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substrat. Ce procédé, souvent appelé "traitement de galvannealing", est actuellement bien connu et largement pratiqué dans l'industrie.
Il est cependant apparu que ce procédé n'était pas toujours applicable dans les meilleures conditions, notamment en raison de la différence de réactivité des aciers lors du recuit d'alliation. Les aciers de résistance mentionnés plus haut, qui présentent une teneur en phosphore élevée, de l'ordre de 0,05 % à 0,1 % en poids, donnent lieu à la formation d'une couche inhibitrice très stable qui retarde fortement l'alliation recherchée.
Cet inconvénient peut être atténué soit en augmentant les températures du recuit d'alliation, soit en réduisant la vitesse de la ligne de revêtement pour allonger la durée du traitement ; ces solutions entraînent cependant des pertes de rendement qui les rendent peu économiques.
Un autre inconvénient réside dans la nécessité de diminuer la teneur en aluminium du bain de galvanisation, de façon à permettre la formation de cet alliage Zn-Fe. En pratique cependant, les lignes de galvanisation produisent des bandes soit galvanisées, c. à. d. revêtues simplement de zinc, soit"galvannealed", c. à. d. revêtues de l'alliage ZnFe précjté. Cette diversité oblige actuellement à changer le bain utilisé pour revêtir la bande, soit par un échange de cuve soit par vidange de la cuve et remplacement du bain, lors d'un changement de production. Cette opération réclame plusieurs heures de travail et une immobilisation correspondante de la ligne de revêtement.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé permettant de remédier aux inconvénients précités, c. à. d. de former un dépôt de l'alliage Zn-Fe sur toutes les nuances d'acier, de manière simple et économique, sans nuire à la productivité des lignes de revêtement et sans nécessiter le changement de bain de revêtement en cas de changement de production.
Conformément à la présente invention, un procédé de revêtement d'une bande d'acier par galvanisation au trempé, dans lequel on soumet la bande revêtue à un recuit d'alliation après sa sortie du bain de galvanisation, est caractérisé en ce que l'on applique à la bande revêtue un chauffage superficiel intense entre la sortie du bain de
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passage de la bande dans un four contenant une atmosphère réductrice à une température de l'ordre de 6500C à 8500C pour une bande d'acier laminée à froid et à une température de l'ordre de 5000C à 650 C pour une bande d'acier laminée à chaud, afin d'obtenir, avant l'immersion dans le bain de zinc, une bande d'acier recristallisée et présentant une surface nettoyée et avivée.
La bande passe ensuite dans une section de refroidissement avant d'entrer dans un bain de zinc fondu, et elle subit enfin un réglage de l'épaisseur de la couche de zinc avant son refroidissement final. Le réglage de l'épaisseur est généralement réalisé à l'aide de jets plats de gaz comprimé, habituellement de l'air, appelés"couteaux d'air"ou"essoreurs".
Le bain de galvanisation au trempé est usuellement constitué de zinc auquel on a ajouté une faible quantité d'aluminium, habituellement moins de 1 % en poids, afin d'éviter la formation de composés intermétalliques Zn-Fe à l'interface entre le revêtement de zinc et le substrat en acier. En présence de zinc pur, ces composés se développeraient de façon anarchique lors de l'immersion de la bande d'acier dans le zinc liquide, ce qui nuit fortement à l'essorage de la bande, en formant une zone fragile défavorable à l'adhérence et à la cohérence du revêtement.
L'aluminium réagit plus rapidement que le zinc avec la surface de l'acier et forme une couche intermédiaire d'un composé intermétallique identifié le plus souvent comme Fe2Al5. Cette couche intermédiaire empêche) le développement ultérieur de composés intermétalliques du type Zn-Fe. Pour cette raison, elle est quelquefois appelée "couche inhibitrice" ; elle présente typiquement une épaisseur de l'ordre du dixième de jim.
On connaît également d'autres alliages de revêtement à base de zinc pour la protection de l'acier, en particulier un alliage Zn-Fe contenant de 7 % à 13 % en poids de fer.
Les bandes d'acier recouvertes de cet alliage présentent d'importants avantages par rapport aux aciers revêtus de zinc : meilleure résistance à la corrosion, aptitude au soudage améliorée grâce à une usure réduite des électrodes de soudage par points, accrochage renforcé de la peinture, défauts de surface moins marqués.
Une telle couche de revêtement en alliage Zn-Fe est réalisée en deux étapes, à savoir une première étape de revêtement au trempé suivie d'une étape de recuit destinée à provoquer une alliation par diffusion entre la couche de zinc déposée et le fer du
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Une autre variante consiste à chauffer la bande au moyen d'un plasma créé entre la bande et des électrodes placées à proximité de celle-ci. L'action du plasma peut être renforcée par un faisceau d'ondes électromagnétiques, dans la gamme des radiofréquences.
La bande peut également, selon une autre variante, être chauffée directement par un faisceau d'ondes électromagnétiques, de préférence dans la gamme des radiofréquences.
Il peut en outre s'avérer intéressant de déposer des revêtements différents sur les deux faces de la bande. A cet effet, on peut, toujours selon l'invention, appliquer le chauffage superficiel intense à une seule face de la bande, ce qui provoque sur cette face seulement la formation de l'alliage Zn-Fe, l'autre face étant revêtue de zinc..
Le procédé de l'invention sera à présent décrit de façon plus détaillée en faisant référence aux dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 représente schématiquement une installation de galvanisation au trempé avec recuit d'alliation (galvannealing) appartenant à l'état de la technique ; la Fig. 2 est un diagramme illustrant l'évolution de la température d'une bande d'acier au - cours d'un traitement de galvannealing usuel ; la Fig. 3 est un diagramme montrant l'évolution de la température de surface (S) et de la température moyenne de la bande (B) au cours d'une opération de chauffage superficiel intense suivant l'invention ;
et la Fig. 4 représente schématiquement une installation de galvanisation au trempé avec recuit d'alliation (galvannealing) équipée de moyens pour appliquer un chauffage superficiel intense suivant la présente invention.
Les Figures 1 et 4 constituent des représentations simplifiées, dans lesquelles on n'a reproduit que les éléments de structure nécessaires à la compréhension de l'invention.
Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes repères numériques dans ces deux Figures.
La Figure 1 représente schématiquement une Installation de galvanisation au trempé avec recuit d'alliation, appartenant à l'état de la technique, qui permet de rappeler
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galvanisation et le début du recuit d'alliation.
Suivant une mise en oeuvre particulière de ce procédé, on chauffe la surface de la bande d'acier revêtue de façon à provoquer une élévation de sa température comprise entre 800C et 300 C.
Il est avantageux de limiter l'augmentation de la température à la couche superficielle de la bande, en particulier pour limiter la consommation d'énergie et éviter tout risque d'apparition de défauts de planéité.
Suivant l'invention, on chauffe la bande d'acier revêtue jusqu'à une profondeur inférieure à 0,2 mm, et de préférence inférieure à 0,1 mm.
Pour limiter l'augmentation de la température à la couche superficielle précitée, on applique le chauffage de l'invention pendant une période de temps très courte.
Toujours suivant l'invention, on applique ledit chauffage superficiel à la bande d'acier revêtue pendant une durée inférieure à 0,5 s, et de préférence inférieure à 0,2 s.
Pour obtenir un échauffement de la surface sans chauffer la bande sur toute son épaisseur, il faut d'une part que la puissance de chauffage soit transmise vers la surface et d'autre part que la densité de puissance soit suffisante pour compenser la conduction de la chaleur vers le coeur de la bande.
A cet effet, il est avantageux de chauffer la surface de la bande avec une densité de puissance locale comprise entre 1 MW/m2 et 25 MW/m2.
Le chauffage superficiel intense requis par l'invention peut être appliqué par toute méthode connue en soi.
Selon une variante particulière, on chauffe la bande par induction, avec une fréquence supéneure à 50 kHz et de préférence comprise entre 100 kHz et 1500 kHz.
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influence la structure de la couche inhibitrice, tandis que la teneur en aluminium du bain de galvanisation affecte principalement l'épaisseur de la couche inhibitrice. On utilise, pour cette raison, des bains de galvanisation à teneur en aluminium réduite pour effectuer les traitements de galvannealing. Typiquement, la teneur en aluminium du bain de zinc est de l'ordre de 0, 15 % à 0,20 % en poids pour une galvanisation simple, et de 0,08 % à 0,13 % en poids pour un traitement de galvannealing, dans lequel on désire qu'il se forme une couche inhibitrice plus fine.
Comme on l'a rappelé plus haut, cette différence de composition du bain entraîne la nécessité de changer le bain lorsque l'on doit passer d'une méthode à l'autre suivant la technique antérieure..
Il faut encore signaler qu'il convient de maîtriser très finement la réaction d'alliation.
En effet, un revêtement de Zn-Fe trop pauvre en fer ne présente pas les propriétés recherchées, tandis qu'un revêtement trop allié-c. à. d. avec des teneurs en fer trop élevées-risque d'être fragile et de conduire à des écaillages du revêtement.
Le principe du cycle thermique conforme à l'invention est illustré dans la Figure 3, qui montre l'évolution souhaitée de la température de surface (S) et de la température moyenne de la bande (B) au cours du temps. Les phénomènes illustrés ont une constante de temps de l'ordre de 0,1 seconde, c. à. d. que la différence maximale entre la température de surface (S) et la température moyenne (B) de la bande est atteinte en environ 0,1 seconde.
Il existe différents moyens de réaliser le chauffage superficiel intense requis par la présente invention. Quelques-uns de ces moyens ont été rappelés plus haut et il n'est pas nécessaire d'y revenir en détail ici, car ils sont bien connus des hommes du métier. Le chauffage par induction est cependant particulièrement intéressant, car il se prête aisément au contrôle et il présente un temps de réponse pratiquement nul ; il permet de passer instantanément d'un type de revêtement à l'autre. Le procédé de chauffage par induction permet en outre d'obtenir un effet de déstabilisation de la couche inhibitrice par l'existence de forces électromagnétiques.
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comment cette opération est effectuée dans la pratique actuelle.
La bande à revêtir 1 circule dans le sens de la flèche ; venant d'un équipement de préparation non représenté, elle plonge dans un bain de zinc liquide 2, où elle passe sous un rouleau de fond 3 puis entre des rouleaux auxiliaires 4 pour sortir du bain suivant une direction généralement verticale. A la sortie du bain, le surplus de zinc est enlevé par des essoreurs pneumatiques 5. La bande 1 passe ensuite dans un four 6, dit de"galvannealing", dans lequel la température de la bande est augmentée et maintenue à une valeur suffisante pour provoquer la formation de l'alliage Zn-Fe désiré ; la bande 1 est ensuite refroidie par des refroidisseurs 7 avant de passer sur un rouleau supérieur de déviation et de poursuivre son chemin vers la suite de son processus de fabrication.
Le cycle thermique subi par la bande dans ce procédé est schématisé dans la Figure 2, qui montre l'évolution de la température de la bande pendant son déplacement du point A au point A'de la Figure 1. A titre d'exemple, on a porté les températures relevées dans un cas typique : la température de la bande, qui est de 4600C dans le bain (point A), descend à 4400C à la suite du passage dans les essoreurs pneumatiques 5, puis
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remonte à 490 C dans le four 6 destiné à la formation de l'alliage ; la température est ensuite abaissée à 3700C par les refroidisseurs 7, pour solidifier le revêtement avant que la bande n'atteigne le rouleau supérieur. Le temps de traitement habituel est de l'ordre de quelques dizaines de secondes.
La technologie de chauffage utilisée dans le
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four a un impact direct sur le temps de montée en température de la bande ; le passage de 440 C à 490 C dure jusqu'à 10 secondes avec un chauffage par combustion de gaz, mais il n'est que de 0, 5 à 4 secondes pour un chauffage électrique par induction.
Au point de vue métallurgique, la formation de la couche d'alliage consiste en fait en la création contrôlée d'une couche de composé intermétallique Zn-Fe. Cette opération nécessite une déstabilisation suffisante de la couche inhibitrice de Fe2AIs afin de permettre la mise en contact des deux métaux Zn et Fe. La couche inhibitrice et sa stabilité jouent dès lors un rôle primordial dans la création et le contrôle de la couche d'alliation.
Les caractéristiques de la couche inhibitrice dépendent à leur tour d'une part de la nature de la bande d'acier et d'autre part de la composition du bain de zinc. En effet, la composition chimique de l'acier et plus spécialement celle des couches superficielles
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REVENDICATIONS
1. Procédé de revêtement d'une bande d'acier par galvanisation au trempé, dans lequel on soumet la bande revêtue à un recuit d'alliation après sa sortie du bain de galvanisation, caractérisé en ce que l'on applique à la bande revêtue un chauffage superficiel intense entre la sortie du bain de galvanisation et le début du recuit d'alliation.
2.. Procédé de revêtement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on chauffe la surface de la bande de façon à provoquer une élévation de sa température comprise entre 800C et 300 C.
3. Procédé de revêtement suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on chauffe la bande d'acier revêtue jusqu'à une profondeur inférieure à 0,2 mm.
4. Procédé de revêtement suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'on chauffe la bande d'acier revêtue jusqu'à une profondeur inférieure à 0,1 mm.
5. Procédé de revêtement suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on chauffe la bande d'acier revêtue pendant une durée inférieure à 0,5 s.
6. Procédé de revêtement suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'on chauffe la bande d'acier revêtue pendant une durée inférieure à 0,2 s.
7. Procédé de revêtement suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on chauffe la bande d'acier revêtue avec une densité de puissance locale comprise entre 1 MW/m2 et 25 MW/m2.
8. Procédé de revêtement suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on chauffe la bande d'acier revêtue par induction, avec une fréquence supérieure à 50 kHz.
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Il importe simplement que le moyen utilisé soit disposé entre la sortie du bain de zinc et l'entrée dans le four de recuit. La Figure 4 montre deux possibilités d'installation de ce moyen de chauffage. Dans cette Figure, les repères numériques 1 à 7 désignent les mêmes éléments de l'installation que dans la Figure 1.
Suivant une première possibilité, les moyens de chauffage sont placés entre les essoreurs pneumatiques 5 et le four de recuit 6, comme l'indique le repère 8, à titre d'exemple.
Une autre possibilité consiste à placer lesdits moyens de chauffage, représentés en traits interrompus, entre la sortie du bain de zinc 2 et les essoreurs pneumatiques 5, par exemple juste avant les essoreurs 5 comme l'indique le repère 9, ou encore dans les essoreurs 5 eux-mêmes, de manière à supprimer, par les essoreurs 5, des perturbations éventuelles de la couche de revêtement dues à un possible effet d'essorage du zinc lors du chauffage superficiel intense.
Pour illustrer ces deux possibilités, on a chaque fois représenté ici des moyens de chauffage disposés de part et d'autre de la bande 1 et agissant de ce fait sur les deux faces de la bande. Il va de soi qu'il est possible de ne placer qu'un seul moyen de chauffage d'un côté de la bande, ou encore de placer des moyens de chauffage de part et d'autre de la bande mais de n'en faire fonctionner qu'un seul, selon la face de la bande à traiter.
Le procédé de l'invention permet d'utiliser un même bain de zinc pour travailler aussi bien en galvanisation simple qu'avec un recuit de galvannealing. La teneur en aluminium efficace du bain est celle qui est couramment utilisée pour la galvanisation, c. à. d. de l'ordre de 0,15 % à 0,20 % en poids. Le chauffage superficiel intense suivant l'invention n'est appliqué que pour permettre la réalisation de l'alliage recherché par le traitement de galvannealing. Cette disposition non seulement supprime les immobilisations de la ligne de revêtement pour les changements de cuve mais elle permet de traiter tous les aciers avec la même vitesse de défilement. Enfin, la souplesse de la ligne de revêtement est accrue, puisque la production ne doit plus être divisée en campagnes distinctes suivant le type de produit.