BE1004079A6 - Process for forming a coating zinc-aluminum strip steel. - Google Patents

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Jean-Pierre Servais
Vincent Leroy
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Centre Rech Metallurgique
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23CCOATING 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
    • C23C2/00Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/02Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
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    • C23C2/026Deposition of sublayers, e.g. adhesion layers or pre-applied alloying elements or corrosion protection

Abstract

On dépose par voie électrolytique sur la bande une couche mince d'un métal choisi parmi le nickel, le cobalt et le chrome et on fait passer la bande ainsi revêtue à travers un bain de zinc présentant une teneur en aluminium d'environ 55 % en poids. De préférence, on soumet la bande d'acier à un recuit sous une atmosphère protectrice après le dépôt de la couche mince précitée et avant le passage de la bande à travers le bain de zinc-aluminium.A thin layer of a metal chosen from nickel, cobalt and chromium is deposited on the strip electrolytically and the strip thus coated is passed through a zinc bath having an aluminum content of approximately 55%. weight. Preferably, the steel strip is subjected to annealing under a protective atmosphere after the deposition of the aforementioned thin layer and before the passage of the strip through the zinc-aluminum bath.

Description

       

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   Procédé pour former un revêtement de zinc-aluminium sur une bande d'acier. 



  La présente invention concerne un procédé pour former un revêtement au trempé de zinc-aluminium sur une bande d'acier. 



  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 métal ou d'alliage fondu, puis à solidifier le revêtement après avoir réglé son épaisseur. Généralement, l'opération de revêtement au trempé est précédée d'un recuit sous une atmosphère réductrice, afin de débarrasser la surface de la bande de toute trace d'oxyde pouvant compromettre l'adhérence du revêtement. 



  On utilise couramment dans ce cadre, des alliages de zinc-aluminium, contenant typiquement, en poids, outre le zinc, 55 % d'aluminium ainsi que 1,6 % de silicium. De tels 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 complètement transformé en Fe-Al qui ne présente aucune adhérence. 



  Il est cependant apparu que ces revêtements de   Zn-Al-Si   présentent de graves défauts d'adhérence et de ductilité lorsque les articles revêtus sont soumis à des opérations de pliage ou de profilage, par exemple lors de la fabrication de panneaux destinés 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. 

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 La fragilité et le manque d'adhérence de ces revêtements semblent provenir de trois causes principales.

   En premier lieu, les revêtements présentent une structure, composée essentiellement d'un mélange métastable de deux phases qui ne se solidifient pas simultanément ; il apparaît ainsi des zones riches en aluminium et des zones riches en zinc, qui présentent des propriétés physiques distinctes et sont le siège de contraintes internes. De plus, il se forme à l'interface entre le substrat en acier et le revêtement de zinc-aluminium, une couche de particules intermétalliques fragiles qui dégradent l'adhérence. 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 de la bande revêtue à   300 - 350. C   pendant 3 minutes, ou encore un recuit en bobine 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 propose un procédé pour former un revêtement au trempé de zinc-aluminium sur une bande d'acier qui ne donne pas lieu aux inconvénients précités et qui permet, par des moyens simples et économiquement acceptables en fonctionnement industriel, de conférer à ce revêtement d'excellentes propriétés d'adhérence et de ductilité sans altérer son pouvoir de protection contre la corrosion. 



  Conformément à la présente invention, un procédé pour former un revêtement au trempé de zinc-aluminium sur une bande d'acier est caractérisé en ce que l'on dépose par voie électrolytique sur ladite bande, une couche mince d'un métal choisi parmi le nickel, le cobalt et le chrome, et en ce que l'on fait passer ladite bande ainsi revêtue à travers un bain de zinc présentant une teneur en 

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 aluminium d'environ 55 % en poids. 



  Suivant une mise en oeuvre particulière, on soumet ladite bande d'acier à un recuit sous une atmosphère protectrice après le dépôt de ladite couche mince et avant le passage de la bande à travers ledit bain de zinc-aluminium. 



  Suivant une caractéristique supplémentaire du procédé de l'invention, on opère le dépôt électrolytique de ladite couche mince avec une densité de courant d'au moins 300   A/dm2,   et de préférence comprise entre 350 et 450 A/dm2. 



  La couche mince de métal a notamment pour effet de freiner ou d'empêcher les échanges entre le substrat en acier d'une part et le revêtement de zinc-aluminium d'autre part. Elle atténue ainsi la réaction entre le fer du substrat et l'aluminium du revêtement et contribue à améliorer l'adhérence de ce dernier. En outre, elle permet d'éviter la présence de silicium dans le bain de zincaluminium ; le revêtement de zinc-aluminium ne comporte donc plus de précipités de silicium fragilisants et sa ductilité s'en trouve nettement améliorée. 



  A titre d'exemple, on a déposé du nickel en couche mince, correspondant à environ 3 g Ni/m2 en double face, sur des panneaux en acier. On a utilisé à cet effet une solution électrolytique à 260 g/l de   NiS04.   6H20 et 35 g/l de   H3B03'dont le   pH a été ajusté à 2,5 par addition d'acide sulfurique. La densité de courant était de 330   A/dm2.   Les panneaux ont ensuite subi un recuit à   720. C   sous une atmosphère de   N2 - 5   %   H2   pendant 3 minutes, puis ils ont été revêtus par immersion dans un bain de zinc contenant 55 % en poids d'aluminium et pas de silicium. 



  L'analyse des revêtements obtenus montre que le nickel ne joue pas uniquement un rôle de barrière entre l'acier et le revêtement. Les couches les plus intérieures de la zone de réaction, c'est-à-dire du côté de l'acier, sont essentiellement constituées de Fe-Al, avec de très faibles pourcentages de nickel et de zinc. En se déplaçant 

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 vers l'extérieur, on rencontre alors des couches à base d'aluminium enrichies en nickel et en zinc, avec une teneur en fer très faible. 



  Le revêtement proprement dit,   c'est-à-dire   la couche extérieure, est constituée de deux phases principales, respectivement enrichies en aluminium et en zinc, qui contiennent encore des traces de fer. 



  Par endroits, le revêtement présente en outre des particules très riches en nickel. 



  Cette structure résiste très bien à la flexion à   180'sur   deux fois l'épaisseur du panneau, ainsi qu'au profilage, sans fissuration notable ni écaillage.



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   Process for forming a zinc-aluminum coating on a steel strip.



  The present invention relates to a method for forming a zinc-aluminum dip coating on a steel strip.



  The dip coating of a continuous steel strip is a technique which has been known and widely applied for many years. Essentially, it consists of running a strip of steel through a bath of molten metal or alloy, then solidifying the coating after adjusting its thickness. Generally, the dip coating operation is preceded by annealing in a reducing atmosphere, in order to rid the surface of the strip of any trace of oxide which may compromise the adhesion of the coating.



  In this context, zinc-aluminum alloys are commonly used, typically containing, by weight, in addition to zinc, 55% of aluminum as well as 1.6% of silicon. Such alloys combine the high corrosion resistance of aluminum and the cathodic protection provided by zinc. The purpose of the addition of silicon is to moderate the reaction between the iron of the steel strip and the aluminum of the coating. In the absence of silicon, this reaction leads in fact to a very significant loss of iron and to a coating completely transformed into Fe-Al which has no adhesion.



  However, it has appeared that these Zn-Al-Si coatings have serious adhesion and ductility defects when the coated articles are subjected to bending or profiling operations, for example during the manufacture of panels intended for construction. . These defects lead to cracking of the coating, the cracks formed can sometimes lead to chipping and even to the coating of the coating.

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 The fragility and lack of adhesion of these coatings appear to stem from three main causes.

   First, the coatings have a structure, essentially composed of a metastable mixture of two phases which do not solidify simultaneously; zones rich in aluminum and zones rich in zinc appear, which have distinct physical properties and are the seat of internal stresses. In addition, a layer of fragile intermetallic particles is formed at the interface between the steel substrate and the zinc-aluminum coating, which degrades adhesion. Finally, the silicon added to moderate the reaction between iron and aluminum does not remain entirely in solution; on cooling, it precipitates in the form of needles which are the source of stress concentrations and cause the fragility of the coating.



  We have already sought to remedy these drawbacks by means of specific heat treatments. In particular, it has been proposed to reheat the coated strip at 300-350 ° C. for 3 minutes, or else coil annealing at 150 ° C. for 24 hours. These treatments have proven to be technically satisfactory, but not economically viable because of the costs they impose.



  The present invention provides a process for forming a zinc-aluminum dip coating on a steel strip which does not give rise to the aforementioned drawbacks and which allows, by simple and economically acceptable means in industrial operation, to give this coating excellent adhesion and ductility properties without impairing its corrosion protection power.



  According to the present invention, a method for forming a zinc-aluminum dip coating on a steel strip is characterized in that an thin layer of a metal chosen from the nickel, cobalt and chromium, and in that said strip thus coated is passed through a zinc bath having a content of

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 aluminum about 55% by weight.



  According to a particular implementation, said steel strip is subjected to annealing under a protective atmosphere after the deposition of said thin layer and before the passage of the strip through said zinc-aluminum bath.



  According to an additional characteristic of the method of the invention, the electrolytic deposition of said thin layer is carried out with a current density of at least 300 A / dm2, and preferably between 350 and 450 A / dm2.



  The thin layer of metal has in particular the effect of slowing down or preventing the exchanges between the steel substrate on the one hand and the zinc-aluminum coating on the other hand. It thus attenuates the reaction between the iron of the substrate and the aluminum of the coating and contributes to improving the adhesion of the latter. In addition, it avoids the presence of silicon in the zincaluminium bath; the zinc-aluminum coating therefore no longer contains embrittling silicon precipitates and its ductility is markedly improved.



  For example, nickel was deposited in a thin layer, corresponding to approximately 3 g Ni / m2 in double face, on steel panels. An electrolytic solution containing 260 g / l of NiSO 4 was used for this purpose. 6H20 and 35 g / l of H3B03 ', the pH of which was adjusted to 2.5 by addition of sulfuric acid. The current density was 330 A / dm2. The panels were then annealed at 720 ° C. under an atmosphere of N2 - 5% H2 for 3 minutes, then they were coated by immersion in a zinc bath containing 55% by weight of aluminum and not of silicon.



  Analysis of the coatings obtained shows that nickel does not only act as a barrier between the steel and the coating. The innermost layers of the reaction zone, i.e. on the steel side, are essentially made of Fe-Al, with very low percentages of nickel and zinc. By moving

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 outwards, we then come across aluminum-based layers enriched in nickel and zinc, with a very low iron content.



  The actual coating, that is to say the outer layer, consists of two main phases, respectively enriched with aluminum and zinc, which still contain traces of iron.



  In places, the coating also has particles very rich in nickel.



  This structure is very resistant to bending at 180 ur twice the thickness of the panel, as well as to profiling, without significant cracking or chipping.


    

Claims (3)

REVENDICATIONS 1. Procédé pour former un revêtement au trempé de zinc-aluminium sur une bande d'acier, caractérisé en ce que l'on dépose par voie électrolytique sur ladite bande une couche mince d'un métal choisi parmi le nickel, le cobalt et le chrome, et en ce que l'on fait passer ladite bande ainsi revêtue à travers un bain de zinc présentant une teneur en aluminium d'environ 55 % en poids. CLAIMS 1. A method for forming a zinc-aluminum dip coating on a steel strip, characterized in that an thin layer of a metal chosen from nickel, cobalt and chromium, and in that said strip thus coated is passed through a zinc bath having an aluminum content of approximately 55% by weight. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soumet ladite bande d'acier à un recuit sous une atmosphère protectrice après le dépôt de ladite couche mince et avant le passage de la bande à travers ledit bain de zinc-aluminium. 2. Method according to claim 1, characterized in that said steel strip is annealed under a protective atmosphere after the deposition of said thin layer and before the passage of the strip through said zinc-aluminum bath . 3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on opère le dépôt électrolytique de ladite couche mince avec une densité de courant d'au moins 300 A/dm2. 3. Method according to either of claims 1 and 2, characterized in that one operates the electrolytic deposition of said thin layer with a current density of at least 300 A / dm2.
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