Спосіб і апарат для виробництва сталевих виробів із металевим покриттям

1. Спосіб виробництва сталевих виробів із металевим покриттям, що включає стадії: покривання сталевого виробу металевим покриттям, додавання додаткового металевого елемента до зазначеного покриття з наступною термічною обробкою вказаного виробу, який відрізняється тим, що: перед додаванням зазначеного додаткового елемента вказаний виріб піддають плазмовій обробці, для очищення й активації поверхні зазначеного покриття, зазначений додатковий металевий елемент додають за допомогою фізичного осадження із розрідженої парової фази, зазначену термічну обробку здійснюють шляхом направлення інфрачервоного випромінювання високої енергії на зовнішню поверхню вказаного покриття. 2. Спосіб за п. 1, де зазначене металеве покриття вибране з групи, що складається з: цинкового покриття, алюмінієвого покриття, покриття, що містить цинк і алюміній. 2 (19) 1 3 81546 Даний винахід відноситься до виробництва сталевих виробів із металевим покриттям, зокрема, оцинкованих чи алюмінованих виробів чи виробів, з покриттями, що містять цинк і алюміній, де додатковий легуючий елемент, такий як магній, додають у покриття для поліпшення корозійної стійкості. Кращим із відомих шляхів підвищення корозійної стійкості сталевих виробів є забезпечення металевого покриття, такого як цинкове покриття (Zn-покриття) чи алюмінієве покриття (АІ-покриття). Розроблено сталеві аркуші, покриті гарячим комбінованим сплавом цинкалюміній (Zn-AI), таким як Zn + 5% Al (Galfan) і Zn + 55% Al + 1,6% Si (Galvalume). Вони мають більш високу корозійну стійкість, ніж оцинкована сталь, оскільки володіють як здатністю цинку до запобігання корозії, так і пасивуючою здатністю алюмінію. Відомо, що крім алюмінію, магнію також притаманний сприятливий ефект корозійної стійкості. Зокрема, доведений сприятливий ефект магнію на сталевих аркушах, покритих шляхом гарячого цинкування сплавом Zn-AI. Деякі покриття, що містять магній на додаток до Zn і АІ, з поліпшеною корозійною стійкістю розроблені і випущені в продаж. Більшість цих покриттів роблять шляхом легування у ванні в процесі гарячого цинкування. Інший підхід до одержання Mg-легованих металевих покриттів починається з металевого покриття гарячим цинкуванням (наприклад, оцинкованим цинк-алюмінієвим (Zn-AI) чи алюмінованим алюмінієво-кремнієвим (Al-Si) покриттям) чи електролітичним цинкуванням Zn, потім додають магній на поверхню покриття за допомогою фізичного осадження з розрідженої парової фази з наступною тепловою обробкою для дифузії магнію в покриття й одержують магнійлеговане покриття. У цьому випадку тонкий шар магнію (звичайно, менше ніж 1мкм) осаджують у вакуумі. Потім, цю двошарову систему покриття піддають дифузії-відпалу. При даній тепловій обробці магній дифундує в металеве покриття й утворює інтерметалеві сполуки (наприклад, MgZn2, Mg2Zn 11). В результаті металеве покриття складається з легуючого покриття на поверхні загального металевого покриття чи з металевого покриття з розповсюдженими по всій товщині інтерметалевими сполуками. Ця остання методика відома, наприклад, з документа WO-A-0214573, де покриття одержують шляхом вакуумного напилювання Мg на Zn-покриття з наступним індукційним нагріванням у захисній атмосфері (HNx, N 2, He чи Аr). Недоліком індукційного нагрівання є те, що це нагрівання діє з внутрішньої сторони оцинкованого сталевого субстрату. Це приводить у результаті до того, що існує ризик гальванічного відпалу Znпокриття, тобто ризик проходження реакції Fe-Zn. Це явище трохи сповільнюється у випадку покриття гарячим цинкуванням, де гальванічне відпалу вимагає руйнування інгібуючого шару Fe2Al 5 з утворенням інтерметалевих сполук Fe-Zn. 4 Однак у випадку електрооцинкованого субстрату, реакція Fe-Zn починається навіть раніше, оскільки відсутній інтерметалевий шар Fe-AI на поверхні сталь/цинк. Результатом цієї реакції Fe-Zn головним чином є втрата пластичності покриття. У випадку Mg-напилювання необхідно очистити й активувати поверхню покриття перед напилюванням. Зокрема, оксидний шар потрібно видалити з поверхні оцинкованих гарячим цинкуванням чи алюмінованих виробів, щоб дати можливість Мg дифундувати в металеве покриття, або перехідну емульсію поверхневого шару необхідно буде видалити у випадку, коли додавання Мg має місце після проходу поверхневого шару, тобто стадії затвердінняпрокату. Відповідно до попереднього рівня техніки це можна зробити шляхом лужного знежирювання, що, однак, не є компактним процесом у тому розумінні, що така стадія знежирювання вимагає великого фізичного простору у виробничій лінії, що небажано у відношенні ефективності й вартості. У документі DE19527515 повністю описаний процес, де плазменна обробка передує Feнапилюванню на попередньо оцинкований сталевий лист. Після додавання Fe проходить термічна обробка, точні характеристики якої, однак, не ідентифіковані в документі. Метою даного винаходу є розробка способу виробництва сталевих виробів із металевим покриттям, де це покриття наносять гарячим цинкуванням, чи електролітичного покриття, головним чином цинкування чи алюмінування, з наступним напилюванням додаткового металевого елемента, переважно Мg. На першому місці стоїть завдання по винайденню способу, що забезпечує більш компактний процес виробництва в порівнянні з попереднім рівнем техніки, а також розробка способу нагрівання, що не викликає проходження реакції Fe-Zn. Даний винахід відноситься до способа виробництва сталевих виробів з металевим покриттям, що включає стадії: - виробництва сталевого виробу з металевим покриттям, додавання додаткового металевого елемента до зазначеного покриття із наступною термічною обробкою вказаного виробу, що характеризується тим, що: - перед додаванням зазначеного додаткового елемента вказаний виріб піддають плазменній обробці для очищення й активації поверхні зазначеного покриття, - зазначений додатковий елемент додають способом фізичного осадження із розрідженої парової фази, - зазначену термічну обробку здійснюють шляхом направлення інфрачервоного випромінювання високої енергії на зовнішню поверхню вказаного покриття. Відповідно до кращого втілення, зазначене металеве покриття обране з групи, що складається з: Zn-покриття, АІ-покриття, Zn-AI покриття. 5 81546 Переважно вказаний додатковий металевий елемент являє собою Мg, і зазначений Мg додають за допомогою напилювання чи випарювання при низькому тиску. Відповідно до кращого втілення, зазначена плазменна обробка являє собою плазменну обробку діелектричним бар'єрним розрядом (ДБР), що має місце при тиску між 10000Па і 100000Па в атмосфері, що складається з N2 чи суміші N2 і Н2. Альтернативно, зазначена плазменна обробка може бути у вакуумі. Далі, відповідно до винаходу, зазначену термічну обробку можна проводити в інертній атмосфері чи на повітрі. Спосіб за винаходом переважно застосовують до сталевого листа. Вказане інфрачервоне випромінювання може бути спрямовано на одну сторону зазначеного листа протягом проміжку часу від 5 до 10с чи на обох сторонах зазначеного листа протягом проміжку часу від 3 до 8с. Щільність енергії вказаного інфрачервоного випромінювання переважно складає щонайменше 400кВт/м 2. Винахід в однаковій мірі відноситься до апарата для здійснення способу за винаходом, де зазначений апарат включає: - засіб для здійснення плазменної обробки на виробі з металевим покриттям, - засіб для додавання додаткового елемента до зазначеного покриття способом фізичного осадження із розрідженої парової фази, засіб для напрямку інфрачервоного випромінювання високої енергії на зовнішню поверхню зазначеного покриття після додавання зазначеного додаткового елемента. Спосіб за винаходом включає приведені нижче стадії, які потрібно здійснювати на сталевому виробі з металевим покриттям, переважно на сталевому листі, який піддали процесу металевого покриття гарячим цинкуванням чи електролітичного покриття: - Проводять очищення й активацію поверхні покриття, піддаючи зазначений виріб плазменній обробці. - Напиляють додатковий металевий елемент на зазначену поверхню за допомогою фізичного осадження з розрідженої парової фази, такого як розпилення чи випарювання. - Після зазначеного напилювання піддають зазначений виріб термічній обробці, направляючи інфрачервоне випромінювання високої енергії на покриту сторону виробу. У кращому втіленні металеве покриття складається з Zn-покриття, АІ-покриття чи Zn-AI покриття, нанесеного гарячим цинкуванням/алюмінуванням чи (у випадку Znпокриття) електролітичним цинкуванням, тоді як додатковий металевий елемент являє собою Мg. Відповідно до винаходу, стадія плазменної обробки може проводитися у вакуумі. Відповідно до кращого втілення, однак, плазменна обробка являє собою плазменну обробку діелектричним бар'єрним розрядом (ДБР), що має місце при атмосферному чи трохи зниженому тиску, на практиці від 10000Па до 100000Па. У даному 6 випадку атмосфера, при якій проводять плазменну обробку, складається з N2 чи суміші N2 і Н2. Можна застосовувати кожну із двох відомих установок для плазменної обробки ДБР, а саме установку із рівнобіжними аркушами і дистанційну плазменну установку. У першому випадку субстрат являє собою другий електрод і, отже, лист обробляють у плазмі як такий. У другому випадку лист обробляють плазмою післясвітіння. Подробиці про плазменні методики можна знайти в одному чи більш, ніж в одному з приведених нижче документів: US-A-6051150, USA-6004631, WO-A-96/38311, US-A-5669583, DE-A19546187, ЕР-А-0467639, WO-A-01/38596, US-A5384167. Фізичне осадження магнію із розрідженої парової фази на покритті здійснюють при низькому тиску чи у вакуумі, наприклад, за допомогою випарювання чи розпилення. Випарювання являє собою спосіб, що дає можливість високих швидкостей напилювання і, отже, більш високих лінійних швидкостей, що особливо вигідно, якщо установка заснована на існуючій лінії електроцинкування чи гарячого цинкування/алюмінування. Відповідно до винаходу, сталевий виріб потім піддають термічній обробці шляхом використання інфрачервоного випромінювання високої енергії, спрямованого на покриття. Це можна здійснити за допомогою установки із ряду інфрачервоних ламп високої енергії, подібної до установок, що відомі у виробництві кольорових металевих аркушів (посилання ЕР-А-1201321). Переважно інфрачервоне випромінювання високої енергії з щільністю енергії 400кВт/м 2 чи більше. Перевага даного типу нагрівання, крім його швидкості, полягає в тому, що сталевий виріб нагрівають із зовнішньої сторони. Отже, Mg-дифузія в Zn чи АІ покритті легше починається з поверхні, не впливаючи на межу між сталевим субстратом і Znчи АІ-покриттям. Використання інфрачервоного випромінювання високої енергії для термічної обробки виробів із металевим покриттям дотепер невідомо, що, в основному, є наслідком того факту, що без додавання додаткового металу (такого як Мg), поверхня покриттів є такою, що більше відбиває випромінювання, що не дає можливості його поглинання, і яке є достатнім для того, щоб необхідне нагрівання мало місце. Напилювання Мg надає покриттю такий вигляд, який не відбиває випромінювання, що дає можливість ефективного поглинання тепла при направленні інфрачервоного випромінювання високої енергії. Відповідно до винаходу обробка інфрачервоним випромінюванням високої енергії може відбуватися в (повітря) атмосферних умовах чи у присутності інертного газу. Остання альтернатива дає ту перевагу, що температура наприкінці стадії напилювання є менш критичною, оскільки відомо, що в інертних умовах відсутня небезпека утворення оксиду, коли температура перевищує дану межу. Інфрачервоне випромінювання високої енергії можна додавати до однієї сторони сталевого листа чи до обох 7 81546 сторін. Час, протягом якого направляють випромінювання, переважно знаходиться від 5 до 10с для однобічного нагрівання і від 3 до 8с для двостороннього нагрівання. Точний час опромінення, насамперед, залежить від товщини сталевого листа. У зв'язку із застосуванням плазменної обробки і нагрівання інфрачервоним випромінюванням високої енергії, даний спосіб за винаходом є значно більш компактним, тобто вимагає менше фізичного простору, ніж способи попереднього рівня техніки, що дає можливість легше впровадити його в існуючі виробничі лінії металевих покриттів. 8