Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~:2931 63
PROCEDE DE neV~3~Y~RT PROTECTEUR
DE PRODUITS SIDERURGI~UES
L'invention concerne la protection de la surface des
produits sidérurgiques mis en forme à une température relative-
ment élevée.
Une application préférée de l'invention concerne les
produits longs et, de manière typique mais non limitative, la
protection des ronds à béton.
La température de fin d'élaboration des ronds à béton
en sortie des cages finisseuses des laminoirs est usuellement
de l'ordre de 900 à 1000~C. Les ronds à béton sont ensuite re-
froidis, mis en attente, puis repris pour être mis à longueur.
Dans la pratique courante, les ronds à béton ne sont
pas considérés comme des produits nobles et ne subissent aucun
traitement de protection.
Cependant, on constate actuellement un besoin croissant
en ronds à béton protégés contre la corrosion. Ainsi, pour
certains marchés où le stockage à l'air libre dure longtemps
~e.g. six mois) et se fait dans une atmosphère relativement
corrosive telle que celle d'un port, une protection, au moins
temporaire, des ronds à béton est souhaitable. Dans d'autres
cas, on demande une meilleure résistance à la corrosion en ser-
vice des ronds utilisés dans des ouvrages réalisés en un béton
particulier, dont certains constituants sont plus particulière-
ment propices à la corrosion, ou bien réalisés en milieu rela-
tivement agressif. I.à, une protection longue est souhaitable.
Pour répondre à ce besoin croissant, il est nécessaire
de trouver un procédé de protection efficace et économiquement
acceptable. Ce dernier critère est d'autant plus sévère que
la valeur marchande des ronds à béton en eux-mêmes est très
faible.
Ainsi, la solution qui a été proposée, de réaliser les
ronds en acier inoxydable, en totalité ou en placage, ne peut
être généralisée en raison de son coût.
Les procédés connus de l'homme du métier pour la protec-
tion du fer n'ont pas, jusqu'à présent, trouvé d'application
commercialement intéressante pour les ronds à béton, car ils
exigent tous une étape de préparation préalable du produit pour
i;293163
;CI' (1~ c~ .I'CS OXy~lcS (ICV(~Iol)l)CS <'1I S~ C
rCII'Oi~ SSl!lllCIII; ~1ll l~r(JllUil. I(>l's (Ic 9;1~ )riC;lLiOII.
Aillsi, 1;1 ~;llv~lllis.llioll ;'1 el~lu~l exi~e, sslur excel)l.ioll aP-~- 5~1/133 ~13't
pul)li(i IC 17 Oc(ol)re 197')), Ul1 dce;ll)age prealsll~le du rolld à l'ucide, CUI~ 1;1
l ridlc ~ lu rG;lcLion dc s,sll~slnisaLioll. I,u calslnlil-lc s~l)])osc
('!~;ll~lll(!ll(. ~ llll (1,'11l~)~ ~I~IIOIYI;<I~IC~ OU U I~aPI)OSiLiOt1 ~ lllC Ill;~ re r~ O~ c,
- lol lll~llioll (1 ~IIle co~cl~e (~ rô~, soit l);lr ~ CIIleellL Ll~elllli(lll~!(US~ 3()~35()~ )ul)lie Ie ()'3 uYril 19G3), soit pslr reslctioll de IU SUrrUCC IIUO ;IVCC
UIIC solu~iol- ;-ci~le ~Ie sull;lles lll6~ ues (G13-A-1153202 I)ul)lie Ie 29 Mai 1'3G9)
~)U .~ 1;l V1111Olll' (l~l,!Vil!lV ~)1 ( Ul'l'Clll, L;LLCI~;ILUIC 011 Lllc l);lilll. ;111~1 ;IIliC~ usll i~l.s,
v-)l. ~ . ,l~ I:~'J, I~l~li;jlli~ l'J~I'J, 1). 2G5).
I)e IIICIIIC, lu ;~ nllis;lLioll l)slr l)rojecLion (~I;LC "sclloopage"), nolnllll~lellL l;-
InGl;llli.s;llioll ;IU ~ C, esl. collllue ~Ie l'llo~ll-ne {le ~llGtier pou. exiS,or u;l ~16c;ll);l~e,
1~;11~ S~ C l)ll ~I~II;l;II;l~,(~, ~IC 1;I SUI~ CO U ll~51;lCr (Cr. '~ CCIIII;(IUCS ~10 I~ I1;C~
$l;ll~ t.G; "1,;~ 1ll6lnllis;lLio~ Y,i~lC", 1~- 5. I)~ 5~ e 5, ~JL I t,
1~;II;I~;I~II)IIO ~), 1)~II)I;~; 1)111 IC '~( CIII~C ~I~CCI~ IC ~IU ~;IIC"). SYS~CIII;1l;~IUOII]CIIt ~IOIIC,
oll cllorclle ~i Ol)lCII;r SUI Ie pro~luiL l)rut, unc ealall~ine lu Inoills U~ 6rCI1LC
2() I)OSS;I)IC l~oul Cll l;leililel I~culùvclllcllL. Or, ee deeal~ab~e exi~,e UIIC l~CI)I~;SC
indivi~lllelle Oll par Ires l)e~ils ~,loul)es, des ronds à l)cLon produi~s, et sllour-li~ dollc
cullsi~lc~r;ll)lclllcllL Ic I~I'i.Y (Ic ICvicllL ~ICS rol~ls trsliLcS.
cs illcollv(!llicllLs SCInl~lUI~ICS OI)CrCI1L le l)roeG(lG (livul~--c l)ur l0
~IOClllllCIIt l~ A 2()~9~U5 pul)liG le 16 ocl.ol~le 1970 selon IC(IUCI on ;11)1)l;(1-1C ù 1;1
SUrl;lCC ;~ I)rol~brcl, CIICOIC (ICS CllaU(IC~ un l~oralc mel~ ue qui cnlluîllc Ut1C
r(!:~cliou (Ie ~lissol~ oll (le 1:- cal;lll~ e, la(luelle ~lol~ne naissance il UIIC co~lcl
I;;:II)IC ~ IU;I dGI;I( IlCr UIICI;CUICInCI~: I)Ur Un 1110YCI1 111GC;II1;(lUC.
I,C I)UI (IC l~;IIVCIII;OI1 CS~ ~IC plol)oser un proeede ~Ie revêlelllelll I)rOLCCICU
(1.' I)l()(llli(s silll;lllllri(llll~s ~ i soil cl'lic;lcc cl CCl)llOllli(lUC, cl C,YCIIII)l ~Ics
(ioll ;lll(~illl ~o,l I>ll~ Ie r;liL (I~I'oll el:ll)ole Ie l)l~o(l~li~ :~ (:1l;lll(l (~l
"" (o~ ol(~ l'l()i(lissclllclll acc~lc IlI:lllil''l'~ IC l'~l);liss(lll (1-
X
93163
qui se forme naturellement sur la surface soit inférieure à
un seuil d'adhérence, caractéristique du métal dont est fait
le produit et de sa température de fin d'élaboration, et on
dépose ensuite, directement sur la couche de calamine ainsi
formée, un matériau de protection.
Dans bon nombre d'applications (notamment pour les ronds
à béton), on contrôle le refroidissement du produit après sa
mise en forme, de manière que l'épaisseur moyenne de la couche
de calamine formée pendant le refroidissement n'excède pas envi-
ron 8 ~m.
Dans son sens le plus général, l'expression "à chaud"
vise les températures, connues par l'homme de métier, qui en-
traînent la formation rapide d'une couche de calamine.
L'invention prend le contrepied du préjugé fermement
établi pour l'homme de métier, préjugé selon lequel la calamine
qui se forme naturellement lors de l'élaboration du produit
à chaud, est absolument incompatible avec l'adhérence d'une
couche superficielle de matériau protecteur. En effet, il a
été découvert avec surprise que, selon l'invention, lorsque
la formation de la calamine est contrôlée, cette couche peut
présenter des caractéristiques (d'adhérence et de rugosité no-
tamment) qui permettent d'y appliquer directement (i.e. sans
décapage, mais sans attente excessive qui dégraderait la sur-
face) un revêtement protecteur parfaitement adhérent.
On comprend que, selon l'invention, le revêtement pro-
tecteur est une couche d'un matériau destiné à former lui-même
barrière entre la surface métallique, recouverte de calamine,
et l'atmosphère (sans intervention d'une réaction chimique entre
ledit matériau et la calamine, à la différence du document FR-A-
2 029 285 précité).
Le contrôle de la formation de la calamine passe, selon
l'invention, par le contrôle du refroidissement : un refroidis-
sement rapide (par trempage à l'eau, par exemple) est particu-
lièrement favorable parce qu'il évite de maintenir trop long-
temps la surface métallique à une température relativement élevée,
propice au développement rapide de la calamine.
~;~93163
Dans la pratique actuelle, le contrôle de refroidissement
est souvent plus aisé avec les produits longs, surtout de rela-
tivement faible section, qu'avec les produits plats. A cet égard,
l'invention trouve une application particulièrement avantageuse
dans le cadre des installations de production de ronds à béton
où existe -un dispositif de refroidissement accéléré. Ainsi,
dans le système connu sous le nom de TORSID[ ], le rond à béton
est trempé par une gaine d'eau, en défilant dans un tube refroi-
disseur. Un réchauffement naturel subséquent à partir du coeur
laisse la surface de produit à 400-500~C en sortie du train
de laminage. Les barres sont coupées à chaud et disposées laté-
ralement sur une table de refroidissement à l'air, permettant
à la température de baisser jusqu'à sensiblement la température
ambiante, en vue de leur reprise, pour mise à longueur exacte
et sortie de l'installation. Sur la table de refroidissement,
la calamine fraîche qui couvre les ronds à béton (d'épaisseur
moyenne de 2 à 3 ~m) permet le revêtement direct par une couche
de matériau protecteur.
Il est avantageux que le revêtement soit une métallisa-
tion au zinc par projection, car cette technique peut s'opérer
dans une large gamme de températures, ce qui permet de traiter
les barres à un stade quelconque de leur refroidissement sur
la table de refroidissement.
On comprend qu'ainsi mis en oeuvre, le procédé selon
l'invention est d'autant plus économique que, non seulement
il évite l'étape de décalaminage, mais il s'insère localement
dans une zone généralement non encombrée de l'installation et
s'intercale dans une phase passive du processus de refroidisse-
ment des ronds.
L'épaisseur moyenne du revêtement de zinc est avantageu-
sement de l'ordre de 20 à 40 ~m, pour assurer une protection
suffisante. Une épaisseur beaucoup plus importante peut con-
duire, dans le cas de pliage du rond revêtu, à une fissuration
du revêtement. Il est cependant à remarquer que, même fissuré,
le revêtement de zinc assure une protection (de type sacrificiel
cette fois-ci).
~;?,93~63
Sur les ronds à béton, on peut utiliser au lieu du zinc,
des alliages de zinc et d'aluminium (ce dernier entrant en pro-
portion jusqu'à 20 %)~ plus faciles à appliquer et ayant une
meilleure tenue. L'alliage préféré est l'alliage Dunois (90 %
Zn - 10 % Al).
Sans vouloir limiter l'invention par des explications
théoriques, il semble cependant que celle-ci s'appuie sur les
considérations suivantes.
La tenue du revêtement protecteur directement appliqué
sur la calamine est conditionnée par l'adhérence de la calamine
et la qualité de sa surface.
La notion d'adhérence recouvre deux aspects : l'adhé-
rence avant application du revêtement protecteur, qui est liée
à l'adhérence de la couche d'oxyde au cours de sa croissance,
lors du refroidissement accéléré du produit brut, et l'adhérence
au cours du formage du produit revêtu qui, elle, est liée à
l'aptitude à la déformation des oxydes au cours d'une déforma-
tion mécanique du produit revêtu (par exemple, par pliage des
extrémités des ronds à béton).
Pour ce qui est du premier aspect, il se trouve que la
formation d'oxyde se fait avec augmentation de volume (x 1,7
à 2) par rapport au métal qui lui a donné naissance. Donc, à
l'interface métal/calamine, l'oxyde est en compression et le
métal en traction. L'ensemble de ces contraintes accumulées
se résout sans rupture pour les calamines minces (quelques micro-
mètres) et d'autant mieux que la structure des oxydes est dite
décomposée (refroidissement accéléré jusqu'à 600-550aC environ
puis ralenti jusqu'à la température ambiante - mais en atmosphère
peu oxydante en général). Pour les calamines épaisses (supé-
rieures à environ 10 ~m~ les contraintes se résorbent par des
ruptures des oxydes et des décollements à l'interface. Donc,
sans sollicitations mécaniques extérieures pour de simples rai-
sons de croissance, une calamine, pour être non dégradée, doit
être mince (quelques ~m). Généralement, jusqu'à 6-8 ~m environ,
on ne constate pas de rupture.
Pour ce qui est du second aspect, il existe deux modes
93163
de rupture pour les calamines : une rupture par fissuration
perpendiculaire à l'interface métal/oxyde sans perte d'adhérence,
donc acceptable, et une rupture par décollements d'écailles
d'oxydes qui, elle, est inadmissible. La frontière entre les
deux modes est une épaisseur limite d'oxyde qui dépend :
- de la température de formation de l'oxyde : à 900~C,
l'épaisseur limite se situe entre 8 et 13 ~m suivant l'état
de surface au départ, alors qu'à 750~C, l'épaisseur limite se
situe entre 18 et 30 ~m ;
- de la rugosité de la surface avant oxydation : à 800~C
en surface polie, l'épaisseur limite est de 10 ~m environ, alors
qu'en surface brute (rugueuse), cette épaisseur limite s'élève
à 18 ~m environ ;
- et également de la structure des oxydes, car pour les
oxydes décomposés, l'épaisseur limite augmente.
Pour que le revêtement métallique ne se détache pas avec
l'oxyde au cours d'une déformation, il faut que son épaisseur
soit inférieure à une valeur limite, laquelle n'a jamais été
chiffrée, lors des expérimentations sur des ronds à béton, en
dessous de 8 ~m.
Pour être apte à être revêtue du matériau protecteur,
la surface de la calamine doit être rugueuse, propre et régu-
lière. Ces qualités dépendent le plus souvent des étapes de
mise en forme préalable du produit. Dans le cas des produits
longs (et particulièrement des ronds à béton), la rugosité super-
ficielle après mise en forme dans les trains de laminage, est
généralement importante (bien souvent très supérieure à celle
des produits plats qui requièrent une qualité de surface plus
soignée). La propreté et la régularité de la surface sont alors
assurées si la mise en place du revêtement a lieu, conformément
à l'invention, directement sur l'oxydequivientd'êtreformé, sans
attente inutile.
Par ailleurs, on caractérise commodément ces deux aspects
que recouvre la notion d'adhérence de la calamine, par un "seuil
d'adhérence", représentatif de la nature du métal dont est fait
le produit et de sa température de fin d'élaboration à chaud
(fin de laminage généralement) correspondant au début de formation
i.~93163
de la calamine que l'on veut conserver sur le produit. Ainsi,
ce seuil d'adhérence se définit comme la valeur maximale de
l'épaisseur de calamine qui satisfait simultanément ces deux
aspects, donc le plus sévère des deux. En l'occurrence, il s'agit
de celui relatif à l'adhérence de la calamine en cours de forma-
tion sur produit rectiligne brut de fabrication et dont ladite
valeur maximale atteint 8 ~m environ.
A titre d'illustration, on a réalisé les examens et essais
qui sont décrits ci-après en référence à la planche de repré-
sentations photographiques annexée , sur laquelle :
- la figure 1 est une coupe micrographique partielle
grossie 500 fois, d'un rond à béton revêtu selon l'invention ;
- les figures 2 a et 2 b sont des vues de ronds à béton
respectivement nu, c'est à dire recouvert de calamine formée
selon l'invention, et revêtu par une matière protectrice (zinc) ;
- les figures 3 a et 3 b sont des vues correspondantes
aux figures 2.a et 2.b, montrant les mêmes ronds à béton,mais
après exposition de 400 h à une atmosphère de brouillard salin.
EXAMEN No. 1 (fig. 1 et 2 a)
On a mesuré l'épaisseur de calamine "C" formée conformé-
ment à l'invention sur des ronds à béton "M" obtenus par le
procédé "TORSID". L'épaisseur moyenne est de 1 à 2 ~m, avec,
très localement, des surépaisseurs pouvant atteindre 12 ~m.
Des micrographies ont confirmé que la couche d'oxyde est très
adhérente et que l'aspect de la surface externe est tourmenté,
avec une rugosité importante.
ESSAI No. 1 (fig. 1 et 2 b)
Les ronds à béton précédemment examinés (diamètre 8 mm)
ont été métallisés au zinc par projection au pistolet. Une série
d'échantillons a recu un revêtement "R" d'épaisseur moyenne
de 60 ~m. Une deuxième série a recu un revêtement d'épaisseur
moyenne de 200 ~m. On a constaté quelques irrégularités d'épais-
seur dues à la présence des verrous présents en relief à la
surface des ronds.
L'aspect des produits obtenus montre que l'adhérence
du zinc est très bonne.
" ~_
1~93~63
EXAMEN No. 2 (fig. 1)
Des micrographies des ronds de l'essai 1 ont permis de
constater une excellente pénétration du zinc R dans toutes les
anfractuosités de la calamine 'C' et de la surface du métal M ;
une très bonne adhérence du revêtement sur la calamine ; une
très bonne compacité du revêtement et un aspect externe très
rugueux, laissant prévoir un bon accrochage avec le béton.
ESSAI No. 2 ~fig. 3 a et 3 b)
Les ronds de l'essai 1 ont été testés au brouillard salin
dans les conditions normalisées suivantes : température de 35~C
et eau à 5 % NaCl (50 g/l).
On a constaté que la première rouille n'apparaissait
qu'au bout d'environ 8 jours pour les revêtements minces (60 ~m)
et 15 jours pour les revêtements épais (200 ~m).
ESSAI No. 3 (fig. 2)
Des ronds de 10 mm de diamètre ont été revêtus de zinc
pour les uns (fig. 2 b) et d'alliage "Dunois" pour les autres,
dans des épaisseurs moyennes de 75, 90, 100 et 150 ~m. On a
conservé aussi des ronds témoins non revêtus (fig. 2 a). On
a testé leur aptitude au façonnage par pliage, en les pliant
lentement à 90~ autour d'un mandrin ayant un diamètre triple
de celui des ronds.
On a noté une fissuration importante de la couche de
revêtement, vraisemblablement due à une épaisseur trop importante.
ESSAI No. 4 (fig. 3)
Les ronds de l'essai précédent ont été testés pendant
400 h dans une enceinte à brouillard salin. On a constaté que
des ronds témoins non revêtus se sont dégradés quasi immédiate-
ment (fig. 3 a).
Pour une même épaisseur de revêtement, les ronds revêtus
de l'alliage Dunois ont mieux tenu que ceux revêtus de zinc
pur (fig. 3 b).
Les ronds façonnés et les ronds rectilignes (non façonnés)
ont, pour un revêtement de même nature, des tenues au brouillard
salin voisines : en particulier, on ne constate pas d'apparition
de rouille au niveau de la zone écaillée des ronds façonnés
~;293~63
(protection superficielle).
Le mode de réalisation décrit ci-dessus est le mode pré-
féré. Toutefois, en alternative, on peut prévoir d'autres types
de revêtement. Ainsi, on peut utiliser une peinture époxy et
profiter de la chaleur des ronds non encore totalement refroidis
(température de 200-250~C environ) pour réaliser l'auto-réticu-
lation rapide de la peinture (projetée en poudre thermo-durcis-
sable au moyen d'un pistolet). Un tel revêtement, par exemple
en couche de 200 ~m, permet d'obtenir une excellente protection
au brouillard salin pour des ronds rectilignes. En revanche,
si des fissurations se produisent lors du pliage de ces ronds
- revêtus, aucune protection sacrificielle n'est à attendre.
- Il n'est pas inutile de rappeler qu'il ne faut pas con-
fondre la calamine, qui se forme naturellement au cours du pro-
cessus d'élaboration à chaud d'un produit métallurgique, et
la rouille qui, elle, se forme à froid en atmosphère humide
sur un produit en cours d'emploi. L'une, la calamine, de couleur
sombre, est essentiellement formée d'oxyde de fer à l'état fer-
reux, alors que l'autre, la rouille, de couleur rougeâtre, est
essentiellement formée d'hydroxydes de fer, le fer étant donc
à l'état ferrique, et constitue sur le produit une couche friable
qui ne présente aucune consistance mécanique significative.
. .
