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Procédé pour le revêtement au trempé d'une bande d'acier en continu.
La présente invention concerne un procédé pour le revêtement au trempé d'une bande d'acier en continu.
Le revêtement au trempé d'une bande d'acier en continu est une technique qui est connue et largement appliquée depuis de nombreuses années. Pour l'essentiel, elle consiste à faire défiler une bande d'acier dans un bain de zinc ou d'alliage de zinc fondu, puis à solidifier le revêtement après avoir réglé son épaisseur.
Dans le cadre de cette technique, on utilise couramment des alliages de zinc-aluminium à base de zinc contenant typiquement, en poids, outre le zinc, 55 % d'aluminium et 1,6 % de silicium. Ces alliages combinent la haute résistance à la corrosion de l'aluminium et la protection cathodique assurée par le zinc. L'addition de silicium a pour but de modérer la réaction entre le fer de la bande d'acier et l'aluminium du revêtement. En l'absence de silicium, cette réaction conduit en effet à une très importante perte en fer et à un revêtement entièrement transformé en Fe-Al qui ne présente aucune adhérence ni ductilité.
Il est cependant apparu que ce revêtement connu présente de graves défauts d'adhérence et de ductilité lorsqu'il est soumis à des flexions ou à des profilages, fréquemment imposés aux panneaux destinés notamment à la construction. Ces défauts conduisent à la fissuration du revêtement, les fissures formées pouvant quelquefois mener à l'écaillage et même à la pelade du revêtement.
Cette fragilité et ce manque d'adhérence des revêtements connus semblent provenir de trois causes principales. En premier lieu, le
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revêtement est composé d'un mélange métastable de deux phases qui ne se solidifient pas simultanément ; il en résulte l'apparition d'une structure constituée de zones riches en zinc et de zones riches en aluminium, qui présentent des propriétés physiques distinctes engendrant des contraintes internes.
De plus, il se forme à l'interface entre le substrat en acier et le revêtement de zincaluminium, une couche de particules intermétalliques fragiles, du type Fe-A1-Zn-Si. Enfin, le silicium ajouté pour modérer la réaction entre le fer et l'aluminium ne reste pas entièrement en solution ; au refroidissement, il précipite sous forme d'aiguilles qui sont à l'origine de concentrations de contraintes et entraînent la fragilité du revêtement.
On a déjà cherché à remédier à ces inconvénients au moyen de traitements thermiques spécifiques. On a notamment proposé d'effectuer un réchauffage du revêtement à 300-350*C pendant 3 minutes, ou encore un recuit à 150. C pendant 24 heures. Ces traitements se sont avérés techniquement satisfaisants, mais non viables sur le plan économique en raison des charges qu'ils imposent.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé pour le revêtement au trempé d'une bande d'acier en continu, qui ne donne pas lieu aux inconvénients précités et qui permet, par des moyens simples et économiquement acceptables en fonctionnement industriel, de conférer aux revêtements d'excellentes propriétés d'adhérence et de ductilité sans altérer leur pouvoir de protection contre la corrosion.
Conformément à la présente invention, un procédé pour le revêtement au trempé d'une bande d'acier en continu, dans lequel on fait passer ladite bande d'acier dans un bain de zinc avec une teneur en aluminium d'environ 55 % en poids et une teneur en silicium de 1 % à 2 % en poids, est caractérisé en ce que l'on ajoute audit bain de revêtement du strontium en une quantité au maximum égale à 0,2 % en poids, et au moins un élément choisi parmi le vanadium et le chrome, chacun en une quantité au maximum égale à 0,2 % en poids.
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Selon une mise en oeuvre particulière du procédé de l'invention, on ajoute audit bain de revêtement du strontium en une quantité inférieure à 0,05 % en poids et du vanadium en une quantité inférieure à 0,1 % en poids.
Dans le cas de cette addition combinée, les quantités de strontium et de vanadium ajoutées audit bain de revêtement sont de préférence comprises respectivement entre 0,005 % et 0,050 % et entre 0,05 % et 0,075 % en poids.
Selon une autre mise en oeuvre du procédé de l'invention, on ajoute audit bain de revêtement du strontium en une quantité inférieure à 0,1 % en poids et du chrome en une quantité inférieure à 0,15 % en poids.
Dans le cas de cette addition combinée, les quantités de strontium et de chrome ajoutées audit bain de revêtement sont de préférence comprises respectivement entre 0,0001 % et 0,050 % en poids et entre 0,005 % et 0,10 % en poids.
Selon encore une autre mise en oeuvre du procédé de l'invention, on ajoute audit bain de revêtement du strontium en une quantité comprise entre 0,005 % et 0,1 % en poids, du vanadium en une quantité comprise entre 0,02 % et 0,1 % en poids et du chrome en une quantité comprise entre 0,001 % et 0,1 % en poids.
Dans le cas de cette addition triple, les quantités de strontium, de vanadium et de chrome ajoutées audit bain de revêtement sont de préférence comprises respectivement entre 0,01% et 0,075 % en poids, entre 0,025 % et 0,050 % en poids et entre 0,025 % et 0,075 % en poids.
La présente invention porte également sur des bandes d'acier revêtues suivant les procédés qui viennent d'être décrits et portant dès lors des revêtements qui contiennent du strontium en combinaison avec du vanadium et/ou du chrome dans les proportions citées.
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A titre d'exemple, on a examiné diverses propriétés d'une série d'échantillons de bande d'acier, revêtus par le procédé de l'invention. Les propriétés examinées sont la ductilité et l'adhérence des revêtements, leur résistance à la corrosion ainsi que la stabilité des bains de revêtement au cours du temps.
La ductilité et l'adhérence des revêtements ont été testées par des essais mécaniques reproduisant les sollicitations rencontrées notamment dans la fabrication de panneaux de construction.
L'essai"FlexnT"est un essai de flexion à w radian (180*) sur n fois l'épaisseur T de l'éprouvette, celle-ci étant recoupée à 50 mm x 100 mm après revêtement.
L'essai"Profil 15"est un essai de profilage d'une éprouvette de 30 mm x 120 mm dont les extrémités sont bloquées dans un outillage approprié et dont la partie centrale, longue de 80 mm, est soumise au déplacement transversal d'un poinçon sur une distance de 15 mm.
Cet essai combine des sollicitations de traction et de flexion.
Les résultats de ces deux essais sont exprimés en nombres de fissures observées sur une coupe métallographique dans la zone de déformation.
La résistance à la corrosion a été appréciée par un essai classique de corrosion au brouillard salin.
Enfin, la stabilité temporelle des bains de revêtement est contrô- lée par la mesure régulière de la composition du bain considéré.
Pour apprécier l'intérêt du procédé de l'invention, ses résultats seront comparés à ceux obtenus avec un revêtement conventionnel soit à l'état brut, soit après un maintien à 150. C pendant 24 heures qui est considéré comme un traitement de référence sur le plan technique.
Pour tous les échantillons, les revêtements ont été appliqués dans
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des conditions strictement identiques, qui sont les suivantes : Dimensions de l'échantillon : 60 mm x 140 mm ; Atmosphère : N2 - 5 % H2 ; point de rosée entre - 350C et - 40oC ; Cycle thermique : température du four : 7200C durée de chauffage : 2 min 50 s. durée de maintien : 2 min 50 s. refroidissement naturel : 11 s (Tban = 600 C).
Revêtement au trempé : immersion : 2,5 s vitesse nominale : 62 m/min. épaisseur du revêtement : am refroidissement rapide : 31 *C/s.
Les essais ont porté d'une part sur un revêtement en un alliage ZnAl-Si conventionnel (Zn-55 % Al-1, 6 % Si), pris comme référence et portant la dénomination AZREF 89, et d'autre part sur des revêtements en trois alliages modifiés suivant l'invention, appelés AZVSR, AZCRSR et AZCRVSR. Ces alliages modifiés ont été obtenus à partir de l'alliage de référence, par addition de vanadium et strontium (VSR1 : 0,055 % V-0,0093 % Sr ; VSR2 : 0,072 % V-0,023 % Sr), de chrome et strontium (CRSRI : 0,0063 % Cr-0,0004 % Sr ; CRSR2 : 0,090 % Cr-0,045 % Sr), de chrome, vanadium et strontium (CRVSR : 0,055 % Cr- 0,035 % V-0,024 % Sr), respectivement. A titre de comparaison supplémentaire, certains revêtements en alliage modifié ont été soumis en plus à un maintien à 150.
C pendant 24 h.
Les résultats de ces essais sont illustrés par les figures annexées, dans lesquelles la Fig. 1 montre le comportement à la fissuration des divers revêtements, lors de l'essai FlexnT ; les Fig. 2,3 comparent le comportement d'alliages modifiés, respecti- vement V-Sr et Cr-Sr, à celui de l'alliage de référence, pour l'essai FlexnT ; la Fig. 4 illustre le comportement de l'alliage modifié V-Sr comparé à celui qui résulte du traitement thermique, lors de l'essai FlexnT ; la
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Fig. 5 montre le comportement à la fissuration des divers revêtements, lors de l'essai Profil 15 ; les Fig. 6,7 comparent le comportement d'alliages modifiés, respecti- vement V-Sr et Cr-Sr, à celui de l'alliage de référence, pour l'essai Profil 15 ;
la Fig. 8 illustre le comportement de l'alliage modifié V-Sr com- paré à celui qui résulte du traitement thermique, lors de l'essai Profil 15 ; et la Fig. 9 illustre la comparaison entre divers revêtements en al- liages modifiés soumis à un essai de corrosion au brouillard salin.
Les Fig. 1 à 4 concernent des essais de flexion Flex2T, c'est-àdire sur 2 fois l'épaisseur T de l'éprouvette.
La Fig. 1 confirme l'amélioration de la ductilité et de l'adhérence obtenue par l'addition de V-Sr, de Cr-Sr ou de Cr-V-Sr à l'alliage de référence. Cette addition fait respectivement passer le nombre moyen de fissures N de 15,3 pour l'alliage de référence respectivement à 6,2 ; 9,6 et 12,3 pour les alliages modifiés V-Sr, Cr-Sr et Cr-V-Sr. Cette figure permet également d'apprécier l'effet du traitement thermique sur la fissuration.
Les Fig. 2 et 3 comparent la distribution du nombre de fissures X à l'essai de flexion à 180'sur deux épaisseurs, pour deux alliages modifiés V-Sr et Cr-Sr, à celle de l'alliage de référence AZREF89.
Dans ce diagramme, ainsi que dans les diagrammes analogues qui suivent, l'ordonnée exprime la probabilité d'apparition du nombre X de fissures au cours de l'essai considéré, c. à. d. Flex2T ou Profil 15. L'influence favorable de la modification d'alliage apparaît clairement sur ces figures ; elle est particulièrement marquée dans le cas de l'alliage V-Sr.
La Fig. 4 montre une comparaison analogue entre l'alliage modifié V-Sr et l'effet du traitement thermique. Le diagramme montre très clairement que la modification d'alliage donne des résultats aussi favorables que le traitement thermique de référence.
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Les Fig. 5 à 8 sont des figures analogues aux Fig. 1 à 4, qui concernent les résultats obtenus par des essais de profilage Profil 15.
La Fig. 5 confirme également l'amélioration de la ductilité des revêtements modifiés par rapport au revêtement en alliage de référence. Ici également, la figure permet d'apprécier l'effet du traitement thermique. Le nombre moyen de fissures dans les alliages modifiés diminue nettement par rapport à l'état brut et même par rapport à l'alliage de référence, pour se rapprocher sensiblement de celui de l'alliage traité thermiquement.
Les Fig. 6 à 8 traduisent aussi l'influence particulièrement favorable des additions de V-Sr et de Cr-Sr sur la tendance à la fissuration au profilage.
Enfin, la Fig. 9 illustre les résultats obtenus lors d'un essai de corrosion au brouillard salin, pour le revêtement en alliage de référence AZREF 89 d'une part et pour différents alliages modifiés d'autre part. La comparaison montre que les alliages modifiés résistent mieux à la corrosion que l'alliage de référence en ce qui concerne : - l'apparition de boursouflures au bord des échantillons : zones B ; - le recouvrement de la moitié de la surface par des taches noires : zones C ; - le recouvrement de 90 % de la surface par des taches noires : zones D.
Seule l'apparition de rouille blanche sur 25 % de la surface (zones A) n'est pas influencée de façon significative. Les modifications d'alliage proposées n'ont donc pas de conséquence défavorable sur la résistance à la corrosion au brouillard salin.
En ce qui concerne la stabilité temporelle des bains de revêtement, des mesures relatives à un bain d'alliage modifié V-Sr montrent que la teneur en strontium ne varie pas de manière significative.
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Les modifications de composition des alliages de revêtement, proposées par la présente invention, améliorent nettement la ductilité et l'adhérence des revêtements du type Zn-Al-Si, notamment en assurant la stabilisation de la structure ainsi que la globularisation du silicium et la diminution du nombre des aiguilles de silicium fragilisantes. De plus, ces modifications résultent d'additions suffisamment faibles pour ne pas perturber la structure générale du revêtement ou compromettre ses bonnes propriétés de résistance à la corrosion.