EP0467749B1 - Procédé de revêtement d'aluminium par trempé à chaud d'une bande d'acier et bande d'acier inoxydable ferritique - Google Patents

Procédé de revêtement d'aluminium par trempé à chaud d'une bande d'acier et bande d'acier inoxydable ferritique Download PDF

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EP0467749B1
EP0467749B1 EP91401890A EP91401890A EP0467749B1 EP 0467749 B1 EP0467749 B1 EP 0467749B1 EP 91401890 A EP91401890 A EP 91401890A EP 91401890 A EP91401890 A EP 91401890A EP 0467749 B1 EP0467749 B1 EP 0467749B1
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strip
less
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Eric Buscarlet
Charles Brun
Danielle Quantin
Jean-Paul Hennechart
Marc Mantel
Patrice De Veyrac
Bernard Baroux
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Ugine SA
Sollac SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a process for coating aluminum by hot-dipping a strip of ferritic stainless steel.
  • EP-A-0 246 418 discloses an aluminizing process by hot dipping of a strip of ferritic stainless steel in which the strip is preheated to about 677 ° C. to clean its surface and this is heated. band above 843 ° C in a reducing atmosphere.
  • the strip is cooled in an atmosphere containing at least 95% hydrogen and then, avoiding contact with ambient air, the strip is soaked in a bath of liquid aluminum and wrung out.
  • This known method has several drawbacks.
  • preheating strongly oxidizes the surface of the strip, which leads to passing it in a hydrogen atmosphere to reduce the oxides formed on its surface.
  • This process applies in particular to the coating of pure aluminum.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks, on the one hand by avoiding the use of a gas containing at least 95% hydrogen, and on the other hand, by making it possible to produce coatings with an aluminum alloy- silicon.
  • the ferritic stainless steel strip contains at most 25% by weight of chromium.
  • the strip of ferritic stainless steel 8 penetrates the installation through the preheating furnace 1, in which the atmosphere is a first non-oxidizing atmosphere containing less than 3% of oxygen.
  • the temperature of the strip 8 is less than 500 ° C. and preferably equal to 460 ° C., the residence time of any portion of said strip in this preheating oven is less than 60 seconds and preferably less than 45 seconds.
  • the strip 8 passes through the laboratory oven 2, then is deflected by a roller 9 to penetrate into the holding oven 3 where it circulates in staggered rows around the rollers 10.
  • the atmosphere prevailing in the laboratory oven 2 and in the holding oven 3 is constituted by a second non-oxidizing atmosphere and this atmosphere is adjusted to have, at all points, a dew point below -40 ° C. and preferably lower than -50 ° C.
  • the temperature of the strip 8 is less than 950 ° C. and preferably equal to 900 ° C., the residence time of any portion of said strip in this oven is less than 120 seconds and preferably less than 90 seconds.
  • the temperature of the strip 8 is maintained at a temperature below 950 ° C. and preferably equal to 900 ° C., the residence time of any portion of said strip in this holding oven is less than 220 seconds and preferably less than 190 seconds.
  • the strip 8 enters the cooling zone 4, then is deflected by a roller 11 to pass through the chute 5 and to plunge into the bath 6 of coating metal.
  • the strip 8 is wrung out by gas blown through the nozzles 7 and discharged.
  • the non-reactive atmosphere is composed of a mixture of nitrogen and hydrogen and the temperature of the strip is brought to a value close to the temperature of the bath 6 of coating metal, preferably included. between 660 ° C and 730 ° C.
  • the temperature of the strip 8 practically does not vary and the atmosphere of the said chute is either a mixture of nitrogen and hydrogen, or pure nitrogen.
  • the nitrogen used to make the mixture of nitrogen and hydrogen or to constitute the atmosphere of the chute 5, contains less than 20 ppm of oxygen and has a dew point below - 60 ° C.
  • the hydrogen used to make the mixture of nitrogen and hydrogen has an oxygen content of less than 10 ppm and a dew point of less than - 60 ° C.
  • the surface of the strip is not oxidized at the entrance to the cooling zone.
  • the quantity of the oxygen element detected on the surface on different steel strips having been preheated to different temperatures T in the preheating furnace 1 increases considerably when the temperature of said test strips exceeds 500 ° C.
  • the light intensity is proportional to the quantity of oxygen contained on the surface in the steel strip, the erosion time being linked to the thickness of the layer analyzed.
  • the cooling metal bath 6 is a mixture of aluminum and silicon containing up to about 11% silicon by weight.
  • a first strip of ferritic stainless steel was coated by dipping in a bath of almost pure aluminum under the following conditions: .
  • Preheating oven 1 - room temperature 814 ° C - temperature of the strip leaving the oven 437 ° C - oxygen content in the atmosphere ⁇ 2% .
  • Laboratory oven 2 and holding oven 3 - output tape temperature 857 ° C - atmosphere nitrogen 40% hydrogen 60% - Dew point -50 ° C .
  • Cooling zone 4 and chute 5 - output tape temperature 710 ° C - atmosphere Nitrogen 100% .
  • Coating bath 6 contents in aluminum 96.92% silicon 0.18% Iron 2.9%
  • the coating layer obtained has a weight per square meter of 89 g / m2 and the following composition: Silicon 1% Iron 19% Aluminum 80%
  • the ferritic stainless steel which constitutes the strip is of the Al Si 409 type and contains by weight: VS 0.01% Cr 11.5% Yes 0.5% Ti 0.2%
  • a second strip of ferritic stainless steel of the same composition as the previous one was coated by dipping in a bath containing a mixture of aluminum and silicon and under the following conditions: .
  • Preheating oven 1 - room temperature 914 ° C - strip temperature at the outlet of the oven 462 ° C - oxygen content in the atmosphere ⁇ 2% .
  • Laboratory oven 2 and holding oven 3 - output tape temperature 845 ° C - atmosphere nitrogen 40% hydrogen 60% dew point -50 ° C .
  • Cooling zone 4 and chute 5 - Outlet belt temperature 711 ° C - atmosphere nitrogen 100% .
  • Coating bath 6 contents in Aluminum 87.6% Silicon 9.1% Iron 3.3%
  • the coating layer thus obtained has a weight per square meter of 118 g / m2 and the following composition: Aluminum 86.8% Silicon 6% Iron 7.2%
  • the process according to the invention makes it possible to avoid using pure hydrogen and also makes it possible to obtain coating layers with a high silicon content having a behavior under the adhesion test better than that obtained with coatings with very low silicon content.

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Description

  • La présente invention concerne un procédé de revêtement d'aluminium par trempé à chaud d'une bande d'acier inoxydable ferritique.
  • On connait dans le EP-A-0 246 418 un procédé d'aluminiage par trempé à chaud d'une bande d'acier inoxydable ferritique dans lequel on préchauffe la bande jusqu'à environ 677°C pour nettoyer sa surface et on chauffe cette bande au-dessus de 843°C dans une atmosphère réductrice.
  • Ensuite, on refroidit la bande dans une atmosphère contenant au moins 95% d'hydrogène puis, en évitant tout contact avec l'air ambiant, on trempe ladite bande dans un bain d'aluminium liquide et on l'essore.
  • Ce procédé connu présente plusieurs inconvénients.
  • Tout d'abord, le préchauffage oxyde fortement la surface de la bande, ce qui conduit à faire passer celle-ci dans une atmosphère d'hydrogène pour réduire les oxydes formés à sa surface.
  • Ce procédé s'applique notamment au revêtement d'aluminium pur.
  • Or, au contact de l'acier, l'aluminium, lorsqu'il est pur, se combine au fer pour former un alliage fer-aluminium fragile ce qui limite l'aptitude à la déformation de la couche de revêtement et les propriétés d'emploi des bandes d'acier ainsi revêtues.
  • La présente invention, a pour but de remédier à ces inconvénients, d'une part en évitant d'utiliser un gaz contenant au moins 95% d'hydrogène, et d'autre part, en permettant de réaliser des revêtements avec un alliage aluminium-silicium.
  • En effet, la présence de silicium dans le bain de revêtement permet de contrôler la formation de l'alliage fer-aluminium fragile.
  • La présente invention a donc pour objet un procédé de revêtement d'aluminium par trempé à chaud d'une bande d'acier inoxydable ferritique, caractérisé en ce que :
    • on préchauffe la bande jusqu'à une température inférieure à 500°C dans une première atmosphère non oxydante,
    • on chauffe ladite bande jusqu'à une température inférieure à 950°C dans une deuxième atmosphère non oxydante,
    • puis, on amène ladite bande dans une atmosphère non réactive à la température de revêtement,
    • et enfin on trempe ladite bande dans un bain de revêtement.
  • Selon d'autres caractéristiques :
    • ladite première atmosphère non oxydante contient moins de 3% d'oxygène,
    • ladite deuxième atmosphère non oxydante a un point de rosée inférieur à - 40°C et de préférence inférieur à - 50°C,
    • ladite atmosphère non réactive est de l'azote,
    • ladite atmosphère non réactive est un mélange azote-hydrogène,
    • l'azote contient moins de 20ppm d'oxygène et a un point de rosée inférieur à - 60°C,
    • l'hydrogène contient moins de 10ppm d'oxygène et a un point de rosée inférieur à - 60°C,
    • le temps de séjour d'une portion quelconque de la bande dans ladite première atmosphère non oxydante est inférieur à 60 secondes et de préférence inférieur à 45 secondes,
    • ladite deuxième atmosphère non oxydante est contenue dans une première zone formée par un four laboratoire et dans une deuxième zone formée par un four de maintien,
    • le temps de séjour d'une portion quelconque de la bande dans le four laboratoire est inférieur à 120 secondes et de préférence inférieur à 90 secondes,
    • le temps de séjour d'une portion quelconque de la bande (8) dans le four de maintien est inférieur à 220 secondes et de préférence inférieur à 190 secondes,
    • ledit bain de revêtement est un mélange d'aluminium et de silicium contenant au plus 11% en poids de silicium.
  • De préférence, la bande d'acier inoxydable ferritique contient au plus 25% en poids de chrome.
  • L'invention va maintenant être décrite plus en détail en regard des figures annexées, sur lesquelles :
    • la Fig. 1 est une vue schématique d'une installation de revêtement en continu pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
    • la Fig. 2 représente des courbes caractéristiques d'une mesure en spectromètrie de décharge luminescence (SDL) donnant les quantités relatives de l'élément oxygène détectées en surface sur différentes températures T sous une première atmosphère non oxydante.
  • Comme représenté sur la figure 1, l'installation de revêtement en continu comprend :
    • un four de préchauffage 1,
    • un four laboratoire 2,
    • un four de maintien 3,
    • une zone de refroidissement 4,
    • une goulotte 5,
    • un bain 6 de métal liquide de revêtement,
    • et des buses d'essorage 7.
  • La bande d'acier 8 inoxydable ferritique pénêtre dans l'installation par le four de préchauffage 1, dans lequel l'atmosphère est une première atmosphère non oxydante contenant moins de 3% d'oxygène.
  • A la sortie de ce four de préchauffage, la température de la bande 8 est inférieure à 500°C et de préférence égale à 460°C, le temps de séjour d'une portion quelconque de ladite bande dans ce four de préchauffage est inférieur à 60 secondes et de préférence inférieure à 45 secondes.
  • Ensuite, la bande 8 traverse le four laboratoire 2, puis est déviée par un rouleau 9 pour pénétrer dans Le four de maintien 3 où elle circule en quinconce autour des rouleaux 10.
  • L'atmosphère qui règne dans le four laboratoire 2 et dans le four de maintien 3 est constituée par une seconde atmosphère non oxydante et cette atmosphère est réglée pour avoir, en tout point, un point de rosée inférieur à - 40°C et de préférence inférieur à -50°C.
  • A la sortie du four laboratoire 2, la température de la bande 8 est inférieure à 950°C et de préférence égale à 900°C, le temps de séjour d'une portion quelconque de ladite bande dans ce four est inférieur à 120 secondes et de préférence inférieur à 90 secondes.
  • Dans le four de maintien 3, la température de la bande 8 est maintenue à une température inférieure à 950°C et de préférence égale à 900°C, le temps de séjour d'une portion quelconque de ladite bande dans ce four de maintien est inférieur à 220 secondes et de préférence inférieur à 190 secondes.
  • A la sortie du four de maintien 3, la bande 8 pénètre dans la zone de refroidissement 4, puis est déviée par un rouleau 11 pour traverser la goulotte 5 et pour plonger dans le bain 6 de métal de revêtement.
  • Ensuite, après être déviée par un rouleau 12, la bande 8 est essorée par du gaz soufflé à travers les buses 7 et évacuée.
  • Dans la zone de refroidissement 4, l'atmosphère non réactive est composée d'un mélange d'azote et d'hydrogène et la température de la bande est amenée à une valeur voisine de la température du bain 6 de métal de revêtement de préférence comprise entre 660°C et 730°C.
  • Dans la goulotte 5, la température de la bande 8 ne varie pratiquement pas et l'atmosphère de ladite goulotte est soit un mélange d;azote et d'hydrogène, soit de l'azote pur.
  • L'azote utilisé pour réaliser le mélange d'azote et d'hydrogène ou pour constituer l'atmosphère de la goulotte 5, contient moins de 20ppm d'oxygène et a un point de rosée inférieur à - 60°C.
  • L'hydrogène utilisé pour réaliser le mélange d'azote et d'hydrogène a une teneur en oxygène inférieure à 10ppm et un point de rosée inférieur à - 60°C.
  • Etant donné les réglages des atmosphères indiquées ci-dessus, la surface de la bande n'est pas oxydée à l'entrée de la zone de refroidissement.
  • De manière remarquable, comme il est mis en évidence sur la figure 2, la quantité de l'élément oxygène détectée en surface sur différentes bandes d'acier ayant été préchauffées à différentes températures T dans le four de préchauffage 1, augmente de façon conséquente lorsque la température desdites bandes testées dépasse 500°C.
  • Dans les caractéristiques SDL, L'intensité lumineuse est proportionnelle à la quantité d'oxygène contenue en surface dans la bande d'acier, le temps d'érosion étant lié à l'épaisseur de la couche analysée.
  • On remarque que la quantité d'oxygène en surface pour deux températures T = 400°C et T = 500°C est de même ordre de grandeur, alors que la quantité d'oxygène est relativement élevée pour la température T = 600°C.
  • Lorsque la température de la bande dans le four de préchauffe 1 est maintenue à environ 500°C, il n'est pas nécessaire de maintenir une atmosphère d'hydrogène dans la zone de refroidissement et dans la goulotte.
  • Le bain 6 de métal de refroidissement est un mélange d'aluminium et de silicium contenant jusqu'à environ 11% de silicium en poids.
  • A titre d'exemple, une première bande d'acier inoxydable ferritique a été revêtue par trempé dans un bain d'aluminium presque pur dans les conditions suivantes :
    . Four de préchauffage 1 :
    - température d'ambiance 814°C
    - température de la bande en sortie du four 437°C
    - teneur en oxygène de l'atmosphère <2%

    . Four laboratoire 2 et four de maintien 3 :
    - température de bande en sortie 857°C
    - atmosphère azote 40%
    hydrogène 60%
    - Point de rosée -50°C

    . Zone de refroidissement 4 et goulotte 5 :
    - température de bande en sortie 710°C
    - atmosphère Azote 100%

    . Bain de revêtement 6 :
    teneurs en aluminium 96,92%
    silicium 0,18%
    Fer 2,9%
  • La couche de revêtement obtenue a un poids au mètre carre de 89 g/m² et la composition suivante :
    Silicium 1%
    Fer 19%
    Aluminium 80%
  • L'acier inoxydable ferritique qui constitue La bande est du type Al Si 409 et contient en poids :
    C 0,01% Cr 11,5%
    Si 0,5% Ti 0,2%
  • Un essai d'adhérence à m plis alternés réalisé sur cette bande a donné un résultat de 60. Ce chiffre caractérise l'adhérence du revêtement sur la bande, lorsqu'il est égal à 0, l'adhérence est mauvaise, lorqu'il est égal à 100, l'adhérence est bonne.
  • Une deuxième bande d'acier inoxydable ferritique de même composition que la précédente a été revêtue par trempé dans un bain contenant un mélange d'aluminium et de silicium et dans les conditions suivantes :
    . Four de préchauffage 1 :
    - température d'ambiance 914°C
    - température de bande en sortie du four 462°C
    - teneur en oxygène de l'atmosphère < 2%

    . Four laboratoire 2 et four de maintien 3 :
    - température de bande en sortie 845°C
    - atmosphère azote 40%
    hydrogène 60%
    point de rosée -50°C

    . Zône de refroidissement 4 et goulotte 5 :
    - Température de bande en sortie 711°C
    - atmosphère azote 100%

    . Bain de revêtement 6 :
    teneurs en Aluminium 87,6%
    Silicium 9,1%
    Fer 3,3%
  • La couche de revêtement obtenue ainsi a un poids au mètre carré de 118 g/m² et la composition suivante :
    Aluminium 86,8%
    Silicium 6%
    Fer 7,2%
  • L'essai d'adhérence à m plis alternés a donné un résultat de 80.
  • Ainsi, le procédé selon L'invention permet d'éviter d'utiliser de l'hydrogène pur et permet également d'obtenir des couches de revêtement à forte teneur an silicium ayant un comportement à l'essai d'adhérence meilleur que celui obtenu avec des revêtements à très faible teneur en silicium.

Claims (12)

  1. Procédé de revêtement d'aluminium par trempé à chaud d'une bande (8) d'acier inoxydable ferritique, caractérisé en ce que :
    - on préchauffe la bande (8) jusqu'à une température inférieure à 500°C dans une première atmosphère (1) non oxydante,
    - on chauffe ladite bande (8) jusqu'à une température inférieure à 950°C dans une deuxième atmosphère (2, 3) non oxydante,
    - puis, on amène ladite bande (8) dans une atmosphère (4) non réactive à la température de revêtement,
    - et enfin on trempe ladite bande (8) dans un bain de revêtement (6).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première atmosphère (1) non oxydante contient moins de 3% d'oxygène.
  3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite deuxième atmosphère (2) non oxydante a un point de rosée inférieur à -40°C et de préférence inférieur à -50°C.
  4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite atmosphère (4) non réactive est de l'azote.
  5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite atmosphère (4) non réactive est un mélange d'azote-hydrogène.
  6. Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'azote contient moins de 20ppm d'oxygène et a un point de rosée inférieur à -60°C.
  7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'hydrogène contient moins de 10ppm d'oxygène et a un point de rosée inférieur à -60°C.
  8. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le temps de séjour d'une portion quelconque de la bande (8) dans ladite première atmosphère (1) non oxydante est inférieur à 60 secondes et de préférence inférieur à 45 secondes.
  9. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite deuxième atmosphère non oxydante est contenue dans une première zone formée par un four laboratoire (2) et dans une deuxième zone formée par un four de maintien (3).
  10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le temps de séjour d'une portion quelconque de la bande (8) dans le four laboratoire (2) est inférieur à 120 secondes et de préférence inférieur à 90 secondes.
  11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le temps de séjour d'une portion quelconque de la bande (8) dans le four de maintien (3) est inférieur à 220 secondes et de préférence inférieur à 190 secondes.
  12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bain (6) de revêtement est un mélange d'aluminium et de silicium contenant au plus 11% de silicium.
EP91401890A 1990-07-16 1991-07-08 Procédé de revêtement d'aluminium par trempé à chaud d'une bande d'acier et bande d'acier inoxydable ferritique Expired - Lifetime EP0467749B1 (fr)

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EP0467749A1 EP0467749A1 (fr) 1992-01-22
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EP91401890A Expired - Lifetime EP0467749B1 (fr) 1990-07-16 1991-07-08 Procédé de revêtement d'aluminium par trempé à chaud d'une bande d'acier et bande d'acier inoxydable ferritique

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