations.
This series of operations cannot, however, produce the best results, because if the light cold rolling is of a very soft character, the sheet, although it can be worked well after this light cold rolling, will "age" for the few seconds that it is at tinning work temperature, and then show a tendency to wrinkle and draw cracks almost as marked as before the light cold rolling . If, on the other hand, the cold rolling is strong enough that the metal does not return to its initial state during its passage through the tin bath, its ductility will be appreciably reduced, and it will show a strong tendency. to break in the direction of rolling.
By a process according to the invention, on the contrary, such as the tmitment intended for. removing the tendency of sheets to wrinkle and crack follows passage through the tinning bath, and as the material is then no longer subjected to the action of heat, the good effects of the treatment will persist in such a way permanent on metal, except as it "ages" very slowly, over dreary months or years at asbestos temperature.
Figs. 4 and 5 schematically show processes for the production of tinplate, according to the invention. In fig. 4, the hot-rolled blanks are fed in one or more rolling passes to. cold between rolls 30, in the form of strips or sheets 31 having the
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final thickness.
The material is then subjected to a reouit or "normalized" in the oven 32, is pickled in the. opening 33, tinned by its passage through the opening containing the tin bath 34, and is subjected to the special treatment as described above in the roller dressing apparatus 35, to suppress its tendency to wrinkle or to wrinkle. the formation of stretch cracks and to give the finished product, shown at 36.
The operations of tracing, scavenging, examining and sorting, eto, are not shown in the drawing, but it is understood that they can constitute operations of the process. in fig. 5, the process is identical to that of FIG. 4, the operations being designated by identical references, with the additional operation shown at 37, which consists of a special treatment intended to completely or partially eliminate the tendency of the material to wrinkle, before this material penetrates. in the tinning bath. This operation may be desirable when the material has such a strong creasing tendency that it can form creases in the tinning process.
This additional treatment may consist of an ordinary probing pass between cold rolls in a corrugation producing treatment as described above, or any other treatment which will achieve the same result.
It is possible to subject a tinned sheet to a light pass between cold rolls and thus make it suitable for working well, but in this case, it will not have the normal surface of a tinned sheet, but will be dull so. lesson marked. The term "normal surface" as used herein denotes the usual lustrous and shiny surface of ordinary tinplate, and the term "capable of being worked well" denotes that the sheet has no tendency to wrinkle or wrinkle. crack during its subsequent manufacture into manufactured products.
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