DE102021133090A1 - Process for the production of a flat steel product with cathodic protection against corrosion, plant for the production of a flat steel product provided with cathodic protection against corrosion and use - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachprodukts (2) mit einem kathodischenKorrosionsschutz.Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:A. Bereitstellen des Stahlflachprodukts;B. optional: thermische Vorbehandlung;C. Transportieren des Stahlflachprodukts in eine Beschichtungskammer. Die Erfindung betrifft zudem eine Anlage (1) mit einer Beförderungsanordnung (3a, 3b) zur Beförderung in Richtung des Pfeils (5), einem Vorbehandlungsofen (10) mit einem Ofeneingang (11) und einem Ofenausgang (12) und einer Beschichtungskammer (4) mit einer Vorrichtung (6, 7, 8, 9) zur Gasphasenabscheidung von Material.The invention relates to a method for producing a flat steel product (2) with cathodic corrosion protection. The method comprises the following steps: A. providing the steel flat product;B. optional: thermal pre-treatment;C. Transporting the steel flat product into a coating chamber. The invention also relates to a system (1) with a conveying arrangement (3a, 3b) for conveying in the direction of the arrow (5), a pretreatment furnace (10) with a furnace inlet (11) and a furnace outlet (12) and a coating chamber (4). with a device (6, 7, 8, 9) for the gas phase deposition of material.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachprodukts mit einem kathodischen Korrosionsschutz. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage zur Herstellung eines mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahlflachprodukts. Ein weiterer Gedanke der Erfindung ist eine Verwendung.The invention relates to a method for producing a flat steel product with cathodic protection against corrosion. The invention also relates to a plant for the production of a flat steel product provided with cathodic protection against corrosion. Another idea of the invention is a use.
Soweit von einem Stahlflachprodukt die Rede ist, so sind damit Stahlbänder, Stahlbleche, daraus gewonnene Platinen und dergleichen gemeint. Insbesondere sind als Stahlbänder ausgebildete Stahlflachprodukte Gegenstand der Erfindung.As far as a steel flat product is mentioned, this means steel strips, steel sheets, blanks made from them and the like. In particular, flat steel products designed as steel strips are the subject of the invention.
Es ist bekannt, Stahlflachprodukte mit einem metallischen Überzug zu versehen, um die Stahlflachprodukte im Prozess eines Warmumformens zu einem Bauteil vor Verzunderung zu schützen. Als metallischer Überzug werden hierfür Beschichtungen gewählt, die gegenüber dem Stahlflachprodukt als kathodischer Korrosionsschutz wirken. Bekannte Materialien zum Überzug sind beispielsweise Zn-, Al-, Mg- und Legierungen aus diesen.It is known to provide flat steel products with a metallic coating in order to protect the flat steel products from scaling in the process of hot forming into a component. Coatings that act as cathodic corrosion protection for the steel flat product are selected as the metallic coating. Known materials for the coating are, for example, Zn, Al, Mg and alloys of these.
Legierungen, die mit Hinblick auf ihre Eignung als Korrosionsschutz hin weiter verbessert wurden, enthalten in vielen Fällen noch weitere Legierungsbestandteile, beispielsweise neben den bereits genannten Ca, Na oder Li. Aufgrund der hohen Eignung dieser Elemente zur Oxidation, ist eine Schmelztauchbehandlung nicht oder nur mit ungünstigen Ergebnissen praktikabel.Alloys that have been further improved with regard to their suitability as corrosion protection often contain other alloying components, for example in addition to the Ca, Na or Li already mentioned unfavorable results practicable.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, trotz der genannten Hindernisse Stahlflachprodukte mit guten Korrosionschutzbeschichtungen bereitstellen zu können.Against this background, the invention was based on the object of being able to provide flat steel products with good anti-corrosion coatings despite the obstacles mentioned.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines Stahlflachprodukts mit einem kathodischen Korrosionsschutz gelöst.The object is achieved with a method for producing a flat steel product with cathodic protection against corrosion.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- A. Bereitstellen des Stahlflachprodukts;
- B. optional: thermische Vorbehandlung des Stahlflachprodukts;
- C. Transportieren des Stahlflachprodukts in eine Beschichtungskammer und durch diese hindurch.
- A. Providing the steel flat product;
- B. optional: thermal pre-treatment of the steel flat product;
- C. Transporting the steel flat product into and through a coating chamber.
An oder in der Beschichtungskammer ist eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material angeordnet. Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material wird betrieben, eine Oberfläche des durch die Beschichtungskammer geführten Stahlflachprodukts mit einer Korrosionsschutzbeschichtung zu beschichten. Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material ist als PVD-Beschichtungsvorrichtung ausgebildet.A device for gas phase deposition of material is arranged on or in the coating chamber. The apparatus for vapor deposition of material is operated to coat a surface of the flat steel product passed through the coating chamber with an anti-corrosion coating. The device for gas phase deposition of material is designed as a PVD coating device.
Der grundlegende Kerngedanke der Erfindung besteht also darin, dass im Gegensatz zu bekannten Schmelztauchverfahren der Korrosionsschutzüberzug durch Aufbringen eines Materials auf der Oberfläche mit einem PVD-Beschichtungsverfahren appliziert wird. Die Nutzung eines PVD-Beschichtungsverfahrens hat im vorliegenden Zusammenhang den spezifischen Vorteil, dass eine Beschichtung mit ausreichend hoher Beschichtungsrate und Diffusion der auf der Oberfläche aufgetroffenen Teilchen beim Prozess der Schichtbildung vorliegen, dass großflächig dichte und gut haftende Korrosionsschutzschichten hergestellt werden können, die überraschenderweise auch bei der hohen Beanspruchung eines nachfolgenden Umformprozesses, insbesondere auch einer Warmumformung, ihre hohe Qualität beibehalten. Insbesondere konnte durch Versuche nachgewiesen werden, dass Schichtfehler wie beispielsweise Delamination oder Powdering nicht oder nur in geringem Maße auftraten.The basic core idea of the invention is that, in contrast to known hot-dip processes, the anti-corrosion coating is applied by applying a material to the surface using a PVD coating process. The use of a PVD coating process has the specific advantage in the present context that a coating with a sufficiently high coating rate and diffusion of the particles that have struck the surface are present during the layer formation process, that large-area dense and well-adhering anti-corrosion layers can be produced, which surprisingly also the high demands of a subsequent forming process, especially hot forming, retain their high quality. In particular, it was possible to prove through tests that layer defects such as delamination or powdering did not occur or only occurred to a small extent.
Bevorzugt erfolgt vor dem Transportieren des Stahlflachprodukts in die Beschichtungskammer in Schritt B eine thermische Vorbehandlung. Die thermische Vorbehandlung umfasst:
- B1. Durchführen des Stahlflachprodukts durch einen Durchlaufofen;
- B2. Erwärmen des Stahlflachprodukts;
- B3. Befördern des Stahlflachprodukts aus dem Durchlaufofen heraus.
- B1 passing the flat steel product through a continuous furnace;
- B2. heating the steel flat product;
- B3. Conveying the steel flat product out of the continuous furnace.
Besonders bevorzugt erfolgt das Beschichten der Oberfläche also auf einem wärmebehandelten Stahlflachprodukt mit dem Ergebnis einer besonders guten Schichthaftung. Die Schichtbeschaffenheit und die Schichthaftung ist besonders gut dann, wenn die Beschichtung des noch erwärmten Stahlflachprodukts erfolgt, dass also der Schritt C unmittelbar nach dem Erwärmen in Schritt B durchgeführt wird.The coating of the surface is therefore particularly preferably carried out on a heat-treated flat steel product, resulting in particularly good layer adhesion. The condition of the layer and the layer adhesion is particularly good when the flat steel product is coated while it is still heated, ie when step C is carried out immediately after the heating in step B.
Für die Wärmebehandlung wird ein aus der Praxis bekannter Durchlaufofen verwendet mit dem Vorteil, dass ein kontinuierlicher Prozess einer Folge aus Vorbehandlung und Beschichten mit potentiell hohem Durchsatz erreicht wird.A continuous furnace known from practice is used for the heat treatment, with the advantage that a continuous process of a sequence of pretreatment and coating with a potentially high throughput is achieved.
Besonders bevorzugt umfasst das Erwärmen des Schritts B2 die Schritte:
- B2a. einen Voroxidationsschritt,
- B2b. einen nach dem Voroxidationsschritt durchgeführten Reduktionsglühschritt.
- B2a. a pre-oxidation step,
- B2b. a reduction annealing step performed after the pre-oxidation step.
Die Durchführung der Voroxidation führt zu einer Reinigung der Schicht durch die herbeigeführten Verbrennungsprozesse. Die hieraufhin erfolgende Reduktion führt zu der Beseitigung der entstandenen Oxide. Zudem ergibt sich auf dem Stahlflachprodukt eine Oberfläche mit hohem Anteil reaktiven Eisens, wodurch eine gute Haftung der in Schritt C aufgebrachten Beschichtung bewirkt wird.Carrying out the pre-oxidation leads to a cleaning of the layer by the combustion processes brought about. The subsequent reduction leads to the elimination of the oxides formed. In addition, the surface of the flat steel product has a high proportion of reactive iron, resulting in good adhesion of the coating applied in step C.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Voroxidationsschritt B2a in einer Atmosphäre durchgeführt wird mit 0,1 bis 10 Vol.-Prozent O2, bevorzugt 0,1 bis 4,0 Vol.-Prozent O2, Rest Schutzgas, Rest bevorzugt bestehend aus H2 und N2, Rest besonders bevorzugt bestehend aus 0 bis 10 Vol.-Prozent H2 und 90 bis 100 Vol-Prozent N2.For example, it can be provided that the pre-oxidation step B2a is carried out in an atmosphere with 0.1 to 10 percent by volume O2, preferably 0.1 to 4.0 percent by volume O2, the remainder protective gas, the remainder preferably consisting of H2 and N2 , Rest particularly preferably consisting of 0 to 10 percent by volume H2 and 90 to 100 percent by volume N2.
Gute Eigenschaften der Korrosionsschutzbeschichtung wurden erhalten in einer bevorzugten Verfahrensvariante, in welcher der Voroxidationsschritt B2a bei einer Temperatur zwischen 650 Grad Celsius und 750 Grad Celsius durchgeführt wurde.Good properties of the anti-corrosion coating were obtained in a preferred variant of the method, in which the pre-oxidation step B2a was carried out at a temperature between 650 degrees Celsius and 750 degrees Celsius.
Der Reduktionsglühschritt B2b wird bevorzugt in einer H2 aufweisenden Schutzgas-Atmosphäre durchgeführt, die sich bevorzugt aus H2 und N2 zusammensetzt. Besonders bevorzugt besteht die Atmosphäre aus 0 bis 10 Vol.-Prozent H2 und 90 bis 100 Vol-Prozent N2.The reduction annealing step B2b is preferably carried out in a protective gas atmosphere containing H2, which is preferably composed of H2 and N2. The atmosphere particularly preferably consists of 0 to 10 percent by volume H2 and 90 to 100 percent by volume N2.
Für den Reduktionsglühschritt B2b wurde als vorteilhaft gefunden, dass dieser bei einer Temperatur zwischen 750 Grad Celsius und 900 Grad Celsius, bevorzugt zwischen 750 Grad Celsius und 850 Grad Celsius, durchgeführt wird, bevorzugt mit einer Haltezeit größer als 180, besonders bevorzugt kleiner als 300 Sekunden.It was found advantageous for the reduction annealing step B2b that this is carried out at a temperature between 750 degrees Celsius and 900 degrees Celsius, preferably between 750 degrees Celsius and 850 degrees Celsius, preferably with a holding time greater than 180, particularly preferably less than 300 seconds .
Gemäß einer möglichen Verfahrensvariante kann vorteilhaft sein, dass der Reduktionsglühschritt B2b um ein nachgelagertes Ausklingglühen ergänzt wird, das bei einer Temperatur zwischen 420 und 520 Grad Celsius durchgeführt wird, bevorzugt mit einer Haltezeit größer als 30, besonders bevorzugt kleiner als 150 Sekunden. Durch das Ausklingglühen wird erreicht, dass beim Übergang in den nachfolgenden Beschichtungsschritt C kein zu schroffes Abkühlen erfolgt und dadurch nachteilige Gefügeänderungen vermieden werden.According to a possible variant of the method, it can be advantageous for the reduction annealing step B2b to be supplemented by a subsequent decay anneal, which is carried out at a temperature between 420 and 520 degrees Celsius, preferably with a holding time greater than 30, particularly preferably less than 150 seconds. The end annealing ensures that there is no excessively abrupt cooling during the transition to the subsequent coating step C, thereby avoiding disadvantageous structural changes.
In jedem der oben genannten Verfahrensführungen und Kombinationen von Verfahrensführungen haben sich Taupunkte von zwischen -15 Grad Celsius und -25 Grad Celsis, beispielsweise - 20 Grad Celsius als vorteilhaft erwiesen. Bei dem Reduktionsglühen sind Aufheizrampen und Abkühlrampen zwischen 5 Grad Celsius/Sekunde und 15 Grad Celsius/Sekunde von besonderem Vorteil.In each of the above process procedures and combinations of process procedures, dew points of between -15 degrees Celsius and -25 degrees Celsius, for example -20 degrees Celsius, have proven to be advantageous. In the case of reduction annealing, heating ramps and cooling ramps between 5 degrees Celsius/second and 15 degrees Celsius/second are of particular advantage.
Bevorzugt tritt das Stahlflachprodukt unmittelbar nach dem Schritt B2 aus dem Durchlaufofen aus und in die Beschichtungskammer hinein und die Beschichtung wird auf der noch warmen Oberfläche des Stahlflachprodukts durchgeführt.The flat steel product preferably exits the continuous furnace and into the coating chamber immediately after step B2, and the coating is carried out on the still warm surface of the flat steel product.
Bevorzugt ist die Temperatur des Stahlflachprodukts noch nah an der Vorbehandlungstemperatur, beispielsweise zwischen 150 und 250 Grad Celsius für Reinzinksysteme beziehungsweise zwischen 560 und 710 Grad Celsius für Aluminiumschichten. Allgemein ist eine Temperatur zwischen 60 Prozent und 80 Prozent des Schmelzpunkts oder alternativ der Solidustemperatur (jeweils auf der Kelvin-Skala) der Schicht bevorzugt.The temperature of the flat steel product is preferably still close to the pretreatment temperature, for example between 150 and 250 degrees Celsius for pure zinc systems or between 560 and 710 degrees Celsius for aluminum layers. In general, a temperature between 60 percent and 80 percent of the melting point or alternatively the solidus temperature (all on the Kelvin scale) of the layer is preferred.
Die Korrosionsschutzbeschichtung ist bevorzugt eine Al-basierte oder eine Zn-basierte Korrosionschutzbeschichtung.The anti-corrosion coating is preferably an Al-based or a Zn-based anti-corrosion coating.
In einem Fall, in dem die Korrosionsschutzbeschichtung Zn-basiert ist, weist diese bevorzugt neben Zn und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzlich auf:
- optional 12-60 Atom-Prozent Mg,
- optional 15-60 Atom-Prozent Al
- optional 8- 50 Atom-Prozent Mn,
- Rest zu 100 Gew.-%: Zn und unvermeidbare Verunreinigungen.
- optionally 12-60 atomic percent Mg,
- optionally 15-60 atomic percent Al
- optionally 8-50 atomic percent Mn,
- Balance to 100% by weight: Zn and unavoidable impurities.
Die Zusammensetzung ist besonders bevorzugt derart, dass die Solidustemperatur > 700 Grad Celsius ist.The composition is particularly preferred such that the solidus temperature is >700 degrees Celsius.
Wenn die Korrosionsschutzbeschichtung Al-basiert ist, weist diese bevorzugt neben Al und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzlich auf:
- optional 0,1-30 Gew.-Prozent Fe, bevorzugt 5-30 Gew.-Prozent Fe,
- optional 0,1-5 Gew.-Prozent Mg,
- optional 0,1-5 Gew.-Prozent Ti,
- optional 0,1-10 Gew.-Prozent Si,
- optional 0,1-10 Gew.-Prozent Li,
- optional 0,1-10 Gew.-Prozent Ka,
- Rest zu 100 Gew.-Prozent: Al und unvermeidbare Verunreinigungen.
- optionally 0.1-30% by weight Fe, preferably 5-30% by weight Fe,
- optionally 0.1-5 wt% Mg,
- optionally 0.1-5 wt% Ti,
- optionally 0.1-10 wt% Si,
- optionally 0.1-10% by weight Li,
- optionally 0.1-10% by weight Ka,
- Balance to 100 percent by weight: Al and unavoidable impurities.
Die Zusammensetzung ist besonders bevorzugt derart, dass die Solidustemperatur > 770 Grad Celsius ist.The composition is particularly preferred such that the solidus temperature is >770 degrees Celsius.
Während des Beschichtens herrscht in der Beschichtungskammer bevorzugt ein Schutzgasdruck von weniger als 100 mbar über einem technischen Vakuum mit einem Restgasdruck von 20mbar. Unter diesen Bedingungen können bei vergleichsweise hoher Beschichtungsgeschwindigkeit und mit vergleichsweise geringem apparativem technischen Aufwand Beschichtungen mit guten Schichteigenschaften hergestellt werden.During the coating, the protective gas pressure in the coating chamber is preferably less than 100 mbar above a technical mechanical vacuum with a residual gas pressure of 20mbar. Under these conditions, coatings with good layer properties can be produced at a comparatively high coating rate and with comparatively little outlay in terms of apparatus.
Für das Verdampfen des als Korrosionsschutzbeschichtung aufzutragenden Materials in dem Verdampfungsabschnitt können unterschiedliche Mechanismen genutzt werden. Eine konzeptionell einfache Vorgehensweise ist das thermische Verdampfen eines Ausgangsmaterials, welches sodann zum Düsenabschnitt und durch diesen hindurchgeführt wird. Zur Bewegung des in Gasphase vorliegenden Materials trägt beispielsweise ein Druckunterschied zwischen Verdampfungsabschnitt und Beschichtungskammer bei. Optional kann zudem ein Trägergasstrom, beispielsweise aus einem Inertgas, durch den Verdampfungsabschnitt und hiernach durch den Düsenabschnitt hindurch für die Beförderung des verdampften Materials eingesetzt werden.Different mechanisms can be used for evaporating the material to be applied as an anti-corrosion coating in the evaporation section. A conceptually simple approach is to thermally vaporize a starting material, which is then fed to and through the nozzle section. A pressure difference between the evaporation section and the coating chamber, for example, contributes to the movement of the material present in the gas phase. Optionally, a carrier gas flow, for example an inert gas, can also be used through the vaporization section and then through the nozzle section for conveying the vaporized material.
Ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material ist eine Jet-Vapour-Deposition-Anlage, unter welcher der Fachmann eine Anlage versteht, in welcher das Beschichtungsmaterial mittels thermischen Verdampfens in Gasphase gebracht wird und es sodann beispielsweise - typischerweise, aber nicht zwingend - mit einem Trägergasstrom aus Inertgas zu dem Substrat transportiert wird, bevorzugt mit einer Gasstromgeschwindigkeit oberhalb der Schallgeschwindigkeit, bevorzugt oberhalb 500 m/s. Die Funktionsweise geht beispielsweise aus dem Übersichtsartikel im Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings (Third Edition), Science, Applications and Technology, 2010, Seiten 881-901, https://doi.org/10.1016/B978-0-8155-2031-3.00018-1 (verlinkt am Anmeldetag) hervor. Die vorliegende Erfindung ist auch mit derartigen Jet-Vapour-Deposition-Anlagen umsetzbar.An example of a device for the gas phase deposition of material is a jet vapor deposition system, by which the person skilled in the art understands a system in which the coating material is brought into the gas phase by means of thermal evaporation and it is then, for example - typically, but not necessarily - with a carrier gas flow of inert gas is transported to the substrate, preferably at a gas flow rate above the speed of sound, preferably above 500 m/s. How it works is explained, for example, in the review article in the Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings (Third Edition), Science, Applications and Technology, 2010, pages 881-901, https://doi.org/10.1016/B978-0-8155- 2031-3.00018-1 (linked on the filing date). The present invention can also be implemented with such jet vapor deposition systems.
Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung aber ganz allgemein für sämtliche Beschichtungsvorrichtungen der eingangs genannten Art nutzbar, also für alle Beschichtungsvorrichtungen, bei denen das für die Korrosionsschutzbeschichtung vorgesehene Material innerhalb eines einen Tiegel aufweisenden Verdampfungsabschnitts in seine Gasphase gebracht wird und das in Gasphase befindliche Material sodann durch einen Düsenabschnitt hindurch und aus dem Ausgang des Düsenabschnitts hinaus zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Gegenstandes hin gerichtet ausgelassen wird, sich sodann zu der Oberfläche hin bewegt, auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Korrosionsschutzbeschichtung bildet.In addition, however, the present invention can be used very generally for all coating devices of the type mentioned at the outset, i.e. for all coating devices in which the material intended for the anti-corrosion coating is brought into its gas phase within an evaporation section having a crucible and the material in the gas phase is then passed through is discharged through a nozzle portion and out of the exit of the nozzle portion toward a surface of the article to be coated, then moves toward the surface, condenses on the surface, thereby forming the anti-corrosion coating.
Insbesondere ist die vorliegende Erfindung für die Untergattung solcher Beschichtungsvorrichtungen vorgesehen, bei denen eine Trägergastromzufuhr in den Verdampfungsabschnitt hineinführt zum Zuführen eines Trägergasstroms eines Trägergases in den Verdampfungsabschnitt und durch diesen hindurch zum Mitführen des Beschichtungsmaterials zu der Substratoberfläche hin. Eine Variante einer Beschichtungsvorrichtung dieser genannten Art ist zum Beispiel aus der
Die Anlagen der eingangs genannten Art haben alle gemeinsam, dass sie aufgrund ihrer konzeptionellen Umsetzung mit einer Beschichtungskammer zur Durchführung des zu beschichtenden Gegenstands insbesondere für großtechnische Umsetzungen nutzbar sind und ihre Vorteile entfalten. Unter anderem auch aufgrund der dadurch sich ergebenden Randbedingungen, wie beispielsweise der entsprechenden Größe der Beschichtungskammer sowie aufwands- und kostenabhängigen Grenzen in der Bereitstellung eines technischen Vakuums, besteht bei einem Betrieb der Beschichtungsanlage eine besondere Herausforderung darin, bei der Beschichtung der Gegenstände eine hohe Prozesssicherheit gewährleisten zu können. Beispielsweise ist wünschenswert, eine hohe Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der hergestellten Beschichtungen und/oder einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage und/oder eine hohe Qualität der hergestellten Schichten gewährleisten zu können.The systems of the type mentioned at the outset all have in common that, due to their conceptual implementation with a coating chamber for carrying out the object to be coated, they can be used in particular for large-scale implementations and develop their advantages. Among other things, also due to the resulting boundary conditions, such as the corresponding size of the coating chamber as well as complexity and cost-dependent limits in the provision of a technical vacuum, there is a particular challenge when operating the coating system in being able to guarantee a high level of process reliability when coating the objects. For example, it is desirable to be able to ensure high reproducibility of the properties of the coatings produced and/or economical operation of the system and/or high quality of the layers produced.
Besonders bevorzugt weist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material auf:
- - einen Verdampfungsabschnitt zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein,
- - einen mit dem Verdampfungsabschnitt gekoppelten Düsenabschnitt.
- - a vaporization section for vaporizing the material into the gas phase,
- - a nozzle section coupled to the evaporation section.
Der Düsenabschnitt wiederum weist eine Düse mit einem in der Beschichtungskammer mündenden Düsenausgang auf, um das in Gasphase vorliegende Material gerichtet aus dem Düsenausgang hinaus zu lassen und dessen Bewegung zu der zu beschichtenden Oberfläche des Stahlflachprodukts hin zu bewirken, während das Stahlflachprodukt kontinuierlich durch die Beschichtungskammer hindurch an dem Düsenausgang vorbeigeführt wird. In der Folge wird die Oberfläche des Stahlflachprodukts, bei dem es sich bevorzugt um ein Stahlband handelt, kontinuierlich mit aus dem Düsenausgang ausströmenden in Gasphase vorliegendem Material beschichtet, indem dieses auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Beschichtung bildet.The nozzle section in turn has a nozzle with a nozzle outlet opening into the coating chamber in order to direct the material present in the gas phase out of the nozzle outlet and to cause its movement towards the surface of the flat steel product to be coated, while the flat steel product continuously passes through the coating chamber is guided past the nozzle outlet. As a result, the surface of the flat steel product, which is preferably a steel strip, is continuously coated with material in the gas phase flowing out of the nozzle outlet, in that this material condenses on the surface and thereby forms the coating.
Der Verdampfungsabschnitt ist die Gesamtheit aller apparativen Einrichtungen der Beschichtungsanlage, welche die Überleitung des für die Beschichtung vorgesehenen Ausgangsmaterials in die Gasphase bewirken. Hierzu weist der Verdampfungsabschnitt eine Zuführung für das Ausgangsmaterial auf, durch die der Verdampfungsabschnitt mit dem Ausgangsmaterial versorgt wird, um dieses zu verdampfen.The vaporization section is the entirety of all the equipment of the coating plant which bring about the transfer of the starting material provided for the coating into the gas phase. For this purpose, the evaporation section has a feed for the starting material, through which the evaporation section is supplied with the starting material in order to evaporate it.
Im Rahmen der gesamten Beschreibung werden die Begriffe der Gasphase und des Verdampfens verwendet, da sie im Bereich der beschriebenen Technologie üblich sind. Der Begriff der Gasphase umfasst dabei, dass ein geringer Gewichtsanteil, beispielsweise bis zu 30 Gew.-%, bevorzugt nicht mehr als 10 Gew.-%, des in Gasphase vorliegenden Materials nicht als reines Gas im physikalischen Sinne, sondern stattdessen als Dampfbestanteile wie zum Beispiel als Aerosol und/oder als Cluster vorliegen kann. Der Begriff des Verdampfens umfasst, dass je nach verwendetem Material und nach verwendeter Technologie der Übergang der Teilchen in die Gasphase zumindest teilweise auch mittels anderer Mechanismen erfolgt, beispielsweise durch Sublimation. Der Begriff des Verdampfens umfasst somit zusätzlich zu einem Verdampfen im streng physikalischen Sinne, also einem Übergang flüssig --> Gasphase, auch weitere Mechanismen, wie insbesondere die Sublimation.The terms gas phase and vaporization are used throughout the description because they are common in the field of technology described. The term gas phase includes that a small proportion by weight, for example up to 30% by weight, preferably not more than 10% by weight, of the material present in the gas phase is not present as a pure gas in the physical sense, but instead as vapor components such as Example can be present as an aerosol and / or as a cluster. The term vaporization includes the fact that, depending on the material used and the technology used, the transition of the particles into the gas phase also takes place at least partially by means of other mechanisms, for example by sublimation. The term vaporization thus includes, in addition to vaporization in the strictly physical sense, i.e. a transition from liquid to gas phase, also other mechanisms, such as sublimation in particular.
Die Beschichtungskammer weist bevorzugt eine Eintrittsdurchgang und einem Austrittsdurchgang auf sowie einen Beschichtungskanal, der besonders bevorzugt innerhalb der Beschichtungskammer angeordnet ist und zum Einbringen und Ausbringen des Gegenstands eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung aufweist. Beispielsweise kann, wenn die Beschichtungsanlage zum Beschichten von metallischem Band vorgesehen ist, die Beschichtungskammer eine Bandbeschichtungsanlage sein mit außerhalb der Beschichtungskammer angeordneten Transport- und Stützrollen, so dass das Band durch die Beschichtungskammer hindurchgeführt wird.The coating chamber preferably has an inlet passage and an outlet passage as well as a coating channel, which is particularly preferably arranged inside the coating chamber and has an inlet opening and an outlet opening for introducing and removing the object. For example, if the coating system is intended for coating metallic strip, the coating chamber can be a strip coating system with transport and support rollers arranged outside the coating chamber, so that the strip is guided through the coating chamber.
Besonders bevorzugt weist der Verdampfungsabschnitt einen Vorverdampfungsabschnitt und einen bevorzugt als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt auf.The evaporation section particularly preferably has a pre-evaporation section and a post-evaporation section, preferably in the form of a crucible.
Der Vorverdampfungsabschnitt weist einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Injektorrohr auf, wobei das Injektorrohr das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Nachverdampfungsabschnitt leitend ausgebildet und mit dem Nachverdampfungsabschnitt gekoppelt ist zum Führen des aufbereiteten Beschichtungsmaterials in den Nachverdampfungsabschnitt hinein zum dortigen in die Gasphase bringen. Der Spritzkopf ist besonders bevorzugt als sogenannte Drahtspritze ausgebildet, womit eine Einrichtung bezeichnet wird in der als Draht eingeführtes Ausgangsmaterial mittels Lichtbogenschmelzens und/oder Lichtbogenverdampfens aufbereitet wird, in die Gasphase gebracht wird. Ein Einstellen der Beschichtungsrate erfolgt durch eine Zuführrate einer Zuführung von Ausgangsmaterial in den Spritzkopf hinein. Dem Spritzkopf wird das Ausgangsmaterial zugeführt, bevorzugt in Draht- oder in Bandform. In dem Spritzkopf wird das Ausgangsmaterial aufbereitet, das bedeutet, es werden Bestandteile des Ausgangsmaterials verdampft und/oder als in Flüssigphase vorliegende Partikel vom Ausgangsmaterial getrennt, bevorzugt mittels einem Lichtbogenverdampfen zwischen als Kathode geschaltetem Ausgangsmaterial und als Anode geschaltetem Ausgangsmaterial. Das aufbereitete Ausgangsmaterial liegt nicht vollständig in Gasphase vor, aber besteht aus einem Gemisch insbesondere aus Gasphase und flüssigen oder teilflüssigen Partikeln, das zur Führung durch den Tiegel geeignet ist, um dort nachverdampft zu werden, das heißt: durch dort stattfindende Erwärmung vollständig oder weitgehend vollständig in die Gasphase überzugehen.The pre-evaporation section has an injection head for preparing the coating material present as the starting material and an injector tube, the injector pipe being designed to conduct the coating material processed in the injection head to the post-evaporation section and coupled to the post-evaporation section for guiding the prepared coating material into the post-evaporation section and into the there bring gas phase. The spray head is particularly preferably designed as a so-called wire spray gun, which designates a device in which the starting material introduced as wire is processed by means of arc melting and/or arc evaporation and brought into the gas phase. The coating rate is adjusted by a feed rate of a feed of starting material into the spray head. The starting material is fed to the extrusion head, preferably in the form of wire or strip. The starting material is processed in the spray head, which means that components of the starting material are vaporized and/or separated from the starting material as particles present in the liquid phase, preferably by means of arc evaporation between the starting material connected as the cathode and the starting material connected as the anode. The processed starting material is not completely in the gas phase, but consists of a mixture, in particular of the gas phase and liquid or partially liquid particles, which is suitable for being guided through the crucible in order to be post-evaporated there, i.e. completely or largely completely due to the heating that takes place there to go into the gas phase.
Der Vorverdampfungsabschnitt umfasst insbesondere einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Injektorrohr. Das Injektorrohr ist mit dem Tiegel gekoppelt und ausgebildet, das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Tiegel zu leiten. Das aufbereitete Beschichtungsmaterial gelangt in den Tiegel. Bestandteile des Beschichtungsmaterials, die noch nicht in Gasphase vorliegen, verdampfen innerhalb des Tiegels, der zu diesem Zweck auf eine Temperatur erwärmt ist, die oberhalb der Verdampfungstemperatur des Ausgangsmaterials liegt.The pre-evaporation section comprises in particular a spray head for preparing the coating material present as the starting material and an injector tube. The injector tube is coupled to the crucible and is designed to direct the coating material processed in the spray head to the crucible. The prepared coating material enters the crucible. Components of the coating material that are not yet in the gas phase vaporize within the crucible, which for this purpose is heated to a temperature above the vaporization temperature of the starting material.
Der Tiegel ist erwärmt, um das aufbereitete Ausgangsmaterial in Gasphase zu überführen. Die Temperatur, auf welche der Tiegel erwärmt wird, richtet sich nach dem Beschichtungsmaterial. Der Tiegel ist bevorzugt als Zyklon ausgebildet, da eine Zyklonform eine platzsparende Ausgestaltung ist, die eine effiziente Führung des Gasstroms durch den Tiegel erlaubt. Ein weiterer Vorteil eines in Zyklonform ausgebildeten Tiegels ist dessen hohe Zuverlässigkeit in der nahezu vollständigen Verdampfung des durchströmenden Materials, wodurch eine hohe Qualität der abgeschiedenen Beschichtung gewährleistet wird, ein Beschuss des Bands mit noch in Flüssigphase vorliegendem Beschichtungsmaterial bei sachgemäßer Anwendung nahezu ausgeschlossen werden kann.The crucible is heated to vaporize the processed feedstock. The temperature to which the crucible is heated depends on the coating material. The crucible is preferably designed as a cyclone, since a cyclone shape is a space-saving design that allows the gas flow to be guided efficiently through the crucible. A further advantage of a crucible designed in the form of a cyclone is its high level of reliability in the almost complete evaporation of the material flowing through, which ensures a high quality of the deposited coating.
In einer Variante ist eine in den Verdampfungsabschnitt weisende Trägergasstromzufuhr an dem Verdampfungsabschnitt angeordnet zum Zuführen eines Trägergasstroms eines Trägergases in den Verdampfungsabschnitt und durch diesen hindurch zum Mitführen des Beschichtungsmaterials.In one variant, a carrier gas flow feed pointing into the evaporation section is arranged on the evaporation section for feeding a carrier gas flow of a carrier gas into the evaporation section and through it for entraining the coating material.
Bevorzugt ist eine Ausführung eines eingangs erläuterten Ausführungsbeispiels, in welchem der Vorverdampfungsabschnitt einen Spritzkopf aufweist, wobei die Trägergasstromzufuhr im Spritzkopf angeordnet ist, sodass das Trägergas durch den Spritzkopf hindurch geleitet ist und dort aufbereitetes Ausgangsmaterial, beispielsweise in Form von Partikeln oder Clustern, mit sich reißt und dieses durch das Injektorrohr hindurch in den Tiegel hinein leitet.An embodiment of an exemplary embodiment explained at the outset is preferred, in which the pre-evaporation section has a spray head, with the carrier gas flow supply being arranged in the spray head, so that the carrier gas is conducted through the spray head and entrains starting material prepared there, for example in the form of particles or clusters and directs it through the injector tube into the crucible.
Beispielsweise kann der Spritzkopf als Drahtspritze ausgebildet sein, womit ein Spritzkopf bezeichnet wird, in den Ausgangsmaterial draht- oder bandförmig eingeführt wird um diesen hieraufhin innerhalb des Spritzkopfes mittels Lichtbogenschmelzens und/oder Lichtbogenverdampfens aufzubereiten, also für die weitergehende Verdampfung vorzubereiten.For example, the spray head can be designed as a wire syringe, which is a spray head into which the starting material is introduced in the form of a wire or strip in order to then prepare it inside the spray head by means of arc melting and/or arc vaporization, i.e. preparing it for further vaporization.
Alternativ oder zusätzlich ist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung des Materials eine Jet-Vapour-Deposition-Beschichtungsvorrichtung, kurz: JVD-Beschichtungsvorrichtung. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die JVD-Beschichtung als Untergattung der PVD-Beschichtung angesehen.Alternatively or additionally, the device for gas phase deposition of the material is a jet vapor deposition coating device, in short: JVD coating device. In the context of the present invention, the JVD coating is regarded as a subgenus of the PVD coating.
Ein Gedanke, der unabhängig wie auch in Kombination mit den vorstehend beschriebenen Entwicklungen betrachtet werden kann, ist eine Anlage zur Beschichtung eines mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Stahlflachprodukts.An idea that can be considered independently as well as in combination with the developments described above is a system for coating a steel flat product provided with cathodic protection against corrosion.
Um ein bereitgestelltes Stahlflachprodukt mit einem wirkungsvollen Korrosionsschutz versehen zu können, weist die Anlage auf:
- - Eine Beförderungsanordnung zum Transport des Stahlflachprodukts entlang der einzelnen Behandlungsstationen der Anlage. Eine solche Beförderungsanordnung kann beispielsweise eine aus der Praxis bekannte Anordnung aus Transportrollen sein, mit denen ein als Stahlband ausgebildetes Stahlflachprodukt durch die einzelnen Stationen der Anlage hindurch transportiert werden kann.
- - Einen Vorbehandlungsofen zur thermischen Vorbehandlung des Stahlflachprodukts, wobei der Vorbehandlungsofen bevorzugt als Durchlaufofen ausgebildet ist. Wenn der Vorbehandlungsofen als Durchlaufofen ausgebildet ist, weist er bevorzugt einen Ofeneingang und einem am anderen Ende des Durchlaufofens befindlichen Ofenausgang auf, sodass das Stahlflachprodukt durch den Ofeneingang in den Durchlaufofen hineinführbar, durch den Ofen durchführbar und hiernach durch den Ofenausgang herausführbar ist.
- - Eine Beschichtungskammer mit einer Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material, wobei die Beschichtungskammer die in Transportrichtung des Stahlflachprodukts hinter dem Ofenausgang angeordnet ist, mit einem Kammereingang zum Hineinführen des Stahlflachprodukts, um es an einem Düsenausgang einer Düse der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material vorbei und durch die Kammer hindurch zu führen.
- - A transport arrangement for transporting the steel flat product along the individual treatment stations of the plant. Such a conveying arrangement can be, for example, an arrangement of transport rollers known from practice, with which a steel flat product designed as a steel strip can be transported through the individual stations of the plant.
- - A pre-treatment furnace for the thermal pre-treatment of the flat steel product, the pre-treatment furnace preferably being designed as a continuous furnace. If the pretreatment furnace is designed as a continuous furnace, it preferably has a furnace inlet and a furnace outlet located at the other end of the continuous furnace, so that the flat steel product can be fed into the continuous furnace through the furnace inlet, through the furnace and then out through the furnace outlet.
- - A coating chamber with a device for gas phase deposition of material, the coating chamber being arranged in the transport direction of the steel flat product behind the furnace outlet, with a chamber entrance for introducing the steel flat product in order to pass it at a nozzle outlet of a nozzle of the device for gas phase deposition of material and through the chamber to pass through.
Die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material ist betreibbar ist zum Beschichten einer der Oberfläche des durch die Beschichtungskammer geführten Stahlflachprodukts, indem eine Düse der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung mit einem Düsenausgang derart orientiert ist, dass aus dem Düsenausgang austretendes, in Gasphase vorliegendes Material auf das durch die Kammer geführte Stahlflachprodukt trifft und dieses infolge der kontinuierlichen Bewegung des Stahlflachprodukts kontinuierlich mit einer Beschichtung versieht, deren Zusammensetzung sich aus der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials ableitet, das in der Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material in die Gasphase gebracht wird.The device for the gas phase deposition of material is operable to coat one of the surfaces of the steel flat product guided through the coating chamber, in that a nozzle of the device for the gas phase deposition is oriented with a nozzle outlet in such a way that material present in the gas phase exiting from the nozzle outlet is applied to the material passing through the chamber guided flat steel product and, as a result of the continuous movement of the flat steel product, continuously provides it with a coating whose composition is derived from the composition of the starting material in the device device for gas phase deposition of material is brought into the gas phase.
Bevorzugt ist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material eine PVD-Beschichtungsvorrichtung ist und/oder
- - die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material eine JVD-Beschichtungsvorrichtung ist.
- - the device for chemical vapor deposition of material is a JVD coating device.
In einer Variante weist die Vorrichtung zur Gasphasenabscheidung von Material auf:
- - einen Verdampfungsabschnitt zum Verdampfen des Materials in die Gasphase hinein,
- - einen mit dem Verdampfungsabschnitt gekoppelten Düsenabschnitt, wobei der Düsenabschnitt eine Düse mit einem in der Beschichtungskammer mündenden Düsenausgang aufweist, zum gerichteten Führen und Auslassen des in Gasphase vorliegenden Materials aus dem Düsenausgang hinaus zu einer zu beschichtenden Oberfläche des Stahlflachprodukts, das durch die Beschichtungskammer hindurch an dem Düsenausgang vorbeigeführt wird, zum kontinuierlichen Beschichten der Oberfläche mit aus dem Düsenausgang ausströmenden in Gasphase vorliegendem Material, indem dieses auf der Oberfläche kondensiert und dadurch die Beschichtung bildet. Es wird auf die im Zusammenhang mit dem entsprechenden Verfahren oben dargelegten Ausführungen verwiesen, in denen die in dieser Variante vorhandenen Aggregate ausführlich beschrieben sind.
- - a vaporization section for vaporizing the material into the gas phase,
- - a nozzle section coupled to the evaporation section, the nozzle section having a nozzle with a nozzle outlet opening into the coating chamber, for directed guidance and discharge of the material present in the gas phase from the nozzle outlet to a surface of the steel flat product to be coated, which passes through the coating chamber is guided past the nozzle exit for the continuous coating of the surface with the gas-phase material flowing out of the nozzle exit by this condensing on the surface and thereby forming the coating. Reference is made to the statements made above in connection with the corresponding method, in which the units present in this variant are described in detail.
Besonders bevorzugt weist der Verdampfungsabschnitt einen Vorverdampfungsabschnitt und einen bevorzugt als Tiegel ausgebildeten Nachverdampfungsabschnitt auf.The evaporation section particularly preferably has a pre-evaporation section and a post-evaporation section, preferably in the form of a crucible.
Der Vorverdampfungsabschnitt weist einen Spritzkopf zum Aufbereiten des als Ausgangsmaterial vorliegenden Beschichtungsmaterials und ein Injektorrohr auf, wobei das Injektorrohr das in dem Spritzkopf aufbereitete Beschichtungsmaterial zu dem Nachverdampfungsabschnitt leitend ausgebildet und mit dem Nachverdampfungsabschnitt gekoppelt ist zum Führen des aufbereiteten Beschichtungsmaterials in den Nachverdampfungsabschnitt hinein zum dortigen in die Gasphase bringen. Der Spritzkopf ist bevorzugt als Drahtspritze ausgebildet für das Lichtbogenschmelzen und/oder Lichtbogenverdampfen von in die Drahtspritze eingeführtem Ausgangsmaterial. Das Einstellen der Beschichtungsrate kann dann insbesondere durch eine Zuführrate einer Zuführung von Ausgangsmaterial in den Spritzkopf hinein erfolgen. Es wird auf die im Zusammenhang mit dem entsprechenden Verfahren oben dargelegten Ausführungen verwiesen, in denen die in dieser Variante vorhandenen Aggregate ausführlich beschrieben sind.The pre-evaporation section has an injection head for preparing the coating material present as the starting material and an injector tube, the injector pipe being designed to conduct the coating material processed in the injection head to the post-evaporation section and coupled to the post-evaporation section for guiding the prepared coating material into the post-evaporation section and into the there bring gas phase. The spray head is preferably designed as a wire spray gun for arc melting and/or arc evaporation of the starting material introduced into the wire spray gun. The coating rate can then be adjusted in particular by a feed rate of a feed of starting material into the spray head. Reference is made to the statements made above in connection with the corresponding method, in which the units present in this variant are described in detail.
Der Vorbehandlungsofen und die Beschichtungskammer sind bevorzugt unmittelbar miteinander gekoppelt, wobei der Ofenausgang und der Kammereingang beispielsweise ineinander übergehend ausgebildet sein können oder mittels eines Übergangsstutzens miteinander verbunden sein können.The pretreatment oven and the coating chamber are preferably coupled directly to one another, in which case the oven outlet and the chamber inlet can be designed to merge into one another, for example, or can be connected to one another by means of a transition piece.
Besonders bevorzugt ist, eine Anlage nach einer der oben beschriebenen Ausführungen zum Beschichten einer Oberfläche eines Stahlflachprodukts mit einer Al-basierten oder Zn-basierten kathodischen Korrosionsschutzbeschichtung mittels eines Verfahrens der Gasphasenabscheidung von Material zu nutzen.It is particularly preferred to use a system according to one of the above-described versions for coating a surface of a flat steel product with an Al-based or Zn-based cathodic anti-corrosion coating by means of a process of gas phase deposition of material.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Figur, in der beispielhaft ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten wie auch nachfolgend erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind.Further details, features and advantages of the subject matter of the invention result from the following description in connection with the figure, in which an exemplary embodiment of the invention is shown by way of example. It goes without saying that the features mentioned above and also explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own.
Es zeigt:
-
1 : Beispielhafte Ausführungsform einer Beschichtungsanlage.
-
1 : Exemplary embodiment of a coating system.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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