Brevet FR2259161A1 — publié le 19750822

Les tubes d'acier métallisés par trempage à chaud sont fabriqués soit par trempage dans un métal fondu de tubes coupés à l'avance, soit par le passage d'un tube sans fin dans un bain de métal fondu. La présente invention concerne ce dernier procédé dans lequel le tube est métallisé par trempage à chaud pour former un dépit continu sur la surface extérieure et couper ensuite le tube à la longueur désirée. Le tube d'acier est fabriqué à partir d'une bande d'acier continue et il est métallisé automatiquement par trempage à chaud dans un procédé continu en série. Dans un procédé continu de métallisation par trempage à haud de feuille ou de fil d'acier, l'entrée et la sortie dans le bain de métal fondu sont réalisées en direction verticale pour permettre d'abaisser facilement la feuille ou le fil dans le bain. L'excédent de métal fondu adhérant à la feuille ou au fil s'égoutte vers le bas dans une direction opposée au sens de sortie du bain de la feuille ou du fil et, par conséquent, ne provoque pas de dépot métallique inégal sur la surface de ceux-ci. D'autre part, dans la métallisation par-trempage à chaud d'un tube d'acier sans fin, l'égouttage de métal fondu en excès sur la surface du tube provoque un dépit métallique inégal sur la circonférence du tube, puisque le tube sort du bain de métal fondu en direction horizontale. Afin d'éviter un dépôt inégal da à l'égouttage de métal fondu, l'excès de-celui-ci doit être soumis à un jet d'air ou de gaz immédiatement après que le tube est sorti du bain de métal fondu. I1 en résulte qu'il a été difficile d'obtenir un dépit de métal plus important pour une résistance plus élevée à la corrosion, du fait que la surface du tube d'acier existant est trop lisse pour retenir suffisamment de métal fondu sans provoquer un égouttage de celui-ci. L'invention concerne un tube métallisé par trempage a chaud, d'une belle apparence et d'une résistance élevée a la c.orrosion; et une méthode de fabrication d'un tube d'acier sans fin à partir de n importe quelle bande d'acier en réalisant sur la surface de nombreuses petites cavités de plusieurs à 100 microns de profondeur et de plusieurs à plusieurs centaines de microns en diamètre pour avoir un revetement métallique plus important ainsi qu'une amélioration de la résistance de liaison de la couche de revetement. Selon le point de vue exposé ci-dessus, un objet de l'invention est de produire un tube d'acier ayant une résistance élevée à la corrosion et une belle apparence optique en réalisant de nombreuses cavités de plusieurs à 100 microns en profondeur et de plusieurs microns à plusieurs centaines de microns en diametre sur la surface du tube d'acier. Une distribution uniforme de ces petites cavités permet au tube de retenir davantage de métal fcndu sur sa surface et de former une couche épaisse de revetement à forte adhérence. Un autre objet de l'invention est de procurer une méthode de fabrication du tube acier ci dessous métallisé par trempage à chaud. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - les figures 1 à 3 représentent une réalisation d'un procédé de fabrication du tube d'acier selon l'invention; - la figure 4 représente un exemple des cavités réalisées sur la surface du tube d'acier5 - la figure 5 (a) représente une photographie entrant une section droite de la surface du tube acier qui a été galvanisée par trempage à chaud sans formation de cavité sur le métal de base; - la figure 5 (b) représente une photographie montrant une section droite d'une couche galvanisée par trempage à chaud sur une surface de tube d'acier pourvue de cavités selon une réalisation de l'invention;; - la figure 6 représente une photographie à une échelle agrandie d'une surface typique de tube d'acier galvanisée selon le procédé de l'invention. Selon les figures 1 à 3, le repère 1 désigne une dérouleuse pour fournir une bande d'acier à partir d'un rouleau, 3 est une soudeuse de fin de coupe, 5 un système de boucle pour fournir la bande en continu sans aucune interruption pendant la liaison par la soudeuse 3 entre l'extrémité provenant du rouleau enlevé et l'extrémité du nouveau rouleau qui lui fait suite. 7 est un dispositif de nettoyage de la bande pour enlever l'huile, les taches, l'eau et produits analogues adhérant sur la bande d'acier. 9 représente une machine de grenaillage pour réaliser de nombreuses cavités sur la surface de la bande d'acier, la machine étant constituée de trois compartiments.Le compartiment central 15 est une chambre de grenaille dans laquelle des roues de grenaillage abrasif 17a, b, c et 17'a, b, c, sont disposées respectivement en haut et en bas de la bande pour projeter des particules abrasives des deux côtés de la bande. Les roues à grenaillage 17a, 17c et 17'a, 17'c disposées près de l'entrée et de la sortie de ladite chambre 15 sont prévues pour projeter les particules en direction de l'intérieur afin d'éviter des fuites de ces particules. Les projections abrasives de chaque roue 17a, b, c et 17'a, b, c sont commandées à distance en fonction de la vitesse d'introduction de la bande, du matériau de la bande et de ses conditions de surface. Pendant la période transitoire de démarrage et d'arrêt de la bande d'acier > la projection abrasive est régulée par un système de con trôle automatique pour éviter un excès ou une insuffisance de grenaillage. Les compartiments amont 13 et aval 19 sont des chambres de jonction pour éviter que les particules abrasives sortent de la machine de grenaillage 9. Le compartiment 19 comporte un appareil 21 de nettoyåge de la bande pour retirer l'oxyde et la poudre de fer de la bande aussi bien que les particules abrasives. Les guides lla, b, c et d de la bande sont disposés à l'intErieur de la machine 9 et à l'entrée et à la sortie de celle-ci pour guider fermement la bande au travers de la machine de grenaillage et permettre à la bande de subir sur sa surface un grenaillage uniforme et efficace. Le repère 23 désigne une machine de roulage à froid pour rouler la bande continue d'acier tirée par ladite-machne et lui donner une forme tubulaire, 25 est une soudeuse de joint pour réaliser la soudure le long du tube, et 27 est un contraleur de température dans lequel le tube soudé est refroidi pour obtenir une température appropriée au décapage et une distribution de température sur son pourtour. Après la soudure5 le tube d'acier est extrêmement chaud le long du joint soudé et il apporte une chaleur excisse au dispositif de décapage qui fait suite5 à moins qu'il ne soit refroidi à l'eau avant le. décapage. La distribution de température sur la circonférence du tube est également corrigée pour avoir un décapage uniforme sur.la surface. Le contrôleur fonctionne pour enlever la poudre de fer et l'oxyde collés à la surface du tube au cours des phases de grenaillage, roulage ou soudage, afin d'éviter la pollution et la consommation d'acide. A la sortie du décapage, un ventilateur à air 29 sert à retirer l'eau de la surface du tube pour éviter de diluer la solution de décapage. Le repère 31 concerne le dispositif de décapage servant à enlever le film dioxyde sur la surface de l'acier, 33 est un dispositif de rinçage à l'eau, 35 est un dispositif de prétraitement servant à l'application d'une solution protectrice évitant l'oxydation de la surface dans l'étape suivante, 37 est un dispositif de séchage et de préchauffages 39 est un dispositif de métallisation par trempage à chaud, 41 est un dispositif de soufflage à lfair ou à un gaz inerte pour enlever un excès de métal fondu adhérant à la surface du tube, afin d'éviter un égouttage du métal fondu, 49 est un dispositif de refroidissement à l'eaux 45 est une machine de dimensionnement pour former le tube à froid5 suivant une forme ou des dimensions de section droite désirées, 47 est un redresseur pour corriger la courbure du tube, 49 est un dispositif de traitement de surface et 51 est une machine de coupe. Le fonctionnement des dispositifs et machines ci-dessus est expliqué dans ce qui suit. La bande d'acier-est introduite à partir de la dérouleuse 1 au travers du dispositif à boucle 5 vers le nettoyeur de bande 7, dans lequel l'huile, les taches et l'humidité sont éliminées. La bande passée au travers de l'appareil 7 est introduite dans la machine de grenaillage 9 et soumise au bombardement de particules abrasives. Les dimensions de particules et la quantité de mélange abrasif projetée par les roues 17e, b, c et 17'a, b, c, sont déterminées en fonction des caractéristiques et de la qualité du matériau et de s surface, ainsi que du poids de revetement ultérieur.Ensuite, de nombreuses cavités de quelques microns à 100 microns de profondeur et de plusieurs microns à des centaines de microns de diamètre sont formées uniformément sur la surface de la bande d'acier et les particules, oxyde, la poudre de fer et autres matières adhérant à la surface sont retirés dans lachambre de jonction 19 par l'appareil 21. La bande d'acier, avec de nombreuses cavités réalisées sur sa surface par la machine de grenaillage, est tirée dans la machine 23 de formage et elle est roulée à froid en un tube dont le joint est soudé sur toute la longueur du tube. Par suite de la chaleur de soudage, le joint et le pourtour sontco4vertsd'un film d'oxyde dont l'épaisseur est proportionnelle à la température de surface et n'est pas uniforme sur le pourtour du - tube. Ce tube est ensuite introduit dans le contraleur de température 27 où la distribution de température sur le pourtour du tube est commandée par un refroidissement à l'eau, de façon que le décapage soit réalisé de façon uniforme sur la surface pendant cette période sans provoquer localement un excès ou une insuffisance de décapage. Le tube ayant cette température de surface contrôlée est introduit dans le dispositif 31 de décapage après enlèvement de l'eau par le dispositif de soufflage à air 29. Comme la vitesse de décapage est proportionnelle à la température de surface du tube2 on pourrait, pour une question de rendement, le chauffer suffisamment pour diminuer le temps de décapage quand il entre dans le dispositif 31. D'autre part, si le tube est trop chaud, il apporte un excès de chaleur dans la solution de décapage et il provoque une consommation excessive d'acide. La distribution de chaleur sur le pourtour du tube doit être également régulée de façon que le film d'oxyde plus épais soit normalement plus chaud que le film plus mince, ce qui permettrait au tube d'etre décapé de façon uniforme sur tout son pourtour pendant un temps déterminé. Le tube d'acier est ensuite rincé par le dispositif 33 de rinçage à l'eau et il est introduit dans le dispositif 35 de prétraitement. Par suite des nombreuses cavités réalisées par le grenaillage, le tube peut retenir sur sa surface un revêtement de protection plus important, ce qui aide sa tenue dans des conditions de température plus élevées pour un temps assez long dans les étapes suivantes. Le tube protégé est alors introduit dans le dispositif 37 de séchage et de préchauffage suivi par le dispositif 39 de métallisation par trempage à chaud dans lequel le métal fondu est appliqué sur la surface du tube d'acier Le métal fondu en excès sur le tube est retiré par Le dispositif 41 de soufflage, pour éviter l'égouttage du métal. Puisque le tube a une surface plus grande du fait des nombreuses cavités, il peut retenir davantage de métal fondu sur sa surface sans formation de goutte. En conséquence, on obtient un revêtement métallique plus important sans augmenter la couche d'alliage.La couche de revêtement réalisée est restée supérieure non seulement au point de vue résistance à la corrosion, mais également au point de vue propriétésmécaniqueset physiques, puisque l'augmentation de la couche d'alliage de propriété mécanique faible est rendueminimale alors que l'adhérence de la couche de revêtement est renforcée par les nombreuses cavités du métal de base. Dans une galvanisation à chaud par exemple, le métal de base, c'est-à-dire la surface du tube, possède une couche d'alliage de fer-zinc sur laquelle est formée une couche de zinc pur. Conformément à l'invention, un revetement plus important de zinc peut etre réalisé sans augmentation de l'alliage èr-zinc, puisque la couche galvanisée de 1 invention consiste principalement en une couche de zinc pur sur une couche d'alliage relativement mince. Ceci permet d'écourter le temps d'égouttage et d'obtenir un rendement de production plus élevé avec un équipement mcins important. Le tube passe au travers du dispositif 41 où le poids du revetement est contrôlé et il pénètre dans le dispositif 43 de refroidissement à l'eau. I1 est ensuite formé à froid dans la machine 45 de dimensionnement pour obtenir la forme et les dimensions de section droite désirées. Dans ce procédé, la couche de revetement, plus molle que le métal de base, est soumise à une déformation plastique et elle adhère plus fortement au métal de base. De plus, la couche de revêtement terminée est d'une structure solide et fine. En outre, la surface terminée est lisse, polie et d'un bel aspect d'aventurine argentée. Le tube d'acier est soumis au redresseur 47 pour correction de la courbure après le dimensionnement, ensuite il est introduit dans la machine de coupe 51 et il est mis à longueur. Le procédé de cette invention est résumé comme suit 1) La machine 9 ne contient aucune unit S d'entratrement de la bande d acier. La bande d'acier est tirée par la machine de formage 23 et elle est soumise à une tension appropriée constante quand elle passe au travers de la machine 9 dans laquelle les particules abrasives sont projetées sur la bande pour former de nombreuses cavités uniformément sur la surface. Par suite de la tension appliquée à la bande at au dispositif de guidage de la bande, incorporé dans la machine de grenaillage, les vibrations et/ou la torsion de la bande sont rendues minimales, malgré une vitesse élevée d'introduction de la bande. La bande d'acier traitée dans la machine de grenaillage a une distribution uniforme des cavités ayant une profondeur de plusieurs à 100 microns et un diamètre de plusieurs à plusieurs centaines de microns sur la surface. Comme indiqué sur la figure 4, les cavités réalisées sur la bande diffèrent l'une de l'autre au point de vue microscopique alors que la rugosité de la surface de la bande est uniforme d'un point de vue macroscopique. Sur la figure 4, a et b représentent les cavités réalisées par la première particule projetée et c représente la cavité formée par la deuxième particule projetée sur la cavité réalisée auparavant par la première particule. La seconde particule n'agrandit probablement pas la cavité, mais elle la creuse, puisque la surface est durcie par la première particule. En conséquence, c'est presque les memes cavités qui se forment sur toute la surface, comme indiqué sur la figure 6. 2) Un enlèvement mécanique par le moyen d'une brosse rotative ou d'un dispositif analogue a été un des moyens de retirer le film d'oxyde formé sur le cordon de soudure et sur le pourtour. Dans cette méthode existante toutefois, l'enlèvement uniforme et sûr du film d'oxyde ne peut pas être assur à cause de l'usure de la brosse ou de l'appareil analogue. Conformément au procédé de l'invention, l'enlèvement du film d'oxyde est réalisé par décapage pendant que la chaleur de la soudure est conservée par le tube. La température de la surface -du tube qui est montée pendant le soudage, est commandée par le controleur de température 29 pour donner au tube une distribution de température appropriée correspondant à l'épaisseur du film d'oxyde. Comme la vitesse de décapage est proportionnelle à la température, le tube est décapé uniformément par le dispositif 31 dans un temps prédéterminé, sans provoquer de décapage excessif ou insuffisant si le tube a une distribution de temperature appropriée. 3) Dans la machine 9, un mélange abrasif est projeté sur la surface de la bande d'acier pour former de nombreuses cavités ayant de plusieurs à 100 microns de profondeur et de plusieurs à plusieurs centaines de microns en diamètre sur la surface. Ces petites cavités jouent un rale important dans la séquence suivante (i) dans le dispositif 35, le tube d'acier peut conserver un revêtement plus important et uniforme sans écoulement sur la surface, ce qui permet au tube d'etre protégé contre l'oxydation pour un temps assez long aux conditions de température plus élevées de l'étape suivante. ( dans le procédé de métallisation par trempage à chaud, la surface d'acier retient davantage de métal fondu, ce qui permet à la surface du tube d'avoir un revêtement métallique plus important sans augmentation de la couche d'alliage. La couche de revetement non seulement adhère à la surface d'acier par l'alliage, mais elle adhère également de façon mécanique. De plus, par suite du revetement, la surface formée par la distribution des cavités ci-dessus mentionnées procure une surface fine d'un bel aspect. Un exemple d'application de tube d'acier produit suivant procédé décrit plus haut est donné ci-après. Conditions de grenaillage Qualité de la bande d'acier feuilles d'acier laminées à chaud selan, norme japonooe J.IS SPHr 3 Condition de surface de la bande d'acier : oxyde important de laminage à chaud, mais pas de- roullle visible sur la surface. Particules abrasives : grenaille de calibre selon norme Japonaise j.I.S S-60 Vitesse de projection de l'abrasif : 88 m/s Quantité d'abrasif projetée: 80 kg/m2. Conditions de galvanisation Température du bain de zinc fondu : 4500C. Conformément au procédé décrit ci-dessus, les cavités d'une profondeur approximative de 20 microns ont été formées sur la surface de la bande d'acier comme indiqué sur la photographie de la figure 5b, et ensuite le revetement réalisé sur le tube d'acier avait une épaisseur moyenne de 33 microns. La photographie de la figure Sa montre, en comparaison, la surface du tube d'acier fabriquée à partir de feuilles d'acier laminé à chaud sans rouille sur sa surface, dans les mêmes conditions, mais sans le grenaillage. Ensuite, le tube d'acier réalisé a reçu une couche de revêtement d'environ 15 microns d'épaisséur, qui était très épaisse en comparaison de celle du tube d'acier de-l'invention. Dans la configuration de la ligne de production de la figure 1, si la machine 45 est déplacée vers une position située-entre le rinçage à l'eau 33 et le dispositif 35, comme indiqué sur la figure 2, on peut obtenir un tube métallisé par trempage à chaud ayant une surface rugueuse propre à recevoir de la peinture. Suivant une autre configuration de la ligne, le dispositif 49 de traitement de surface de la figure 2 est remplacé par le dispositif 53 de revêtement par peinture ou plastique. Cette disposition permet de recouvrir avec une peinture ou un film plastique la surface rugueuse du tube d'acier métallisé par trempage à chaud dans un procédé continu. Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportées par l'homme de l'art auxdispositifsou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemFIes non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1. Tube d'acier caractérisé en ce qu'il comporte un revêtement métallique par trempage à chaud, d'une épaisseur de quelques microns à ioo microns sur la surface du métal de base sur laquelle sont réalisées de nombreuses cavités ayant une profondeur de quelques microns à 100 microns et un diamètre de plusieurs microns à plusieurs centaines de microns. 2. Tube d'acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites cavités sont réalisées sur la bande d'acier avant qu'elle soit roulée en tube 3. Tube d'acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande d'acier est métailisée avant le roulage en tube. 4. Tube d'acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites cavités sont réalisées après roulage en tube. 5. Tube d'acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit tube est enduit de peinture ou d'un film de matière plas 'tique sur sa surface. 6. Procédé de fabrication du tube métallisé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un procédé continu en série constitué par - un poste d'introduction en continu de la bande d'acier, - un poste de traction de la bande d'acier par une machine de roulage 3 froid, - un poste de formation-de nombreuses cavités de plusieurs microns a une centaine de microns de profondeur et de quelques microns à plusieurs centaines de microns de diamètre sur la surface de la bande, par projection d'abrasif sur la bande d'acier entraînée; - un poste de contrôle de la distribution de la chaleur de soudure sur le pourtour du tube, avant le décapage; - un poste de décapage du tube pendant qu'il conserve la chaleur de soudage suivant une distribution appropriée contralée par le poste précédent; ; - un poste de métallisation par trempage à chaud du tube d'acier pour obtenir une épaisseur de quelques microns à une centaine de microns. 7. Procédé de production de tube d'acier métallisé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le procédé de dimensionnement est réalisé avant le trempage à chaud pour avoir une surface rugueuse du tube fini convenant à une peinture ou à une enduction de matière plastique ultérieures.