EP1285972A1 - Procédé de galvanisation à chaud de bandes métalliques d'aciers à haute résistance - Google Patents

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EP1285972A1
EP1285972A1 EP02292018A EP02292018A EP1285972A1 EP 1285972 A1 EP1285972 A1 EP 1285972A1 EP 02292018 A EP02292018 A EP 02292018A EP 02292018 A EP02292018 A EP 02292018A EP 1285972 A1 EP1285972 A1 EP 1285972A1
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strip
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steel
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oven
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EP02292018A
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Inventor
Didier Delaunay
Francois Mignard
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Fives Stein SA
Original Assignee
Stein Heurtey SA
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
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    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/561—Continuous furnaces for strip or wire with a controlled atmosphere or vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C23C2/022—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas by heating
    • C23C2/0222—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas by heating in a reactive atmosphere, e.g. oxidising or reducing atmosphere
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere

Definitions

  • the present invention relates to dip galvanizing steel strips with improved mechanical properties in vertical ovens. It more specifically targets a process for performing chemical treatments of the strip, simultaneously or not with the heat treatment of the annealing, such as oxidation-reduction, etc., in atmospheres different from those of the usual sections from the oven.
  • the tape circulates in an atmosphere reducing from the inlet to the outlet of the oven or, if there is an open preheating zone, from the outlet of it at the outlet of the oven.
  • the reducing atmosphere is therefore kept in the oven at the latest from the exit from preheating is traditionally at a strip temperature from 650 to 700 ° C.
  • the purpose of this process is purpose of limiting the formation of oxides, mainly of iron, to the surface of the strip and to reduce them if any exists or if it has formed in the preheater in order to allow good attachment of zinc to the surface of the strip to obtain a good quality galvanized product.
  • the stay of the strip under this reducing atmosphere must be done in sufficient conditions (temperature, residence time, dew point of the furnace atmosphere) to allow cleaning of the tape compatible with good quality of subsequent coating, in particular zinc adhesion.
  • the invention proposes to solve the technical problem exposed above by providing a process which makes it possible to hot-dip galvanizing of very different grades of steel loaded with hardening elements in furnaces traditional construction.
  • this invention relates to a method of continuous metal strip thermochemical treatment, of the oxidation-reduction type according to which the strip moves at the through an oven, in a protective atmosphere, characterized in that the strip passes through at least a partial or total isolation device, positioned at within at least one section of the oven, or between two sections, the strip being heated in this device isolation, in dew point atmospheres suitable for each strip, depending on the specific composition of steel and applied thermal cycle.
  • the process which is the subject of the invention mainly consists of allowing the strip to be heated in different dew point atmospheres depending on temperature ranges different from those known in the state of the art, and in particular at points of dew above the usual values, thanks to isolation devices.
  • Oxygen goes then oxidize the atoms of Si, ... inside the metal. he then there will no longer be enough Si, ... available to migrate towards the surface and feed the surface oxidation, especially since the kinetics of oxygen diffusion through the joints is faster than the diffusion of atoms oxidizable in metal. Furthermore, this oxidation internal will block the diffusion of these atoms towards the surface, which further limits the amount of these oxides trained.
  • the implementation of the method according to the invention consists in allow to precisely control the dew point of this atmosphere in the heating chamber so that this atmosphere is oxidizing for the targeted elements but remains reductive for iron, which should not be oxidize.
  • the downstream section of the oven - the end of maintenance and the cooling - will remain reducing, to reduce iron oxides which may have been possibly formed in the high dew point section, which will not reverse the internal oxidation process of metallic additives steel, because the oxides formed from these additives are more stable than iron oxides.
  • the dew point of the atmosphere can be modified according to the thermal cycle, i.e. the oven section temperature and the stay of the band in the latter, to integrate the variations in strip thickness.
  • the process which is the subject of the invention therefore proposes to be able to confine a controlled atmosphere whose dew point is higher than that used in ovens according to the state art in order to be less reductive, this in a section of the high temperature oven of a line of conventional galvanization.

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Abstract

Procédé de traitement thermochimique en continu de bandes métalliques, notamment d'acier, du type oxydo-réduction, selon lequel la bande se déplace au travers d'un four dans une atmosphère protectrice, caractérisé en ce que ladite bande passe au travers d'au moins un dispositif d'isolement partiel ou total, positionné au sein d'au moins une section du four, ou entre deux sections, la bande étant chauffée, dans ce dispositif d'isolement, dans des atmosphères à point de rosée adapté à chaque bande en fonction de la composition spécifique de l'acier, de manière que l'atmosphère soit oxydante pour certains éléments d'addition, mais demeure réductrice pour le fer.

Description

La présente invention concerne la galvanisation au trempé de bandes d'aciers à propriétés mécaniques améliorées dans des fours verticaux. Elle vise plus particulièrement un procédé permettant de réaliser des traitements chimiques de la bande, simultanément ou non au traitement thermique du recuit, tels que oxydo-réduction, etc..., dans des atmosphères différentes de celles des sections habituelles du four.
Les fours de galvanisation en continu selon l'état actuel de la technique sont traditionnellement composés de plusieurs zones que la bande traverse successivement :
  • dans certains cas, une zone de préchauffage à feu nu, c'est-à-dire munie de brûleurs qui développent leur flamme directement dans l'enceinte. Cette zone permet traditionnellement de porter la bande de la température ambiante à une température d'environ 650 à 700°C.
  • une zone de chauffage par tubes radiants dans laquelle la température de la bande est portée à environ 700 à 900°C. Cette zone de chauffage est placée sous atmosphère réductrice afin de permettre la réduction des oxydes formés à la surface de la bande, en particulier les oxydes de fer, et dans tous les cas de ne pas créer d'oxyde s'il n'y en avait pas auparavant ;
  • une zone de maintien où la bande reste à une température de palier et durant un temps défini par le type de cycle thermique à réaliser ;
  • une ou plusieurs zones de refroidissement suivant des pentes contrôlées selon le type de cycle thermique à réaliser. Ce refroidissement est effectué jusqu'à une température proche de celle du bain de zinc, typiquement 460°C.
On constate que dans les fours de galvanisation suivant l'état de l'art, la bande circule dans une atmosphère réductrice depuis l'entrée jusqu'à la sortie du four ou, s'il existe une zone de préchauffage à feu nu, de la sortie de celle-ci à la sortie du four. L'atmosphère réductrice est donc maintenue dans le four au plus tard à partir de la sortie de la préchauffe soit traditionnellement à une température de bande de 650 à 700°C. Ce procédé a pour objet de limiter la formation d'oxydes, principalement de fer, à la surface de la bande et à les réduire s'il en existe ou s'il s'en est formé dans la préchauffe afin de permettre un bon accrochage du zinc à la surface de la bande pour obtenir un produit galvanisé de bonne qualité.
Le séjour de la bande sous cette atmosphère réductrice doit se faire dans des conditions suffisantes (température, temps de séjour, point de rosée de l'atmosphère du four) pour y permettre un nettoyage de la bande compatible avec une bonne qualité de revêtement ultérieur, en particulier d'adhérence du zinc.
Les développements actuels des aciers s'orientant vers l'augmentation de leur résistance mécanique conduisent à l'augmentation de la teneur en éléments d'alliage tels que : Si, Cr, Mn ....
On remarque que ces nouveaux éléments d'additions forment des oxydes plus stables que ceux du fer composant la structure de la bande. Ces éléments sont donc avides d'oxygène, ce qui va provoquer leur oxydation dans un premier temps à la surface de la bande où l'oxygène est présent, même en faible concentration. La formation de ces oxydes ayant consommé les atomes de Si, Cr,... disponibles en surface, ces éléments s'y retrouvent en plus faible concentration. Pour compenser cette baisse de concentration, les atomes de Si, Cr,... voisins vont donc migrer par diffusion de l'intérieur vers la surface, ce qui va alimenter la réaction d'oxydation. Cette migration est thermiquement activée, c'est-à-dire accélérée par le temps et surtout par la température. En conséquence, elle ne se fait pas dans la section de préchauffe à feu nu, car bien que l'atmosphère soit riche en oxygène, la bande y reste trop peu de temps à haute température en raison de la grande vitesse de chauffage. En revanche, la diffusion des atomes oxydables sera importante dans les sections de chauffage et de maintien car la bande y est plus chaude, atteignant sa température maximale avec des temps de séjour plus importants.
Dans la section de réduction du four, les oxydes de fer, qui sont plus facilement réductibles, seront éliminés. Les oxydes de Si, etc... plus stables, seront plus difficilement réduits et vont subsister, formant un film continu ou discontinu qui fait obstacle à la bonne adhérence du revêtement de zinc.
Les fours existants ne sont donc pas adaptés à la galvanisation des aciers nouveaux à haute résistance mécanique, de par leur richesse en éléments oxydables tels que Si, Cr..... Ils doivent être galvanisés :
  • soit à froid, c'est-à-dire par voie électrolytique. Cette solution permet d'utiliser la nuance souhaitée, mais elle est beaucoup plus coûteuse à mettre en oeuvre.
  • soit à chaud, mais dans ce cas, il faut ou refroidir rapidement l'acier (trempe) ou affiner sa nuance :
    Tremper l'acier permet d'en limiter la concentration en éléments d'addition, mais nécessite de réaliser après recuit un refroidissement rapide. Ce refroidissement permet la formation de structures multiphasées qui fournissent les propriétés durcissantes souhaitées. Cependant, cette technique est encore peu utilisée.
L'invention se propose de résoudre le problème technique exposé ci-dessus en apportant un procédé qui permet de réaliser une galvanisation à chaud d'aciers de nuances très chargées en éléments durcisseurs dans des fours de construction traditionnelle.
Le procédé objet de cette invention permet de limiter, voire d'éviter, la formation de dépôts oxydés des éléments d'additions métalliques durcissantes tels que par exemple Si, Cr... à la surface de la bande, dépôts qui forment un film continu ou discontinu s'opposant à l'adhérence du revêtement de zinc à la surface de la tôle.
En conséquence, cette invention concerne un procédé de traitement thermochimique de bande métallique en continu, de type oxydo-réduction selon lequel la bande se déplace au travers d'un four, dans une atmosphère protectrice, caractérisé en ce que la bande passe au travers d'au moins un dispositif d'isolement partiel ou total, positionné au sein d'au moins une section du four, ou entre deux sections, la bande étant chauffée dans ce dispositif d'isolement, dans des atmosphères à point de rosée adapté à chaque bande, en fonction de la composition spécifique de l'acier et du cycle thermique appliqué.
Ainsi qu'on le comprend, le procédé objet de l'invention consiste principalement à permettre de chauffer la bande dans des atmosphères à point de rosée différents suivant des plages de températures différentes de celles connues dans l'état de l'art, et en particulier à des points de rosée supérieurs aux valeurs habituelles, grâce à des dispositifs d'isolement.
En effet, lorsque l'on augmente le point de rosée, c'est-à-dire la concentration en oxygène, on va favoriser la diffusion de l'oxygène vers l'intérieur du métal par les défauts et surtout par les joints de grains. L'oxygène va alors oxyder les atomes de Si,... à l'intérieur du métal. Il n'y aura alors plus assez de Si,... disponible pour migrer vers la surface et alimenter l'oxydation superficielle, d'autant plus que la cinétique de diffusion de l'oxygène par les joints est plus rapide que la diffusion des atomes oxydables dans le métal. Par ailleurs, cette oxydation interne va bloquer la diffusion de ces atomes vers la surface, ce qui limite encore la quantité de ces oxydes formés.
La mise en oeuvre du procédé selon l'invention consiste à permettre de maitriser avec précision le point de rosée de cette atmosphère dans la chambre de chauffage afin que cette atmosphère soit oxydante pour les éléments ciblés mais reste réductrice pour le fer, qu'il ne faut pas oxyder. La section aval du four - la fin du maintien et le refroidissement - restera réductrice, pour réduire les oxydes de fer qui auront pu être éventuellement formés dans la section à point de rosée élevé, ce qui n'inversera pas le processus d'oxydation interne des additifs métalliques de l'acier, car les oxydes formés à partir de ces additifs sont plus stables que les oxydes de fer.
Selon l'invention, le point de rosée de l'atmosphère peut être modifié en fonction du cycle thermique, c'est-à-dire de la température de la section du four et du temps de séjour de la bande dans cette dernière, pour intégrer les variations d'épaisseur de la bande.
Le procédé objet de l'invention se propose donc de pouvoir confiner une atmosphère contrôlée dont le point de rosée est supérieur à celui utilisé dans les fours suivant l'état de l'art de façon à être moins réductrice, ceci dans une section du four à haute température d'une ligne de galvanisation conventionnelle.
La mise en oeuvre du procédé est réalisée par l'implantation de dispositifs de séparation d'atmosphère entre les différentes sections du four, implantation permettant :
  • d'éviter l'oxydation du fer et donc de garantir l'adhérence ;
  • d'adapter la composition chimique de l'atmosphère recherchée ;
  • de développer l'oxydation interne des éléments d'addition avant qu'ils ne puissent diffuser en surface et y être oxydés.

Claims (2)

  1. Procédé de traitement thermochimique en continu de bandes métalliques, notamment d'acier, du type oxydo-réduction, selon lequel la bande se déplace au travers d'un four dans une atmosphère protectrice, caractérisé en ce que ladite bande passe au travers d'au moins un dispositif d'isolement partiel ou total, positionné au sein d'au moins une section du four, ou entre deux sections, la bande étant chauffée, dans ce dispositif d'isolement, dans des atmosphères à point de rosée adapté à chaque bande en fonction de la composition spécifique de l'acier, de manière que l'atmosphère soit oxydante pour certains éléments d'addition, mais demeure réductrice pour le fer.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point de rosée de ladite atmosphère peut être modifiée en fonction du cycle thermique, c'est-à-dire de la température de la section du four et du temps de séjour de la bande dans cette dernière, pour intégrer les variations d'épaisseur de la bande.
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