[0001] L'invention concerne le revêtement de produits sidérurgiques, tels que des bandes
d'acier, par immersion de ces produits dans un bain métallique en fusion à base de
zinc.
[0002] Les traitements de galvanisation en continu des bandes d'acier consistent à faire
défiler ces bandes dans un récipient contenant un alliage métallique en fusion constitué
essentiellement de zinc, auquel on ajoute généralement des quantités variables d'aluminium.
Une couche d'alliage se dépose ainsi sur la bande. A sa sortie du bain, l'épaisseur
du revêtement est uniformisée par un dispositif d'essorage comportant des rouleaux
ou, le plus souvent, des buses projetant un jet gazeux sur la bande revêtue, alors
que la couche d'alliage de zinc n'a pas encore achevé sa solidification.
[0003] Divers éléments chimiques peuvent être ajoutés au bain de zinc. En premier lieu,
il faut citer l'aluminium qui permet d'éviter la formation à l'interface bande-revêtement
d'alliages Fe-Zn si sa teneur est supérieure à 0,15 % en poids. Le magnésium estéga-
lement ajouté dans certains cas, car il a un effet bénéfique sur la tenue à la corrosion
des produits finis, et accroît la fluidité du bain, ce qui permet de réaliser la galvanisation
à une température plus basse.
[0004] Le document FR 1446872 recommande, en particulier, d'utiliser un bain de galvanisation
comportant de 1 à 4 % en poids de magnésium et de 0,05 à 5 % en poids d'aluminium
pour obtenir un revêtement fortement adhérent au produit, et lui conférant une bonne
résistance à la corrosion. De même les produits commercialisés sous la dénomination
GALFAN @ comportant un revêtement contenant de 4 à 5 % d'aluminium peuvent être améliorés
par l'incorporation de jusqu'à 1,8 % de magnésium au revêtement.
[0005] Ces revêtements sont classiquement appliqués sur le substrat d'acier selon une épaisseur
de l'ordre de quelques dizaines de µm. On a de plus constaté que des revêtements de
zinc contenant entre 1 et 3,5 % en poids de magnésium et environ 1 % en poids d'aluminium
présentaient de très bonnes propriétés anti-corrosion et une très bonne adhérence
sur le substrat. D'autre part le mouillage du substrat par le bain liquide est faible,
à cause de la présence importante du magnésium, et cela permet de déposer sur le substrat
grâce à un bain maintenu à une température de 400 à 500°C une couche uniforme de très
faible épaisseur (10 f..lm) sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un dispositif de
régulation de cette épaisseur.
[0006] Les revêtements ainsi obtenus présentent cependant de graves défauts, en l'occurrence
la présence sur le produit revêtu de zones comportant des "manques de revêtement"
de plusieurs µm de large, c'est-à-dire des plages où le substrat reste nu. Il est
probable que la présence de ces manques est due à un phénomène de démouillage partiel
de la surface de l'acier au cours du refroidissement. Ceci est la contrepartie de
la faible mouillabilité de la bande d'acier par le bain liquide riche en magnésium
et de l'obtention d'un revêtement mince d'épaisseur régulière qu'elle favorise.
[0007] Le but de l'invention est de parvenir à galvaniser les bandes d'acier par un revêtement
mince et régulièrement réparti, présentant de bonnes propriétés anti-corrosion et
dont l'épaisseur ne demande pas être uniformisée, postérieurement au dépôt, par un
dispositif additionnel.
[0008] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de galvanisation de produits sidérurgiques
selon lequel on effectue le revêtement desdits produits par trempage dans un bain
fondu d'alliage de zinc, caractérisé en ce que ledit alliage comporte en pourcentages
pondéraux 1 à 3,5 % de magnésium, 0,5 à 1,5 % d'aluminium et 0,0010 à 0,0060 % de
silicium.
[0009] L'invention a également pour objet un produit sidérurgique revêtu selon ce procédé.
[0010] Comme on l'aura compris l'invention consiste à ajouter à un bain d'alliage de zinc
de la composition précédemment indiquée, présentant des propriétés d'emploi favorables,
une faible quantité de silicium. Ceci permet de résoudre les problèmes de qualité
du revêtement cités plus haut, tout en conservant la possibilité de ne pas utiliser
de dispositif régulateur de l'épaisseur.
[0011] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant
référence aux figures suivantes :
- la figure 1 qui présente une coupe micrographique d'un échantillon d'acier galvanisé
partrem- page dans un bain contenant 2,90 % de magnésium et 1 % d'aluminium ;
- la figure 2 qui présente une coupe micrographique d'un échantillon d'acier galvanisé
partrem- page dans un bain contenant 2,55 % de magnésium, 0,93 % d'aluminium et 60
ppm de silicium.
[0012] Les expériences qui vont être décrites ont été réalisées sur un acier extra-doux
au titane sans interstitiels de composition : C = 0,010 %, Mn = 0,120 %, S = 0,006
%, Si = 0,010 %, AI = 0,035 %, Ni = 0,020 %, Cr = 0,010 %, P = 0,010 %, Ti = 0,050
%. Mais il va de soi que l'invention n'est aucunement limitée au revêtement de ce
type de nuances.
[0013] La figure 1 montre une coupe micrographique d'un échantillon de cet acier qui a été
galvanisé dans les conditions suivantes :
- dimensions de l'échantillon : lames de 15 x 50 x 0,7 mm ;
- vitesse d'immersion de l'échantillon dans le bain 20 mm/s ;
- durée de l'immersion dans le bain : 3 s ;
- composition du bain de galvanisation : Mg = 2,90 % - AI = 1 %, le reste étant constitué
par du zinc et des impuretés inévitables ;
- température de l'échantillon avant immersion : 425°C.
[0014] Sur cette coupe micrographique, on distingue le substrat d'acier 1 et la couche 2
de revêtement de galvanisation, dont l'épaisseur maximale, dans les conditions de
traitement précisées ci-dessus, est d'environ 10 µm. La faible mouillabilité de l'acier
par le bain, due à la forte teneur du bain en magnésium, fait que d'un point de vue
macroscopique cette épaisseur semble d'une régularité satisfaisante, et cela permettrait,
dans des conditions industrielles, de ne pas utiliser d'installation de régulation
d'épaisseur de ce revêtement en sortie du bain de galvanisation. Toutefois l'observation
micrographique de l'échantillon fait apparaître qu'en fait, le revêtement 2 est réparti
sur le substrat 1 de manière irrégulière. Sur des plages 3 dont la largeur peut varier
de 10 à 100 f..lm, on constate que le revêtement n'a qu'une épaisseur très faible,
ou est même totalement absent. Ces plages sont dites "manques de revêtement", et leur
présence est probablement attribuable comme on l'a dit à des démouillages locaux de
la surface du substrat d'acier. Ces manques de revêtement rendraient inacceptable
un produit ainsi fabriqué industriellement, car le revêtement ne pourrait assurer
une protection de la totalité de la surface du produit contre la corrosion.
[0015] Une augmentation de la température du bain et/ou de la température de l'échantillon
avant son immersion dans le bain n'améliorent pas ces résultats. Elle conduit seulement
à une augmentation globale de l'épaisseur du revêtement, sans pour autant supprimer
les manques. Une augmentation, même considérable (jusqu'à 90 s) de la durée de l'immersion
de l'échantillon est également inopérante.
[0016] L'échantillon dont la coupe micrographique est montrée sur la figure 2 a été revêtu
dans les mêmes conditions que celui de la figure 1, aux différences suivantes près
:
- durée de l'immersion dans le bain de galvanisation : 3 s ;
- composition du bain de galvanisation : Mg = 2,55 % - AI = 0,93 % - Si = 60 ppm -
reste = Zn et impuretés inévitables ; les teneurs en silicium et aluminium sont ajustées
par l'addition d'un alliage AI-Si à 10 % de silicium.
- température de l'échantillon avant immersion : 450°C.
[0017] La figure 2 montre clairement que l'addition de silicium au bain de galvanisation
entraîne une amélioration spectaculaire de la qualité du revêtement 4 déposé sur le
substrat d'acier 5 par rapport au cas précédent. L'épaisseur du revêtement 4 est toujours
de 10 f..lm environ, mais il présente cette fois une surface externe extrêmement régulière,
totalement exempte des manques qui affectaient l'échantillon de la figure 1. D'autre
part la surface externe du revêtement 4 n'est pas perturbée par les irrégularités
de la surface du substrat 5. De plus ce revêtement 4 présente de remarquables qualités
d'adhérence sur le substrat 5, et une très bonne tenue au pliage. On vérifie enfin
qu'il procure une résistance à la corrosion tout à fait satisfaisante à l'échantillon
: un test au brouillard salin montre une formation de rouille blanche uniformément
répartie sur toute la surface de l'échantillon. Si on pratique une rayure sur le revêtement
4 mettant l'acier à nu, il ne s'y forme pas de rouille rouge mais de la rouille blanche
: le zinc joue bien son rôle de protection sacrificielle.
[0018] L'explication de cette amélioration spectaculaire de la qualité du revêtement par
l'introduction de silicium dans le bain de galvanisation est sans doute à rechercher
dans l'adsorption du silicium à l'interface entre le revêtement 4 à l'état liquide
et le substrat 5, ce qui ralentit le phénomène de démouillage du substrat 5.
[0019] On constate cependant une diminution relativement rapide des concentrations en silicium
et magnésium du bain en cours d'expérience. Il faut donc contrôlerfréquemment la composition
du bain et y rajouter les éléments consommés quand cela devient nécessaire.
[0020] Des résultats de galvanisation satisfaisants sont obtenus dans les conditions opératoires
suivantes :
- température du bain de galvanisation : 400 à 450°C ;
- température du substrat d'acier avant son immersion : 350 à 600°C ;
- teneur en magnésium du bain : 1 à 3,5 % ;
- teneur en aluminium du bain : 0,5 à 1,5 % ;
- teneur en silicium du bain : 10 à 60 ppm (soit 0,0010 à 0,0060 %).
[0021] Bien entendu, sans sortir de l'esprit de l'invention, il est possible de lui apporter
des améliorations, en particulier en incorporant au bain de galvanisation d'autres
éléments d'addition qui pourraient conférer au revêtement des propriétés physico-chimiques
encore plus avantageuses sans détériorer la capacité du bain à se répartir uniformément
sur la surface du substrat.
1) Procédé de galvanisation au trempé de produits sidérurgiques, selon lequel on effectue
le revêtement desdits produits dans un bain fondu d'alliage de zinc, caractérisé en
ce que ledit alliage comporte en % pondéraux 1 à 3,5 % de magnésium, 0,5 à 1,5 % d'aluminium
0,0010 à 0,0060 % de silicium.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bain fondu est maintenu
à une température de 400 à 450°C, et en ce que le produit est trempé dans ledit bain
à une température de 350 à 600°C.
3) Produit sidérurgique (5) revêtu par une couche (4) d'alliage de zinc, caractérisé
en ce que ledit alliage comporte en % pondéraux 1 à 3,5 % de magnésium, 0,5 à 1,5
% d'aluminium et 0,0010 à 0,0060 % de silicium.