FR2765891A1 - Procede de traitement de surface de toles d'acier revetu au trempe d'alliage comprenant essentiellement du zinc et du fer - Google Patents

Procede de traitement de surface de toles d'acier revetu au trempe d'alliage comprenant essentiellement du zinc et du fer Download PDF

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Abstract

Procédé dans lequel :- on applique un film mince de chrome ou d'alliage de chrome d'épaisseur au plus égale à 1 m sur ledit revêtement d'alliage,- puis on effectue sur ladite tôle revêtue dotée dudit film une opération d'écrouissage.On obtient une tôle présentant à la fois une excellente soudabilité par résistance et une excellente aptitude à la mise en peinture par électrophorèse.

Description

i Procédé de traitement de surface de tôles d'acier revêtu au trempé
d'alliage comprenant essentiellement du zinc et du fer.
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. 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. Le taux d'allongement de la tôle lors d'une telle opération d'écrouissage
2o est généralement compris entre 0,5 % et 4 %.
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 de telles électrodes au contact de la face zinguée de tôles galvanisées, on est parfois gêné par des phénomènes d'alliation, ou de " laitonnage " entre le cupro-alliage de l'électrode et le zinc du revêtement de
la tôle.
On observe alors des problèmes de collage des électrodes de soudage
avec les tôles à souder.
Par ailleurs, sous l'effet de la pression de soudage de l'électrode sur les tôles à souder, I'extrémité de l'électrode au contact de la tôle s'écrase alors d'autant plus facilement qu'elle est " laitonnée ", le laiton d'extrémité
présentant une résistance mécanique moindre que celle du cupro-alliage.
Par suite de l'écrasement des extrémités d'électrodes, la surface de contact électrique à l'interface électrode-tôle augmente et la densité instantanée de courant diminue jusqu'à être insuffisante pour réaliser un
lo soudage correct: à ce stade, les électrodes doivent donc être changées.
On observe donc également des problèmes de durée de vie d'électrodes
de soudage.
Pour éviter ces problèmes de collage et de durée de vie d'électrodes de soudage, il convient alors par exemple d'utiliser des électrodes dotées en extrémité d'une pastille dure, conductrice et ne réagissant pas sur le zinc, comme une pastille en pseudo-alliage fritté de tungstène et de cuivre telle que
décrite dans le document FR 2 424 093.
Ces problèmes de collage et de durée de vie d'électrodes de soudage
sont généralement moins critiques sur des tôles galvanisées alliées.
Les tôles galvanisées alliées présentent généralement un avantage de soudabilité sur les tôles galvanisées non alliées, d'o leur utilisation importante
notamment dans l'industrie automobile.
Malheureusement, les tôles d'acier galvanisées alliées posent des problèmes de mise en peinture, notamment dans l'industrie automobile o l'on
applique généralement la première couche de peinture par électrophorèse.
En effet, quand on met en peinture une tôle galvanisée alliée par cataphorèse, on observe très souvent sur la couche de peinture appliquée des défauts en forme de petits cratères; ce phénomène est appelé
" cratérisation ".
Pour éviter ou limiter l'apparition de ces défauts, le document FR 93 09304 décrit un procédé dans lequel, avant mise en peinture, on dépose sous vide sur la face zinguée et éventuellement écrouie à peindre, un film mince de
chrome ou d'alliage de chrome, d'épaisseur au plus égale à 1 gm environ.
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 constaté que si le film mince de chrome était appliqué sur le revêtement non pas sous vide mais par voie chimique ou électrochimique, on aboutissait aux mêmes inconvénients sur le plan de la soudabilité. 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.
A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de traitement de surface de tôles d'acier revêtu au trempé d'alliage comprenant essentiellement du zinc et o10 du fer caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - appliquer un film mince de chrome ou d'alliage de chrome d'épaisseur au plus égale à 1 jam sur ledit revêtement d'alliage, - puis effectuer sur ladite tôle revêtue dotée dudit film une opération d'écrouissage. L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - ledit film mince de chrome ou d'alliage de chrome est déposé par une
méthode de dépôt sous vide.
- I'opération d'écrouissage est réalisée dans des conditions aptes à
réaliser un allongement de ladite tôle compris entre 0,5 et 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 non limitatif.
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.
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 %.
La tôle d'acier peut être revêtue sur les deux faces ou sur une seule face.
L'épaisseur du revêtement d'alliage Zn-Fe est par exemple de l'ordre de 5
à 10 jam.
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 pm, par
exemple égale à 0,5.Lm.
Ce film mince peut être déposé par voie chimique et/ou électrochimique lo 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.
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.
Cette opération d'écrouissage est généralement réalisée à sec par passage de la tôle dans une cage de laminage réglée de manière à générer un
taux d'allongement très faible généralement compris entre 0,2 et 4%.
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 appliquées 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 sur des tôles galvanisées alliées
non traitées.
Il convient de noter qu'il n'était pas évident, bien au contraire, d'effectuer l'opération d'écrouissage après l'application du film mince; en effet: - lorsqu'une opération d'écrouissage s'impose, par exemple pour imprimer une rugosité, elle est généralement effectuée directement en sortie de
galvanisation et d'alliation.
- on est a priori tout à fait dissuadé d'effectuer l'opération d'écrouissage o10 après application du film mince par crainte de détériorer le film appliqué et de perdre ainsi les avantages procurés par ce film sur le plan de l'aptitude à la
mise en peinture.
Les observations microscopiques réalisées à la surface d'une tôle traitée selon l'invention montrent une tôle dont les reliefs ou " sommets " de rugosité ont été arasés en forme de plateaux par l'opération d'écrouissage et indiquent qu'à l'endroit de ces plateaux, le chrome ou l'alliage de chrome du film appliqué a été " enfoui " sous la surface; 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 affectés par l'écrouissage.
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
I'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 galvanisée alliée sur une
seule face.
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 fixe les conditions
de manière à appliquer à sec un taux d'allongement compris entre 0,8 et 1,2%.
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 tr m; - un échantillon E selon l'invention sur lequel on applique un film de
chrome d'épaisseur 0,5 pim puis on effectue une opération d'écrouissage.
Les résultats obtenus sont reportés au tableau I ci-après.
Tableau I: Amélioration de la aptitude à la mise en peinture et de la soudabilité
À _ E_
Échantillons de tôle d'acier E E' E galvanisé allié: (invention) Tension cataphorèse Vm^,x' 200V > 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 inférieure ou égale à 0,2 jm. 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!am, de sorte que: - l'échantillon E est identique à celui de l'exemple 1; - I'échantillon E1' désigne un échantillon sur lequel on effectue une opération d'écrouissage puis on applique un film de chrome d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,2 ptm; - 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 l.m puis on
z5 effectue une opération d'écrouissage.
Les résultats obtenus sont reportés au tableau Il ci-après.
Tableau Il: Amélioration de la soudabilité dans le cas de films très minces (El) Échantillons de tôle d'acier E E1l' E1 galvanisé allié: (invention) Tension cataphorèse Vm,. 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 (5)

REVENDICATIONS
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 de chrome d'épaisseur au plus égale à I gm sur ledit revêtement d'alliage, - puis effectuer sur ladite tôle revêtue dotée dudit film une opération d'écrouissage.
2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit film mince de chrome ou d'alliage 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 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 3.
5.- 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 3.
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