EP1029940B1 - Procédé d'aluminiage d'acier permettant d'obtenir une couche d'alliage interfaciale de faible epaisseur - Google Patents

Procédé d'aluminiage d'acier permettant d'obtenir une couche d'alliage interfaciale de faible epaisseur Download PDF

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EP1029940B1
EP1029940B1 EP20000400358 EP00400358A EP1029940B1 EP 1029940 B1 EP1029940 B1 EP 1029940B1 EP 20000400358 EP20000400358 EP 20000400358 EP 00400358 A EP00400358 A EP 00400358A EP 1029940 B1 EP1029940 B1 EP 1029940B1
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EP
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bath
phase
temperature
steel
workpiece
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Philippe Guesdon
Jean-Pierre Godin
Eric Lesueur
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USINOR SA
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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
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/12—Aluminium or alloys based thereon
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    • Y10T428/1275—Next to Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12757—Fe

Definitions

  • the invention relates to a steel aluminizing process comprising a step of dipping the steel part to be coated in a liquid bath containing mainly aluminum.
  • the internal layer of alloy having a fragile behavior one seeks generally to limit its thickness.
  • Silicon is the most commonly used alloying inhibitor; to be effective, its weight concentration in the soaking bath is generally between 3 and 13%.
  • the soaking baths are saturated in iron, due to the dissolution of the steel in the bath; this saturation leads to the well-known formation of mattes; the liquid bath is then in equilibrium with the solid phase of these mattes.
  • the ⁇ 5 phase has a hexagonal structure and therefore crystallizes in the form of globular grains; it is sometimes called ⁇ H or H; the iron content of this phase is generally between 29 and 36% by weight; the silicon content of this phase is generally between 6 and 12% by weight; the balance consists mainly of aluminum; the chemical composition corresponds approximately to the formula Fe 3 Si 2 Al 12 .
  • the ⁇ 6 phase has a monoclinic structure and therefore crystallizes in the form of flat and elongated grains; it is sometimes called ⁇ or M; the iron content of this phase is generally between 26 and 29% by weight; the silicon content of this phase is generally between 13 and 16% by weight; the balance consists mainly of aluminum; the chemical composition corresponds approximately to the formula Fe 2 Si 2 Al 9 .
  • FIG. 1 represents in three dimensions, in a part of the ternary Al-Si-Fe diagram, the variations - vertical axis - of the equilibrium temperature of a liquid phase with different solid phases called as follows: FeAl 3 ⁇ ⁇ , Fe 3 Si 2 Al 12 ⁇ ⁇ 5 , Fe 2 Si 2 Al 9 ⁇ ⁇ 6 , FeSiAl 3 ⁇ ⁇ 2, FeSi 2 Al 4 ⁇ ⁇ , Al ⁇ aluminum, Si ⁇ silicon, and other less important phases like ⁇ 3, ⁇ 4.
  • Phase ⁇ plays an important role in the invention presented below; its structure is monoclinic; it can contain up to 6% by weight of silicon in solid solution; the chemical composition therefore corresponds approximately to the formula FeAl 3 .
  • Figure 2 is a projection of Figure 1; we deduce approximately the liquid-solid equilibrium temperature using isothermal curves; the temperature interval between each curve is 20 ° C.
  • Table I summarizes the possible composition of phases ⁇ , ⁇ 5 and ⁇ 6.
  • Composition of the bath and the main phases obtained after solidification of the aluminum coating Composition:% by mass al Yes Fe Bath > 86% 3 to 13% saturation ( e.g. 3% ) eutectic 87 12.2 0.8 Phase ⁇ 6 55 to 61 13 to 16 26 to 29 Phase ⁇ 5 55 to 62 6 to 12 29 to 36 Phase ⁇ 52 to 64 0 to 6% 36 to 42
  • the internal interfacial layer of the aluminum-based coating is therefore brittle ; it therefore tends to crack during the shaping of the parts aluminized, especially sheet metal; these cracks cause a decrease protection against corrosion provided by the coating; to get aluminized coatings that are more resistant to both shaping and corrosion, it is therefore sought to limit the thickness of this interfacial layer.
  • the object of the invention is therefore, in an aluminizing process of this type, to limit the thickness of the interfacial layer.
  • Condition 2 leads to the use of baths with a silicon content of greater than 7.5%, preferably of the order of 9% (see FIGS. 1 and 2).
  • Applicant has determined conditions different from those in art which lead to a significantly smaller thickness of interfacial layer and which go against the presuppositions underlying conventional methods of the prior art.
  • the invention relates to a process for aluminizing a piece of steel comprising a step in which the part is dipped in a liquid aluminum-based bath, characterized in that the composition and the average temperature of this bath on the one hand, the temperature of immersion of this part in the bath on the other hand, are adapted to obtain, in the immersion zone of this room, a local temperature and composition of bath allowing an equilibrium with the solid phase called ⁇ whose composition corresponds approximately to the chemical formula FeAl 3 .
  • the invention also relates to an aluminized steel sheet, the aluminized coating includes a layer of Al-Fe-Si alloy and a layer surface of aluminum, capable of being obtained by the process according to the invention, characterized in that said alloy layer comprises, on contact of the steel substrate, an underlay composed essentially of phase ⁇ .
  • the thickness of this alloy layer is less than or equal to 3 ⁇ m.
  • the aluminizing installation conventionally comprises means cleaning, annealing means, soaking means in a bath aluminizing, means for wringing the aluminum-based layer driven by the strip at the exit of the bath, cooling means and means for continuously scrolling the strip in the installation.
  • the temperature of the strip when it returns in the bath, or strip immersion temperature is higher than the average bath temperature.
  • the strip then enters the bath at a higher temperature to that of equilibrium with phase ⁇ 6 or ⁇ 5, it causes heating bath room in the strip immersion zone; this local warm-up causes a dissolution of the surface ferrite of the strip and a iron enrichment of the immersion zone.
  • the temperature and the iron enrichment of the immersion zone must be sufficiently high so that, in this zone, the solid phase capable of being in equilibrium with the liquid phase corresponds to the ⁇ ⁇ FeAl phase. 3 ; in this way, in the immersion zone, the first solid sub-layer depositing on the steel strip corresponds to the FeAl 3 ⁇ ⁇ phase.
  • the strip cools down to the average temperature of the bath which corresponds to the equilibrium temperature with the solid phase ⁇ 5 or ⁇ 6; so, on the first phase sublayer ⁇ , the interfacial layer is then formed main classic of the prior art, composed of phase ⁇ 5 or ⁇ 6.
  • the strip running causes a layer which is wrung out and solidifies on cooling; we then obtains the aluminized strip according to the invention, the alloyed layer of which interfacial comprises, in contact with steel, an underlay essentially composed of phase ⁇ .
  • the aluminized strip according to the invention therefore resists a lot better for both corrosion and cracking.
  • phase ⁇ is the fastest at be able to form on the tape at the start of immersion, that this formation fast limits the amount of ferrite that goes into solution in the bath, which also limits the thickness of the alloy layer.
  • the invention adds a suitable condition to form in priority phase ⁇ on the substrate.
  • the steels that can be used can also contain alloying elements as Ti between 0.1% and 1% by weight, and Al between 0.01% and 0.1% by weight, by example ferritic stainless steel referenced AISI 409; other elements of addition adapted to desired properties and / or other elements residuals may be present in these steels; when the steel contains these alloying, addition and / or residual elements, the coating obtained on the sheet is generally enriched with these elements.
  • alloying elements as Ti between 0.1% and 1% by weight, and Al between 0.01% and 0.1% by weight, by example ferritic stainless steel referenced AISI 409; other elements of addition adapted to desired properties and / or other elements residuals may be present in these steels; when the steel contains these alloying, addition and / or residual elements, the coating obtained on the sheet is generally enriched with these elements.
  • the invention makes it possible to limit, within the surface layer to aluminum base of the coating, the appearance of chromium-enriched phases; these phases are related to phase ⁇ 5 already described, contain the same proportion of Si that this phase ⁇ 5, contain more than 5% by weight of chromium, generally between 6% and 17% chromium; the presence of this phase in the surface layer of the coating is detrimental to the quality coating; the invention makes it possible to limit if not to eliminate this phase in the surface layer of the coating.
  • the strip to be coated is at a temperature higher than that of the bath, we can use a strip to warm the bath, to compensate for losses thermal bath, to maintain the bath at the desired temperature.
  • this process is advantageous, since in the succession of stages through which the strip - annealing passes, cooling to immersion temperature, quenching, spinning, cooling for solidification - cooling after annealing less important than in the prior art.
  • a bath is used, the composition and the average temperature are adapted to be in balance with phase ⁇ 6; we see that the mattes that result from these baths are less annoying in terms of the quality of the coating obtained than mattes which result from other baths, especially those whose composition and mean temperature are adapted to be in equilibrium with phase ⁇ 5.
  • the bath naturally saturating with iron until the appearance of solid mattes, the liquid phase of the bath is in equilibrium with the solid phase ⁇ 5 ⁇ Fe 3 Si 2 Al 12 .
  • Table II summarizes the results obtained as a function of the immersion temperature. Thickness as a function of the strip temperature at immersion. Belt temperature: 675 ° C 720 ° C 730 ° C 750 ° C 765 ° C Alloy layer thickness ( ⁇ m) 5-6 6-7 2-3 4-5 7
  • the strip should be soaked at a temperature above 720 ° C and lower 765 ° C, preferably around 730 ° C.
  • Example 2 The procedure is as in Example 1 except that the bath this time contains 8% by weight of silicon and its temperature is maintained at about 650 ° C; the cumulative duration of immersion in the bath and of the solidification of the coating is this time of the order of 11 seconds.
  • Table III summarizes the results obtained as a function of the immersion temperature. Thickness as a function of the strip temperature at immersion. Belt temperature: 650 ° C 680 ° C 720 ° C 730 ° C 740 ° C Alloy layer thickness ( ⁇ m) 4 5 2-3 3 > 3
  • the optimal immersion temperature is between 680 ° C and 740 ° C, preferably close to 720 ° C; according to figure 2, to reach the domain of existence of phase ⁇ , it would be advisable that the temperature is greater than or equal to approximately 700 ° C; the domain of Preferred temperature would therefore correspond to the range 700-740 ° C.
  • Example 2 The procedure is as in Example 1 except that the bath this time contains 9.5% by weight of silicon and its temperature is maintained at about 650 ° C; the cumulative duration of immersion in the bath and of the solidification of the coating is this time of the order of 10 seconds.
  • Table IV summarizes the results obtained as a function of the immersion temperature. Thickness as a function of the strip temperature at immersion. Belt temperature (° C) 650 700 715 740 750 760 Alloy layer thickness ( ⁇ m) 5-6 5-6 7 3 5 7-8
  • the optimal immersion temperature is between 715 ° C and 760 ° C, preferably close to 740 ° C; according to figure 2, to reach the domain of existence of phase ⁇ , it would be advisable that the temperature is greater than or equal to approximately 740 ° C; the domain of Preferred temperature would therefore correspond to the range 740-760 ° C.
  • Table V shows the conclusions of Examples 1 to 3.
  • Immersion temperature as a function of the Si content in the bath.
  • Si content in bath 8% 9% 9.5%

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Description

L'invention concerne un procédé d'aluminiage d'acier comprenant une étape de trempage de la pièce d'acier à revêtir dans un bain liquide contenant essentiellement de l'aluminium.
Lorsqu'on utilise ce procédé par trempage, le revêtement qu'on obtient sur l'acier est généralement stratifié en plusieurs couches, dont notamment :
  • une couche interfaciale ou interne, au contact de l'acier, essentiellement composée d'un ou plusieurs alliages à base d'aluminium du bain et de fer de l'acier ; on l'appelle également couche alliée ;
  • et une couche externe, généralement plus épaisse, comprenant essentiellement une phase principale à base d'aluminium.
La couche interne d'alliage ayant un comportement fragile, on cherche généralement à limiter son épaisseur.
Pour limiter l'épaisseur de cette couche d'alliage, on utilise généralement des bains de trempage contenant un inhibiteur d'alliation entre l'aluminium et l'acier.
Le silicium est l'inhibiteur d'alliation le plus couramment utilisé ; pour être efficace, sa concentration pondérale dans le bain de trempage est généralement comprise entre 3 et 13%.
Dans les procédés d'aluminiage en continu, les bains de trempage sont saturés en fer, du fait de la dissolution de l'acier dans le bain ; cette saturation conduit à la formation bien connue de mattes ; le bain liquide est alors en équilibre avec la phase solide de ces mattes.
Dans les conditions habituelles d'aluminiage, les deux couches principales déjà citées qui forment le revêtement aluminié peuvent alors être décrites plus précisément :
  • la couche interfaciale alliée est essentiellement composée d'une phase dite τ5 et/ou d'une phase dite τ6 ; selon les conditions d'aluminiage, elle peut se subdiviser en plusieurs sous-couches alliées, notamment dans le cas de l'invention exposée ci-après.
  • la couche externe est essentiellement composée d'aluminium sous forme de larges dendrites ; ces dendrites sont saturées en fer, et, le cas échéant, en silicium en solution solide.
La phase τ5 a une structure hexagonale et cristallise donc sous forme de grains globulaires ; elle est parfois appelée αH ou H ; la teneur en fer de cette phase est généralement comprise entre 29 et 36% en poids ; la teneur en silicium de cette phase est généralement comprise entre 6 et 12% en poids ; le solde se compose essentiellement d'aluminium ; la composition chimique correspond approximativement à la formule Fe3Si2Al12.
La phase τ6 a une structure monoclinique et cristallise donc sous forme de grains plats et allongés ; elle est parfois appelée β ou M ; la teneur en fer de cette phase est généralement comprise entre 26 et 29% en poids ; la teneur en silicium de cette phase est généralement comprise entre 13 et 16% en poids ; le solde se compose essentiellement d'aluminium ; la composition chimique correspond approximativement à la formule Fe2Si2Al9 .
La figure 1 représente en trois dimensions, dans une partie du diagramme ternaire Al-Si-Fe, les variations - axe vertical - de la température d'équilibre d'une phase liquide avec différentes phases solides dénommées comme suit : FeAl3 ≡  , Fe3Si2Al12 ≡ τ5, Fe2Si2Al9 ≡ τ6 , FeSiAl3 ≡ τ2 , FeSi2Al4 ≡ δ , Al ≡ aluminium , Si ≡ silicium, et d'autres phases moins importantes comme τ3, τ4.
La phase  joue un rôle important dans l'invention présentée ci-après ; sa structure est monoclinique ; elle peut contenir jusqu'à 6% en poids de silicium en solution solide ; la composition chimique correspond donc approximativement à la formule FeAl3 .
Sur la figure 1, Si = 0% et Fe = 0% signifie Al = 100% ; cette figure permet donc d'établir la nature des phases solides qui sont susceptibles d'être en équilibre avec un bain d'aluminiage à l'état liquide, en fonction de la composition de ce bain, et de connaítre la température de ce bain à l'équilibre.
La figure 2 est une projection de la figure 1 ; on déduit approximativement la température d'équilibre liquide-solide à l'aide des courbes isothermes ; l'intervalle de température entre chaque courbe est de 20°C.
Le tableau I récapitule la composition possible des phases , τ5 et τ6.
Composition du bain et des principales phases obtenues après solidification du revêtement d'aluminium
Composition : % massique Al Si Fe
Bain >86% 3 à 13% saturation
(ex. : 3%)
Eutectique 87 12,2 0,8
Phase τ6 55 à 61 13 à 16 26 à 29
Phase τ5 55 à 62 6 à 12 29 à 36
Phase  52 à 64 0 à 6% 36 à 42
On a fait figurer sur ce tableau I l'eutectique Al-Si-Fe dont la température de fusion est de 578°C.
La couche interne interfaciale du revêtement à base d'aluminium est donc fragile ; elle a donc tendance à se fissurer lors de la mise en forme des pièces aluminiées, notamment des tôles ; ces fissurations entraínent une diminution de la protection contre la corrosion apportée par le revêtement ; pour obtenir des revêtements aluminiés plus résistants à la fois à la mise en forme et à la corrosion, on cherche donc à limiter l'épaisseur de cette couche interfaciale.
L'invention a donc pour but, dans un procédé d'aluminiage de ce type, de limiter l'épaisseur de la couche interfaciale.
Selon l'art antérieur, pour parvenir à ce but, on procède classiquement en respectant les deux conditions suivantes :
  • 1- tremper la pièce d'acier à revêtir à une température aussi basse que possible, de manière à limiter la croissance de la couche d'alliage interfacial ;
  • 2- utiliser un bain liquide d'aluminiage dont la composition correspond, à l'équilibre liquide-solide, au domaine d'existence des phases solides τ6 ou τ5.
    • La condition 2 conduit à utiliser des bains dont la teneur en silicium est supérieure à 7,5%, de préférence de l'ordre de 9% (voir figure 1 et 2).
    Ainsi, selon le document EP 0 760 399 (NISSHIN STEEL) et plus particulièrement selon le document JP 4 176 854 - A (NIPPON STEEL), dans une procédé d'aluminiage en continu de bande d'acier, il est conseillé d'immerger la bande à une température inférieure à la température moyenne du bain : ainsi, pour un bain contenant 9% de silicium dont la température est en général comprise entre 650 et 680°C, la température d'immersion de la bande sera au maximum de 640°C.
    Le demandeur a déterminé des conditions différentes de celles de l'art antérieur qui permettent d'aboutir à une épaisseur sensiblement plus faible de couche interfaciale et qui vont à l'encontre des présupposés sous-jacents aux procédés classiques de l'art antérieur.
    Dans le but d'obtenir une épaisseur de couche interfaciale encore plus faible pour que le revêtement aluminié résiste mieux à la fois à la corrosion et à la fissuration, l'invention a pour objet un procédé d'aluminiage d'une pièce d'acier comprenant une étape dans laquelle on trempe la pièce dans un bain liquide à base d'aluminium, caractérisé en ce que la composition et la température moyenne de ce bain d'une part, la température d'immersion de cette pièce dans le bain d'autre part, sont adaptées pour obtenir, dans la zone d'immersion de cette pièce, une température et une composition locales de bain permettant un équilibre avec la phase solide dite  dont la composition correspond approximativement à la formule chimique FeAl3.
    L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • la composition et la température moyenne de ce bain sont adaptées pour être en équilibre avec la phase dite τ5 ou la phase dite τ6, de préférence avec la phase τ6.
    • ce bain liquide est saturé en fer.
    • la température d'immersion de cette pièce est supérieure à la température du bain.
    • si la teneur en silicium dans le bain est de 8% environ, ladite température d'immersion est comprise entre 700 et 740°C, de préférence égale à environ 720°C.
    • si la teneur en silicium dans le bain est de 9% environ, ladite température d'immersion est comprise entre 720 et 765°C, de préférence égale à environ 730°C.
    • si la teneur en silicium dans le bain est de 9,5% environ, ladite température d'immersion est comprise entre 740 et 760°C, de préférence égale à environ 740°C.
    L'invention a également pour objet une tôle d'acier aluminiée dont le revêtement aluminié comprend une couche d'alliage Al-Fe-Si et une couche superficielle d'aluminium, susceptible d'être obtenue par le procédé selon l'invention, caractérisé en ce que ladite couche d'alliage comprend, au contact du substrat d'acier, une sous-couche composée essentiellement de phase .
    De préférence, l'épaisseur de cette couche alliée est inférieure ou égale à 3 µm.
    L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles :
    • la figure 1 représente, en trois dimensions, dans une partie du diagramme ternaire Al-Si-Fe, les variations - axe vertical gradué en °C - de la température d'équilibre d'une phase liquide avec différentes phases solides d'aluminium, de silicium ou d'alliages AI-Si-Fe ; sur les axes horizontaux, sont reportés le pourcentage pondéral en Si d'une part (de 0 à 40%), et le pourcentage pondéral en Fe d'autre part (de 0 à 30%), le complément du ternaire étant de l'aluminium.
    • la figure 2 est une projection de la figure 1, où les températures d'équilibre liquide-solide sont représentées à l'aide de courbes isothermes distantes de 20°C ; l'axe horizontal représente le pourcentage pondéral en silicium (« weight percentage silicon » en langue anglaise) gradué de 0 à 20%, l'axe oblique gauche représente le pourcentage pondéral en fer (« weight percentage iron» en langue anglaise) gradué de 0 à 14%, le complément du ternaire étant de l'aluminium (Al).
    On va maintenant décrire le procédé d'aluminiage selon l'invention dans le cadre du revêtement en continu d'une bande d'acier.
    L'installation d'aluminiage comporte d'une manière classique des moyens de nettoyage, des moyens de recuit, des moyens de trempage dans un bain d'aluminiage, des moyens d'essorage de la couche à base d'aluminium entraínée par la bande à la sortie du bain, des moyens de refroidissement et des moyens pour faire défiler la bande en continu dans l'installation.
    Pour procéder à l'aluminiage, on utilise, comme dans l'art antérieur, un bain dont la composition correspond au domaine d'existence de la phase τ6 ou τ5 (condition 2 ci-dessus).
    Selon l'invention, la température de la bande au moment où elle rentre dans le bain, ou température d'immersion de la bande, est supérieure à la température moyenne du bain.
    Comme la bande pénètre alors dans le bain à une température supérieure à celle de l'équilibre avec la phase τ6 ou τ5, elle provoque un échauffement local du bain dans la zone d'immersion de la bande ; cet échauffement local entraíne une dissolution de ferrite superficielle de la bande et un enrichissement en fer de la zone d'immersion.
    Selon l'invention, la température et l'enrichissement en fer de la zone d'immersion doivent être suffisamment élevées pour que, dans cette zone, la phase solide susceptible d'être en équilibre avec la phase liquide corresponde à la phase  ≡ FeAl3 ; de la sorte, dans la zone d'immersion, la première sous-couche solide se déposant sur la bande d'acier correspond à la phase FeAl3 ≡ .
    Ainsi, la zone d'immersion est donc une zone du bain qui est, localement, en équilibre avec la phase  ; cette zone d'immersion correspond à une zone qui s'étend :
    • en épaisseur, jusqu'à une distance de 30 µm environ de la surface de la bande
    • en longueur, le long de la bande, entre, d'une part, le niveau de début de contact direct entre la surface solide de l'acier et le bain liquide et, d'autre part, le niveau où commence à se solidifier une couche interfaciale classique composée de phase τ5 ou τ6 par dessus la première sous-couche de phase  propre à l'invention.
    Ainsi, en poursuivant sa progression dans le bain après la zone d'immersion, la bande se refroidit jusqu'à la température moyenne du bain qui correspond à la température d'équilibre avec la phase solide τ5 ou τ6 ; ainsi, sur la première sous-couche de phase , se forme alors la couche interfaciale classique principale de l'art antérieur, composée de phase τ5 ou τ6.
    En sortie de bain, d'une manière classique, la bande en défilement entraíne une couche qui est essorée et se solidifie au refroidissement ; on obtient alors la bande aluminée selon l'invention dont la couche alliée interfaciale comprend, au contact de l'acier, une sous-couche essentiellement composée de phase .
    Au niveau du procédé, la caractéristique principale de l'invention porte sur une température d'immersion de bande à la fois :
    • suffisamment élevée pour que le premier composé solide à se former au contact de l'acier cristallise selon la phase ,
    • suffisamment faible pour limiter l'épaisseur de la couche alliée interfaciale.
    Alors que les températures d'immersion selon l'invention sont largement supérieures à celles que l'on pratique dans l'art antérieur lorsqu'on souhaite limiter l'épaisseur de la couche alliée interfaciale, on constate, contre toute attente, que la couche interfaciale alliée obtenue présente une épaisseur beaucoup plus faible que dans l'art antérieur.
    La bande aluminée selon l'invention résiste par conséquent beaucoup mieux à la fois à la corrosion et à la fissuration.
    Sans vouloir se limiter à aucune explication définitive de l'invention, il semblerait que, parmi les phases alliées, la phase  soit la plus rapide à pouvoir se former sur la bande en début d'immersion, que cette formation rapide permet de limiter la quantité de ferrite qui passe en solution dans le bain, ce qui limite également l'épaisseur de la couche alliée.
    Par rapport à l'enseignement du document EP 0 760 399 déjà cité, selon lequel il convient de raccourcir la durée d'immersion et/ou la durée entre la sortie du bain et la fin de solidification du revêtement, l'invention ajoute une condition adaptée pour former en priorité la phase  sur le substrat.
    L'invention est applicable aux tôles à froid et aux tôles à chaud, à tous les types d'acier aluminiables au trempé :
    • aciers au carbone de type IF (voir exemple 1), aciers calmés aluminium, microalliés ou multiphasés comme les aciers dits « Dual Phase », ou « TRIPES » ;
    • aciers ferritiques comprenant entre 0,5% et 20% en poids de chrome, notamment les aciers inoxydables comprenant généralement entre 6% et 20% de chrome.
    Les aciers utilisables peuvent aussi contenir des éléments d'alliation comme Ti entre 0,1% et 1% en poids, et Al entre 0,01 % et 0,1% en poids, par exemple l'acier inoxydable ferritique référencé AISI 409 ; d'autres éléments d'addition adaptés à des propriétés recherchées et/ou d'autres éléments résiduels peuvent être présents dans ces aciers ; lorsque l'acier contient ces éléments d'alliation, d'addition et/ou résiduels, le revêtement obtenu sur la tôle est généralement enrichi en ces éléments.
    Dans le cas de l'aluminiage d'un acier contenant au moins 0,5% en poids de chrome, l'invention permet de limiter, au sein de la couche superficielle à base d'aluminium du revêtement, l'apparition de phases enrichies en chrome ; ces phases sont apparentées à la phase τ5 déjà décrite, contiennent la même proportion de Si que cette phase τ5, contiennent plus de 5% en poids de chrome, généralement entre 6% et 17% de chrome; la présence de cette phase dans la couche superficielle du revêtement est préjudiciable à la qualité du revêtement ; l'invention permet de limiter sinon de supprimer cette phase dans la couche superficielle du revêtement.
    Avantageusement, dans le procédé d'aluminiage selon l'invention, comme la bande à revêtir est à une température supérieure à celle du bain, on peut se servir de la bande pour réchauffer le bain, pour compenser les pertes thermiques du bain, pour maintenir le bain à la température souhaitée.
    En termes de bilan énergétique, ce procédé est avantageux, puisque dans la succession des étapes par lesquelles passe la bande - recuit, refroidissement à la température d'immersion, trempé, essorage, refroidissement pour solidification - on effectue un refroidissement après recuit moins important que dans l'art antérieur.
    De préférence, pour mettre en oeuvre le procédé, on utilise un bain dont la composition et la température moyenne sont adaptées pour être en équilibre avec la phase τ6 ; on constate que les mattes qui résultent de ces bains sont moins gênantes au niveau de la qualité du revêtement obtenu que les mattes qui résultent d'autres bains, notamment ceux dont la composition et la température moyenne sont adaptées pour être en équilibre avec la phase τ5.
    Pour procéder selon cette variante, il suffit, selon les indications fournies par la figure 2, d'augmenter la teneur en silicium et/ou d'abaisser la température moyenne du bain.
    Pour la mise en oeuvre de l'invention, on se basera sur les diagrammes de phase correspondant à la nuance d'acier utilisée, car les frontières entre les domaines d'existence de phases représentés sur les diagrammes des figures 1 et 2 peuvent varier selon la nuance d'acier utilisé, par exemple selon la teneur en chrome.
    Les exemples suivants illustrent l'invention.
    Exemple 1 :
    Cet exemple a pour but d'illustrer l'invention dans le cas de l'aluminiage en continu d'une bande d'acier de nuance IF-Ti (« IF » signifie « Interstitial Free » en langue anglaise, « Ti » signifie que le carbone de l'acier est bloqué par du titane) dans un bain d'aluminiage classique saturé en fer, contenant 9% en poids de silicium et maintenu à la température moyenne de 675°C environ.
    Dans ces conditions, le bain se saturant naturellement en fer jusqu'à l'apparition de mattes solides, la phase liquide du bain est en équilibre avec la phase solide τ5 ≡ Fe3Si2Al12.
    Sur cette bande d'acier, on procède à différents essais d'aluminiage dans des conditions en tous points identiques sauf la température d'immersion de la bande ; la durée cumulée de l'immersion dans le bain et de la solidification du revêtement est de l'ordre de 13 secondes.
    Sur les échantillons aluminiés obtenus, on évalue, d'une manière classique, l'épaisseur de la couche interfaciale alliée du revêtement ; on procède par exemple par observations métallographiques sur des coupes de ces échantillons.
    Le tableau II récapitule les résultats obtenus en fonction de la température d'immersion.
    Épaisseur en fonction de la température de bande à l'immersion.
    Température de bande: 675°C 720°C 730°C 750°C 765°C
    Épaisseur de la couche alliée (µm) 5-6 6-7 2-3 4-5 7
    Sur la base des enseignements de l'art antérieur, en vue d'obtenir une épaisseur de couche interfaciale alliée aussi faible que possible, on aurait trempé la bande à une température inférieure ou égale à 675°C (= température du bain).
    Selon l'invention illustrée par ces résultats, en vue du même objectif, il convient au contraire de tremper la bande à une température supérieure à 720°C et inférieure 765°C, de préférence de l'ordre de 730°C.
    En se reportant aux figures 1 et 2, on vérifie bien que, pour cette teneur en silicium (9%), cette plage de température correspond bien au domaine d'équilibre du bain saturé en fer avec la phase solide .
    Lorsque l'on procède dans cette plage de température, notamment à 730°C, en sortie d'aluminiage, on obtient alors une tôle revêtue dont la couche alliée interfaciale présente une sous-couche composée essentiellement de phase  directement en contact avec l'acier , le reste de la couche alliée comprenant essentiellement de la phase τ5 comme dans l'art antérieur ; globalement, l'épaisseur totale de la couche alliée est beaucoup plus faible que dans l'art antérieur puisque l'on parvient, selon les résultats ci-dessus, à une épaisseur moyenne inférieure ou égale à 3 µm.
    Exemple 2 :
    On procède comme dans l'exemple 1 à la différence près que le bain contient cette fois 8 % en poids de silicium et que sa température est maintenue à environ 650°C ; la durée cumulée de l'immersion dans le bain et de la solidification du revêtement est cette fois de l'ordre de 11 secondes.
    Le tableau III récapitule les résultats obtenus en fonction de la température d'immersion.
    Épaisseur en fonction de la température de bande à l'immersion.
    Température de bande : 650°C 680°C 720°C 730°C 740°C
    Épaisseur de la couche alliée (µm) 4 5 2-3 3 >3
    On constate cette fois que la température optimale d'immersion est comprise entre 680°C et 740°C, de préférence proche de 720°C ; selon la figure 2, pour atteindre le domaine d'existence de la phase  , il conviendrait que la température soit supérieure ou égale à 700°C environ ; le domaine de température privilégié correspondrait donc à la plage 700-740°C.
    Exemple 3 :
    On procède comme dans l'exemple 1 à la différence près que le bain contient cette fois 9,5 % en poids de silicium et que sa température est maintenue à environ 650°C ; la durée cumulée de l'immersion dans le bain et de la solidification du revêtement est cette fois de l'ordre de 10 secondes.
    Le tableau IV récapitule les résultats obtenus en fonction de la température d'immersion.
    Épaisseur en fonction de la température de bande à l'immersion.
    Température de bande (°C) 650 700 715 740 750 760
    Épaisseur de la couche alliée (µm) 5-6 5-6 7 3 5 7-8
    On constate cette fois que la température optimale d'immersion est comprise entre 715°C et 760°C, de préférence proche de 740°C ; selon la figure 2, pour atteindre le domaine d'existence de la phase  , il conviendrait que la température soit supérieure ou égale à 740°C environ ; le domaine de température privilégié correspondrait donc à la plage 740-760°C.
    Le tableau V reprend les conclusions des exemples 1 à 3.
    Température d'immersion en fonction de la teneur Si dans le bain.
    Teneur en Si dans bain 8% 9% 9,5%
    Domaine pratique de température d'immersion (°C) 700-740 720-765 740-760
    Température optimale 720°C 730°C 740°C

    Claims (14)

    1. Procédé d'aluminiage d'une pièce d'acier comprenant une étape dans laquelle on trempe la pièce dans un bain liquide à base d'aluminium, caractérisé en ce que pour former une première sous-couche de phase solide dite dont la composition correspond approximativement à la formule chimique FeAl3, la composition et la température moyenne de ce bain d'une part, la température d'immersion de cette pièce dans le bain d'autre part, sont adaptées pour obtenir, dans la zone d'immersion de cette pièce, une température et une composition locales de bain permettant un équilibre avec ladite phase , et en ce que l'on forme une couche interfaciale composée de la phase dite τ5 ou la phase dite τ6 sur la première couche de phase , en poursuivant la progression de la pièce dans le bain après la zone d'immersion de telle sorte que la composition et la température moyenne dudit bain sont adaptées pour être en équilibre avec la phase τ5 ou la phase τ6.
    2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite zone d'immersion s'étend :
      en épaisseur, jusqu'à une distance de 30 µm environ de la surface de la dite pièce,
      en longueur, le long de la surface de ladite pièce, entre, d'une part, le début du contact direct entre l'acier de ladite surface et le bain liquide et, d'autre part, le début de la solidification d'une couche interfaciale composée de phase τ5 ou τ6.
    3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la composition et la température moyenne de ce bain sont adaptées pour être en équilibre avec la phase τ6.
    4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ce bain liquide est saturé en fer.
    5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la température d'immersion de cette pièce est supérieure à la température du bain.
    6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, si la teneur en silicium dans le bain est de 8% environ, ladite température d'immersion est comprise entre 700 et 740°C, de préférence égale à environ 720°C.
    7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, si la teneur en silicium dans le bain est de 9% environ, ladite température d'immersion est comprise entre 720 et 765°C, de préférence égale à environ 730°C.
    8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, si la teneur en silicium dans le bain est de 9,5% environ, ladite température d'immersion est comprise entre 740 et 760°C, de préférence égale à environ 740°C.
    9. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 pour l'aluminiage d'une pièce d'acier au carbone.
    10. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 pour l'aluminiage d'une pièce d'acier inoxydable.
    11. Tôle d'acier aluminiée dont le revêtement aluminié comprend une couche d'alliage Al-Fe-Si et une couche superficielle à base d'aluminium, susceptible d'être obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite couche d'alliage comprend, au contact du substrat d'acier, une sous-couche composée essentiellement de phase .
    12. Tôle selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche alliée est inférieure ou égale à 3 µm.
    13. Tôle selon l'une quelconque des revendications 11 à 12 caractérisé en ce que ledit acier est un acier au carbone.
    14. Tôle selon l'une quelconque des revendications 11 à 12 caractérisé en ce que ledit acier est un acier inoxydable.
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