EP0037143B1 - Procédé de revêtement à chaud - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method of hot coating a material of any shape in semi-calm steel, calm or alloyed with silicon.
- the process which is the subject of the present description is applicable in all cases where several successive molten metal baths are used to form a zinc coating with a high aluminum content on the said material, both in the context of the coating with hot so that during continuous processes.
- Zn-AI coating consists of passing the fluxed sheet through a first Zn bath, then into a lead bath, then only into a liquid bath. of Zn-AI, so as to form the desired coating of Zn-AI alloy.
- the installations constructed for the implementation of these methods generally comprise a tank separated into two parts by a transverse partition, provided in its lower part, with means to allow the passage from one side to the other of the partition, of the material. treat. It is thus normal to find at the bottom of the tank, over its entire base section, a lead bath of height greater than the passage means provided in the partition, and, supernatant on the lead bath, but separated by this same partition, on the one hand a practically pure zinc bath and on the other hand a zinc bath containing about 10% of aluminum.
- the sheet to be treated enters the curve, on one side of the transverse partition, passes successively into the bath of practically pure zinc, into the lead bath and, after passing the other side of the partition, exits through the Zn-AI alloy bath, which gives the desired coating layer.
- This method is mainly applied in the case of Zn-1 0% AI alloys, i.e. coating baths for which the temperatures erasures in use are close to those of traditional galvanizing baths, because the melting temperatures of the materials constituting the baths located on either side of the partition are almost identical.
- the use of this type of process is no longer possible in the case of zinc alloys with a high aluminum content, in particular in the case of alloys having a melting point higher than that of traditional galvanizing baths, located around 440-460 ° C.
- British patent GB-A-337,399 relates to a process for coating steel strips by immersion in several successive baths, in particular of zinc and then of aluminum or of zinc containing 3 to 20% of aluminum.
- the aluminum or zinc-aluminum bath causes the zinc coating to melt and be eliminated, and its replacement respectively by aluminum or zinc-aluminum.
- English patent GB-A-876,032 discloses a process for the formation of two successive layers of coating, consisting respectively of zinc and a zinc-aluminum alloy.
- the subject of the present invention is precisely a process using several successive metal baths and making it possible to produce, on silicon steel materials, coatings which do not have the drawbacks mentioned above.
- the invention relates to a process for hot coating a material of any shape in semi-calm steel, calm or alloyed with silicon, in which the said material is immersed in a first bath essentially consisting of zinc or a first zinc-aluminum alloy, then in a second bath essentially consisting of a second zinc-aluminum alloy, said first and second bath being at different temperatures.
- a first variant of this process is characterized in that at least one of the so-called zinc-aluminum alloy baths has an aluminum content of between 3% and 10% and in that at least Sb elements are added thereto , Ce, Mg, La, Sn, in a content not exceeding 0.5% by weight.
- the method of the invention is characterized in that at least one of the so-called zinc-aluminum alloy baths has an aluminum content of less than or equal to 10% and in that magnesium is added to it in a content not exceeding 10% by weight.
- the method of the invention is characterized in that at least one of said baths of zinc-aluminum alloy has an aluminum content of between 20% and 80% and in that it is added to it silicon and magnesium, each in a content not exceeding 3% by weight.
- the material to be treated which may be hot, is immersed in said first bath for a duration of less than 3 minutes, and in the second bath for a duration less than 20 minutes, and the duration of stay of the material in the second bath is preferably at least equal to its stay in the first bath.
- the method of the invention makes it possible to minimize the influence of the quality of the surface preparation of the material, while making it possible to obtain coatings of constant thickness and satisfactory adhesion on silicon steel materials.
- This favorable behavior is due to the formation of a multilayer coating which has a multi-phase metallic outer layer composed of phases enriched in at least two different metals, the number of phases enriched in a given metal being advantageously greater than one.
- intermetallic layers containing in particular iron or consisting of a determined metal (hereinafter called M t ), while the polyphase surface layer comprises metal M "as well as one or more other metals (hereinafter called M 2 ... M ”) forming with M, and / or between them the different phases mentioned above.
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Description
- La présente invention a trait à un procédé de revêtement à chaud d'un matériau de forme quelconque en acier semi-calmé, calmé ou allié au silicium.
- Le procédé, objet de la présente description, est d'application dans tous les cas où l'on emploie plusieurs bains métalliques fondus successifs pour former un revêtement de zinc à haute teneur en aluminium sur le dit matériau, tant dans le cadre du revêtement à chaud à façon, qu'au cours de processus continus.
- Dans le but de montrer plus clairement l'intérêt de l'invention, la description qui suit sera axée sur le revêtement par trempé de tôles ou de tubes d'acier au silicium dans des bains de zinc et d'alliages Zn-AI, uniquement à titre d'exemple et sans que cela doit restrictif à ce type de matériau.
- Les processus usuels de revêtement par trempé, tels que la galvanisation au trempé d'un laminé, par exemple une tôle ou un tube en acier, se déroulent ordinairement en deux phases, à savoir:
- - une phase, dite de préparation, qui consiste à débarrasser la surface de la tôle du tube de tout ce qui pourrait nuire à l'obtention d'un produit galvanisé satisfaisant, par exemple graisse, cambouis, poussières, etc..., ce qui se fait généralement par une opération de dégraissage suivie d'un rinçage, d'un décapage, d'un nouveau rinçage et d'un fluxage (sec ou humide). Dans la majorité des processus continus, dans le cas des tôles, cette opération est réalisée en faisant passer le matériau considéré dans une enceinte où règne une atmosphère gazeuse, essentiellement réductrice.
- - une phase qui consiste à tremper le matériau ainsi préparé dans un bain de zinc liquide à une température le plus souvent comprise entre 440°C et 460°C, pendant une durée appropriée.
- Les opérations dont il est question ci-dessus ayant trait au dégraissage, décapage et fluxage, ont été surtout élaborées pour des installations de revêtement à chaud au trempé dans lesquelles le bain métallique liquide est composé de zinc pratiquement pur, à l'exception des impuretés habituelles.
- Ces dernières années, on a assisté au développement de revêtements au trempé, composés notamment d'alliages Zn-AI, qui ont connu un succès certain en raison d'un certain nombre d'avantages au point de vue de la résistance à la corrosion, par rapport au revêtement au trempé dans le zinc ou d'autres métaux non alliés.
- Dans le cas d'une préparation de surface utilisée dans la galvanisation à façon conventionnelle ou dans la galvanisation de tubes ou de tôles dans des bains de galvanisation traditionnels, et caractérisée par un dégraissage, un décapage et un fluxage, des problèmes majeurs apparaissent sous la forme de défauts, tels que manques de matière dans le revêtement de galvanisation, en raison de la présence d'additifs, tels que l'aluminium dans le bain de revêtement. Ces défauts sont dus principalement à une réaction entre les agents fluxants et les éléments d'addition au bain métallique de revêtement, et en particulier l'aluminium.
- Dans le cas particulier important des aciers semi-calmés, calmés ou alliés au silicium, on a en outre constaté que le procédé classique de galvanisation conduisait à l'apparition de suré- paisseurs sur le matériau, à un aspect gris mat du revêtement, à une faible adhérence et à des inégalités dans la formation des sous-couches intermétalliques, ce qui pouvait conduire à la mise au rebut des pièces galvanisées.
- La mise en oeuvre de revêtements à base d'alliages de Zn, AI et autres a nécessité la conception de nouvelles lignes de traitement sous atmosphères fort élaborées ou du moins, la transformation coûteuse de lignes existantes, de manière à obtenir une préparation de surface adaptée à ces nouveaux alliages de revêtement. Ces nouveaux bains métalliques d'alliages nécessitent une préparation de surface plus poussée que dans le cas d'une galvanisation classique, notamment en imposant une contrainte plus sévère, par exemple dans le cas de points de rosée plus bas.
- Un type de procédé préconisé par plusieurs sociétés parmi lesquelles Nippon Kokan K.K., dans le cadre du revêtement Zn-AI, consiste à faire passer la tôle fluxée dans un premier bain de Zn, puis dans un bain de plomb, puis seulement dans un bain liquide de Zn-AI, de manière à former le revêtement désiré en alliage de Zn-AI.
- Les installations construites pour la mise en oeuvre de ces procédés comprennent généralement une cuve séparée en deux parties par une cloison transversale, pourvue dans sa partie inférieure, de moyens pour permettre le passage d'un côté à l'autre de la cloison, du matériau à traiter. C'est ainsi qu'il est normal de trouver au fond de la cuve, sur toute sa section de base, un bain de plomb de hauteur supérieure aux moyens de passage ménagés dans la cloison, et, surnageant sur le bain de plomb, mais séparés par cette même cloison, d'une part un bain de zinc pratiquement pur et d'autre part un bain de zinc contenant environ 10% d'aluminium. La tôle à traiter pénètre dans la curve, d'un côté de la cloison transversale, passe successivement dans le bain de zinc pratiquement pur, dans le bain de plomb et, après passage de l'autre côté de la cloison, ressort à travers le bain d'alliage Zn-AI, qui donne la couche de revêtement désirée.
- Cette méthode est essentiellement appliquée dans le cas d'alliages Zn-1 0% AI, c'est-à-dire de bains de revêtement pour lesquels les températures d'utilisation sont proches de celles de bains de galvanisation traditionnels, car les températures de fusion des matériaux constituant les bains situés de part et d'autre de la cloison sont presque identiques. Toutefois, l'utilisation de ce type de procédé n'est plus possible dans le cas d'alliages de zinc à hauteur teneur en aluminium, notamment dans le cas d'alliages ayant un point de fusion supérieur à celui des bains de galvanisation traditionnels, situé aux alentours de 440-460°C.
- Dans le domaine de l'utilisation de plusieurs bains successifs on connaît, par le brevet anglais GB-A-1,121,548, un procédé de traitement thermique et de galvanisation de fil dans lequel le fil, après avoir été chauffé à au moins 700°C-c'est-à-dire au-delà de point de transformation A1-est refroidi dans un bain de plomb, puis plongé dans un bain de zinc où le revêtement de plomb est éliminé et remplacé par un revêtement de zinc.
- Le brevet anglais GB-A-337,399 concerne un procédé de revêtement de bandes d'acier par immersion dans plusieurs bains successifs, notamment de zinc puis d'aluminium ou de zinc contenant 3 à 20% d'aluminium. Selon ce brevet, le bain d'aluminium ou de zinc-aluminium provoque la fusion et l'élimination du revêtement de zinc, et son remplacement respectivement par de l'aluminium ou du zinc-aluminium.
- Enfin, le brevet anglais GB-A-876,032 révèle un procédé pour la formation de deux couches successives de revêtement, constituées respectivement de zinc et d'un alliage zinc-aluminium.
- La présente invention a précisément pour objet un procédé utilisant plusieurs bains métalliques successifs et permettant de réaliser, sur des matériaux en acier au silicium, des revêtements qui ne présentent pas les inconvénients rappelés plus haut.
- D'une manière générale, l'invention porte sur un procédé de revêtement à chaud d'un matériau de forme quelconque en acier semi-calmé, calmé ou allié au silicium, dans lequel on immerge le dit matériau dans un premier bain essentiellement constitué de zinc ou d'un premier alliage zinc-aluminium, puis dans un second bain essentiellement constitué d'un second alliage zinc-aluminium, les dits premier et second bain se trouvant à des températures différentes.
- Une première variante de ce procédé est caractérisée en ce qu'au moins un des dits bains d'alliage zinc-aluminium présente une teneur en aluminium comprise entre 3% et 10% et en ce qu'on lui ajoute au moins en des éléments Sb, Ce, Mg, La, Sn, en une teneur ne dépassant pas 0,5% en poids.
- Dans une autre variante, le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'au moins un des dits bains d'alliage zinc-aluminium présente une teneur en aluminium inférieure ou égale à 10% et en ce qu'on lui ajoute de magnésium en une teneur ne dépassant pas 10% en poids.
- Selon une troisième variante, le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'au moins un des dits bains d'alliage zinc-aluminium présente une teneur en aluminium comprise entre 20% et 80% et en ce qu'on lui ajoute du silicium et du magnésium, chacun en une teneur ne dépassant pas 3% en poids.
- Selon une mise en oeuvre intéressante de ces diverses variantes du procédé de l'invention, le matériau à traiter, qui peut être chaud, est immergé dans le dit premier bain pendant une durée inférieure à 3 minutes, et dans le second bain pendant une durée inférieure à 20 minutes, et la durée de séjour du matériau dans le second bain est de préférence au moins égale à sa durée de séjour dans le premier bain.
- Le procédé de l'invention permet de minimiser l'influence de la qualité de la préparation de surface du matériau, tout en permettant d'obtenir des revêtements d'épaisseur constante et d'adhérence satisfaisante sur des matériaux en acier au silicium.
- Ce comportement favorable est dû à la formation d'un revêtement multicouche qui présente une couche extérieure métallique polyphasée composée de phases enrichies en au moins deux métaux différents, le nombre de phases enrichies en un métal déterminé étant avantageusement supérieur à un.
- Entre le substrat et la couche extérieure, peuvent se trouver une ou plusieurs couches intermétalliques contenant notamment du fer ou étant constituées d'un metal déterminé (ci-après appelé Mt), tandis que la couche superficielle polyphasée comporte du métal M" ainsi que un ou plusieurs autres métaux (ci-après appelés M2... M") formant avec M, et/ou entre eux les différentes phases précitées.
- Parmi les différentes combinaisons possibles, on peut citer les cas suivants:
- le métal M, est constitué de zinc ou d'aluminium,
- -la couche polyphasée est constituée essentiellement de deux métaux, les autres n'intervenant pas pour plus de 5% globalement,
- -le métal M, est du zinc et la couche polyphasée est constituée en majeure partie de zinc-aluminium,
- - le substrat est recouvert de composés intermétalliques Fe-Zn et/ou de zinc, tandis que la couche polyphasée comporte au moins une phase enrichie en Zn et au moins une phase enrichie en AI,
- - le substrat est recouvert de zinc contenant de 0,05% à 0,4% d'AI et au maximum 2% de Pb,
- -la couche polyphasée est composée de zinc avec de 3% à 10% d'AI, et peut contenir au plus 0,5% globalement des éléments ci-après: Sb-Ce-Mg-La-Sn,
- - la couche polyphasée est composée de zinc avec de l'aluminium et du magnésium, chacun de ces deux derniers éléments ne dépassant pas 10%,
- - la couche polyphasée est composée de zinc avec de 20% à 80% d'aluminium (de préférence de 50% à 60%), et peut contenir également jusqu'à 3% de magnésium et jusqu'à 3% de silicium.
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