FR2876711A1 - Procede de revetement au trempe a chaud dans un bain de zinc des bandes en acier fer-carbone-manganese - Google Patents
Procede de revetement au trempe a chaud dans un bain de zinc des bandes en acier fer-carbone-manganese Download PDFInfo
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Abstract
L'invention a pour objet un procédé de revêtement au trempé à chaud dans un bain liquide à base de zinc comprenant de l'aluminium, d'une bande en acier austénitique fer-carbone-manganèse en défilement, selon lequel on fait subir à ladite bande un traitement thermique dans un four à l'intérieur duquel règne une atmosphère réductrice vis à vis du fer, pour obtenir une bande couverte d'une mince couche d'oxyde de manganèse, puis on fait défiler la bande couverte de la mince couche d'oxyde de manganèse dans ledit bain, la teneur en aluminium dans le bain étant ajustée à une valeur au moins égale à la teneur nécessaire pour que l'aluminium réduise complètement la couche d'oxyde de manganèse, de manière à former à la surface de la bande un revêtement comprenant une couche d'alliage fermanganèse-zinc et une couche superficielle de zinc.
Description
La présente invention concerne un procédé de revêtement au trempé à chaud
dans un bain liquide à base de zinc comprenant de l'aluminium, d'une bande en acier austénitique fer-carbone-manganèse en défilement.
Les bandes en acier classiquement utilisées dans le domaine automobile, comme par exemple les bandes en acier dual-phase, sont revêtues d'un revêtement à base de zinc pour les protéger contre la corrosion avant leur mise en forme ou leur livraison. Cette couche de zinc est généralement appliquée en continu soit par électrodéposition dans un bain électrolytique contenant des sels de zinc, soit par dépôt sous vide, soit encore io par trempé à chaud de la bande défilant à grande vitesse dans un bain de zinc fondu.
Avant d'être revêtues d'une couche de zinc par trempé à chaud dans un bain de zinc, les bandes en acier subissent un recuit de recristallisation dans une atmosphère réductrice en vue de conférer à l'acier une microstructure homogène et d'améliorer ses caractéristiques mécaniques. Dans les conditions industrielles, ce recuit de recristallisation est réalisé dans un four dans lequel règne une atmosphère réductrice. A cet effet, les bandes défilent dans le four constitué d'une enceinte complètement isolée de l'atmosphère extérieure, comprenant trois zones, une première zone de chauffage, une deuxième zone de maintien en température, et une troisième zone de refroidissement, dans lesquelles règne une atmosphère composée d'un gaz réducteur vis à vis du fer. Ce gaz peut être choisi par exemple parmi l'hydrogène, et les mélanges d'azote et d'hydrogène, et présente un point de rosée compris entre -40 C et -15 C. Ainsi, outre l'amélioration des caractéristiques mécaniques de l'acier, le recuit de recristallisation des bandes en acier sous atmosphère réductrice permet un bon accrochage de la couche de zinc sur l'acier, car les oxydes de fer présents à la surface de la bande sont réduits par le gaz réducteur.
Pour certaines applications automobiles qui requièrent un allègement et une résistance accrus des structures métalliques en cas de choc, on commence à remplacer les nuances d'acier conventionnelles par des aciers austénitiques fer-carbone-manganèse qui présentent des caractéristiques mécaniques supérieures, et notamment une combinaison de résistance mécanique et d'allongement à la rupture particulièrement avantageuse, une excellente aptitude à la mise en forme et une résistance élevée à la rupture en présence de défauts ou de concentration de contraintes. Les applications concernent par exemple des pièces participant à la sécurité et à la durabilité s des véhicules automobiles ou encore des pièces de peau.
Ces aciers doivent également, après recuit de recristallisation, être protégés contre la corrosion par une couche de zinc. Cependant, les inventeurs ont mis en évidence qu'il était impossible, dans les conditions usuelles, de revêtir une bande en acier fer-carbone-manganèse défilant à une to vitesse élevée (supérieure à 40 m/s) par une couche de zinc en mettant en oeuvre un procédé de revêtement au trempé à chaud dans un bain de zinc. En effet, les oxydes de type MnO et (Mn,Fe)O qui se forment lors du traitement thermique que subit la bande avant d'être revêtue, rendent la surface de la bande non mouillante pour le zinc liquide.
La présente invention a donc pour but de proposer un procédé permettant de revêtir au trempé à chaud dans un bain liquide à base de zinc, une bande en acier fer-carbone-manganèse en défilement par un revêtement à base de zinc.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de revêtement au trempé à chaud dans un bain liquide à base de zinc comprenant de l'aluminium, ledit bain ayant une température T2, d'une bande en acier austénitique fercarbone-manganèse comprenant: 0,30% C < 1,05%, 16%_< Mn 5 26%, Si 1%, et Al 0,050%, les teneurs étant exprimées en poids, ledit procédé comprenant les étapes consistant à : faire subir à ladite bande un traitement thermique dans un four à l'intérieur duquel règne une atmosphère réductrice vis-à-vis du fer, ledit traitement thermique comprenant une phase de chauffage à une vitesse de chauffage V1, une phase de maintien à une température T1 et pendant un temps de maintien M, suivi d'une phase de refroidissement à une vitesse de refroidissement V2, pour obtenir une bande couverte sur ses deux faces d'une sous-couche continue d'oxyde mixte de fer et de manganèse (Fe, Mn)O amorphe, et d'une couche externe continue ou discontinue d'oxyde de manganèse MnO cristallin, puis faire défiler ladite bande couverte des couches d'oxyde dans ledit bain pour la revêtir par un revêtement à base de zinc, la teneur en aluminium dans ledit bain étant ajustée à une valeur au moins égale à la teneur nécessaire pour que l'aluminium réduise complètement la couche d'oxyde de manganèse MnO cristallin et au moins partiellement la couche d'oxyde (Fe,Mn)O amorphe, de manière à former à la surface de la bande ledit revêtement comprenant trois couches d'alliage fer-manganèse- zinc et une couche superficielle de lo zinc.
L'invention a également pour objet la bande en acier austénitique fercarbone-manganèse revêtue par un revêtement à base de zinc pouvant être obtenue par ce procédé.
is Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif.
Les inventeurs ont ainsi mis en évidence qu'en créant des conditions favorables pour que la bi-couche d'oxyde mixte (Fe,Mn)O et d'oxyde de manganèse se formant à la surface de la bande en acier fercarbonemanganèse, soit réduite par l'aluminium contenu dans le bain liquide à base de zinc, la surface de la bande devenait mouillante vis à vis du zinc, ce qui permettait de la revêtir par un revêtement à base de zinc.
L'épaisseur de cette bande en acier est typiquement comprise entre 0,2 25 et 6 mm, et peut être issue soit du train à bandes à chaud, soit du train à bandes à froid.
L'acier austénitique fer-carbone-manganèse mis en oeuvre selon l'invention comprend, en % en poids: 0,30% C 5 1,05%, 16%5 Mn < 26%, Si < 1%, Al 0,050%, S < 0,030%, P5 0,080%, N 0,1%, et à titre optionnel, un ou plusieurs éléments tels que: Cr 1%, Mo 5 0,40%, Ni 1%, Cu 5%, Ti <_ 0,50%, Nb 0,50%, V < 0,50%, le reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés inévitables résultant de l'élaboration.
Le carbone joue un rôle très important sur la formation de la microstructure: il augmente l'énergie de défaut d'empilement et favorise la stabilité de la phase austénitique. En combinaison avec une teneur en manganèse allant de 16 à 26% en poids, cette stabilité est obtenue pour une teneur en carbone supérieure ou égale à 0,30%. Cependant, pour une teneur en carbone supérieure à 1,05% il devient difficile d'éviter une précipitation de carbures qui intervient au cours de certains cycles thermiques de fabrication industrielle, en particulier lors du refroidissement au bobinage, et qui dégrade la ductilité et la ténacité.
De préférence, la teneur en carbone est comprise entre 0,40 et 0,70% to en poids. En effet, lorsque la teneur en carbone est comprise entre 0,40% et 0,70%, la stabilité de l'austénite est accrue et la résistance est augmentée.
Le manganèse est également un élément indispensable pour accroître la résistance, augmenter l'énergie de défaut d'empilement et stabiliser la phase austénitique. Si sa teneur est inférieure à 16%, .il existe un risque de ts formation de phases martensitiques qui diminuent très notablement l'aptitude à la déformation. Par ailleurs, lorsque la teneur en manganèse est supérieure à 26%, la ductilité à température ambiante est dégradée. De plus, pour des questions de coût, il n'est pas souhaitable que la teneur en manganèse soit élevée.
De préférence, la teneur en manganèse dans l'acier selon l'invention est comprise entre 20 et 25% en poids.
Le silicium est un élément efficace pour désoxyder l'acier ainsi que pour durcir en phase solide. Cependant, au-delà d'une teneur de 1%, il se forme à la surface de l'acier des couches Mn2SiO4 et SiO2 qui montrent une aptitude à la réduction par l'aluminium contenu dans le bain à base de zinc nettement inférieure aux couches d'oxyde mixte (Fe,Mn)O et d'oxyde de manganèse MnO.
De préférence, la teneur en silicium dans l'acier est inférieure à 0,5 % en poids.
L'aluminium est également un élément particulièrement efficace pour la désoxydation de l'acier. Comme le carbone, il augmente l'énergie de défaut d'empilement. Cependant, sa présence excessive dans des aciers à forte teneur en manganèse présente un inconvénient: En effet, le manganèse augmente la solubilité de l'azote dans le fer liquide, et si une quantité d'aluminium trop importante est présente dans l'acier, l'azote se combinant avec l'aluminium précipite sous forme de nitrures d'aluminium gênant la migration des joints de grains lors de la transformation à chaud et augmente très notablement le risque d'apparitions de fissures. Une teneur en Al inférieure ou égale à 0,050 % permet d'éviter une précipitation d'AIN. Corrélativement, la teneur en azote doit être inférieure ou égale à 0,1 % afin d'éviter cette précipitation et la formation de défauts volumiques (soufflures) lors de la solidification.
to En outre au-delà de 0,050% en poids d'aluminium, on commence à former, lors du recuit de recristallisation de l'acier, des oxydes tels que MnAI2O4, MnO.AI2O3 qui sont plus difficilement réduits par l'aluminium contenu dans le bain de revêtement à base de zinc, que les oxydes (Fe,Mn) O et MnO. En effet, ces oxydes comprenant de l'aluminium sont beaucoup plus stables que les oxydes (Fe,Mn)O et MnO. Par conséquent, même si on parvient à former à la surface de l'acier un revêtement à base de zinc, celui-ci sera de toute façon peu adhérent à cause de la présence d'alumine. Ainsi, pour obtenir une bonne adhérence du revêtement à base de zinc, il est essentiel que la teneur en aluminium dans l'acier soit inférieure à 0,050% en poids.
Le soufre et le phosphore sont des impuretés fragilisant les joints de grains. Leur teneur respective doit être inférieure ou égale à 0,030 et 0, 080% afin de maintenir une ductilité à chaud suffisante.
Le chrome et le nickel peuvent être utilisés à titre optionnel pour augmenter la résistance de l'acier par durcissement en solution solide.
Cependant, le chrome diminuant l'énergie de défaut d'empilement, sa teneur doit être inférieure ou égale à 1%. Le nickel contribue à obtenir un allongement à rupture important, et augmente en particulier la ténacité. Cependant, il est également souhaitable, pour des questions de coûts, de limiter la teneur en nickel à une teneur maximale inférieure ou égale à 1%. Pour des raisons similaires, le molybdène peut être ajouté en quantité inférieure ou égale à 0,40%.
De même, à titre optionnel, une addition de cuivre jusqu'à une teneur inférieure ou égale à 5% est un moyen de durcir l'acier par précipitation de cuivre métallique. Cependant, au-delà de cette teneur, le cuivre est responsable de l'apparition de défauts de surface en tôle à chaud.
Le titane, le niobium et le vanadium sont également des éléments pouvant être utilisés optionnellement pour obtenir un durcissement par précipitation de carbonitrures. Cependant, lorsque la teneur en Nb ou en V, ou en Ti est supérieure à 0,50%, une précipitation excessive de carbonitrures peut provoquer une réduction de la ténacité, ce qui doit être évité.
Après avoir été laminée à froid, la bande en acier austénitique fercarbone-manganèse subit un traitement thermique afin de recristalliser l'acier.
Le recuit de recristallisation permet de conférer à l'acier une microstructure homogène, d'améliorer ses caractéristiques mécaniques, et en particulier de lui redonner de la ductilité pour permettre son utilisation en emboutissage.
Ce traitement thermique est réalisé dans un four à l'intérieur duquel règne une atmosphère composée d'un gaz réducteur vis-à-vis du fer, pour éviter toute oxydation excessive de la surface de la bande, et permettre un bon accrochage du zinc. Ce gaz est choisi parmi l'hydrogène, et les mélanges azote hydrogène. De préférence, on choisit les mélange gazeux comprenant entre 20 et 97% en volume d'azote et entre 3 et 80% en volume d'hydrogène, et plus préférentiellement entre 85 et 95% en volume d'azote et entre 5 et 15% en volume d'hydrogène. En effet, bien que l'hydrogène soit un excellent agent réducteur du fer, on préfère limiter sa concentration en raison de son coût élevé par rapport à l'azote. En faisant régner dans l'enceinte du four une atmosphère réductrice vis-àvis du fer, on évite ainsi la formation d'une couche épaisse de calamine, c'est à dire dont l'épaisseur est largement supérieure à 100 nm. Dans le cas des aciers fer-carbone-manganèse, la calamine est une couche d'oxyde de fer comprenant une faible proportion de manganèse. Or non seulement cette couche de calamine empêche toute adhérence du zinc sur l'acier, mais aussi c'est une couche qui a tendance à se fissurer facilement ce qui la rend d'autant plus indésirable.
Dans les conditions industrielles, l'atmosphère régnant dans le four est certes réductrice vis-à-vis du fer, mais pas pour des éléments comme le manganèse. En effet, le gaz constituant l'atmosphère régnant dans le four comprend des traces d'humidité et/ou d'oxygène qui ne peuvent être évitées, mais qu'il est possible de contrôler en imposant le point de rosée dudit gaz.
Ainsi, les inventeurs ont observé, que selon l'invention, à l'issue du recuit de recristallisation, plus le point de rosée dans le four est bas, ou autrement dit plus la pression partielle d'oxygène est basse, plus la couche d'oxyde de manganèse formée à la surface de la bande en acier fercarbonemanganèse est fine. Cette observation peut paraître en désaccord avec la théorie de Wagner selon laquelle plus le point de rosée est bas, plus la densité d'oxydes formée à la surface d'une bande en acier au carbone est élevée. En effet, lorsque la quantité d'oxygène diminue à la surface de l'acier au carbone, io la migration des éléments oxydables contenus dans l'acier vers la surface s'accélère, ce qui favorise l'oxydation de la surface. Sans vouloir être lié par une quelconque théorie, les inventeurs pensent que dans le cas de l'invention, la couche d'oxyde (Fe,Mn)O amorphe devient rapidement continue. Elle constitue donc une barrière pour l'oxygène de l'atmosphère régnant dans le four, qui n'est plus en contact direct avec l'acier. Une augmentation de la pression partielle d'oxygène dans le four conduit donc à une augmentation de l'épaisseur de l'oxyde de manganèse et ne provoque pas d'oxydation interne, c'est à dire qu'on n'observe pas de couche d'oxyde supplémentaire entre la surface de l'acier austénitique fer-carbone- manganèse et la couche d'oxyde amorphe (Fe,Mn)O.
Le recuit de recristallisation réalisé dans les conditions de l'invention permet ainsi de former sur les deux faces de la bande une sous-couche continue d'oxyde mixte de fer et de manganèse (Fe,Mn)O amorphe dont l'épaisseur est de préférence comprise entre 5 et 10 nm, et une couche externe continue ou discontinue d'oxyde de manganèse MnO cristallin dont l'épaisseur est de préférence comprise entre 5 et 90 nm, avantageusement entre 5 et 50 nm, et plus préférentiellement entre 10 et 40 nm. La couche externe MnO présente un aspect granuleux, et la taille des cristaux de MnO augmente fortement lorsque le point de rosée augmente également. En effet, leur diamètre moyen varie d'environ 50 nm pour un point de rosée de -80 C, la couche de MnO étant alors discontinue, jusqu'à 300 nm pour un point de rosée de +10 C, la couche de MnO étant dans ce cas continue.
Les inventeurs ont mis en évidence que, lorsque la teneur en poids en aluminium dans le bain liquide à base de zinc est inférieure à 0,18% et lorsque la couche d'oxyde de manganèse MnO est supérieure à 100 nm, celleci n'est pas réduite par l'aluminium contenu dans le bain, et le revêtement à base de zinc ne s'obtient pas en raison de l'effet non mouillant de MnO vis-à-vis du zinc.
A cet effet, le point de rosée selon l'invention, au moins dans la zone de maintien en température du four, et préférentiellement dans toute l'enceinte du four, est de préférence compris entre -80 et 20 C, avantageusement entre - Io 80 et -40 C et plus préférentiellement entre -60 et -40 C.
En effet, dans les conditions industrielles usuelles on parvient dans des conditions particulières à baisser le point de rosée d'un four de recuit de recristallisation à une valeur inférieure à -60 C, mais pas en dessous de - 80 C.
Au-delà de 20 C, l'épaisseur de la couche d'oxyde de manganèse devient trop importante pour être réduite par l'aluminium contenu dans le bain liquide à base de zinc dans les conditions industrielles, c'est à dire pendant un temps inférieur à 10 secondes.
La fourchette -60 à -40 C est avantageuse, car elle permet de former 20 une bi-couche d'oxydes d'épaisseur relativement réduite qui sera facilement réduite par l'aluminium contenu dans le bain à base de zinc.
Le traitement thermique comprend une phase de chauffage à une vitesse de chauffage V1, une phase de maintien à une température Ti et pendant un temps de maintien M, suivi d'une phase de refroidissement à une vitesse de refroidissement V2.
Le traitement thermique est réalisé de préférence à une vitesse de chauffage V1 supérieure ou égale à 6 Cls, car en dessous de cette valeur le temps de maintien M de la bande dans le four est trop long et ne correspond pas aux exigences industrielles de productivité.
La température Ti est de préférence comprise entre 600 et 900 C. En effet, en dessous de 600 C, l'acier ne sera pas complètement recristallisé et ses caractéristiques mécaniques seront insuffisantes. Au-delà de 900 C, non seulement la taille des grains de l'acier augmente ce qui est néfaste pour l'obtention de bonnes caractéristiques mécaniques, mais aussi l'épaisseur de la couche d'oxyde de manganèse MnO augmente fortement et rend difficile, voir impossible, le dépôt ultérieur d'un revêtement à base de zinc, car l'aluminium contenu dans le bain n'aura pas complètement réduit le MnO. Plus s la température T1 est basse, plus la quantité de MnO formée sera faible, et plus il sera facile de le réduire par l'aluminium, c'est pourquoi T1 est de préférence comprise entre 600 et 820 C, avantageusement inférieure ou égale à 750 C, et plus préférentiellement comprise entre 650 et 750 C.
Le temps de maintien M est de préférence compris entre 20 s et 60 s, et io avantageusement compris entre 20 et 40 s. Le recuit de recristallisation est généralement réalisé par un dispositif de chauffage à tubes radiants.
De préférence, la bande est refroidie jusqu'à une température d'immersion de la bande T3 comprise entre (T2 10 C) et (T2 + 30 C), T2 étant défini comme étant la température du bain liquide à base de zinc. En refroidissant la bande à une température T3 voisine de la température T2 du bain, on évite de refroidir ou de réchauffer le zinc liquide au voisinage de la bande en défilement dans le bain, ce qui permet de former sur la bande un revêtement à base de zinc ayant une structure homogène tout le long de la bande.
La bande est préférentiellement refroidie à une vitesse de refroidissement V2 supérieure ou égale à 3 C/s, avantageusement supérieure à 10 C/s, de manière à éviter le grossissement des grains et à obtenir une bande en acier présentant de bonnes caractéristiques mécaniques. Ainsi, la bande est généralement refroidie par injection d'un flux d'air sur ses deux faces.
Lorsque, après avoir subi le recuit de recristallisation, la bande en acier austénitique fer-carbone-manganèse est couverte sur ses deux faces par la bicouche d'oxydes, on la fait défiler dans le bain liquide à base de zinc contenant de l'aluminium.
L'aluminium contenu dans le bain de zinc contribue non seulement à la réduction au moins partielle la bi-couche d'oxydes, mais aussi à l'obtention d'un revêtement présentant un aspect de surface homogène. i0
Un aspect de surface homogène est caractérisé par une épaisseur uniforme, alors qu'un aspect hétérogène est caractérisé par de fortes hétérogénéités d'épaisseur. Contrairement à ce qui se passe pour les aciers au carbone, il ne se forme pas de couche inter-faciale de type Fe2AI5 et/ou s FeAI3 à la surface de l'acier fer-carbone-manganèse, ou si celle-ci se forme, elle est immédiatement détruite par la formation des phases (Fe,Mn) Zn. Cependant, on retrouve des mattes de type Fe2AI5 et/ou FeAI3 dans le bain.
La teneur en aluminium dans le bain est ajustée à une valeur au moins égale à la teneur nécessaire pour que l'aluminium réduise complètement la to couche d'oxyde de manganèse MnO cristallin et au moins partiellement la couche d'oxyde (Fe,Mn)O amorphe.
A cet effet, la teneur en poids de l'aluminium dans le bain est comprise entre 0,15 et 5%. En dessous de 0,15%, la teneur en aluminium sera insuffisante pour réduire complètement la couche d'oxyde de manganèse MnO is et au moins partiellement la couche de (Fe,Mn)O, et la surface de la bande en acier ne présentera pas une mouillabilité suffisante vis à vis du zinc. Au-delà de 5% d'aluminium dans le bain, il se formera à la surface de la bande en acier un revêtement d'un type différent de celui qui est obtenu par l'invention. Ce revêtement comprendra une proportion croissante d'aluminium à mesure que la teneur en aluminium dans le bain augmente.
Outre l'aluminium, le bain à base de zinc peut également contenir du fer, de préférence à une teneur telle qu'il soit en sursaturation vis-à vis de Fe2AI5 et/ou FeAI3.
Pour maintenir le bain à l'état liquide, il est porté à une température T2 25 de préférence supérieure ou égale à 430 C, mais pour éviter toute évaporation excessive de zinc, T2 est inférieure ou égale à 480 C.
La bande est en contact avec le bain pendant un temps de contact C compris de préférence entre 2 et 10 secondes, et plus préférentiellement entre 3 et 5 secondes.
En dessous de 2 secondes, l'aluminium n'a pas suffisamment de temps pour réduire complètement la couche d'oxyde de manganèse MnO et au moins partiellement la couche d'oxyde mixte (Fe,Mn)O, et rendre ainsi la surface de l'acier mouillante vis-à-vis du zinc. Au-dessus de 10 secondes, la 2876711 Il bi-couche d'oxydes sera certes complètement réduite, cependant la vitesse de ligne risque d'être industriellement trop basse, et le revêtement trop allié et ensuite difficile à ajuster en épaisseur.
Ces conditions permettent de revêtir la bande sur ses deux faces par un 5 revêtement à base de zinc comportant dans l'ordre à partir de l'interface acier/revêtement une couche d'alliage fer-manganèse-zinc composée de deux phases cubique F et cubique à face centrée FI, une couche d'alliage fermanganèse-zinc 6 1 de structure hexagonale, une couche d'alliage fermanganèse-zinc de structure monoclinique, et une couche superficielle de io zinc.
Les inventeurs ont ainsi vérifié que selon l'invention, et contrairement à ce qui se passe dans le cas d'un revêtement d'une bande en acier au carbone dans un bain à base de zinc contenant de l'aluminium, il ne se forme pas de couche Fe2Al5 à l'interface acier/revêtement. Selon l'invention, l'aluminium du bain réduit la bi-couche d'oxyde. Or la couche de MnO est plus facilement réductible par l'aluminium du bain que les couches d'oxydes à base de silicium. Il en résulte un appauvrissement local en aluminium qui conduit à la formation d'un revêtement comprenant des phases FeZn au lieu et place du revêtement Fe2AI5(Zn) attendu, et qui se forme dans le cas des aciers au carbone.
Pour améliorer la soudabilité de la bande revêtue par le revêtement à base de zinc comprenant trois couches d'alliage fer-manganèse-zinc et une couche superficielle de zinc selon l'invention, on la soumet à un traitement thermique d'alliation de manière à allier complètement ledit revêtement. On obtient ainsi une bande revêtue sur ses deux faces par un revêtement à base de zinc comportant dans l'ordre à partir de l'interface acier/revêtement une couche d'alliage fer-manganèse-zinc composée de deux phases cubique F et cubique à face centrée F 1, une couche d'alliage fermanganèse-zinc b 1 de structure hexagonale, et éventuellement une couche d'alliage fer-manganèse-30 zinc de structure monoclinique.
En outre, les inventeurs ont mis en évidence que ces composés (Fe,Mn)Zn sont favorables à l'adhérence de la peinture.
Le traitement thermique d'alliation est de préférence réalisé directement à la sortie du bain de zinc, à une température comprise entre 490 et 540 C, pendant une durée comprise entre 2 et 10 secondes.
L'invention va à présent être illustrée par des exemples donnés à titre indicatif, et non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles: les figures 1, 2 et 3 sont des photographies de la surface d'une bande en acier austénitique fer-carbone-manganèse ayant subi un recuit avec respectivement un point de rosée de -80 C, de -45 C et de +10 C, dans les conditions décrites ci-dessous, la figure 4 est une micrographie MEB montrant en coupe transversale la bi-couche d'oxyde formée sur un acier austénitique fer-carbonemanganèse après recuit de recristallisé avec un point de rosée +10 C, dans les conditions décrites ci-dessous, la figure 5 est une micrographie MEB montrant en coupe transversale le revêtement à base de zinc formé après immersion dans un bain de zinc comprenant 0,18% en poids d'aluminium, sur un acier austénitique fercarbone-manganèse recuit avec un point de rosée -80 C, dans les conditions décrites ci-dessous.
1) Influence du point de rosée sur l'aptitude à la revétabilité Les essais ont été réalisés en utilisant des échantillons découpés dans une bande en acier austénitique fer-carbone-manganèse, qui après laminage à chaud et laminage à froid, présente une épaisseur de 0,7 mm. La 25 composition chimique de cet acier est présentée dans le tableau 1, la teneur étant exprimé en % en poids.
Tableau 1
Mn C Si Al S P Mo Cr 20,77 0,57 0,009 traces 0,008 0,001 0,001 0,049 Les échantillons ont subi un recuit de recristallisation dans un four Infra Rouge dont on a fait varier le point de rosée (PR) de -80 C à +10 C1 dans les conditions suivantes: atmosphère gazeuse: azote + 15% en volume d'hydrogène 5 vitesse de chauffage V1: 6 Cls température de chauffage T1: 810 C temps de maintien M: 42 s vitesse de refroidissement V2: 3 C/s température d'immersion T3: 480 C lo Dans ces conditions, l'acier est complètement recristallisé, et le tableau 2 présente les caractéristiques de la bi-couche d'oxyde comprenant une couche inférieure continue amorphe (Fe,Mn)O, et une couche supérieure MnO, formée sur les échantillons après le recuit en fonction du point de rosée.
Tableau 2
PR -80 C PR -45 C PR +10 C Couleur de la surface la jaune vert bleu bande Diamètre moyen des 50 100 300 cristaux MnO (nm) couche couche continue couche continue discontinue Epaisseur de la bi- 10 110 1500 couche (nm) Après avoir été recristallisés, les échantillons sont refroidis jusqu'à une température T3 de 480 C et sont immergés dans un bain de zinc comprenant, en poids, 0,18% d'aluminium et 0,02% de fer, dont la température T2 est 460 C. Les échantillons restent en contact avec le bain pendant un temps de contact C de 3 secondes. Après immersion, leséchantillons sont examinés pour vérifier si un revêtement à base de zinc est présent à la surface de l'échantillon. On a indiqué au tableau 3, le résultat obtenu en fonction du point de rosée.
Tableau 3
PR -80 C PR -45 C PR +10 C Présence du revêtement oui non non à base de zinc Les inventeurs ont mis en évidence que si la bi-couche d'oxyde formée sur la bande en acier austénitique fer-carbone-manganèse après recuit de recristallisation était supérieure à 110 nm, la présence dans le bain de 0,18% en poids d'aluminium était insuffisante pour réduire la bi-couche d'oxyde et conférer à la bande une mouillabilité suffisante du zinc vis-à-vis de l'acier pour former un revêtement à base de zinc.
2) Influence de la teneur en aluminium dans l'acier Les essais ont été réalisés en utilisant des échantillons découpés dans une bande en acier austénitique fer-carbone-manganèse, qui après laminage à chaud et laminage à froid, présente une épaisseur de 0,7 mm. La composition chimique des aciers mis en oeuvre est présentée dans le tableau 4, la teneur étant exprimé en % en poids.
Tableau 4
Mn C Si Al AcierA 25,10 0,50 0,009 1,27 *Acier B 24,75 0,41 0,009 traces * selon l'invention Les échantillons ont subi un recuit de recristallisation dans un four Infra-rouge dont le point de rosée (PR) est de -80 C, dans les conditions suivantes: atmosphère gazeuse: azote + 15% en volume d'hydrogène vitesse de chauffage VI: 6 C/s température de chauffage T1: 810 C temps de maintien M: 42 s vitesse de refroidissement V2: 3 Cls température d'immersion T3: 480 C Dans ces conditions, l'acier est complètement recristallisé, et le tableau 5 présente les structures des différents films d'oxydes qui se sont formés à la surface de l'acier après le recuit en fonction.
Tableau 5
Films d'oxydes Acier A *Acier B Sous-couche MnAI2O4 (Fe,Mn)O Couche supérieure MnO.AI203 MnO * selon l'invention Après avoir été recristallisés, les échantillons sont refroidis jusqu'à une température T3 de 480 C et sont immergés dans un bain de zinc comprenant 0,18% d'aluminium et 0,02% de fer, dont la température T2 est 460 C. Les lo échantillons restent en contact avec le bain pendant un temps de contact C de 3 secondes. Après immersion, les échantillons sont revêtus par un revêtement à base de zinc.
Pour caractériser l'adhésion de ce revêtement à base de zinc formé sur les échantillons d'acier A et d'acier B, un ruban adhésif a été appliqué sur l'acier revêtu, puis arraché. Le tableau 6 reprend les résultats après arrachage du ruban adhésif de ce test d'adhésion. L'adhésion est qualifiée par cotation des niveaux de gris sur le scotch, en partant de 0 pour lequel le scotch est resté propre après arrachage, jusqu'au niveau 3 présentant le niveau de gris le plus intense.
Tableau 6
Acier A Mauvaise adhésion, niveau de gris: 3 *Acier B Bonne adhésion, niveau de gris: 0, pas de trace du revêtement à base de zinc sur le ruban adhésif * selon l'invention
Claims (26)
1. Procédé de revêtement au trempé à chaud dans un bain liquide à base de zinc comprenant de l'aluminium, ledit bain ayant une température T2, d'une bande en acier austénitique fer-carbone-manganèse comprenant: 0,30% S C <_ 1,05%, 16%<_ Mn 26%, Si <_ 1%, et Al 0,050%, les teneurs étant exprimées en poids, ledit procédé comprenant les étapes consistant à : lo faire subir à ladite bande un traitement thermique dans un four à l'intérieur duquel règne une atmosphère réductrice vis-à-vis du fer, ledit traitement thermique comprenant une phase de chauffage à une vitesse de chauffage V1, une phase de maintien à une température Ti et pendant un temps de maintien M, suivi d'une phase de refroidissement à une vitesse de refroidissement V2, pour obtenir une bande couverte sur ses deux faces d'une sous-couche continue d'oxyde mixte de fer et de manganèse (Fe,Mn)O amorphe, et d'une couche externe continue ou discontinue d'oxyde de manganèse MnO cristallin, puis faire défiler ladite bande couverte desdites couches d'oxyde dans ledit bain pour revêtir la bande par un revêtement à base de zinc, la teneur en aluminium dans ledit bain étant ajustée à une valeur au moins égale à la teneur nécessaire pour que l'aluminium réduise complètement la couche d'oxyde de manganèse MnO cristallin et au moins partiellement la couche d'oxyde (Fe, Mn)O amorphe, de manière à former à la surface de la bande ledit revêtement comprenant trois couches d'alliage fer-manganèse-zinc et une couche superficielle de zinc.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite atmosphère réductrice vis-à-vis du fer est composée d'un gaz choisi parmi l'hydrogène, et les mélanges azote - hydrogène.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit gaz comprend entre 20 et 97% en volume d'azote et entre 3 et 80% en volume d'hydrogène.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit gaz comprend entre 85 et 95% en volume d'azote et entre 5 et 15% en volume d'hydrogène.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit gaz présente un point de rosée compris entre -80 et 20 C.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit gaz présente un point de rosée compris entre -80 et -40 C.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit gaz présente un point de rosée compris entre -60 et -40 C.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le traitement thermique de la bande est réalisé à une vitesse de chauffage VI supérieure ou égale à 6 C/s, à une température T1 comprise entre 600 et 900 C, pendant un temps de maintien M compris entre 20 s et 60 s, et à une vitesse de refroidissement V2 supérieure ou égale à 3 Cls jusqu'à une température d'immersion de la bande T3 comprise entre (T2 10 C) et (T2 + 30 C).
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la température T1 est comprise entre 650 et 820 C.
10. Procédé selon revendication 9, caractérisé en ce que la température T1 est inférieure ou égale à 750 C.
11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le temps de maintien M est compris entre 20 et 40 s.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre le traitement thermique dans une atmosphère réductrice de telle sorte que l'on forme une couche d'oxyde mixte (Fe,Mn) (0) amorphe présentant une épaisseur comprise entre 5 et 10 nm, et une couche d'oxyde de manganèse MnO cristalline présentant une épaisseur comprise entre 5 et 90 nm, avant de réduire complètement la couche de MnO par l'aluminium du bain.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la couche io d'oxyde de manganèse MnO cristalline présente une épaisseur comprise entre 5 et 50 nm.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la couche d'oxyde de manganèse MnO cristalline présente une épaisseur comprise 15 entre 10 et 40 nm.
15. Procédé selon l'une quelconques des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le bain liquide à base de zinc comprend entre 0,15 et 5% en poids d'aluminium.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la température du bain liquide à base de zinc T2 est comprise entre 430 et 480 C.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que la bande est en contact avec le bain liquide à base de zinc pendant un temps de contact C compris entre 2 et 10 s.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le temps de 30 contact C est compris entre 3 et 5 s.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que la teneur en carbone dans l'acier est comprise entre 0,40 et 0, 70% en poids.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que la teneur en manganèse dans l'acier est comprise entre 20 et 25% en poids.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'après avoir revêtu la bande en acier austénitique par le revêtement comprenant trois couches d'alliage fer-manganèse-zinc et une couche superficielle de zinc, on soumet ladite bande revêtue à un traitement thermique de manière à allier complètement ledit revêtement.
22. Bande en acier austénitique fer-carbone-manganèse pouvant être obtenue selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, dont la composition chimique comprend, les teneurs étant exprimées en poids: 0,30%SC51,05% 16% Mn 26% Si<_1% Al <_ 0,050% S 0,030% P<_ 0,080% N 0,1%, et à titre optionnel, un ou plusieurs éléments tels que Cr 1% Mo 0,40% Ni S1% Cu 5% Ti S 0,50% Nb S 0,50% V <_ 0,50%, le reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés inévitables résultant de l'élaboration, ladite bande étant revêtue sur les deux faces par revêtement à base de zinc comportant dans l'ordre à 15 20 partir de l'interface acier/revêtement une couche d'alliage fermanganèse-zinc composée de deux phases cubique I' et cubique à face centrée r 1, une couche d'alliage fermanganèse-zinc b 1 de structure hexagonale, une couche d'alliage fermanganèse-zinc de structure monoclinique, et une couche superficielle de zinc.
23. Bande en acier austénitique fer-carbone-manganèse pouvant être obtenue selon la revendication 21, dont la composition chimique comprend, les teneurs étant exprimées en poids: 0,30% 5 C 51,05% 16%_< Mn <_ 26% Si 1% Al 0,050% S <_ 0,030% P_< 0,080% N50,1%, et à titre optionnel, un ou plusieurs éléments tels que Cr 1% Mo 0,40% Ni 1% Cu 5 /o Ti 5 0,50% Nb 0,50% V50,50%, le reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés inévitables résultant de l'élaboration, ladite bande étant revêtue sur au moins une de ses faces par revêtement à base de zinc comportant dans l'ordre à partir de l'interface acier/revêtement une couche d'alliage fer-manganèse-zinc composée de deux phases cubique F et cubique à face centrée F1, une couche d'alliage fer-manganèse-zinc 5 1 de structure hexagonale, et éventuellement une couche superficielle d'alliage fer-manganèse-zinc de structure monoclinique.
24. Bande en acier selon l'une des revendications 22 ou 23, caractérisée 5 en ce que la teneur en silicium est inférieure à 0,5% en poids.
25. Bande en acier selon l'une quelconque des revendications 22 à 24, caractérisée en ce que la teneur en carbone est comprise entre 0,40 et 0, 70% en poids.
26. Bande en acier selon l'une quelconque des revendications 22 à 25, caractérisée en ce que la teneur en manganèse est comprise entre 20 et 25% en poids.
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