EP0890655B1 - Procédé de traitement de surface de tôles d'acier galvanisé allié et tôle obtenue. - Google Patents

Procédé de traitement de surface de tôles d'acier galvanisé allié et tôle obtenue. Download PDF

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EP0890655B1
EP0890655B1 EP98401646A EP98401646A EP0890655B1 EP 0890655 B1 EP0890655 B1 EP 0890655B1 EP 98401646 A EP98401646 A EP 98401646A EP 98401646 A EP98401646 A EP 98401646A EP 0890655 B1 EP0890655 B1 EP 0890655B1
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EP
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chromium
alloy
sheet
film
roughness
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Jacques Houziel
Philippe Guesdon
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Sollac SA
Original Assignee
Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for treating the surface of a sheet. of alloy-coated steel comprising essentially zinc and iron and the sheet which can be obtained by this process.
  • Such a coated sheet is generally obtained by dipping a strip of bare steel in a bath of molten zinc followed by alloy annealing in suitable thermal conditions so that the zinc coating layer combines with the steel substrate.
  • the galvanized steel sheets alloyed or not, have generally a roughness greater than steel sheets coated with zinc by electrodeposition; the surface of the galvanized alloy steel sheets present in particular many emerging crystals.
  • such sheets are generally subjected to a work hardening operation between two cylinders of rolling in order, in particular, to print on their surface a roughness suitable for subsequent processing steps, such as stamping and / or setting painting.
  • the roughness of a surface is commonly evaluated in the following conventional manner according to German standards DIN 4768 or 4777: several profilometric (or "profile") surveys of the surface are carried out, each profile being filtered during recording, by means of a high-pass electronic filter reducing the amplitude of the ripples exceeding a predetermined filtering threshold (here: threshold fixed at 2.5 mm, percentage of filtering at the threshold value: 50%); the vertical spread of this profile is then represented, that is to say the distribution of the depth recorded with respect to a given reference line (Ox); this reference line (Ox) is the straight line running parallel to the general direction of the profile and passing through its upper points; on the ordinate axis (Oz), drawn perpendicularly to Ox, the depths of the profile are plotted; the deviation of the roughness profile from the reference line Ox can be considered as a random variable and all the deviations or depths then form a statistical distribution from which the position of the mean line of the profile is calculated and l 'arithmetic mean deviation of the depth from the mean
  • the arithmetic mean roughness R a of the sheets obtained is generally between 0.8 and 1.2 ⁇ m.
  • Alloyed galvanized steel sheets generally have a excellent weldability, especially resistance welding, example spot welding or seam welding.
  • the current supply and pressure maintenance organs for the spot welding are usually formed by welding electrodes per point.
  • the electrodes generally used are made of high-grade cupro-alloy copper such as cupro-chrome with 1% chromium or cupro-chrome-zirconium with 1% chromium and 0.1% maximum zirconium.
  • the document FR 93 09304 describes a process in which, before painting, vacuum deposit on the zinc-coated side to be painted, a thin film of chromium or chromium alloy, of thickness at most equal to 1 ⁇ m about.
  • the film thickness must be greater than 0.01 ⁇ m.
  • the object of the invention is to provide galvanized alloy steel sheets suitable for both resistance welding and electrophoresis painting.
  • Document JP 08 060326 A (KOBE STEEL LTD) describes steel sheets dip coated with a layer of zinc, aluminum or their alloys and with a thin surface metallic film of Cr, Si, Cu, Ni, Co, Sn or Ag, or their alloys; the examples given in the description relate only zinc, zinc-nickel or aluminum-silicon coatings (see the second column of the tables) and metallic copper films, silicon or nickel (see the fourth column of the tables).
  • these sheets are generally covered with a thin organic coating and are used in fields household appliances and building.
  • these sheets generally have appearance defects of surface bound to the mattes present in the dip coating baths and flowering ("spangle" in English) caused by solidification of the coating.
  • cylinders are used whose glossy surface has a roughness Ra ⁇ 0.1 ⁇ m; in practice, the roughness (R a ) of the sheets obtained remains greater than or equal to 0.05 ⁇ m.
  • the shine that is obtained no longer depends the nature of the dip coating or the metallic film superficial.
  • the work hardening operation can be carried out either before, after, or before and after the deposition of the metallic film (see in particular in examples, sixth column of the tables).
  • the invention aims to obtain galvanized sheets both without crater defects and easily weldable and, knowing that, for craterization, only the alloyed galvanized sheets are and that, for weldability, it is chromium which is mainly cause, the invention relates here only to the much more specific field sheets coated with a layer of zinc and iron alloy, provided with a film thin metal of chromium or chromium-based alloy; none of Examples of document JP 08 060326 A do not relate to this specific field.
  • the document JP 08 060326 A is only a generic disclosure which does not include any particular disclosure relating to the field of the invention; this generic disclosure relates to sheets with a shiny appearance and low roughness (R a ⁇ 0.2 ⁇ m) whereas the field of the invention is that of alloyed galvanized sheets which generally have, as indicated above, a higher roughness ( generally R a > 0.8 ⁇ m).
  • the function of hardening has the function of making disappear the chromium from the reliefs or roughness plates of the surface, especially in places where the surface to be treated is brought into direct contact under pressure with the work hardening cylinder.
  • the alloyed galvanized sheet obtained is weldable by resistance without the aforementioned drawbacks; it is very likely that, the electrical contact between the welding electrode and the sheet being established at the level of the reliefs or plates roughness devoid of chromium according to the invention, the risks are limited between the electrode and the sheet and we find good weldability.
  • the quantity of chromium or chromium alloy on the surface of said relief patterns must remain less than 90% of the quantity total and overall chromium or chromium alloy of said thin film.
  • the invention may also present one or more of the characteristics subject of claims 2 to 4.
  • the invention also relates to a resistance welding process of a steel sheet coated with an alloy dip essentially comprising zinc and iron characterized in that before the actual welding operation speak, we proceed to a surface treatment according to the invention.
  • the invention also relates to a method of painting by electrophoresis of a steel sheet coated with an alloy quench comprising essentially zinc and iron characterized in that, before application to strictly speaking of electrophoresis painting, we proceed to a surface treatment according to the invention.
  • the surface treatment according to the invention therefore applies to sheets of alloyed galvanized steel, obtained in a conventional manner by immersion of a bare steel sheet in a bath consisting essentially of liquid zinc and by heat treatment of the sheet thus coated.
  • This sheet can be coated on one side or on both sides.
  • part of the iron in the substrate diffuses into the surface layer of zinc so that a coating of Zn-Fe alloy with an average iron content of the order of 10%.
  • the thickness of the coating of Zn-Fe alloy is generally between 5 and 10 ⁇ m; the numerous crystals emerging at the surface give the sheet a high roughness, corresponding to R a values much greater than 1 ⁇ m; these crystals generally correspond to so-called ⁇ and ⁇ phases.
  • a thin film of chromium or of alloy of chromium with an average thickness of between 0.01 and 1 ⁇ m, for example equal to 0.5 ⁇ m.
  • This thin film can be deposited chemically and / or electrochemically in a manner known per se by dipping under possible polarization in a chromium plating bath.
  • this thin film is deposited under vacuum as described in the document FR 93 09304, for example by evaporation, by ion spraying or by magnetron sputtering.
  • This hardening operation is of a conventional type, known in itself, usually performed after cold rolling of steel sheets, in particular to print on the sheet a roughness adapted to the transformations or to subsequent uses of the sheet, obviously lower than that of the surface before work hardening.
  • the roughness R a of the sheets obtained is generally between 0.8 and 1.2 ⁇ m.
  • this operation can be carried out with watering by a work hardening solution.
  • this sheet treated according to the invention is painted by cataphoresis, we get as few crater-like defects as when we put in painting the same sheet treated by the process described in document FR 93 09304, i.e. also with a chrome film but without posterior work hardening.
  • the chromium film is no longer homogeneous and continuous as previously; it is a discontinuous film distributed mainly in the hollows roughness of the surface.
  • the method according to the invention therefore makes it possible to prepare a steel sheet. galvanized alloy with a discontinuous film of chromium or alloy based on chromium, mainly distributed in the roughness hollows of the sheet.
  • chromium or the chromium alloy disappear from the relief patterns or trays from the surface
  • the purpose of this example is to illustrate the improvement in the weldability of sheets galvanized alloy steel that is obtained when treated on the surface the invention.
  • This example is also intended to illustrate the improvement of the ability to the cataphoretic painting of galvanized alloy steel sheets that obtained when treated on the surface according to the invention, in particular in terms of resistance to craterization.
  • V max the maximum electrophoretic voltage V max is measured . in the paint bath beyond which crater-like defects appear on the layer of paint applied to the coated face of the sheet.
  • the paint bath used is a used conventional cataphoretic bath referenced PPG 718960 from the PPG Company.
  • used bath is meant a bath that has already been used for operations of painting to the point that it is particularly likely to generate defects in the form of craters on alloyed galvanized sheets.
  • the purpose of this example is to illustrate the improvement in the weldability of sheets galvanized alloy steel that is obtained when treated on the surface the invention, even when the chromium film has an average thickness very weak, in particular less than or equal to 0.2 ⁇ m.

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Description

L'invention concerne un procédé de traitement de la surface d'une tôle d'acier revêtu au trempé d'alliage comprenant essentiellement du zinc et du fer et la tôle susceptible d'être obtenue par ce procédé.
Une telle tôle revêtue est généralement obtenue par trempage d'une bande d'acier nu dans un bain de zinc fondu suivi d'un recuit d'alliation dans des conditions thermiques adaptées pour que la couche de zinc de revêtement s'allie au substrat d'acier.
Les tôles d'acier galvanisé au trempé, allié ou non, présentent généralement une rugosité plus importante que les tôles d'acier revêtues de zinc par électrodéposition ; la surface des tôles d'acier galvanisé allié présente en particulier de nombreux cristaux débouchants.
Après galvanisation et éventuellement alliation, de telles tôles sont généralement soumises à une opération d'écrouissage entre deux cylindres de laminage afin, notamment, d'imprimer à leur surface une rugosité adaptée aux étapes de transformation ultérieures, comme l'emboutissage et/ou la mise en peinture.
On évalue couramment la rugosité d'une surface de la manière classique suivante selon les normes allemandes DIN 4768 ou 4777 : on effectue plusieurs relevés profilométriques (ou "profils") de la surface, chaque profil étant filtré en cours d'enregistrement, au moyen d'un filtre électronique passe-haut réduisant l'amplitude des ondulations dépassant un seuil prédéterminé de filtrage (ici : seuil fixé à 2,5 mm, pourcentage de filtrage à la valeur du seuil : 50%) ; on représente ensuite l'étalement vertical de ce profil, c'est à dire la répartition de la profondeur enregistrée par rapport à une ligne de référence donnée (Ox) ; cette ligne de référence (Ox) est la droite menée parallèlement à la direction générale du profil et passant par ses points supérieurs ; sur l'axe des ordonnées (Oz), tracé perpendiculairement à Ox, on porte les profondeurs du profil ; l'écart du profil de rugosité par rapport à la ligne de référence Ox peut être considéré comme une variable aléatoire et l'ensemble des écarts ou profondeurs forme alors une distribution statistique à partir de laquelle on calcule la position de ligne moyenne du profil et l'écart moyen arithmétique de la profondeur par rapport à la ligne moyenne ; cet écart moyen arithmétique est appelé « rugosité moyenne arithmétique » et est généralement noté Ra.
En pratique, cette opération d'écrouissage est généralement effectuée dans les conditions suivantes :
  • rugosité des cylindres d'écrouissage : 1,4 µm < Ra < 1,8 µm ;
  • taux d'allongement de la tôle compris entre 0,5 % et 4 %.
Ainsi, la rugosité moyenne arithmétique Ra des tôles obtenues est généralement comprise entre 0,8 et 1,2 µm.
Toutes les rugosités Ra sont exprimés dans les conditions de filtrage décrites ci-dessus.
Les tôles d'acier galvanisées alliées présentent généralement une excellente aptitude au soudage, notamment au soudage par résistance, par exemple le soudage par points ou le soudage à la molette.
Pour souder par points deux tôles en acier galvanisé allié, on maintient une pression entre les deux tôles au niveau du point à souder et on fait passer un courant électrique au niveau du point de contact, d'intensité et de durée suffisantes pour fondre le métal des tôles au niveau de ce point ; après refroidissement, on obtient alors un point de soudure solidifié.
Les organes d'amenée de courant et de maintien en pression pour le soudage par point sont généralement formées par des électrodes de soudage par point.
Les électrodes généralement utilisées sont en cupro-alliage à forte teneur en cuivre tel que le cupro-chrome à 1% de chrome ou le cupro-chrome-zirconium à 1% de chrome et 0,1% maximum de zirconium.
Lorsqu'on utilise des tôles galvanisées non alliées, à l'endroit du contact sous pression mécanique du point de soudage, des phénomènes d'alliation ou de « laitonnage » peuvent se produire entre le cupro-alliage de l'électrode et le zinc du revêtement de la tôle, ce qui provoque des problèmes de collage entre les électrodes de soudage et les tôles.
Sous l'effet de la pression de soudage de l'électrode sur les tôles, l'extrémité de l'électrode finit par s'écraser fortement, d'autant plus facilement qu'elle est « laitonnée » ; le laiton d'extrémité d'électrode présente en effet une résistance mécanique moindre que celle du cupro-alliage.
Par suite de cet écrasement, la surface de contact électrique à l'interface électrode-tôle augmente et la densité instantanée de courant diminue jusqu'à devenir insuffisante pour réaliser un soudage correct : à ce stade, les électrodes doivent donc être changées.
Outre les problèmes de collage, on observe donc également des problèmes de durée de vie d'électrodes de soudage.
Pour éviter ou limiter ces problèmes, on sait qu'il est préférable d'utiliser des tôles galvanisées alliées à la place des tôles galvanisées non alliées.
Malheureusement, les tôles d'acier galvanisées alliées posent des problèmes de mise en peinture.
Dans l'industrie automobile, on applique généralement la première couche de peinture au contact du métal par électrophorèse.
Et, quand on met en peinture une tôle galvanisée alliée par cataphorèse, on observe très souvent sur la couche de peinture appliquée des défauts d'aspect de surface en forme de petits cratères ; ce phénomène est appelé « cratérisation ».
Pour éviter ou limiter l'apparition de ces défauts dans le cas des tôles galvanisées alliées, le document FR 93 09304 décrit un procédé dans lequel, avant mise en peinture, on dépose sous vide sur la face zinguée à peindre, un film mince de chrome ou d'alliage de chrome, d'épaisseur au plus égale à 1 µm environ.
En pratique, pour limiter sensiblement l'apparition de ces défauts, l'épaisseur du film doit être supérieure à 0,01 µm.
Malheureusement, on a constaté que si le traitement de surface de la tôle galvanisée alliée qui consiste à appliquer sous vide un film mince de chrome ou d'alliage de chrome sur le revêtement d'alliage à base de zinc et de fer permettait de résoudre ce problème de mise en peinture, il présentait l'inconvénient de retirer à la tôle ses avantages de soudabilité précédemment cités.
On a également constaté le même problème de soudabilité lorsque le film mince de chrome est appliqué par une autre méthode que celle décrite dans FR 93 09304, par exemple par voie chimique ou électrochimique.
II est fort probable que cet inconvénient provient de phénomènes d'alliation entre le cupro-alliage de l'électrode de soudage et le chrome du film mince de chrome.
L'invention a pour but de fournir des tôles d'acier galvanisé allié aptes à la fois au soudage par résistance et à la mise en peinture par électrophorèse.
Le document JP 08 060326 A (KOBE STEEL LTD) décrit des tôles d'acier revêtues au trempé d'une couche de zinc, d'aluminium ou de leurs alliages et dotées d'un film métallique mince superficiel de Cr, Si, Cu, Ni, Co, Sn ou Ag, ou de leurs alliages ; les exemples donnés dans la description concernent uniquement des revêtements de zinc, zinc-nickel ou d'aluminium-silicium (voir la deuxième colonne des tableaux) et des films métalliques de cuivre, de silicium ou de nickel (voir la quatrième colonne des tableaux).
Selon ce document, ces tôles sont généralement couvertes d'un revêtement organique mince et sont utilisées dans les domaines l'électroménager et du bâtiment.
Selon ce document, ces tôles présentent en général des défauts d'aspect de surface liés aux mattes présentes dans les bains de revêtement au trempé et au fleurage (« spangle » en langue anglaise) provoqué par la solidification du revêtement.
Afin de supprimer ces défauts et d'améliorer l'aspect brillant de ces tôles, ce document décrit un procédé dans lequel
  • on dépose le film métallique mince superficiel en phase vapeur, donc en général sous vide,
  • on effectue une opération d'écrouissage (« skin-pass » en langue anglaise) sur la tôle, à l'aide de cylindres d'écrouissage de surface brillante et adaptée pour obtenir, sur la tôle, une rugosité moyenne arithmétique Ra<0,2 µ m.
En pratique, on utilise des cylindres dont la surface brillante présente une rugosité Ra ≈ 0,1 µm ; en pratique, la rugosité (Ra) des tôles obtenues reste supérieure ou égale à 0,05 µm.
Selon ce document, grâce à cette technique de dépôt du film et à l'opération d'écrouissage « brillant », la brillance qu'on obtient ne dépend plus de la nature du revêtement appliqué au trempé ou du film métallique superficiel.
Selon ce document, pour obtenir l'effet recherché sur la brillance, l'opération d'écrouissage peut être indifféremment effectuée avant, après, ou avant et après le dépôt du film métallique (voir en particulier dans les exemples, sixième colonne des tableaux).
Par rapport à ce document, comme l'invention a pour but d'obtenir des tôles zinguées à la fois sans défauts de cratérisation et facilement soudables et, sachant que, pour la cratérisation, seules les tôles galvanisées alliées sont en cause, et que, pour la soudabilité, c'est le chrome qui est principalement en cause, l'invention ne concerne ici que le domaine beaucoup plus spécifique des tôles revêtues d'une couche d'alliage de zinc et de fer, dotées d'un film métallique mince de chrome ou d'alliage à base de chrome ; aucun des exemples du document JP 08 060326 A ne concerne ce domaine spécifique.
Le document JP 08 060326 A n'est qu'une divulgation générique qui ne comporte aucune divulgation particulière concernant le domaine de l'invention ; cette divulgation générique concerne les tôles d'aspect brillant et de faible rugosité (Ra<0,2 µm) alors que le domaine de l'invention est celui des tôles galvanisées alliées qui présentent généralement, comme indiqué précédemment, une rugosité plus élevée (généralement, Ra>0,8 µm).
Dans le but de résoudre simultanément les problèmes de défauts de peinture (cratérisation) et de soudabilité posés par les tôles de ce domaine spécifique, l'invention a pour objet un procédé de traitement de surface de tôles d'acier revêtu au trempé d'alliage comprenant essentiellement du zinc et du fer caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
  • appliquer un film mince de chrome ou d'alliage à base de chrome d'épaisseur moyenne au plus égale à 1 µm sur ledit revêtement d'alliage,
  • puis effectuer sur ladite tôle revêtue dotée dudit film une opération d'écrouissage dans des conditions adaptées pour maintenir la rugosité moyenne arithmétique de ladite surface à une valeur Ra > 0,2 µm.
Selon l'invention, l'opération d'écrouissage a pour fonction de faire disparaítre le chrome des reliefs ou plateaux de rugosité de la surface, notamment aux endroits où la surface à traiter est mise en contact direct sous pression avec le cylindre d'écrouissage.
Ainsi, on obtient une surface sur laquelle le film de chrome aurait largement disparu des reliefs ou plateaux, alors qu'il est maintenu dans les creux de rugosité.
La tôle galvanisée alliée obtenue est soudable par résistance sans les inconvénients précités ; il est fort probable que, le contact électrique entre l'électrode de soudage et la tôle s'établissant au niveau des reliefs ou plateaux de rugosité dépourvus de chrome selon l'invention, on limite les risques d'alliation entre l'électrode et la tôle et on retrouve une bonne soudabilité.
A l'inverse, la présence de chrome ou d'alliage de chrome dans les creux de rugosité permet toujours d'éviter les défauts de cratérisation pour la mise en peinture.
On est donc ainsi parvenu au but poursuivi par l'invention.
Pour parvenir à ce but, on estime que, à la surface de la tôle galvanisée alliée dotée d'un film mince superficiel de chrome ou d'alliage à base de chrome d'épaisseur moyenne au plus égale à 1 µm, présentant une rugosité moyenne arithmétique Ra > 0,2 µm et comportant des motifs en creux et des motifs en relief, comme des plateaux, la quantité de chrome ou d'alliage de chrome sur la surface desdits motifs en relief doit rester inférieure à 90% de la quantité totale et globale de chrome ou d'alliage de chrome dudit film mince.
Ainsi, il est essentiel que, selon le procédé de l'invention :
  • on effectue l'opération d'écrouissage après le dépôt du film mince de chrome,
  • la tôle obtenue conserve une rugosité supérieure à 0,2 µm de manière à ne pas faire disparaítre complètement le chrome de la surface.
L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques objet des revendications 2 à 4.
L'invention a également pour objet un procédé de soudage par résistance d'une tôle d'acier revêtu au trempé d'alliage comprenant essentiellement du zinc et du fer caractérisé en ce que, avant l'opération de soudage à proprement parler, on procède à un traitement de surface selon l'invention.
L'invention a également pour objet un procédé de mise en peinture par électrophorèse d'une tôle d'acier revêtu au trempé d'alliage comprenant essentiellement du zinc et du fer caractérisé en ce que, avant l'application à proprement parler de la peinture par électrophorèse, on procède à un traitement de surface selon l'invention.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple.
Le traitement de surface selon l'invention s'applique donc à des tôles d'acier galvanisées alliées, obtenues d'une manière classique par immersion d'une tôle d'acier nu dans un bain constitué essentiellement de zinc liquide et par traitement thermique de la tôle ainsi revêtue.
Cette tôle peut être revêtue sur une seule face ou sur les deux faces.
Pendant ce traitement thermique d'alliation, une partie du fer du substrat diffuse dans la couche superficielle de zinc de sorte qu'on obtient un revêtement d'alliage Zn-Fe dont la teneur moyenne en fer est de l'ordre de 10%.
L'épaisseur du revêtement d'alliage Zn-Fe est généralement comprise entre 5 et 10 µm ; les nombreux cristaux débouchant en surface confèrent à la tôle une rugosité élevée, correspondant à des valeurs Ra largement supérieures à 1 µm ; ces cristaux correspondent généralement à des phases dites ζ et δ.
Conformément à l'invention, dans une première opération, on applique sur le revêtement d'alliage Zn-Fe un film mince de chrome ou d'alliage de chrome dont l'épaisseur moyenne est comprise entre 0,01 et 1 µm, par exemple égale à 0,5 µm.
Ce film mince peut être déposé par voie chimique et/ou électrochimique d'une manière connue en elle-même par trempage sous polarisation éventuelle dans un bain de chromage.
De préférence, ce film mince est déposé sous vide comme décrit dans le document FR 93 09304, par exemple par évaporation, par pulvérisation ionique ou par pulvérisation cathodique magnétron.
L'observation microscopique de la surface montre alors que les cristaux débouchants (notamment phases ζ et δ ) sont recouverts à peu près uniformément d'une pellicule de chrome ou d'alliage de chrome ; la rugosité de la surface est quasiment inchangée.
Conformément à l'invention, on effectue ensuite une opération d'écrouissage de la tôle dont le revêtement d'alliage Zn-Fe est couvert du film mince.
Cette opération d'écrouissage est d'un type classique, connu en lui-même, habituellement pratiqué en sortie de laminage à froid de tôles d'acier, notamment pour imprimer sur la tôle une rugosité adaptée aux transformations ou aux utilisations ultérieures de la tôle, inférieure à l'évidence à celle de la surface avant écrouissage.
Ainsi, en pratique, cette opération d'écrouissage est généralement effectuée à sec dans les conditions suivantes :
  • rugosité des cylindres d'écrouissage : 1,4 µm < Ra < 1,8 µm ;
  • taux d'allongement de la tôle compris entre 0,2 % et 4 %.
Ainsi, la rugosité Ra des tôles obtenues est généralement comprise entre 0,8 et 1,2 µm.
Selon une variante, cette opération peut être effectuée sous arrosage par une solution d'écrouissage.
On obtient alors une tôle d'acier galvanisé alliée traitée en surface selon l'invention qui présente à la fois une bonne aptitude à la mise en peinture et une bonne soudabilité.
Si l'on met cette tôle traitée selon l'invention en peinture par cataphorèse, on obtient aussi peu de défauts en forme de cratères que lorsque l'on met en peinture la même tôle traitée par le procédé décrit dans le document FR 93 09304, c'est à dire également dotée d'un film de chrome mais sans écrouissage postérieur.
Si l'on pratique sur cette tôle traitée selon l'invention des opérations de soudage par résistance lors desquelles les moyens de soudage, comme des électrodes, sont appliqués au contact de la face revêtue de la tôle, on constate quasiment aussi peu de collage qu'avec des tôles galvanisées alliées non traitées ; la durée de vie des électrodes de soudage est alors tout à fait comparable à celle qu'on obtient en soudant des tôles galvanisées alliées non traitées.
Les observations microscopiques réalisées à la surface de la tôle traitée selon l'invention montrent que, comme après une opération d'écrouissage classique, les reliefs ou « sommets » de rugosité ont été arasés en forme de plateaux ; ces observations mettent en évidence que, à l'endroit de ces plateaux, le chrome ou l'alliage de chrome du film appliqué a disparu de la surface sous l'effet direct de l'écrouissage, vraisemblablement par enfouissement ; on constate par contre que le chrome ou l'alliage de chrome du film reste apparent en surface dans les « creux » de rugosité qui ne sont pas directement affectés par l'écrouissage ; dans ces creux de rugosité, on voit toujours apparaítre les cristaux débouchants avec leur fine pellicule de chrome ou d'alliage de chrome.
Ainsi, le film de chrome n'est plus homogène et continu comme auparavant ; il s'agit d'un film discontinu réparti essentiellement dans les creux de rugosité de la surface.
Le procédé selon l'invention permet donc de préparer une tôle d'acier galvanisé allié dotée d'un film discontinu de chrome ou d'alliage à base de chrome, essentiellement réparti dans les creux de rugosité de la tôle.
Pour faire disparaítre le chrome ou l'alliage de chrome des motifs en relief ou plateaux de la surface, on utilise de préférence des cylindres d'écrouissage dont la rugosité Ra est supérieure à l'épaisseur moyenne du film superficiel de chrome ou d'alliage de chrome ; dans le document JP 08 060326 A, au contraire, la rugosité des cylindres d'écrouissage est très faible puisque l'objectif poursuivi est d'obtenir une surface brillante.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
Exemple 1 :
Cet exemple a pour but d'illustrer l'amélioration de la soudabilité de tôles d'acier galvanisé allié qu'on obtient lorsqu'on les traite en surface selon l'invention.
Cet exemple a également pour but d'illustrer l'amélioration de l'aptitude à la mise en peinture par cataphorèse de tôles d'acier galvanisé allié qu'on obtient lorsqu'on les traite en surface selon l'invention, notamment sur le plan de la résistance à la cratérisation.
On part d'échantillons identiques de tôle d'acier galvanisé allié sur une seule face, provenant directement d'une installation d'alliation sans écrouissage intermédiaire et présentant de ce fait une rugosité moyenne arithmétique Ra de valeur élevée, largement supérieure à 0,2 µm.
Dans cet exemple, pour l'application d'un film mince de chrome, on utilise une méthode de dépôt par évaporation sous vide.
Dans cet exemple, pour l'opération d'écrouissage :
  • on procède à sec,
  • on utilise des cylindres d'écrouissage dont la rugosité est telle que 1,4 µ m ≤ Ra ≤ 1,8 µm,
  • on fixe les conditions d'écrouissage de manière obtenir un taux d'allongement compris entre 0,8 et 1,2% et à obtenir une surface de tôle présentant une rugosité telle que 1,0 µm ≤ Ra ≤ 1,1 µm.
On caractérise la soudabilité par points selon le test défini dans la norme NFA 87-001.
Pour caractériser la soudabilité, on mesure selon la norme précitée le nombre maximal de points de soudage Ns qu'il est possible de réaliser avec le même jeu d'électrodes sans collage et/ou écrasement excessif, dans les conditions suivantes :
  • pression de soudage au niveau des électrodes : 230 daN ;
  • intensité instantanée de soudage : 11,1 kA.
Lors des opérations de soudage, on place toujours les électrodes en contact avec le revêtement d'alliage - comprenant essentiellement du zinc et du fer - des tôles à souder.
Pour caractériser l'aptitude à la mise en peinture, on mesure la tension maximale électrophorétique Vmax. dans le bain de peinture au delà de laquelle apparaissent des défauts en forme de cratères sur la couche de peinture appliquée sur la face revêtue de la tôle.
Le bain de peinture utilisé est un bain cataphorétique classique usagé référencé PPG 718960 de la Société PPG.
On entend par bain « usagé » un bain ayant déjà servi à des opérations de mise en peinture au point qu'il est particulièrement susceptible de générer des défauts en forme de cratères sur des tôles galvanisées alliées.
Trois types d'échantillons ont été testés :
  • un échantillon E° sur lequel on effectue une opération d'écrouissage ;
  • un échantillon E'° sur lequel on effectue une opération d'écrouissage puis on applique un film de chrome d'épaisseur 0,5 µm ;
  • un échantillon E selon l'invention sur lequel on applique un film de chrome d'épaisseur 0,5 µm puis on effectue une opération d'écrouissage.
Les résultats obtenus sont reportés au tableau I ci-après.
Amélioration de la aptitude à la mise en peinture et de la soudabilité (E)
Échantillons de tôle d'acier galvanisé allié : E° E'° E (invention)
Tension cataphorèse Vmax. 200 V > 275 V > 275 V
Nombre points soudés NS > 800 50 > 800
On constate donc, conformément au but poursuivi par l'invention, une amélioration très importante à la fois de l'aptitude à la mise en peinture et de la soudabilité de l'échantillon E traité en surface selon l'invention par rapport aux échantillons E° et E'°.
Exemple 2 :
Cet exemple a pour but d'illustrer l'amélioration de la soudabilité de tôles d'acier galvanisé allié qu'on obtient lorsqu'on les traite en surface selon l'invention, même lorsque le film de chrome a une épaisseur moyenne très faible, notamment inférieure ou égale à 0,2 µm.
Les échantillons sont préparés dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1 à la différence près que, lorsqu'on applique un film de chrome, l'épaisseur moyenne du film est ici comprise entre 0,1 et 0,2 µm, de sorte que :
  • l'échantillon E° est identique à celui de l'exemple 1 ;
  • l'échantillon E1'° désigne un échantillon sur lequel on effectue une opération d'écrouissage identique à celle de l'exemple 1 puis on applique un film de chrome d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,2 µm ;
  • un échantillon E1 désigne un échantillon selon l'invention sur lequel on applique un film de chrome d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,2 µm puis on effectue une opération d'écrouissage identique à celle de l'exemple 1.
Les résultats obtenus sont reportés au tableau Il ci-après.
Amélioration de la soudabilité dans le cas de films très minces (E1)
Échantillons de tôle d'acier galvanisé allié : E° E1'° E1 (invention)
Tension cataphorèse Vmax. 200 V > 275 V > 275 V
Nombre points soudés NS > 800 50 > 800
On constate donc que même un film très mince de chrome est susceptible de détériorer sensiblement la soudabilité et que cette détérioration peut être évitée selon l'invention en effectuant une opération d'écrouissage ou « skin-pass » après application du film de chrome.

Claims (9)

  1. Procédé de traitement de surface de tôles d'acier revêtu au trempé d'alliage comprenant essentiellement du zinc et du fer caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
    appliquer un film mince de chrome ou d'alliage à base de chrome d'épaisseur moyenne au plus égale à 1 µm sur ledit revêtement d'alliage,
    puis effectuer sur ladite tôle revêtue dotée dudit film une opération d'écrouissage dans des conditions adaptées pour maintenir la rugosité moyenne arithmétique de ladite surface à une valeur Ra > 0,2 µm.
  2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit film mince de chrome ou d'alliage à base de chrome est déposé par une méthode de dépôt sous vide.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'opération d'écrouissage est réalisée dans des conditions aptes à réaliser un allongement de ladite tôle compris entre 0,5 et 4%.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'épaisseur moyenne dudit film est supérieure à 0,01 µm.
  5. Procédé de soudage par résistance d'une tôle d'acier revêtu au trempé d'alliage comprenant essentiellement du zinc et du fer caractérisé en ce que, avant l'opération de soudage à proprement parler, on procède à un traitement de surface selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
  6. Procédé de mise en peinture par électrophorèse d'une tôle d'acier revêtu au trempé d'alliage comprenant essentiellement du zinc et du fer caractérisé en ce que, avant l'application à proprement parler de la peinture par électrophorèse, on procède à un traitement de surface selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
  7. Tôle d'acier galvanisé allié dotée d'un film mince superficiel de chrome ou d'alliage à base de chrome d'épaisseur moyenne au plus égale à 1 µm, susceptible d'être obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit film est discontinu et est essentiellement réparti dans les creux de rugosité de ladite tôle.
  8. Tôle selon la revendication 7, caractérisée en ce que :
    sa surface présente une rugosité moyenne arithmétique Ra > 0,2 µm et comporte des motifs en creux et des motifs en relief, comme des plateaux,
    la quantité de chrome ou d'alliage de chrome sur la surface desdits motifs en relief est inférieure à 90% de la quantité totale et globale de chrome ou d'alliage de chrome dudit film mince.
  9. Tôle selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisée en ce que l'épaisseur moyenne dudit film est supérieure à 0,01 µm.
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