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Procédé de fabrication d'une bande mince en acier doux laminée à chaud.
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une bande mince en acier doux laminée à chaud, qui présente une aptitude élevée à la déformation, notamment par emboutissage.
Dans le cadre de la présente invention, la bande mince a une épaisseur inférieure ou égale à 2 mm. Une telle bande mince, revêtue ou non, est utilisée notamment en carrosserie automobile et dans les appareils électroménagers.
Pour fabriquer une bande laminée à chaud, ductile et formable, on utilise le plus souvent une brame en acier doux coulé en continu, dont l'épaisseur est généralement comprise entre 150 mm et 300 mm. Après sa solidification, la brame est chargée dans un four de réchauffage où elle est homogénéisée à une température élevée, généralement supérieure à 1000*C, avant d'être laminée à chaud. Avant le réchauffage d'homogénéisation, la brame peut avoir été refroidie à une température relativement basse, pouvant aller jusqu'à la température ambiante ; on pratique alors l'enfournement dit froid. La brame solidifiée peut aussi n'avoir été refroidie que juqu'à une température intermédiaire, comprise par exemple entre 600. C et 900*C ; dans ce cas, on pratique l'enfournement dit chaud dans le four de réchauffage.
Enfin, la brame pourrait avoir subi seulement un refroidissement léger, jusqu'à une température qui reste supérieure à 1000. C, et qui est de préférence comprise entre 1000. C et 1200. C ; dans ce cas, la brame est prête pour être laminée directement, sans passer par un four de réchauffage.
La brame est laminée à haute température dans un laminoir dégrossisseur, afin de produire une ébauche ayant une épaisseur généralement comprise entre 20 mm et 40 mm. Cette ébauche est ensuite laminée dans un train finisseur à chaud, en phase austénitique homogène, jusqu'à l'épaisseur finale désirée de la bande à chaud.
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A la sortie du train finisseur à chaud, la bande laminée présente généralement une température supérieure à 850. C, dans le cas des aciers doux.
La bande est finalement refroidie sur la table de sortie du train finisseur, puis elle est bobinée à une température généralement supérieure à 550*C.
Cette pratique conventionnelle du laminage à chaud permet de fabriquer une bande à chaud, ductile et formable, parfaitement recristallisée, qui peut être utilisée directement après le décapage ou qui peut être ultérieurement laminée à froid pour produire une bande fine à froid.
Dans le but de réduire les coûts de production et les frais d'investissement pour la fabrication de ces bandes à chaud et à froid, il a déjà été proposé de couler en continu des brames ayant une épaisseur inférieure à 100 mm. Ces brames minces remplacent en fait les ébauches conventionnelles et elles sont laminées directement jusqu'à l'épaisseur finale des bandes. Cette pratique permet de raccourcir les lignes de production en supprimant le laminage de dégrossissage. Les bandes à chaud produites à partir de ces brames minces sont le plus souvent laminées dans l'austénite, avec des températures de fin de laminage à chaud supérieures à 850. C.
Les techniques conventionnelles de laminage à chaud qui viennent d'être rappelées permettent de fabriquer des bandes à chaud d'une épaisseur d'au moins 2,5 mm, sans difficulté majeure quant au maintien de la température de fin de laminage au-dessus de 850. C. De telles bandes sont dès lors laminées entièrement dans le domaine austénitique homogène.
Lorsque l'on souhaite fabriquer des bandes laminées à chaud de moindre épaisseur, la chute de température de la bande dans le train finisseur s'accroît rapidement à mesure que l'épaisseur diminue. En pratique, il est dès lors impossible de garantir des températures de fin de laminage élevées, c'est-à-dire supérieures à 850. C, sur toute la longueur et la largeur de la bande, lorsque l'épaisseur de cette bande est inférieure à 2 mm. Dans ces conditions, le laminage de la bande dans le train finisseur à chaud ne peut plus être effectué intégralement, dans toutes les cages, en phase austénitique homogène.
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Par ailleurs, on sait qu'un laminage intercritique, c'est-à-dire dans une gamme de températures correspondant à la transformation austéniteferrite de l'acier, donne lieu à divers inconvénients tels que des hétérogénéités dans les épaisseurs et les propriétés mécaniques des bandes, le non respect des tolérances de fabrication, ou des défauts de recristallisation dus à un écrouissage partiel de la ferrite.
Il n'est dès lors pas possible de fabriquer une bande à chaud de qualité d'emboutissage avec une épaisseur inférieure à 2 mm par laminage en phase austénitique homogène, dans les trains finisseurs industriels existant actuellement.
La présente invention propose un procédé qui permet de remédier aux divers inconvénients précités et de fabriquer une bande laminée à chaud exempte de défauts et parfaitement homogène et dont l'épaisseur est égale ou inférieure à 2 mm. La bande à chaud obtenue par le procédé de l'invention possède la qualité d'emboutissage, ce qui est d'autant plus souhaitable que l'épaisseur de la bande est réduite et s'approche de la gamme usuelle d'épaisseur d'une bande laminée à froid.
Conformément à la présente invention, un procédé de fabrication d'une bande mince en acier laminée à chaud, dans lequel on confère à la bande son épaisseur finale par un laminage de finition, est caractérisé en ce que l'on effectue ledit laminage de finition dans un domaine de température où l'acier présente une structure ferritique, avec une température de fin de laminage égale ou inférieure à 750 C, en ce qu'on lubrifie les cylindres utilisés pour ledit laminage de finition, et en ce que l'on soumet ladite bande laminée à chaud à un recuit de recristallisation.
La position et l'étendue du domaine ferritique d'un acier dépendent en particulier de sa composition chimique, à savoir notamment de ses teneurs en carbone et en éléments d'alliage. La température d'engagement du laminage de finition dans la ferrite peut dès lors varier en fonction de l'acier utilisé.
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La présente invention s'adresse à des aciers doux à bas carbone du type ELC (Extra Low Carbon, c'est-à-dire C < 0,1 %) et du type ULC (Ultra Low Carbon, c'est-à-dire C < 0,01 %) ; ces derniers peuvent éventuellement contenir de faibles quantités de titane ou de niobium, destinés à fixer les atomes interstitiels de carbone et d'azote, et à produire ainsi des aciers (ULC-IF) non vieillissants et hautement formables. Le symbole IF désigne les aciers"Interstitial Free", c'est-à-dire qui ne comportent pas d'atomes interstitiels.
Dans le cas des aciers ULC-IF, la température d'engagement du laminage de finition est égale ou inférieure à 800*C, et elle est de préférence comprise entre 750. C et 400. C.
Les aciers ELC et ULC sont, pour leur part, sensibles au phénomène de vieillissement dynamique, bien connu des spécialistes ; il s'agit d'une augmentation de la résistance à la déformation dans certains domaines de température, due notamment à la présence d'atomes de C et N dans la structure de l'acier. Il importe que le laminage en phase ferritique soit conduit de façon à éviter des accroissements importants de la charge de laminage, dus précisément à ce vieillissement dynamique. En effet, ces accroissements de la charge pourraient conduire à des surcharges mécaniques indésirables sur les cages du laminoir.
Dès lors, la température d'engagement du laminage de finition, tant pour les aciers ELC que pour les aciers ULC, est comprise soit entre 750ex et 550. C, et de préférence entre 700. C et 600. C, soit entre 450. C et 250. C, et de préférence entre 400. C et 300*C.
Le laminage à chaud de finition en phase ferritique a pour but de produire des bandes à chaud minces qui présentent une structure écrouie.
L'écrouissage de ces bandes doit être élevé, de telle sorte que la dureté mesurée sur les bandes à chaud soit au moins égale à la moitié de la dureté que l'on mesure sur les mêmes bandes après un laminage à froid avec des taux de réduction supérieurs à 50 % L'obtention d'un écrouissage élevé requiert l'application de taux de réduction importants, lesquels à leur tour suscitent dans les couches
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superficielles des bandes de fortes contraintes tangentielles de cisaillement. Il en résulte l'apparition de déformations indésirables dans la partie superficielle des bandes. Il est dès lors proposé de lubrifier les cylindres utilisés pour le laminage de finition, afin de réduire l'effort de frottement sur la bande et ainsi les contraintes de cisaillement.
On utilise à cet effet une huile ou une graisse végétale ou animale, ou encore un lubrifiant minéral tel que le graphite.
Selon une caractéristique essentielle du procédé de l'invention, la bande laminée à chaud en phase ferritique qui présente une structure écrouie, est ensuite recristallisée.
Dans une première variante, la bande est recristallisée par un recuit continu effectué en direct après le laminage de finition ; ce recuit peut alors opérer la réduction des oxydes de laminage.
Dans une autre variante, la bande laminée à chaud est bobinée et décapée, et ensuite recristallisée soit par un recuit continu soit par un recuit statique en bobine.
Une variante supplémentaire de l'invention consiste à réal i ser 1 a recri s- tallisation de la bande à chaud, écrouie pendant le laminage en phase ferritique, au moyen de l'augmentation de température qui se produit dans les dernières cages du laminoir de finition. Cette élévation de température, provoquée par la déformation de la bande, est d'autant plus importante que l'écrouissage dans les dernières cages du laminoir de finition est élevé.
L'écrouissage e réalisé pendant le laminage de la bande en phase ferritique est de préférence supérieur à 2. On rappellera que l'écrouissage E est défini comme le logarithme naturel du rapport entre l'épaisseur initiale et l'épaisseur finale du produit, c'est-à-dire
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On considère ici l'écrouissage correspondant à l'ensemble des réductions
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dans la ferrite, effectuées soit à partir d'une brame d'épaisseur réduite coulée en continu soit à partir d'une ébauche obtenue par laminage préalable d'une brame plus épaisse.
Les vitesses du laminage en phase ferritique sont les vitesses de laminage usuelles ; elles sont dès lors compatibles avec les possibilités des trains finisseurs existants. De même, les températures de bobinage, dans le cas où celui-ci est requis, sont déterminées en fonction des températures de fin de laminage en phase ferritique ; elles n'ont pas d'effet particulier. Enfin, les températures maximales atteintes lors du recuit en direct des bandes écrouies sont également adaptées en fonction de la nature de l'acier pour assurer la recristallisation totale de celui-ci.
Dans le cadre de la présente invention, les bandes à chaud de faible épaisseur peuvent être ensuite laminées à froid avec un taux de réduction d'au moins 20 %, pour produire des tôles fines à froid d'épaisseur réduite, c'est-à-dire inférieure ou égale à 0,5 mm. Celles-ci sont ensuite recristallisées par recuit continu ou en bobine, pour produire des tôles de qualité d'emboutissage. Contrairement à ce qui est observé pour les bandes à chaud classiques laminées initialement en phase austénitique, on ne constate qu'une très faible influence du taux de réduction à froid sur les propriétés et les qualités d'emboutissage obtenues après laminage à froid des bandes à chaud laminées en phase ferritique et recuites.
Des tôles à froid d'épaisseur réduite, c'est-àdire inférieure ou égale à 0,5 mm, présentant une qualité d'emboutissage peuvent être obtenues avec des taux de réduction à froid inférieurs à 90 % et pouvant atteindre 40 %.
Les exemples suivants illustrent les améliorations des propriétés obtenues par le procédé de l'invention.
Dans chaque exemple, on a comparé les propriétés de bandes obtenues de manière conventionnelle et de bandes obtenues conformément à l'invention, c'est-à-dire par laminage à chaud en phase ferritique et recristallisation. Les résultats correspondants sont regroupés dans les tableaux suivants.
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L'exemple 1 concerne des bandes à chaud minces en acier ULC-Ti. Les données relatives aux essais effectués ainsi que les propriétés obtenues après un recuit direct à 825suc pendant 60 s sont indiquées dans le Tableau 1, dont les colonnes ont la signification suivante : 1) N* : indique le numéro de l'échantillon ; 1, 2,3 sont des bandes à chaud minces obtenues de manière conventionnelle ; 4,5, 6 sont des bandes à chaud laminées en phase ferritique et recristallisées.
2) e (mm) : épaisseur finale de la bande à chaud.
3) T (*C) : température d'entrée de la bande dans le train finisseur.
4) Ts (*C) : température de sortie de la bande du train finisseur.
5) Tb (*C) : température de bobinage de la bande à chaud.
6) LUB : bande laminée avec des cylindres lubrifiés (L) ou non lubrifiés (N).
7) ES (%) : écrouissage de la structure de la bande laminée à chaud et bobinée, avant le recuit, déterminé à partir de la dureté HV de la bande, par la relation :
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EJT/' HV F'?f%)-**"mesurée"rac. ri. sC crouie d froid"'recrae 8) Re (MNm-2) : limite d'élasticité de la bande à chaud.
9) Rr (MNm-2) : charge de rupture de la bande à chaud.
10) A (%) : allongement de la bande à chaud.
11) r : coefficient d'anisotropie plastique (Lankford).
12) Ar : coefficient d'anisotropie planaire (dans le plan de laminage).
L'exemple 2 concerne des bandes à chaud minces en acier ELC. Il est illustré par le Tableau 2, dont les colonnes ont les mêmes objets que
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dans le Tableau 1. Dans cet exemple, les bandes à chaud n. 4, 5 et 6 ont subi un recuit direct de recristallisation à 720*C pendant 60 s. On constate que, pour les deux types d'acier, les bandes à chaud fabriquées par le procédé de l'invention présentent une meilleure
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aptitude à la déformation que les bandes conventionnelles : nette amélioration des coefficients d'anisotropie, sans modification déterminante de la limite d'élasticité, de la charge de rupture et de l'allongement.
L'exemple 3, illustré par le Tableau 3, concerne des bandes à froid en aciers des types ULC-Ti et ELC, laminées à froid à partir de bandes à chaud recristallisées. Les conditions du recuit direct de recristallisation sont les mêmes que pour les nuances d'acier correspondantes présentées respectivement dans les Tableaux 1 et 2.
Dans ce Tableau 3, les colonnes ont la signification suivante : 1) NO : indique le numéro de l'échantillon ; 1, 2 et 5 sont des bandes à chaud minces obtenues de manière conventionnelle ;
3,4, 6, 7 et 8 ont été produites par le procédé de l'invention.
2) Acier : type d'acier constituant la bande.
3) ES (%) : écrouissage de la structure de la bande laminée à chaud, avant le laminage à froid, déterminé à partir de sa dureté suivant la relation donnée au point (7) des Tableaux 1 et
2.
4) RF (%) : taux de réduction total du laminage à froid.
5) ef (mm) : épaisseur finale de la bande laminée à froid.
6) Re (MNm-2) : limite d'élasticité de la bande à froid.
7) Rr (MNm-2) : charge de rupture de la bande à froid.
8) A (%) : allongement de la bande à froid.
9) r : coefficient d'anisotropie plastique (Lankford).
10) Ar : coefficient d'anisotropie planaire (dans le plan de laminage).
11) LUB : bande laminée avec des cylindres lubrifiés (L) ou non lubrifiés (N).
Dans ce cas également, on constate que le procédé de l'invention a amélioré l'aptitude à la déformation par rapport aux bandes à froid conventionnelles : limite d'élasticité et charge de rupture plus faibles, léger accroissement de l'allongement et coefficients d'anisotropie plus favorables.
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TABLEAU 1.
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<tb>
<tb>
N <SEP> e <SEP> Te <SEP> Ts <SEP> Tb <SEP> LUB <SEP> ES <SEP> RB <SEP> Rr <SEP> A <SEP> @ <SEP> #r
<tb> (mm) <SEP> ( C) <SEP> ( C) <SEP> ( C) <SEP> (%) <SEP> (MNm-2) <SEP> (MNm-2) <SEP> (%)
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12
<tb> #
<tb> 1 <SEP> 1,4 <SEP> 840 <SEP> 730 <SEP> 400 <SEP> N <SEP> 0,88 <SEP> 145 <SEP> 288 <SEP> 47,0 <SEP> 0, <SEP> 90-0, <SEP> 62
<tb> 2 <SEP> 1,0 <SEP> 720 <SEP> 605 <SEP> 400 <SEP> N <SEP> 0,80 <SEP> 172 <SEP> 287 <SEP> 45,5 <SEP> 1, <SEP> 02-0, <SEP> 47
<tb> 3 <SEP> 1,2 <SEP> 855 <SEP> 765 <SEP> 400 <SEP> L <SEP> 0,34 <SEP> 157 <SEP> 284 <SEP> 46,2 <SEP> 0, <SEP> 97-0, <SEP> 14
<tb> 4 <SEP> 1,1 <SEP> 700 <SEP> 580 <SEP> 400 <SEP> L <SEP> 0,92 <SEP> 181 <SEP> 292 <SEP> 46,5 <SEP> 1,45 <SEP> 0,51
<tb> 5 <SEP> 1,0 <SEP> 600 <SEP> 510 <SEP> 400 <SEP> L <SEP> 0,96 <SEP> 177 <SEP> 297 <SEP> 45,
0 <SEP> 1,38 <SEP> 0,41
<tb> 6 <SEP> 0,8 <SEP> 550 <SEP> 457 <SEP> 300 <SEP> L <SEP> 0,95 <SEP> 169 <SEP> 292 <SEP> 45,5 <SEP> 1,43 <SEP> 0,45
<tb>
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TABLEAU 2.
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<tb>
<tb> N <SEP> e <SEP> Te <SEP> Ts <SEP> Tb <SEP> LUB <SEP> ES <SEP> Re <SEP> Rr <SEP> A <SEP> # <SEP> #r
<tb> (mm) <SEP> ( C) <SEP> ( C) <SEP> ( C) <SEP> (%) <SEP> (MNm-2) <SEP> (MNm-2) <SEP> (%)
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12
<tb> 1 <SEP> 2.
<SEP> 3 <SEP> 852 <SEP> 738 <SEP> 659 <SEP> N <SEP> 0, <SEP> 00 <SEP> 189 <SEP> 307 <SEP> 44, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 72 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 50
<tb> 2 <SEP> 1,3 <SEP> 810 <SEP> 665 <SEP> 580 <SEP> N <SEP> 0, <SEP> 22 <SEP> 178 <SEP> 301 <SEP> 42, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 62-0, <SEP> 60
<tb> 3 <SEP> 1,1 <SEP> 780 <SEP> 655 <SEP> 550 <SEP> L <SEP> 0, <SEP> 35 <SEP> 178 <SEP> 312 <SEP> 42,5 <SEP> 0, <SEP> 85-0, <SEP> 45
<tb> 4 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 720 <SEP> 607 <SEP> 400 <SEP> L <SEP> 0, <SEP> 71 <SEP> 172 <SEP> 296 <SEP> 43, <SEP> 4 <SEP> 0,98 <SEP> 0,10
<tb> 5 <SEP> 0,9 <SEP> 650 <SEP> 554 <SEP> 400 <SEP> L <SEP> 0, <SEP> 79 <SEP> 169 <SEP> 292 <SEP> 43, <SEP> 0 <SEP> 1,01 <SEP> 0,15
<tb> 6 <SEP> 0,9 <SEP> 450 <SEP> 382 <SEP> 300 <SEP> L <SEP> 0,95 <SEP> 173 <SEP> 298 <SEP> 44,2 <SEP> 1,02 <SEP> 0,05
<tb>
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TABLEAU 3.
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<tb>
<tb> No <SEP> Acier <SEP> ES <SEP> RF <SEP> ef <SEP> Re <SEP> Rr <SEP> A <SEP> r <SEP> Ar <SEP> LUB
<tb> (%) <SEP> (%) <SEP> (mm) <SEP> (MNm-2) <SEP> (MNm-2) <SEP> (%)
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11
<tb> 1 <SEP> ULC-Ti <SEP> 0,32 <SEP> 72 <SEP> 0,4 <SEP> 174 <SEP> 309 <SEP> 43,2 <SEP> 1, <SEP> 21-0, <SEP> 72 <SEP> L
<tb> 2 <SEP> ULC-Ti <SEP> 0,87 <SEP> 48 <SEP> 0,4 <SEP> 168 <SEP> 304 <SEP> 42,8 <SEP> 1, <SEP> 04-0, <SEP> 21 <SEP> N
<tb> 3 <SEP> ULC-Ti <SEP> 0,93 <SEP> 42 <SEP> 0,4 <SEP> 157 <SEP> 297 <SEP> 44,2 <SEP> 2,01 <SEP> 0,59 <SEP> L
<tb> 4 <SEP> ULC-Ti <SEP> 0,97 <SEP> 45 <SEP> 0,4 <SEP> 162 <SEP> 301 <SEP> 44,8 <SEP> 1,78 <SEP> 0,19 <SEP> L
<tb> 5 <SEP> ELC <SEP> 0,81 <SEP> 53 <SEP> 0,4 <SEP> 208 <SEP> 327 <SEP> 37,2 <SEP> 0, <SEP> 70-0, <SEP> 39 <SEP> N
<tb> 6 <SEP> ELC <SEP> 0,
52 <SEP> 55 <SEP> 0,4 <SEP> 187 <SEP> 303 <SEP> 40,3 <SEP> 1,13 <SEP> 0,17 <SEP> L
<tb> 7 <SEP> ELC <SEP> 0,74 <SEP> 48 <SEP> 0,4 <SEP> 197 <SEP> 309 <SEP> 40,2 <SEP> 1,18 <SEP> 0,22 <SEP> L
<tb> 8 <SEP> ELC <SEP> 0, <SEP> 82 <SEP> 45 <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> 198 <SEP> 314 <SEP> 41, <SEP> 3 <SEP> 1, <SEP> 24 <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> L
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