EP0285593B1 - Procédé pour améliorer la résistance à la corrosion d'une barre d'armature en acier trempé et auto-revenu - Google Patents

Procédé pour améliorer la résistance à la corrosion d'une barre d'armature en acier trempé et auto-revenu Download PDF

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EP0285593B1
EP0285593B1 EP88870053A EP88870053A EP0285593B1 EP 0285593 B1 EP0285593 B1 EP 0285593B1 EP 88870053 A EP88870053 A EP 88870053A EP 88870053 A EP88870053 A EP 88870053A EP 0285593 B1 EP0285593 B1 EP 0285593B1
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    • C23C—COATING 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
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/73—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals characterised by the process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • C21D8/08—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires for concrete reinforcement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING 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
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/01—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings
    • E04C5/015—Anti-corrosion coatings or treating compositions, e.g. containing waterglass or based on another metal

Definitions

  • the present invention relates to a method for improving the corrosion resistance of a hardened and self-tempering steel rebar.
  • the steel bars used for the reinforcement of concrete are subjected to corrosion both during their storage, their transport and their implementation on construction sites as during their lifetime in concrete.
  • a first type of technique consists in applying a protective film to the concrete intended to prevent the penetration and diffusion of atmospheric agents in the concrete.
  • This film applied to the finished part or construction, however, does not provide any protection for the reinforcement during its storage, transport or use.
  • its protective action may diminish or even disappear over time under the effect of atmospheric erosion. Finally, this action is compromised in the event of degradation or damage to the protective film.
  • the second type of technique consists in depositing, on the reinforcement, a layer of protection against corrosion, for example by dip galvanizing or by coating with epoxy resin.
  • the first document briefly describes the formation of a layer of phosphate, respectively of oxide, on a piece of steel during the quenching by addition of manganese phosphate, respectively of KMnO4, to the quenching bath.
  • the second document discloses a process for forming a resin layer on a preheated steel rebar.
  • the object of the present invention is to provide a method for protecting concrete reinforcements against corrosion, which does not have the aforementioned drawbacks and which, in particular, can be implemented during the manufacturing process of these reinforcements.
  • the present invention relates to steel concrete reinforcements subjected to the quenching and self-tempering process which was recently developed by the same applicant BE A 889 575.
  • the first step consists in subjecting a steel bar, as soon as it leaves the last stand of the hot rolling mill and therefore from its end of rolling temperature, that is to say in the austenitic state, to abrupt and short-term surface cooling such that it causes in the bar the formation of a peripheral layer consisting of martensite or bainite, that is to say a quenching structure.
  • This first cooling is carried out with cold water.
  • the surface of the bar is at a temperature below the point Ms of the steel used, while the core of the bar is not reached by the sudden cooling.
  • the bar is then, during a second step, subjected to cooling in the air during which the temperatures are equalized in its section: the surface temperature increases under the effect of the heat coming from the heart, this which causes self-tempering of the surface layer of martensite or bainite; simultaneously, the core cools slowly and its initial austenitic structure is transformed into ferrite and carbides.
  • surface and core temperatures are approximately equal to between 400 degrees centigrade and 700 degrees centigrade. From the equalization of the temperatures, the bar cools, throughout its section, to room temperature, without undergoing any further structural transformation. This latter cooling constitutes the third stage of this known process.
  • the present invention makes it possible to take advantage of the particular conditions which this process presents to achieve the aim aimed at, namely the improvement of the corrosion resistance of this type of concrete reinforcement.
  • the invention also relates to a rebar having improved protection against corrosion obtained by applying this method.
  • a method for improving the corrosion resistance of a steel rebar subjected to a continuous heat treatment comprising a first step which consists in surface hardening of the bar from the end temperature rolling, a second step which consists of cooling in air with temperature equalization in the section of the bar and self-tempering of the hardened surface layer, and a third step which consists of a final cooling of the bar in the air from the equalization temperature to ambient temperature, is characterized in that during at least one of said steps, a protective layer is formed on the surface of the bar made up of a chosen material in a group comprising phosphates, oxides, paints and synthetic resins.
  • said phosphating treatment is applied during the first step of the process, by adding the phosphating agent to the cooling water.
  • said phosphating treatment is applied during the second step of the process, by projecting onto the surface of the bar a liquid or gaseous fluid containing said phosphating agent.
  • said phosphating treatment is applied during the third step of the process by immersing the bar in a solution containing said phosphating agent.
  • the above-mentioned phosphating treatment is preferably applied continuously to a moving bar, it would not, however, depart from the scope of the present invention to carry out this treatment discontinuously during the third step of the process mentioned above.
  • the treatment could for example relate to a plurality of bars, cut to an appropriate length and immersed in a solution of phosphating and possible pickling.
  • a stable oxide layer is formed on the bar, by exposing said bar to an oxidizing gas stream such as air or oxygen.
  • this operation is advantageously carried out in the process zones where the surface of the bar has a high temperature, that is to say before the start of the first step and / or between the second and the third step, in the sense defined above.
  • a layer of paint resistant to high temperatures is deposited on the surface of the bar.
  • this layer of paint is advantageously deposited by spraying, this deposit preferably being carried out between the first and the second stage of the process, that is to say in the zone thereof where the surface of the bar is at a low temperature.
  • the paint is then quickly annealed and dried at high temperature during the surface reheating of the bar which occurs during the second stage of the process.
  • a thin film of plastic resin is deposited on the bar, for example of the type soluble in water and used in other applications as additives to concrete to make it impermeable to moisture.
  • this resin film is advantageously deposited by projection or immersion during the third step in the sense defined above.
  • an oil film is deposited on said protective layer consisting in particular of phosphate, oxide, paint or resin.
  • a desiccant oil is preferably used.
  • a desiccant oil remains fluid and oily for a period which depends on its composition; it thus very effectively protects said layer against any external agent and it thus clearly reinforces the protection provided by the phosphate, oxide, paint or resin layer.
  • the oil dries and therefore does not alter the behavior, in particular, the adhesion of the bar in concrete.
  • an operating sequence corresponding to a pickling treatment followed by a manganese phosphating is described below, applied to a bar during the third step of the quenching and self-tempering process.
  • the bar was immersed for about 10 min in a pickling solution consisting of 0.5 N HCl supplemented with 2.5 g / l of hexamethylenetetramine, which was at room temperature.
  • a pickling solution consisting of 0.5 N HCl supplemented with 2.5 g / l of hexamethylenetetramine, which was at room temperature.
  • the bar was immersed in an aqueous solution containing 10% by weight of a phosphating agent, the temperature of the solution was between 90 ° C and 95 ° C, the ratio of total acidity to free acidity was 7: 1 and the immersion time was approximately 10 min.
  • the bar phosphated was coated with an oil film by soaking in an oil bath at room temperature.
  • the bar thus treated showed no trace of oxidation during prolonged storage and exposure to an industrial atmosphere.
  • the method of the invention is implemented during the quenching and self-tempering process. It does not require significant additional equipment and it provides both temporary protection against atmospheric corrosion and permanent protection against corrosion in concrete. Finally, it would not be outside the scope of the present invention to apply simultaneously or successively several of the aforementioned variants, during the quenching and self-tempering process of the bar.

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Description

  • La présente invention porte sur un procédé pour améliorer la résistance à la corrosion d'une barre d'armature en acier trempé et auto-revenu.
  • Les barres d'acier utilisées pour l'armature du béton sont soumises à la corrosion aussi bien au cours de leur stockage, de leur transport et de leur mise en oeuvre sur les chantiers de construction que pendant leur durée de vie dans le béton.
  • Elles sont d'abord exposées à la corrosion exercée par différents agents agressifs contenus dans l'atmosphère. Cette action est particulièrement sévère en atmosphère marine, en raison de l'attaque de l'acier par les chlorures; il peut en résulter un enrouillement excessif, avec détachement et perte de matière, susceptible de conduire à des diminutions de section inacceptables ou à des altérations indésirables des nervures d'ancrage.
  • Lorsqu'elles sont noyées dans le béton, les armatures sont normalement protégées contre la corrosion grâce au caractère alcalin (pH environ 12,5) conféré au béton par la chaux qu'il contient. Toutefois, il apparaît fréquemment d'importants problèmes de corrosion des armatures dans le béton, essentiellement sous l'action d'agents agressifs extérieurs qui diffusent à travers celui-ci. Ces problèmes se rencontrent notamment lorsque le béton est de mauvaise qualité, mais également lorsque l'épaisseur du parement de béton est faible, pour des raisons de construction, ou lorsque le béton est fissuré par suite de sollicitations de traction en service. Ces phénomènes de diffusion conduisent à une carbonatation du béton par absorption du CO₂ de l'atmosphère, avec comme conséquence une diminution du pH du béton; il en résulte une chute du pouvoir protecteur du béton et la restauration de la vulnérabilité des armatures aux agents agressifs tels que les chlorures qui diffusent également à travers le béton. Ces phénomènes peuvent conduire à l'écaillage du béton et à la mise à nu des armatures;il en résulte une accélération de la corrosion qui provoque à son tour une dégradation de l'aspect esthétique et peut même mettre en péril la sécurité de la construction.
  • On connaît également deux techniques principales destinées à combattre les phénomènes précités et à assurer ainsi la protection des armatures.
  • Un premier type de techniques consiste à appliquer, sur le béton, un film protecteur destiné à empêcher la pénétration et la diffusion des agents atmosphériques dans le béton. Ce film, appliqué sur la pièce ou la construction terminée, n'assure cependant aucune protection de l'armature pendant son stockage, son transport ou sa mise en oeuvre. En outre, son action protectrice peut s'atténuer ou même disparaître au cours du temps sous l'effet de l'érosion atmosphérique. Enfin, cette action est compromise en cas de dégradation ou de dommages subis par le film protecteur.
  • Le second type de techniques consiste à déposer, sur l'armature, une couche de protection contre la corrosion, par exemple par galvanisation au trempé ou par recouvrement de résine époxy.
  • Ces deux techniques s'avèrent cependant très coûteuses. De plus, elles ne peuvent être appliquées qu'après la fabrication des armatures; elles nécessitent donc des opérations supplémentaires qui allongent les durées de fabrication et se répercutent en définitive défavorablement sur le prix des armatures.
  • A cet égard, on peut notamment se référer au document CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 90, n°16, avril 1979, page 230, résumé n°125340a, Colombus, Ohio, US; V. S. VANIN et al.: "Nonisothermal phosphating and oxidizing of steel", & ZASHCH. MET. 1979, 15(1), 110-12, ainsi qu'au document CHEMICAL ABSTRACTS, vol. 104, n°2, janvier 1986, page 259, résumé n°9793j, Colombus, Ohio, US: "Corrosion inhibition of prestressed steel wires and rods"; & JP-A-60 110 381 (SUMITOMO ELECTRIC INDUSTRIES LTD), 15-06-1985.
  • Le premier document décrit brièvement la formation d'une couche de phosphate, respectivement d'oxyde, sur une pièce d'acier au cours de la trempe par addition de phosphate de manganèse, respectivement de KMnO₄, au bain de trempe. Le second document révèle un procédé de formation d'une couche de résine sur une barre d'armature en acier préchauffée.
  • L'objet de la présente invention est de proposer un procédé pour protéger les armatures à béton contre la corrosion, quine présente pas les inconvénients précités et qui, en particulier, peut être mis en oeuvre au cours du processus de fabrication de ces armatures.
  • Comme on l'a indiqué plus haut, la présente invention vise les armatures à béton en acier soumises au procédé de trempe et d'auto-revenu qui a été récemment mis au point par le même demandeur BE A 889 575. On peut rappeler brièvement le principe de ce procédé de refroidissement contrôlé qui comporte essentiellement trois étapes. La première étape consiste à soumettre une barre d'acier, dès sa sortie de la dernière cage du laminoir à chaud et dès lors à partir de sa température de fin de laminage, c'est-à-dire à l'état austénitique, à un refroidissement superficiel brusque et de courte durée tel qu'il provoque dans la barre la formation d'une couche périphérique constituée de martensite ou de bainite, c'est-à-dire d'une structure de trempe. Ce premier refroidissement est réalisé à l'eau froide. A la fin de cette première étape, la surface de la barre se trouve à une température inférieure au point Ms de l'acier utilisé, tandis que le coeur de la barre n'est pas atteint par le refroidissement brusque. La barre est ensuite, au cours d'une deuxième étape, soumise à un refroidissement dans l'air au cours duquel les températures s'égalisent dans sa section: la température de surface augmente sous l'effet de la chaleur venant du coeur, ce qui provoque un auto-revenu de la couche superficielle de martensite ou de bainite; simultanément, le coeur se refroidit lentement et sa structure austénitique initiale se transforme en ferrite et en carbures. En règle générale, les températures de la surface et du coeur s'égalisent sensiblement entre 400 degrés centigrades et 700 degrés centigrades. A partir de l'égalisation des températures, la barre se refroidit, dans toute sa section, jusqu'à la température ambiante, sans subir de nouvelle transformation de structure. Ce dernier refroidissement constitue la troisième étape de ce procédé connu.
  • La présente invention permet de profiter des conditions particulières que présente ce procédé pour atteindre le but visé, à savoir l'amélioration de la résistance à la corrosion de ce type d'armatures à béton.
  • L'invention porte également sur une barre d'armature présentant une protection améliorée contre la corrosion obtenue par application de ce procédé.
  • Conformément à la présente invention, un procédé pour améliorer la résistance à la corrosion d'une barre d'armature en acier soumise à un traitement thermique continu comprenant une première étape qui consiste en une trempe superficielle de la barre à partir de la température de fin de laminage, une deuxième étape qui consiste en un refroidissement dans l'air avec égalisation des températures dans la section de la barre et auto-revenu de la couche superficielle trempée, et une troisième étape qui consiste en un refroidissement final de la barre dans l'air à partir de la température d'égalisation jusqu'à la température ambiante, est caractérisé en ce qu'au cours d'au moins une desdites étapes, on forme à la surface de la barre une couche de protection constituée par une matière choisie dans un groupe comprenant les phosphates, les oxydes, les peintures et les résines synthétiques.
  • A cet égard, il s'est avéré intéressant d'utiliser pour la phosphatation de la surface de la barre un agent phosphatant contenant du phosphate de manganèse.
  • Selon cette variante, on applique ledit traitement de phosphatation au cours de la première étape du processus, en ajoutant l'agent phosphatant à l'eau de refroidissement.
  • Egalement selon cette variante, on applique ledit traitement de phosphatation au cours de la deuxième étape du processus, en projetant sur la surface de la barre un fluide liquide ou gazeux contenant ledit agent phosphatant.
  • Toujours selon cette variante, on applique ledit traitement de phosphatation au cours de la troisième étape du processus en plongeant la barre dans une solution contenant ledit agent phosphatant.
  • Dans le cadre de cette variante, et particulièrement lorsque l'on applique le traitement de phosphatation au cours de la troisième étape du processus, il s'est avéré intéressant de combiner le traitement de phosphatation avec une opération de décapage de la barre. Une telle opération de décapage, éventuellement suivie d'un rinçage, vise à éliminer les oxydes superficiels qui peuvent s'être formés au cours des étapes de refroidissement précédentes et à favoriser la formation de la couche protectrice de phosphate à la surface de la barre. Selon la nature des substances utilisées, on peut d'ailleurs combiner en une seule opération le décapage et la phosphatation de la barre.
  • Bien que le traitement de phosphatation précité soit de préférence appliqué en continu à une barre qui défile, il ne sortirait cependant pas du cadre de la présente invention de pratiquer ce traitement de manière discontinue au cours de la troisième étape du processus rappelé plus haut. Dans une telle mise en oeuvre discontinue, le traitement pourrait par exemple porter sur une pluralité de barres, coupées à une longueur appropriée et plongées dans une solution de phosphatation et de décapage éventuel.
  • Suivant une autre variante de l'invention, on forme sur la barre une couche d'oxyde stable, en exposant ladite barre à un courant gazeux oxydant tel que l'air ou l'oxygène.
  • Selon cette variante, cette opération est avantageusement effectuée dans les zones du processus où la surface de la barre présente une température élevée, c'est-à-dire avant le début de la première étape et/ou entre la deuxième et la troisième étape, au sens défini plus haut.
  • Suivant encore une autre variante de l'invention, on dépose sur la surface de la barre une couche de peinture résistant aux températures élevées.
  • Selon cette variante, cette couche de peinture est avantageusement déposée par projection, ce dépôt étant de préférence réalisé entre la première et la deuxième étape du processus, c'est-à-dire dans la zone de celui-ci où la surface de la barre se trouve à une température basse. La peinture est ensuite rapidement recuite et séchée à haute température au cours du réchauffage superficiel de la barre qui se produit pendant la deuxième étape du processus.
  • Suivant encore une autre variante de l'invention, on dépose sur la barre un mince film de résine plastique, du type par exemple de celles solubles à l'eau et utilisées dans d'autres applications comme adjuvants du béton pour le rendre imperméable à l'humidité.
  • Selon cette variante, ce film de résine est avantageusement déposé par projection ou immersion durant la troisième étape au sens défini plus haut.
  • Suivant une caractéristique supplémentaire du procédé de l'invention, on dépose un film d'huile sur ladite couche de protection constituée notamment de phosphate, d'oxyde, de peinture ou de résine. A cet effet, on utilise de préférence une huile dessiccative.
  • Un tel film d'huile obture entièrement les pores et les défauts éventuels de la couche de protection. En outre, une huile dessiccative reste fluide et grasse pendant une durée qui dépend de sa composition; elle protège ainsi très efficacement ladite couche contre tout agent extérieur et elle renforce ainsi nettement la protection assurée par la couche de phosphate, d'oxyde, de peinture ou de résine. Lorsque la durée correspondante est écoulée, l'huile sèche et elle n'altère dès lors pas le comportement, en particulier, l'adhérence de la barre dans le béton.
  • A titre d'exemple, on décrit ci-dessous une séquence opératoire correspondant à un traitement de décapage suivi d'une phosphatation au manganèse, appliquée à une barre au cours de la troisième étape du processus de trempe et d'auto-revenu.
  • Au cours du refroidissement final, la barre a été immergée pendant environ 10 min dans une solution de décapage constituée de HCl 0,5 N additionnée de 2,5 g/l d'hexaméthylènetétramine, qui se trouvait à la température ambiante. Après un rinçage à l'eau courante, la barre a été plongée dans une solution aqueuse contenant 10% en poids d'un agent phosphatant, la température de la solution était comprise entre 90°C et 95°C, le rapport de l'acidité totale à l'acidité libre valait 7: 1 et la durée d'immersion a été d'environ 10 min. Après un rinçage à l'eau courante suivi d'un séchage à l'air chaud, la barre phosphatée a été enduite d'un film d'huile par trempage dans un bain d'huile à la température ambiante.
  • La barre ainsi traitée n'a montré aucune trace d'oxydation pendant un stockage et une exposition prolongés à une atmosphère industrielle.
  • Dans tous les cas envisagés ci-dessus, le procédé de l'invention est mis en oeuvre pendant le processus de trempe et d'auto-revenu. Il ne nécessite pas d'équipements supplémentaires importants et il assure une protection aussi bien temporaire contre la corrosion atmosphérique que permanente contre la corrosion dans le béton. Enfin, il ne sortirait pas du cadre de la présente invention d'appliquer simultanément ou successivement plusieurs des variantes précitées, pendant le processus de trempe et d'auto-revenu de la barre.

Claims (10)

1. Procédé pour améliorer la résistance à la corrosion d'une barre d'armature en acier soumise à un traitement thermique continu comprenant une première étape qui consiste en une trempe superficielle de la barre à partir de la température de fin de laminage, une deuxième étape qui consiste en un refroidissement dans l'air avec égalisation des températures dans la section de la barre et auto-revenu de la couche superficielle trempée, et une troisième étape qui consiste en un refroidissement final de la barre dans l'air à partir de la température d'égalisation jusqu'à la température ambiante, est caractérisé en ce qu'au cours d'au moins une desdites étapes, on forme à la surface de la barre une couche de protection constituée par une matière choisie dans un groupe comprenant les phosphates, les oxydes, les peintures et les résines synthétiques.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise pour la phosphatation de la surface de la barre un agent phosphatant contenant du phosphate de manganèse.
3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on effectue une opération de décapage avant ou pendant ledit traitement de phosphatation de la barre.
4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on forme sur la barre une couche d'oxyde stable en exposant ladite barre à un courant gazeux oxydant.
5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dépose sur la surface de la barre une couche de peinture résistant aux températures élevées.
6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'on dépose ladite couche de peinture par projection.
7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'on dépose ladite couche de peinture sur la surface de la barre, immédiatement après l'étape de trempe dudit processus de trempe et d'auto-revenu.
8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dépose un film de résine à l'état liquide sur la surface de la barre.
9. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on dépose un film d'huile sur ladite couche de protection.
10. Barre d'armature en acier trempé et auto-revenu pourvue d'une couche de protection contre la corrosion formée par un procédé conforme à l'une ou l'autre des revendications précédentes.
EP88870053A 1987-04-03 1988-03-29 Procédé pour améliorer la résistance à la corrosion d'une barre d'armature en acier trempé et auto-revenu Expired - Lifetime EP0285593B1 (fr)

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