WO1991008320A1 - Procede de revetement d'une plaque ou tole metallique dont au moins une face possede un double revetement mineral-plaque ou bande issue du procede - Google Patents

Procede de revetement d'une plaque ou tole metallique dont au moins une face possede un double revetement mineral-plaque ou bande issue du procede Download PDF

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coating
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Michel Bretez
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Fabrique De Fer De Maubeuge
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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
    • C23C2/26—After-treatment
    • C23C2/265—After-treatment by applying solid particles to the molten coating

Definitions

  • the present invention intends to propose another type of coating, always comprising zinc which is a material which is easy to use and relatively inexpensive, which can respond optimally to the various constraints to which a "galvanized" sheet is subject so much. of corrosion as of the field of use.
  • its primary object is a process to produce a coated metallic material, consisting in coating a base substrate in the form of a plate or strip by dipping this substrate in a bath of zinc or zinc alloy and spraying it onto the zinc film still in fusion, carried by at least one side of the substrate, another mineral compound in powder form, which comprises at least the additional step of heating the seeded side by means of a radiant heat source and to cool simultaneously and energetically the opposite face of the substrate.
  • the powder is an aluminum powder.
  • the corrosion resistance of the product is very important because the "f lm" of aluminum surmounting the zinc oxidizes on the surface, a layer of tight alumina thus protecting all the underlayers.
  • the powder When the powder is iron, a slight diffusion of iron is formed in the upper layer of zinc to form an intermetallic delta iron-zinc alloy which is very weldable. Although this alloy is hard, the undercoat zinc constitutes a kind of binder which retains the adhesion of the coating to the base substrate.
  • the mineral powder can consist of another product such as a ceramic or a metal oxide which "vitrifies" under the effect of heat radiation.
  • the method according to the invention may include an intermediate step consisting in compacting the powder sprayed on the zinc film before the heat treatment. This compaction can be carried out by rolling under low pressure.
  • the method of the invention is applied as a step subsequent to continuous or disconti ⁇ ned dip galvanizing.
  • the substrate is a continuous strip
  • the process consists in causing the strip to be defeated successively in a bath of zinc or of molten zinc alloy, in an enclosure for spraying the mineral powder and then in a thermal enclosure comprising, on one side of the strip, radiant heating elements and, on the other side, a device for cooling the strip by conduction.
  • the strip passes through a station for compacting and spreading the powder, this station comprising for this purpose a low-pressure rolling mill.
  • the second object of the invention resides in a product which comprises, on a substrate in the form of a steel plate or strip, one face covered with a layer of zinc and another face covered with a coating composed of a sub zinc layer covered with a continuous mineral layer, this mineral layer possibly consisting of a metallic layer typically of aluminum, an iron zinc alloy or a glassy ceramic or not.
  • FIG. 1 schematically represents a continuous production line for such a product
  • FIG. 2 illustrates an alternative embodiment of FIG. 1 having a station for compacting the sown metal strip
  • FIG. 3 is a section of a metal strip, coated, according to the invention.
  • a coil of steel strip 1 delivers a strip 2 which, after passing through thermal preparation units and / or chemical 3 and 4 challenge it in a bath 5 of zinc or of a molten zinc alloy, in the direction A.
  • a wringing device 6 makes it possible to adjust the thickness of the layer of zinc, entrained by the band, which remains the same.
  • the strip enters an enclosure 7, if necessary maintained at a temperature in which it receives, on one of its faces 2a_ a projection (pneumatic or other) of aluminum powder, by means of a projector system. 8 fed by a hopper 9.
  • the aluminum powder um 10 is retained and entrained by the strip, or at least a certain fraction of that projected which it will have been adjusted according to the speed of movement of the strip and many other parameters so as to obtain the final thickness of aluminum with which the product is to be covered.
  • the strip then enters a thermal enclosure 11 which has on the side of the face 2a_, seeded with aluminum powder, a battery 12 of radiant heating elements and on the other side an energetic cooling device 13, for example a blowing nozzle for a cooled gas 13a ⁇ by expansion or vaporization from its liquid state (C0-, in particular).
  • a thermal enclosure 11 which has on the side of the face 2a_, seeded with aluminum powder, a battery 12 of radiant heating elements and on the other side an energetic cooling device 13, for example a blowing nozzle for a cooled gas 13a ⁇ by expansion or vaporization from its liquid state (C0-, in particular).
  • the elements 12 can be of any known type. They thus include infrared sources and sources of laser radiation.
  • the battery of radiant elements is arranged in such a way that the strip is subjected to a significant thermal "shock". It is noted that the radiation has only a very superficial effect on the face a ⁇ and that the heat is concentrated on the surface of the zinc on which the aluminum grains transformed into a liquid film form an additional barrier reflecting the infrared radiation. This type of heating, which takes maximum advantage of the thermal inertia of the metal underlay, combined with vigorous cooling of the other side. practically prohibits any diffusion of aluminum into the zinc layer.
  • Figure 2 differs from Figure 1 in the layout a section 14 for compacting the powder in the zinc matrix and improving its distribution.
  • This section is interposed between the projection enclosure 7 and the heat treatment enclosure 11. It can simply be constituted by a rolling mill acting with low pressure on the strip 2.
  • the product obtained after cooling, if necessary using a cooling section R, seen in enlarged section, is presented as shown in the figure. 3.
  • the steel core 15 of the product is covered on its two faces with a layer of zinc 16, with an interface zone 17 in which there are iron-zinc intermetallic alloys.
  • a layer of zinc 16 On the side sown with aluminum powder, corresponding to the side ⁇ of FIG. 1, there is an aluminum film 18, the thickness of which depends on the quantity of powder "trapped" by the liquid zinc in the enclosure. 7 of projection, which has a very clear lower border 19 with zinc as an undercoat. It is found that there has been practically no diffusion of the aluminum in the zinc, which is very appreciable in the case of such a coating. Indeed, if it had had a significant diffusion, this would certainly have generated The formation of Fe ?
  • AL 5 which is a very hard compound which can harm the good resistance of the coating to the deformations which it is intended to undergo during the forming of the sheets, and in any event, constituting a source of heterogeneity of the latter.
  • the example described is not limiting and the invention relates to any product covered in this way with a mineral compound sprayed onto a layer of zinc still in fusion and heated very quickly by infrared or laser radiation to obtain fusion and its spread in the form of a surface layer on the zinc.
  • the powder can be iron and in this case, there is a diffusion of the iron in the zinc over a small thickness to produce an intermeta LL i alloy only of the delta type which improves the weldability of the product.

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Abstract

Par ce procédé, on ensemence au moins une face de la bande (2) sortie du bain de galvanisation avec une poudre métallique ou organique, le zinc étant encore liquide et on procède à un chauffage superficiel de cette face (2a) au moyen d'émetteurs d'infrarouges (12) simultanément à un refroidissement énergique par fluide réfrigéré (13) de l'autre face.

Description

PROCEDE DE REVKTEMENT D'UNE PLAQUE OU TOLE METALLIQUE DONT AU MOINS UNE FACE POSSEDE UN DOUBLE REVETEMENT MINERAL - PLAQUE OU BANDE ISSU DU PROCEDE.
L'une des techniques Les plus répandues pour assurer ta protection d'une tôle métallique en acier est la galvanisa tion au trempé en continu. La couche de protection ainsi réalisée est le plus souvent un alliage à base de zinc. Le défaut essentiel du zinc est une résistance moyenne à la corrosion. Pour le pallier, on a imaginé diverses techniques portant notamment sur l'addi ion d'une certaine quantité d'al minium dans le bain de revêtement (typiquement 5 %) voire de créer un alliage Aluminium Zinc (contenant typiquement 55% d'Aluminium) . Ces alliages présentent cependant, par rapport aux alliages classiques à plus de 95 % de Zinc l'inconvénient de n'crffrir qu'une faible protection galvanique des rives. Ils sont ensuite de mise en oeuvre plus coûteuse, nécessitant des températures de bain plus élevées. D'autres techniques consistent à réaliser un prélaquage en ligne derrière la gal¬ vanisation, la couche de peinture déposée sur la couche de zinc augmentant la rés stance du revêtement. Les produits résultant de cette technique ne sont pas d'emploi universel compte tenu de la relative fragi lité du revêtement organique qui résiste mal aux opérations de formage ultérieures.
Il est également connu, pour rendre le produit plus faci lement soudable, de procéder après la galvanisation au trempé, à un traitement thermique du produit galvanisé pour favoriser la formation d'un alliage intermétallique fer-zinc qui possède les qualités requises pour une bonne soudabi lité. En revanche cet alliage est cassant et la tôle se prête mal à des opérations avec déformation importante, au cours des¬ quelles on assiste à une perte d'adhérence du revêtement.
La présente invention entend proposer un autre type de revêtement, comportant toujours du zinc qui est un matéria faci le à mettre en oeuvre et relativement bon marché, qui puisse répondre de manière optimale aux diverses contraintes auxquelles une tôle "galvanisée" est soumise tant du point de vue de la corrosion que du domaine d'emploi. A cet effet, elle a pour premier objet un procédé de product on d'un matériau métallique revêtu, consistant à réaliser le revêtement d'un substrat de base en forme de pla¬ que ou bande par trempage de ce substrat dans un bain de zinc ou d'alliage de zinc et à projeter sur la pellicule de zinc encore en fusion, portée par au moins une face du substrat, un autre composé minéral sous forme de poudre, qui comprend au moins l'étape supplémentaire d'échauffer la face ensemencée pa le moyen d'une source de chaleur radiante et de refroidir simultanément et de man ère énergique la face opposée du subs- trat.
IL résuLte de ce procédé une fusion de l'élément pul¬ vérulent q i constitue une couche continue à la surface du zinc dont la nature dépend de l'élément minéral et qui préser¬ ve une sous-couche de zinc (ou d'alliage) assurant la protec- tion galvanique des rives d'une pièce de tôle ainsi revêtue.
C'est notamment le cas lorsque la poudre est une pou dre d'aluminium. Dans ce cas, outre la protection galvanique des bords, la résistance à la corrosion du produit est très importante car le "f lm" d'aluminium surmontant le zinc s'oxy de en surface, une couche d'alumine étanche protégeant ainsi toutes les sous-couches.
Quand la poudre est du fer, il se forme une légère diffusion du fer dans la couche supérieure du zinc pour "^form un alliage intermétallique delta fer-zinc qui est très souda- ble. Bien que cet alliage soit dur, la sous-couche de zinc constitue une sorte de liant qui conserve l'adhérence du revêtement au substrat de base.
La poudre minérale peut être constituée par un autre produit tel qu'une céramique ou un oxyde métallique qui se "vitrifie" sous l'effet du rayonnement calorifique.
Le procédé selon l'invention peut comporter une étap intermédiaire consistant à compacter la poudre projetée sur le film de zinc avant le traitement thermique. Ce compactage peut être réalisé par laminage sous faible pression. Le procédé de l'invention s'applique comme une étape ultérieure d'une galvanisation au trempé continue ou disconti¬ nue. Dans le cas d'une galvanisation continue, le substrat étan une bande continue, le procédé consiste à faire défi ler la band successivement dans un bain de zinc ou d'alliage de zinc fondu, dans une enceinte de projection de la poudre minérale puis dans une enceinte thermique comportant d'un côté de la bande des éléments radiants de chauffage et de l'autre côté un dispo¬ sitif de réfrigération de la bande par conduction.
Le cas échéant, avant l'entrée de la bande dans L'en- ceinte thermique, la bande passe dans un poste de compactage et d'étalement de la poudre, ce poste comportant à cet effet un laminoir basse pression.
Le second objet de l'invention réside en un produit qui comporte, sur un substrat en forme de plaque ou bande d'acier, une face recouverte d'une couche de zinc et une autre face recouverte d'un revêtement composé d'une sous couche de zinc recouverte d'une couche minérale continue, cette couche minérale pouvant être constituée par une couche métallique typi quement de l'aluminium, un alliage fer zinc ou une céramique vitreuse ou non.
L'exemple de réalisation de l'invention donné ci-après concerne un procédé de fabrication d'une tôle galvanisée sur ses deux faces et recouverte sur l'une d'elles d'une couche mince d'aluminium. II sera fait référence aux dessins annexés dans les- que Is :
- la figure 1 représente schématique ent une ligne de production en continu d'un tel produit,
- la figure 2 illustre une variante de réalisation de la figure 1 possédant un poste de compactage de la bande métal¬ lique ensemencée,
- la figure 3 est une coupe d'une bande métallique, revêtue, conformément à l'invention.
Une bobine de feuillard d'acier 1 délivre une bande 2 qui, après passage dans des unités de préparation thermiques et/ou chimiques 3 et 4 défi le dans un bain 5 de zinc ou d'al¬ liage de zinc fondu, dans le sens A. Un dispositif 6 d'essorage permet de régler l'épaisseur de la couche de zinc, entraînée par la bande, qui demeure l quide. La bande entre dans une en- ceinte 7, au besoin maintenue en température dans laquelle elle reçoit, sur l'une de ses faces 2a_ une projection (pneumatique ou autre) de poudre d'aluminium, au moyen d'un système de proje teur 8 alimenté par une trémie 9. La poudre d'alumin um 10 est retenue et entraînée par la bande, ou du moins une certaine fraction de celle projetée qui elle aura été réglée en fonction de la vitesse de défi lement de la bande et de nombreux autres paramètres de façon à obtenir l'épaisseur finale d'aluminium dont on veut voir recouvert le produit.
La bande pénètre ensuite dans une enceinte thermique 11 qui possède du côté de la face 2a_, ensemencée de poudre d'aluminium, une batterie 12 d'éléments de chauffage radiant et de l'autre côté un dispositif de refroidissement énergique 13, par exemple une buse de soufflage d'un gaz refroidi 13a^ par détente ou vaporisation à partir de son état liquide (du C0-, notamment) .
Les éléments 12 peuvent être de tout type connu. Ils comprennent ainsi les sources infrarouge et les sources de rayo nement laser.
Dans cette enceinte thermique la batterie d'éléments radiants est disposée de manière telle que la bande est soumise à un "choc" thermique important. On constate que le rayonnement n'a qu'un effet très superficiel sur la face a^ et que la cha¬ leur est concentrée à la surface du zinc sur laquelle les grains d'aluminium transformés en un film liquide forment une barrière supplémentaire réfléchissant le rayonne¬ ment infrarouge. Ce type de chauffage, qui profite au maximum de l'inertie thermique de La sous-couche métallique, allié au refroidissement énergique de l'autre face . interdi t pratiquement toute diffusion de l'aluminium dans la couche de zinc.
La figure 2 diffère de la figure 1 par la mise en pla d'une section 14 de compactage de la poudre dans La matrice de zinc et d'amélioration de sa répartition. Cette section est interposée entre l'enceinte 7 de projection et L'enceinte 11 de traitement thermique. Elle peut être simplement constituée par un laminoir agissant avec une pression faible sur La bande 2. Le produit obtenu après refroidissement, au besoin à L'aide d'une section de refroidissement R, vu en coupe grossie, se présente comme représenté à la figure 3.
L'âme 15 en acier du produit est recouverte sur ses deux faces d'une couche de zinc 16, avec une zone d'interface 17 dans laquelle on trouve des alliages intermétalliques fer-zinc. Sur la face ensemencée de poudre d'aluminium, correspondant à la face ^ de la figure 1, on trouve un film d'aluminium 18, dont l'épaisseur dépend de la quantité de poudre "piégée" par le zinc liquide dans L'enceinte 7 de projection, qui présente une frontière inférieure 19 très nette avec Le zinc en sous- couche. On constate qu'il n'y a pratiquement eu aucune diffusion de l'aluminium dans Le zinc, ce qui est très appréciable dans Le cas d'un tel revêtement. En effet, s'il avait eu une dif- fusion importante, celle-ci aurait certainement engendré La formation de Fe?AL5 qui est un composé très dur pouvant nuire à la bonne tenue du revêtement aux déformations qu'il est desti¬ né à subir lors du formage des tôles, et en tout état de cause, constituant une source d'hétérogénéité de ce dernier. L'exemple décrit n'est pas Limitatif et l'invention concerne tout produit recouvert de cette manière avec un compo¬ sé minéral projeté sur une couche de zinc encore en fusion et chauffé très rapidement par rayonnement infrarouge ou laser pour en obtenir La fusion et son étalement en forme de couche superfi- cielle sur le zinc. Ainsi La poudre peut être du fer et dans ce cas, on assiste à une diffusion du fer dans Le zinc sur une faible épaisseur pour produire un alliage i nterméta L L i que de type delta qui améliore La soudabilité du produit.
Etant donné La concentration importante des calories radiées à La "peau" du zinc, on peut atteindre des températures élevées permettant une " vitrification" d'oxydes minéraux ou de céramique

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de production d'un matériau métallique revêtu, consistant à réaliser le revêtement d'un substrat (2,15) de base en forme de plaque par trempage de ce substrat dans un bain (5) de zinc ou d'alliage de zinc et à projeter sur la pellicule de zinc encore en fusion, portée par au moins une face (2a) du substrat, un autre composé minéral sous forme de poudre, caractérisé en ce qu'il comprend au moins L'étape supplé mentaire d'échauffer la face (2a^ ensemencée par Le moyen d'une source de chaleur radiante (12) et de refroidir (13) simulta¬ nément et de manière énergique La face opposée du substrat.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte L'étape préalable à L ' échauffement, de compac¬ tage de la poudre dans La matrice de zinc.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendica¬ tion 2 caractérisé en ce que la poudre minérale est une poudre d' alumini um .
4. Procédé selon la revendication 1 ou la revendica¬ tion 2 caractérisé en ce que la poudre minérale est une poudre de fer.
5. Procédé selon L'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le substrat, étant une bande continue (2) il consiste à faire défiler La bande (2) successi¬ vement dans un bain (5) de zinc ou d'alliage de zinc fondu, dan une enceinte (7) de projection de La poudre minérale puis dans une enceinte (11) thermique comportant d'un côté de La bande des éléments radiants (12) de chauffage et de L'autre côté un dispositif (13) de réfrigération de La bande par conduction.
6. Procédé selon La revendication 5 prise en dépendan- ce de La revendication 2 caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer la bande dans un laminoir (14) après l'enceinte de projection (7) et avant l'enceinte thermique (11).
7. Produit en plaque ou en bande revêtu caractérisé en ce qu'il comporte, sur un substrat en acier (15) une face recouverte d'une couche de zinc (16) et une autre face recou- verte d'un revêtement composé d'une sous-couche de zinc (16) recouverte d'une couche (17) minérale continue.
8. Produit selon La revendication 7 caractérisé en ce que La couche supérieure (17) du revêtement composite est une couche d'aluminium.
9. Produit selon la revendication 7 caractérisé en ce que La couche supérieure (17) du revêtement composite est un alliage delta fer-zinc.
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