LU84732A1 - PROCESS AND DEVICE FOR IMPROVING THE QUALITY OF METAL COATINGS FORMED BY HOT DIP - Google Patents
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Description
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r| de brevet déposée en Belgique le 7 avril Jl 19S2 sous le No 892.795_ r ! i lr | patent filed in Belgium on April 7 Jl 19S2 under No 892.795_ r! he
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Brevet d* invention a«a»3»3Ba3aa«aaaaK»»3iiaMtacajc3»timo - 1 - C 2184/8204.Patent of invention a "a" 3 "3Ba3aa" aaaaK "" 3iiaMtacajc3 "timo - 1 - C 2184/8204.
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Procédé et dispositif pour améliorer la qualité des revêtements métalliques formés par immersion à chaud.Method and device for improving the quality of metallic coatings formed by hot immersion.
La présente invention concerne un procédé pour améliorer la qualité des revêtements métalliques formés par immersion du substrat dans un bain de métal de revêtement.The present invention relates to a method for improving the quality of metallic coatings formed by immersing the substrate in a coating metal bath.
Elle s’applique aux revêtements constitués de métaux tels que le plomb, l'étain, le zinc ou l'aluminium, ou d'alliages de plusieursIt applies to coatings made of metals such as lead, tin, zinc or aluminum, or of alloys of several
Ide ces métaux, en particulier d'alliages de zinc - aluminium ou zinc - plomb - aluminium dans lesquels la teneur en aluminium peut atteindre 80 % en poids.Ide of these metals, in particular of alloys of zinc - aluminum or zinc - lead - aluminum in which the aluminum content can reach 80% by weight.
Bien qu'elle soit également applicable aux revêtements formés sur les substrats en acier les plus divers, tels que bandes, fils, tubes ou pièces de forme quelconque, et déposés par des procédésAlthough it is also applicable to coatings formed on the most diverse steel substrates, such as strips, wires, tubes or parts of any shape, and deposited by methods
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continus, semi-continus ou discontinus, l'invention sera dé crite ici dans son application au traitement d'un revêtement de zinc formé en continu sur une bande d'acier.continuous, semi-continuous or discontinuous, the invention will be described here in its application to the treatment of a zinc coating formed continuously on a steel strip.
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Après avoir subi des traitements bien connus de préparation de surface, la bande d'acier est immergée dans le bain de zinc pendant une durée déterminée.After having undergone well-known surface preparation treatments, the steel strip is immersed in the zinc bath for a determined period.
A la sortie du bain de zinc, le revêtement présent à la surface de la bande est soumis à une opération de réglage d'épaisseur, par des moyens également connus, par exemple des couteaux d'air.At the exit from the zinc bath, the coating present on the surface of the strip is subjected to a thickness adjustment operation, by means also known, for example air knives.
La bande revêtue est ensuite soumise à un refroidissement naturel à l'air ambiant. La vitesse de refroidissement dépend de plusieurs facteurs, tels que la température du bain, la température de la bande, la massivité tant de la bande que du revêtement? elle est généralement inférieure à 10°C/s.The coated strip is then subjected to natural cooling with ambient air. The cooling rate depends on several factors, such as the bath temperature, the strip temperature, the massiveness of both the strip and the coating? it is generally less than 10 ° C / s.
En raison des faibles vitesses de refroidissement que l'on peut atteindre de la sorte, le revêtement de zinc se solidifie relativement lentement; il cristallise dans une structure relative- ment grossière, favorisée d'ailleurs par certains éléments comme le plomb ou l’étain, qui correspond à un fleurage normal.Due to the low cooling rates that can be achieved in this way, the zinc coating solidifies relatively slowly; it crystallizes in a relatively coarse structure, favored moreover by certain elements such as lead or tin, which corresponds to normal flowering.
Il a déjà été proposé d'appliquer un refroidissement plus intense lorsque l'on désire affiner la structure du revêtement de zinc. On a notamment préconisé de projeter certaines substances au moyen de jets d'air, en vue de favoriser la formation de nombreux germes de solidification et de provoquer ainsi un affinement du grain de zinc. Parmi les substances utilisées comme inoculants, on peut citer la poussière de zinc ou un brouillard constitué de vapeur d'eau et d'une solution aqueuse de phosphate d'ammonium. Ces techniques ne permettent cependant pas d'atteindre des vitesses de refroidissement du revêtement supérieures à quelques dizaines de degrés par seconde et ne / permettent dès lors pas d'éliminer complètement le fleurage - 3 - , du revêtement.It has already been proposed to apply more intense cooling when it is desired to refine the structure of the zinc coating. In particular, it has been recommended to spray certain substances by means of air jets, with a view to promoting the formation of numerous solidification germs and thus causing a refinement of the zinc grain. Among the substances used as inoculants, mention may be made of zinc dust or a mist consisting of water vapor and an aqueous solution of ammonium phosphate. However, these techniques do not make it possible to reach cooling rates of the coating greater than a few tens of degrees per second and therefore do not allow the flowering of the coating to be completely eliminated.
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On a cependant constaté que ces revêtements refroidis rapidement à fleurage minimisé, présentaient encore de sérieux inconvénients concernant en particulier la résistance à la corrosion au brouillard salin, l'adhérence des peintures et la tenue à la corrosion des revêtements peints.However, it has been found that these coatings cooled rapidly with minimized flowering still have serious drawbacks concerning in particular the resistance to corrosion by salt spray, the adhesion of the paints and the corrosion resistance of the painted coatings.
La présente invention a précisément pour objet un procédé permettant de remédier à ces inconvénients en assurant une meilleure homogénéité de la structure du dépôt métallique conduisant à une suppression pratiquement totale du fleurage.The subject of the present invention is precisely a method making it possible to remedy these drawbacks by ensuring better homogeneity of the structure of the metal deposit, leading to an almost total elimination of flowering.
Le procédé qui fait l'objet de la présente invention, dans lequel on fait passer une bande d'acier dans un bain de métal de revêtement à la sortie duquel on soumet le dit revêtement à une opération de refroidissement, est essentiellement caractérisé en ce que l'on effectue le dit refroidissement en projetant sur le revêtement de l'eau et/ou de la vapeur d'eau, de préférence sous la forme d'un brouillard formé par un gaz porteur tel que de 1' air ou de l'azote.The process which is the subject of the present invention, in which a steel strip is passed through a coating metal bath at the outlet of which the said coating is subjected to a cooling operation, is essentially characterized in that said cooling is carried out by spraying the coating with water and / or water vapor, preferably in the form of a mist formed by a carrier gas such as air or nitrogen.
Selon la présente invention, il est avantageux d'entamer le refroidissement par projection d'eau et/ou de vapeur d'eau, lorsque le métal de revêtement se trouve encore à l’état liquide? en d' autres termes, la température du revêtement, au début de refroidissement par projection, doit être au moins égale à la température de solidification du métal de revêtement.According to the present invention, it is advantageous to initiate cooling by spraying water and / or steam, when the coating metal is still in the liquid state? in other words, the temperature of the coating, at the start of spray cooling, must be at least equal to the solidification temperature of the coating metal.
Selon l'invention, on règle la vitesse de refroidissement du revêtement métallique en ajustant le débit et/ou la pression des fluides liquides et/ou gazeux projetés sur le revêtement.According to the invention, the cooling speed of the metal coating is adjusted by adjusting the flow rate and / or the pressure of the liquid and / or gaseous fluids projected onto the coating.
Une mise en oeuvre particulière du procédé de l'invention consiste à effectuer le refroidissement en une seule étape, avec une ! j vitesse supérieure à 100°C/s.A particular implementation of the method of the invention consists in carrying out the cooling in a single step, with one! j speed greater than 100 ° C / s.
4 - 4 - i i \ Selon une mise en oeuvre intéressante du procédé de l'invention, i i on réalise le refroidissement du revêtement en au moins deux étapes auxquelles correspondent des vitesses de refroidissement différentes.4 - 4 - i i \ According to an advantageous implementation of the method of the invention, i i performs the cooling of the coating in at least two stages which correspond to different cooling rates.
A cet égard, il est particulièrement avantageux d'assurer un refroidissement relativement lent, par exemple à une vitesse inférieure à lOO°C/s pendant une première étape correspondant à la solidification du revêtement métallique, suivi d’un refroidissement plus intense, à une vitesse supérieure à 100°C/s, lorsque le revêtement est solidifié.In this regard, it is particularly advantageous to ensure relatively slow cooling, for example at a speed of less than 100 ° C / s during a first step corresponding to the solidification of the metal coating, followed by more intense cooling, at a speed greater than 100 ° C / s, when the coating is solidified.
Cette mise en oeuvre permet d'éviter toute détérioration du revêtement non solidifié tout en assurant, après solidification, une vitesse de refroidissement conduisant à l’obtention d'une structure homogène du dépôt métallique.This implementation makes it possible to avoid any deterioration of the non-solidified coating while ensuring, after solidification, a cooling rate leading to the obtaining of a homogeneous structure of the metal deposit.
Il a été trouvé intéressant, dans le cadre de cette mise en oeuvre du procédé de l'invention, de régler la vitesse de refroidissement séparément dans chaque étape, en ajustant les débits et/ou les pressions en fonction des caractéristiques, notamment de la nature, de la température et de l’épaisseur du revêtement.It has been found advantageous, within the framework of this implementation of the method of the invention, to regulate the cooling rate separately in each step, by adjusting the flow rates and / or the pressures according to the characteristics, in particular of the nature , temperature and coating thickness.
Selon l’invention, il a encore été trouvé intéressant de soumettre le revêtement à une étape de refroidissement dans l'air, immédiatement à la sortie du bain, avant le refroidissement par projection d'eau et/ou de vapeur d'eau.According to the invention, it has also been found advantageous to subject the coating to a step of cooling in air, immediately after leaving the bath, before cooling by spraying water and / or steam.
Pour bien faire apparaître les avantages du procédé de l'invention, on examine, ci-après, à titre d'exemple non limitatif, son application à des revêtements constitués soit d'un métal peu allié, soit d'un métal fortement allié, soit encore d'un alliage I de composition eutectique.In order to clearly show the advantages of the process of the invention, we examine below, by way of nonlimiting example, its application to coatings made either of a low alloyed metal or of a highly alloyed metal, or an alloy I of eutectic composition.
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Dans le cadre de ces exemples, les revêtements ont été soumis à un refroidissement en deux étapes, la frontière entre les deux étapes étant choisie légèrement en-dessous de la température de solidification (T ) de l'alliage considéré, par exemple àIn the context of these examples, the coatings were subjected to cooling in two stages, the border between the two stages being chosen slightly below the solidification temperature (T) of the alloy considered, for example at
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Ts - 20°C.Ts - 20 ° C.
Pour illustrer le cas des métaux peu alliés, on a utilisé des revêtements à hase de zinc présentant des teneurs en plomb et en aluminium différentes, mais toutes inférieures à 1 % pour le plomb et à; 0,4 % pour l'aluminium.To illustrate the case of low-alloyed metals, zinc-containing coatings with different lead and aluminum contents, but all less than 1% for lead and less than 1%, were used; 0.4% for aluminum.
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Les alliages à très faibles teneurs en plomb et aluminium présentent une structure essentiellement monophasée.Alloys with very low lead and aluminum contents have an essentially single-phase structure.
La première étape de refroid issement, depuis la température du I revêtement à sa sortie du bain jusqu'à (Ts - 20°C), a été exécu tée avec une vitesse comprise entre 10 et 100°C/s. Elle a provoqué un affinement des grains de solidification.The first cooling step, from the temperature of the coating on leaving the bath to (Ts -20 ° C), was carried out with a speed of between 10 and 100 ° C / s. It caused a refinement of the solidification grains.
La deuxième étape, depuis (T - 20°C) jusqu'à environ (Ts - 200°C) a été conduite avec une vitesse supérieure à 100°C/s. Elle a permis d'obtenir une structure monophasée plus.homogène, notamment en ce qui concerne les ségrégations superficielles ou aux joints de grains. Outre un aspect extérieur amélioré et une finesse de grain accrue, favorable à la mise en peinture, ces revêtements assurent également une meilleure aptitude à la passivation et une résistance plus grande à la corrosion.The second stage, from (T - 20 ° C) to approximately (Ts - 200 ° C) was carried out with a speed greater than 100 ° C / s. It has made it possible to obtain a more homogeneous single-phase structure, in particular with regard to surface segregation or at grain boundaries. In addition to an improved exterior appearance and increased grain fineness, favorable for painting, these coatings also provide better passivability and greater resistance to corrosion.
Lorsque les métaux présentent des teneurs en éléments d'alliage plus élevées, mais restant dans les limites indiquées plus haut, ils donnent naissance à des structures biphasées qui, grâce aux étapes de refroidissement indiquées plus haut, sont nettement plus fines et peuvent même être sursaturées. Dans le cas du plomb, dont la solubilité dans le zinc solide est pratiquement nulle, le refroidissement très rapide selon l'invention donne Γ lieu à la formation de globules de plomb d'une dimension infé->41^ rieure à 0,5 /m. Cette structure est nettement plus avantageuse, ! " 6 " notamment en ce qui concerne l'adhérence de nombreux types de peintures, que les structures antérieures comportant des globules de plomb d'une dimension de l'ordre de 0,5 à 3 ,um. En ce qui concerne l'aluminium, le refroidissement rapide selon l'invention assure également une précipitation à l'état solide plus fine de la phase riche en aluminium. Il en résulte une amélioration de la tenue de ces revêtements à la corrosion généralisée et à la corrosion intergranulaire.When the metals have higher contents of alloying elements, but remaining within the limits indicated above, they give rise to two-phase structures which, thanks to the cooling stages indicated above, are clearly finer and can even be supersaturated . In the case of lead, whose solubility in solid zinc is practically zero, the very rapid cooling according to the invention gives rise to the formation of lead globules of a size less than> 41 ^ less than 0.5 / m. This structure is much more advantageous! "6" especially with regard to the adhesion of many types of paints, as the previous structures comprising lead globules with a size of the order of 0.5 to 3 .mu.m. As regards aluminum, the rapid cooling according to the invention also ensures finer precipitation in the solid state of the aluminum-rich phase. This results in an improvement in the resistance of these coatings to generalized corrosion and to intergranular corrosion.
I Parmi les revêtements à-teneurs élevées en éléments d'alliage, on a examiné le comportement d'alliages de zinc contenant plus de 15 % Al et notamment plus de 50 % Al. On a constaté qu'un refroidissement très rapide selon l'invention, appliqué notamment dans la gamme des températures correspondant aux transformations à l'état solide, permettait de contrôler la proportion de phase riche en zinc et de réduire les différences de composition moyenne entre la phase riche en zinc et la phase riche en aluminium.I Among the coatings with high contents of alloying elements, the behavior of zinc alloys containing more than 15% Al and especially more than 50% Al has been examined. It has been found that very rapid cooling according to the invention, applied in particular in the range of temperatures corresponding to transformations in the solid state, made it possible to control the proportion of phase rich in zinc and to reduce the differences in average composition between the phase rich in zinc and the phase rich in aluminum.
En ce qui concerne les alliages de revêtement dont la composition est égale ou voisine de 1'eutectique, en particulier des alliages de zinc contenant environ 5 % Al, on appliqué deux séquences distinctes de refroidissement rapide selon l'invention.As regards the coating alloys whose composition is equal to or close to eutectic, in particular zinc alloys containing approximately 5% Al, two distinct rapid cooling sequences according to the invention are applied.
La première séquence ne comportait qu'une seule étape, s'étendant de la température de sortie du bain jusqu'à (T - 200°C), à une vitesse de refroidissement supérieure à 100°C/s.The first sequence consisted of a single step, extending from the temperature at the outlet of the bath up to (T - 200 ° C), at a cooling rate greater than 100 ° C / s.
La seconde séquence était subdivisée en deux étapes, soit depuis la température de sortie du bain jusqu'à (T_ - 10°C) à une vi-tesse comprise entre 20°C/s et 100°C/s, puis de (T - 10°C) à äs (T - 200°C) à une vitesse supérieure à lOO°C/s.The second sequence was subdivided into two stages, either from the temperature at the outlet of the bath to (T_ - 10 ° C) at a speed of between 20 ° C / s and 100 ° C / s, then from (T - 10 ° C) to äs (T - 200 ° C) at a speed greater than 100 ° C / s.
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Ces séquences de refroidissement selon l'invention, appliquées à des‘revêtements de composition eutectique, ont toutes deux conduit | : ' - 7 - « - un affinement de la taille de grain à la solidification? - un affinement de la structure de la phase eutectique; - une distribution plus homogène des autres éléments présents, pour d'autres raisons, dans le métal de revêtement (Sb, Pb, Mg, Cu, mischmetall, ...) ? - la suppression, par surfusion, des phases primaires hypo - ou hypereutectiques, pour les revêtements dont la teneur en Al ; diffère d'environ 10 % de la teneur à 1'eutectique.These cooling sequences according to the invention, applied to coatings of eutectic composition, both led to | : '- 7 - «- a refinement of the grain size at solidification? - refinement of the structure of the eutectic phase; - a more homogeneous distribution of the other elements present, for other reasons, in the coating metal (Sb, Pb, Mg, Cu, mischmetall, ...)? - the removal, by supercooling, of the primary hypo - or hypereutectic phases, for coatings with an Al content; differs by about 10% from the eutectic content.
L’homogénéisation des structures, et notamment la suppression des j phases hypo- ou hypereutectiques, par le procédé de l'invention, ί j présentent des avantages importants vis-à-vis des revêtements soumis à des refroidissements conventionnels.The homogenization of structures, and in particular the elimination of j hypo- or hypereutectic phases, by the method of the invention, ί j have significant advantages over coatings subjected to conventional cooling.
En premier lieu, la résistance à la corrosion par le brouillard salin est accrue d'environ 50 %.First, the resistance to corrosion by salt spray is increased by about 50%.
En outre, l'adhérence des peintures après vieillissement est fortement améliorée, notamment au voisinage des bords des pièces ou à proximité des griffures que peut subir la peinture. En ' particulier, l'homogénéisation de la structure du revêtement réduit fortement la tendance à la formation de cloques dans les peintures.In addition, the adhesion of the paints after aging is greatly improved, in particular in the vicinity of the edges of the parts or near the scratches that the paint may undergo. In particular, the homogenization of the coating structure greatly reduces the tendency to form blisters in paints.
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La présente invention a également pour objet un dispositif destiné à refroidir, selon le procédé qui vient d'être décrit, un revêtement métallique formé par immersion d'un objet en acier dans un bain de métal fondu.The present invention also relates to a device intended to cool, according to the process which has just been described, a metal coating formed by immersion of a steel object in a bath of molten metal.
1 ' A cet effet, le dispositif qui fait l'objet de la présente invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte au il moins un ensemble de gicleurs, de préférence de petites dimen- : sions et en ce que chaque ensemble de gicleurs est disposé le i long du trajet suivi par l'objet, immédiatement après sa sortie I du bain de revêtement.1 For this purpose, the device which is the subject of the present invention is essentially characterized in that it comprises at least one set of nozzles, preferably of small dimensions: and in that each set of nozzles is placed along the path followed by the object, immediately after it leaves the coating bath.
♦ * :* -8 - : ί : ί j, Afin d'assurer un refroidissement homogène de toute la surface ! intéressée, le dispositif de l'invention comporte avantageusement au moins 400 gicleurs par mètre carré de surface refroidie.♦ *: * -8 -: ί: ί j, To ensure uniform cooling of the entire surface! interested, the device of the invention advantageously comprises at least 400 nozzles per square meter of cooled surface.
Il a également été trouvé intéressant, suivant l'invention, d'incliner les gicleurs d*un angle supérieur à 45°, de préférence de l'ordre de 60° par rapport à la direction du déplacement de 1'objet, de façon à donner au jet de fluide projeté une composition de mouvement orientée dans le sens de déplacement de l'objet sortant du bain.It has also been found advantageous, according to the invention, to tilt the nozzles at an angle greater than 45 °, preferably of the order of 60 ° relative to the direction of movement of the object, so as to give the jet of sprayed fluid a composition of movement oriented in the direction of movement of the object leaving the bath.
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Selon l'invention, il est encore intéressant de disposer, en amont des ensembles de gicleurs, au moins un couteau d’air orienté à environ 45° dans le sens du déplacement de la pièce.According to the invention, it is also advantageous to have, upstream of the sprinkler assemblies, at least one air knife oriented at about 45 ° in the direction of movement of the part.
Suivant un mode de réalisation intéressant, le dispositif de l'invention comporte au moins un déflecteur, disposé en amont I des ensembles de gicleurs, de préférence en aval des couteaux j d'air.According to an advantageous embodiment, the device of the invention comprises at least one deflector, disposed upstream I of the nozzle assemblies, preferably downstream of the air knives.
) | L'ensemble couteaux d'air - déflecteurs permet d'éviter l'écoulement d'eau des gicleurs vers le bain de métal. En outre, les déflecteurs empêchent les couteaux d'air de perturber le re- t ! froidissement assuré par les ensembles de gicleurs.) | The set of air knives - deflectors avoids the flow of water from the nozzles to the metal bath. In addition, the deflectors prevent the air knives from disturbing the rest! cooling ensured by sprinkler assemblies.
ίί
JJ
j j Les meilleurs résultats ont été obtenus en projetant sur la r surface du revêtement un brouillard constitué de gouttelettes ! 1 de faible diamètre et dotées d'une quantité de mouvement modérée.j j The best results have been obtained by spraying the r surface with a mist consisting of droplets! 1 of small diameter and with a moderate amount of movement.
h f Ce brouillard a été formé, selon l'invention, au moyen de gi cleurs du type décrit dans le brevet belge N° 853.821 du même demandeur; les gicleurs utilisés dans le présent dispositif ! comportent un canal à air d'un diamètre de l'ordre de 1 mm, des canaux à eau d'un diamètre inférieur à 2 mm, et de préférence /1 inférieur à 1 mm; ils sont alimentés sous des pressions respec-tivement inférieures à 1 bar pour l'eau et comprises entre 2 •i 4 * - 9 - « et 5 bars pour l'air. La température de l'eau est choisie en fonction de la pression de l'eau de façon à atteindre la vitesse de refroidissement adaptée au type de revêtement à refroidir .h f This mist was formed, according to the invention, by means of nozzles of the type described in Belgian patent N ° 853,821 by the same applicant; the sprinklers used in this device! comprise an air channel with a diameter of the order of 1 mm, water channels with a diameter of less than 2 mm, and preferably / 1 of less than 1 mm; they are supplied at pressures respectively less than 1 bar for water and between 2 • i 4 * - 9 - “and 5 bars for air. The temperature of the water is chosen as a function of the pressure of the water so as to reach the cooling rate adapted to the type of coating to be cooled.
Outre les avantages métallurgiques décrits plus haut, l'invention permet également de réduire la durée du refroidissement, et par conséquent l'encombrement, en particulier la hauteur de l’installation de refroidissement, notamment dans les instal-In addition to the metallurgical advantages described above, the invention also makes it possible to reduce the duration of the cooling, and consequently the size, in particular the height of the cooling installation, in particular in the installations.
KK
liât ions de revêtement en continu.continuous coating ions.
v- Iv- I
**
Claims (15)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
BE892795 | 1982-04-07 | ||
BE892795 | 1982-04-07 |
Publications (1)
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Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
LU84732A LU84732A1 (en) | 1982-04-07 | 1983-04-06 | PROCESS AND DEVICE FOR IMPROVING THE QUALITY OF METAL COATINGS FORMED BY HOT DIP |
Country Status (1)
Country | Link |
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LU (1) | LU84732A1 (en) |
-
1983
- 1983-04-06 LU LU84732A patent/LU84732A1/en unknown
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