Brevet FR2742449A1 — publié le 19970620

Procédé de galvanisation de tôle d'acier contenant des éléments d'addition oxydables. L'invention conceme un procédé de galvanisation de tôles d'acier contenant des éléments d'addition oxydables1 notamment du silicium. Pour certaines utilisations de tôles d'acier, notamment dans le domaine électrique ou des applications nécessitant des aciers à haute résistance mécanique, on utilise des nuances d'acier contenant des éléments d'addition oxydables, notamment du silicium. Pour ces utilisations, on recherche parfois également une résistance élevée à la corrosion. Or, il s'avère difficile jusqu'ici d'obtenir une résistance à la corrosion satisfaisante en recourant à la galvanisation. Cette difficulté résulte d'une mauvaise mouillabilité de ces tôles d'acier dans les bains de galvanisation, liée aux éléments d'addition oxydables qu'ils contiennent, notamment dans le cas du silicium ; cette mauvaise mouillabilité nuit à la qualité du revêtement, notamment son homogénéité. A titre indicatif, dans le cas d'aciers au silicium, les problèmes de mouillabilité se posent dès que la teneur en silicium atteint environ 0,2%, et parfois même en deçà de cette teneur. Les aciers présentant des éléments d'addition oxydables à de plus faibles teneurs peuvent donc être galvanisés par des moyens classiques: on procéde d'une manière connue en elle-meme en préparant la tôle d'acier à revêtir par un traitement de nettoyage, puis un traitement de recuit sous atmosphère non oxydante, voire réductrice, avant de tremper la tôle dans le bain de galvanisation pour le revêtement lui-même. Le problème de la galvanisation se pose donc dès que l'on cherche à utiliser des aciers à plus forte teneur en éléments d'addition, dans le but d'obtenir une tôle galvanisée présentant à la fois une résistance élevée à la corrosion et une résistance mécanique élevée ou des propriétés électriques particulières. Cependant, pour ces aciers présentant des éléments d'addition oxydables à de fortes teneurs, par exemple du silicium entre 0,3% et 3%, on connait un procédé de galvanisation dans lequel on effectue un traitement supplémentaire de la tôle avant de la tremper dans le bain de galvanisation ; le document JP 51 40711 décrit notamment un traitement supplémentaire de type électrochimique qui consiste à tremper la tôle dans une solution de traitement pour la revêtir d'une très fine couche composite de nitrure de fer (FeN). Cette couche composite d'une épaisseur correspondant à plus de 1 g/m2 est applicable sur des tôles d'acier présentant jusqu'à 3% de silicium et améliore sensiblement la mouillabilité de la tôle dans le bain de galvanisation. Mais la solution présentée par ce document nécessite une étape supplémentaire dans le processus de fabrication de la tôle galvanisée, ce qui est pénalisant d'un point de vue économique. Par ailleurs, une trop forte nitruration de l'acier à l'interface tôles couche de galvanisation eVou une couche trop épaisse de nitrure de fer correspondant à plus de 1 g/m2 d'interface, peut provoquer une détérioration des propriétés mécaniques ou électriques de l'acier. Or, comme on l'a déjà indiqué, les aciers contenant des éléments d'addition oxydables, notamment du silicium, sont précisément utilisés pour leurs propriétés mécaniques etlou électriques spécifiques. L'invention a pour but un procédé de galvanisation de tôles d'acier à forte teneur en éléments d'addition oxydables, notamment en silicium, économique, efficace et non préjudiciable aux propriétés mécaniques etlou électriques dudit acier. L'invention a pour objet un procédé de galvanisation de tôle d'aciers contenant des éléments d'addition oxydables, notamment du silicium, dans lequel on recuit la tôle sous une atmosphère de recuit qui est non-oxydante puis on trempe la tôle dans un bain de galvanisation, caractérisé en ce que ladite atmosphère de recuit contient entre 0,005% et 1% d'ammoniac. L'invention s'applique dont aux tôles d'aciers contenant des éléments d'addition oxydables dans des proportions telles qu'elles empêchent une mouillabilité de la tôle dans le bain de galvanisation permettant d'assurer un revêtement homogène de galvanisation. L'invention s'applique notamment aux tôles d'acier à plus de 0,2% de silicium. L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - ladite atmosphère de recuit contient entre 0,02% et 0,5% d'ammoniac. - le temps de séjour de ladite tôle dans ladite atmosphère est inférieur ou égal à 3 minutes. L'invention a encore pour objet un dispositif de galvanisation de tôle pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention du type comprenant des moyens de recuit de tôle sous atmosphère contrôlée, qui débouchent en aval sur des moyens pour tremper la tôle recuite dans un bain de galvanisation, et des moyens pour contrôler ladite atmosphère, caractérisé en ce que les moyens de contrôle d'atmosphère sont adaptés pour introduire et maintenir dans ladite atmosphère de l'ammoniac à une teneur comprise entre 0,005 et 1% et en ce que ledit ammoniac est introduit dans ladite atmosphère à proximité de l'entrée de la tôle dans les moyens de recuit. L'invention a également pour objet une tôle d'acier contenant des éléments d'addition oxydables, notamment du silicium, galvanisé par le procédé selon l'invention du type présentant une couche d'interface, entre ledit acier et la couche de galvanisation, contenant de l'azote en solution solide caractérisé en ce que l'épaisseur de ladite couche d'interface correspond à moins de 1 gramme par mètre carré de surface d'interface. L'invention peut également présenter comme caractéristique supplémentaire du silicium à au moins 0,2% comme élément d'addition dans ledit acier. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif. L'installation de galvanisation qu'on utilise comprend des moyens de recuit de bande de tôle sous atmosphère contrôlée, qui débouchent en aval sur des moyens pour tremper la tôle dans un bain de galvanisation, et des moyens pour contrôler ladite atmosphère. Les moyens de recuit peuvent être compartimentés en plusieurs zones correspondant à des températures différentes, notamment une zone de refroidissement avant d'entrer dans le bain de galvanisation. L'atmosphère de cette zone de refroidissement peut communiquer avec l'atmosphère au dessus de la surface du bain de galvanisation. Dans chacune de ces zones, I'atmosphère est contrôlée. Les moyens de recuit et les moyens de trempage de tôle ainsi que les moyens de contrôle d'atmosphère sont connus en eux-memes. Les moyens de contrôle d'atmosphère sont adaptés d'une manière connue en elle-même pour introduire de l'ammoniac dans la zone de recuit et pour contrôler la teneur en ammoniac de l'atmosphère de recuit entre 0,005 et 1%. Selon une variante préférentielle de l'invention, L'ammoniac est introduit dans l'atmosphère de recuit à proximité de l'entrée de la tble dans les moyens de recuit. Cette disposition particulière concernant le dispositif de galvanisation va à l'encontre des conceptions classiques d'alimentation en gaz des atmosphères de recuit, selon lesquelles, notamment pour alimenter par exemple en azote et en hydrogène, on introduit le gaz essentiellement au niveau de la sortie de la tôle des moyens de recuit, de telle sorte que le gaz circule à contrecourant de la tôle dans les moyens de recuit. On va maintenant décrire le procédé de galvanisation selon l'invention. Le procédé selon l'invention est applicable à des tôles d'acier contenant des éléments d'addition oxydables. Le procédé selon l'invention est notamment applicable à des tôles d'acier au silicium, notamment à plus de 0;2% de silicium. Pour galvaniser une tôle d'acier au silicium, on procède comme suit dans l'installation décrite ci-dessus. On nettoie la tôle au silicium à galvaniser d'une manière connue en elle-même, par exemple en passant la tôle nue dans une flamme pour dégraisser la surface à revêtir. On recuit ensuite la tôle dans les moyens de recuit de l'installation, dans des conditions de température, de durée et de composition de l'atmosphère de recuit adaptées d'une manière connue en elle-même pour obtenir notamment la recristallisation souhaitée de l'acier et, en tant que de besoin, la réduction des oxydes de fer éventuellement présents à la surface de la tôle après nettoyage. Selon l'invention, aux conditions précitées concernant la composition de l'atmosphère de recuit, on rajoute une condition concemant la teneur en ammoniac de ladite atmosphère qui doit être comprise entre 0,005% et 1%, qui peut être atteinte grâce aux moyens de contrôle d'atmosphère précédemment définis. De préférence, ladite teneur en ammoniac est maintenue entre 0,02% et 0,50m. La durée de recuit, c'est à dire la durée de passage de la tôle dans les moyens de recuit est de préférence inférieure à 3 minutes. La température de recuit est généralement comprise entre 500"C et 900"C. Lesdites conditions de recuit comprennent également, en tant que de besoin, une étape de refroidissement dans une zone des moyens de recuit prévue à cet effet, avant trempé de la tôle dans le bain de galvanisation. Après le recuit sous cette atmosphère comprenant de l'ammoniac, ledit recuit comprenant donc un refroidissement éventuel de la tôle, on procède à la galvanisation de la tôle recuite à proprement parler d'une manière connue en elle-meme. Ainsi, par exemple, on trempe la tôle dans un bain de galvanisation, on extrait la tôle du bain, on essore la couche de bain entraînée sur la tôle pour obtenir l'épaisseur requise de revêtement de galvanisation, puis on refroidit la tôle. Ainsi, selon l'invention, alors même que la teneur en ammoniac est très faible dans l'atmosphère de recuit et reste inférieure à 1%, on obtient l'effet escompté d'amélioration de la mouillabilité de la tôle dans le bain de galvanisation pour des aciers contenant des éléments d'addition oxydables, notamment du silicium à plus de 0,2%. Cet effet est donc obtenu sans étape supplémentaire par rapport à un processus de fabrication classique de tôle galvanisée, et sans préjudice aux propriétés mécaniques etlou électriques de l'acier utilisé. De manière surprenante, on obtient cet effet même si la durée de recuit, et donc la durée d'exposition de la tôle à l'ammoniac, est inférieure ou égale à 3 minutes. La tôle obtenue par le procédé selon l'invention, présente en surface de la tble d'acier après recuit, ou à l'interface acier couche de galvanisation, une couche d'interface composée d'acier contenant de l'azote en solution solide etlou composée de nitrure de fer. De préférence, cette couche d'interface présente une épaisseur correspondant à moins de 1 g/m2. Cette faible épaisseur de couche d'interface contribue au maintien des propriétés mécaniques et électriques de l'acier. Grace à l'invention, il devient donc possible d'améliorer la résistance à la corrosion et l'aspect de surface de tôles galvanisées d'acier au silicium tout en maintenant les propriétés mécaniques etlou électriques de départ. Lorsqu'on utilise un dispositif de galvanisation dans lequel, selon une variante préférentielle de l'invention décrite cidessus, L'ammoniac est introduit dans l'atmosphère de recuit à proximité de l'entrée de la tôle, on améliore encore la mouillabilité de l'acier. L'invention s'applique également avantageusement aux aciers présentant d'autres éléments d'addition oxydables que le silicium, notamment le titane, le manganèse, le chrome et l'aluminium. Les exemples suivants illustrent l'invention. Exemple comparatif 1: Cet exemple a pour but d'illustrer le problème que l'invention cherche à résoudre. L'échantillon à galvaniser est une tôle d'acier contenant 0,3% de silicium. Pour la galvanisation, on procède au recuit de l'échantillon sous une atmosphère réductrice contenant 15% d'hydrogène, le reste étant de l'azote et les impuretés inévitables. Les autres conditions concernant la galvanisation sont établies d'une manière connue en elle-même pour obtenir un revêtement de zinc de l'ordre de 140 glu2. Le résultat de cet exemple comparatif est qu'on observe des problèmes de mouillabilité de l'échantillon dans le bain de galvanisation, ce qui est préjudiciable à l'adhérence et à l'homogénéité du revêtement, donc à la résistance à la corrosion qu'il apporte. Exemple 1: Cet exemple a pour but d'illustrer le procédé de galvanisation selon l'invention. Sur un échantillon de même nature que dans l'exemple comparatif 1, on procède comme dans l'exemple comparatif 1 à la différence près que l'atmosphère de recuit contient, selon l'invention, 0,03% d'ammoniac. On n'observe aucun problème de mouillabilité de l'échantillon dans le bain de galvanisation, ce qui permet au revêtement de zinc de protéger avec efficacité l'échantillon contre la corrosion. Ainsi, une très faible concentration en ammoniac dans l'atmosphère de recuit permet de résoudre le problème de mouillabilité rencontré dans l'exemple comparatif 1 et il n'est pas nécessaire de rajouter une étape supplémentaire dans le processus de fabrication de la tôle galvanisée. ExemPle 2: Cet essai a pour but d'illustrer que, selon l'invention, la présence d'ammoniac dans l'atmosphère de recuit avant galvanisation ne modifie pas sensiblement les propriétés mécaniques des tôles d'acier au silicium, souvent dit acier "H R", c'est à dire "Haute Résistance". On mesure les propriétés mécaniques d'échantillons de tôle d'acier qui sont galvanisés après recuit sous des atmosphères ne différant que par la teneur en ammoniac. A part cette teneur en ammoniac ("teneur en NH3"), les conditions de galvanisation sont identiques à celles de l'exemple 1. La nuance d'acier utilisée correspond à l'acier dénommé "SOLDUR 490" de la Société SOLLAC, qui contient entre 0,2 et 0,3% de silicium. Comme dans l'exemple 1, on n'observe aucun problème de mouillabilité. Pour évaluer les propriétés mécaniques, on mesure d'une manière classique la contrainte limite de comportement élastique - appelée Rp 0,2 ~ et la contrainte à la rupture - appelée Rm; I'unité de mesure est le MégaPascal (MPa). Les résultats obtenus figurent au tableau ci-dessous: Teneur en 0% 0,5% 1% Mesure mécanique Rp-0,2(MPa) 498 511 510 R (MPar 564 576 579 On ne constate donc aucune modification sensible des propriétés mécaniques. ExemDle comParatif 2: Cet exemple a pour but d'illustrer les inconvénients liés à l'application à une tôle d'acier d'un procédé de galvanisation dans lequel on recuit l'acier sous une atmosphère contenant de l'ammoniac en plus forte proportion que dans l'invention, comme dans le document GB 1 396419. Cet exemple a également pour but d'illustrer les inconvénients liés à l'application, à des aciers autres que ceux qui contiennent des éléments d'addition oxydables en fortes proportions, d'un procédé de galvanisation dans lequel on recuit l'acier sous une atmosphère contenant de l'ammoniac en faible proportion comme dans la présente invention. On procède comme dans l'exemple 2, mais sur des échantillons d'acier dits "IF Ti", c'est à dire "lntersticial Free" (c'est à dire sans éléments intersticiels), contenant moins de 250 ppm de silicium; cet acier "IF Ti" est obtenu d'une manière connue en elle-meme par introduction de titane à l'élaboration de l'acier liquide, le titane étant destiné à précipiter le carbone contenu et à l'empêcher de se placer aux interstices. Les résultats mécaniques obtenus figurent au tableau ci-après. TeneurenNH3: 0% 0,5% 1% 2% 5% 10% Mesure mécanique R 2 (MPa) 110 252 192 301 399 409 R (MPa) 298 401 426 426 ~ 453 507 On voit donc que le recuit sous ammoniac modifie très sensiblement les propriétés mécaniques de la tôle d'acier. Ce résultat est de nature à dissuader l'Homme du Métier, de recuire sous ammoniac, notamment en vue de la galvanisation, des aciers dont on souhaite contrôler et maintenir au niveau initial les propriétés mécaniques. Le document GB 1 396 419, mentionné ci-dessus, décrit un procédé de nitruration de fil d'acier, qui comporte un traitement de recuit sous une atmosphère réductrice contenant de fortes proportions d'ammoniac ( > 15%), ce qui a pour effet de nitrurer la surface à revêtir. Ce procédé particulier de galvanisation s'applique ici à des fils (et non à des tôles à des aciers dits effervescents; les aciers effervescents sont des aciers non "désoxydés", ne contiennent donc pas d'éléments d'addition oxydables, et ne posent donc pas de problèmes de mouillabilité dans un bain de galvanisation. Dans ce document, L'effet recherché par la nitruration de la surface de l'acier avant galvanisation est d'améliorer l'adhérence du revêtement de galvanisation, qui est un problème particulièrement critique sur les fils d'aciers. Ainsi, le moyen décrit dans ce document, à savoir l'introduction d'ammoniac en forte proportion dans l'atmosphère de recuit, s'applique à d'autres aciers que ceux du domaine de la présente invention et n'apporte aucun résultat particulier sur le plan de la mouillabilité, puisque d'ailleurs cette mouillabilité ne pose aucun problème pour ce type d'aciers. Qui plus est, I'application du moyen décrit dans ce document à des aciers ne contenant pas d'éléments d'addition oxydables, comme des aciers IFS (IF = "Insterticial Free Steel", ou acier sans interticiels), présente l'inconvénient de dégrader les propriétés mécaniques, comme le montrent les résultats du tableau ci-dessus (teneur en NH3 : 2, 5 et 10%). C'est pourquoi l'homme du métier de la galvanisation serait dissuadé d'appliquer ce moyen de nitruration pour résoudre le problème de mouillabilité d'aciers à haute résistance mécanique, car il craindrait de dégrader les propriétés mécaniques. Comme le montrent en particulier les résultats obtenus avec de faibles teneurs en ammoniac conformes à l'invention (teneur en NH3: 0,5 et 1%), I'enseignement de l'exemple comparatif 2 va donc à l'encontre de celui de l'exemple 2 selon l'invention, au niveau de l'évolution des propriétés mécaniques, bien conservées dans le cas de l'exemple 2 mais sensiblement détériorées dans le cas de l'exemple comparatif 2. REVENDICATIONS 1. - Procédé de galvanisation de tôle d'aciers contenant des éléments d'addition oxydables, notamment du silicium, dans lequel on recuit la tôle sous une atmosphère de recuit qui est non-oxydante puis on trempe la tôle dans un bain de galvanisation, caractérisé en ce que ladite atmosphère de recuit contient entre 0,0050m et 1% d'ammoniac. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite atmosphère de recuit contient entre 0,02% et 0,5% d'ammoniac. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le temps de séjour de ladite tôle dans ladite atmosphère est inférieur ou égal à 3 minutes. 4. - Dispositif de galvanisation de tôle pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, du type comprenant des moyens de recuit de tôle sous atmosphère contrôlée, qui débouchent en aval sur des moyens pour tremper la tôle recuite dans un bain de galvanisation, et des moyens pour contrôler ladite atmosphère, caractérisé en ce que les moyens de contrôle d'atmosphère sont adaptés pour introduire et maintenir dans ladite atmosphère de l'ammoniac à une teneur comprise entre 0,005 et 1% et en ce que ledit ammoniac est introduit dans ladite atmosphère à proximité de l'entrée de la tôle dans les moyens de recuit. 5. - Tôle d'acier contenant des éléments d'addition oxydables, notamment du silicium, galvanisé par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, du type présentant une couche d'interface, entre ledit acier et la couche de galvanisation, contenant de l'azote en solution solide, caractérisée en ce que l'épaisseur de ladite couche d'interface correspond à moins de 1 gramme par mètre carré de surface d'interface. 6.- Tôle d'acier selon la revendication 5 caractérisée en ce que lesdits éléments d'addition oxydables comprennent du silicium à une concentration supérieure ou égale à 0,2% dans ledit acier.