BE1010142A6

BE1010142A6 - Procede pour la fabrication d'une bande laminee a chaud en acier a haute resistance.

Info

Publication number: BE1010142A6
Application number: BE9600324A
Authority: BE
Inventors: Alain Schmitz; Jean-Claude Herman; Vincent Leroy
Original assignee: Centre Rech Metallurgique
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 1998-01-06
Also published as: DE69707660D1; EP0894149A1; WO1997039152A1; DE69707660T2; EP0894149B1

Abstract

Procédé pour la fabrication d'une bande laminée à chaud en acier à haute résistance, dont les teneurs en carbone, en manganèse et en silicium sont comprises, en poids, entre 0,04 % et 0,2 %, entre 0,5 % et 2 % et entre 0,01 % et 0,5 % respectivement. L'acier contient en outre du niobium en une teneur comprise entre 0,01 % et 0,1 % en poids, le reste étant du fer et des impuretés habituelles. On effectue le laminage à chaud de finition de cet acier entre une température initiale inférieure à 950 degré C et une température finale supérieure à la température de transformation de l'austénite en ferrite (Ar3), avec un taux de réduction d'épaisseur d'au moins 85 %. Dans un délai inférieur à 5 s, et de préférence inférieur à 1 s, après le laminage à chaud, on refroidit l'acier de manière ininterrompue et monotone avec une vitesse de refroidissement supérieure à 20 degré C/s à partir de la température finale précitée jusqu'à une température inférieure à 200 degré C et on bobine la bande d'acier laminée à chaud à cette température inférieure à 200 degré C.

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Procédé pour la fabrication d'une bande laminée à chaud en acier à haute résistance. 



  La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'une bande laminée à chaud en acier à haute résistance, destinée à être utilisée directement, c'est-à-dire sans que le laminage à chaud soit suivi d'un laminage à froid. 



  Actuellement, les aciers dits de résistance doivent présenter des propriétés mécaniques de plus en plus élevées afin de répondre à des conditions de mise en oeuvre toujours plus diversifiées et sévères. 



  En particulier, on exige à présent de ces aciers qu'ils présentent une charge de rupture (Rm) supérieure à 550 MPa, un rapport de la limite d'élasticité (Re) à la charge de rupture (Rm), soit Re/Rm, inférieur à 0.7 et une ductilité élevée, exprimée par un allongement (A) supérieur à 20 %. De plus, la résilience doit également être élevée, par exemple au moins égale à 150   J/cm2   à-50 C, afin de conférer à l'acier une haute résistance aux chocs. Une bonne résistance en fatigue oligocyclique et une soudabilité élevée sont aussi considérées comme des caractéristiques essentielles.

   Par exemple, la résistance en fatigue oligocyclique sous une déformation de 0,25 % devrait se traduire par une réduction relative de la résistance de moins de 20% après au moins 30.000 cycles, tandis que la soudabilité devrait être assurée par une composition chimique conduisant à un carbone équivalent inférieur à 0,35 %, le carbone équivalent étant défini de façon connue par la relation   = [C   + (Mn + Si)/6] où les teneurs des différents éléments sont exprimées en pourcents en poids. 



  La pratique actuelle pour la fabrication d'une bande laminée à chaud destinée à être utilisée directement consiste à couler en continu une brame en acier dont l'épaisseur est en général supérieure à 150 mm, par exemple comprise entre 150 mm et 300 mm. 



  Cette brame est laminée à haute température dans un laminoir dégrossisseur afin de produire une ébauche dont l'épaisseur est généralement comprise entre 20 mm et 40 mm. Cette ébauche est ensuite laminée dans un train finisseur à chaud jusqu'à l'épaisseur désirée, le plus souvent comprise entre 1,5 mm et 5mm. Selon la pratique usuelle, le laminage des ébauches jusqu'à l'épaisseur finale est effectué intégralement 

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 dans le domaine austénitique, avec des températures d'entrée au train finisseur à chaud supérieures à   950 C.   La bande à chaud ainsi laminée est transférée sur une table de refroidissement à l'eau et est ensuite bobinée dans le domaine ferritique avec une température de bobinage supérieure à   500 C.   



  Les hauts niveaux de résistance desirés pour ces aciers peuvent être obtenus par l'addition d'éléments d'alliage (Mn, Si, Cr,...), qui engendrent la formation de microstructures multiphase hors équilibre dans certaines conditions de refroidissement et de bobinage. L'obtention de ces aciers multiphase (ferrite, bainite, martensite, austénite   résiduelle,...)   demande la mise en oeuvre de cycles de refroidissement complexes comprenant des phases de refroidissement accéléré et de trempe étagée. 



  Ces pratiques peuvent cependant ne pas être compatibles avec certaines applications comme par exemple le soudage. 



  Afin de pallier ces inconvénients, une autre voie de fabrication consiste à utiliser des aciers microalliés (dénommés HSLA) à faible teneur en carbone, pour lesquels le durcissement résulte de la solution solide et de la précipitation. Cette technique a cependant pour effet d'augmenter sensiblement le prix de revient de ce type d'acier. 



  Il est en outre difficile avec ces aciers de respecter la condition Re/Rm    <    0,7. 



  Si ces deux solutions connues permettent d'obtenir de hautes performances mécaniques, elles conduisent cependant aussi à une grande dispersion des propriétés mécaniques le long de la bande laminée à chaud, en raison de la difficulté de contrôler le procédé de fabrication avec une précision suffisante. 



  La présente invention a pour objet de proposer un procédé pour fabriquer une bande laminée à chaud destinée à être utilisée directement, qui permet d'améliorer fortement les propriétés mécaniques mentionnées ci-dessus tout en garantissant une constance de ces propriétés le long de la bande ainsi produite. 



  Conformément à la présente invention, un procédé pour fabriquer une bande laminée à chaud en acier à haute résistance, dans lequel on lamine à chaud un acier dont les teneurs en carbone, en manganèse et en silicium sont comprises, en poids, entre 0,04% 

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 EMI3.1 
 et 0, 2%, entre 0, 5% et 2% et entre 0, 010 % et 0, 5 % respectivement, est caractérisé en ce que ledit acier contient en outre du niobium en une teneur comprise entre 0, 01 % et 0, 1 % en poids, le reste étant du fer et des impuretés habituelles, en ce qu'on effectue le laminage à chaud de finition dudit acier entre une température initiale inférieure à 950 C et une température finale supérieure à la température de transformation de l'austénite en ferrite (Ar3), avec un taux de réduction d'épaisseur d'au moins 85 %,

   en ce que l'on refroidit ledit acier laminé à chaud dans un délai inférieur à 5 s avec une vitesse de refroidissement supérieure à 20 C/s à partir de ladite température finale jusqu'à une température inférieure à 2000C et en ce que l'on bobine ledit acier laminé à chaud à ladite température inférieure à 2000C. 



  Suivant l'invention, le refroidissement est effectué en un temps aussi court que possible, de préférence inférieur à 1 s. 



  Suivant une mise en oeuvre particulière du procédé de l'invention, la vitesse de refroidissement de l'acier laminé à chaud est comprise entre 30 C/s et 1000 C/s, cette valeur représentant une vitesse moyenne de refroidissement entre la température de finition et la température de bobinage. 



  Avantageusement, ce refroidissement est effectué de manière continue et monotone jusqu'à ladite température inférieure à 200 C, dite température de bobinage, les plus hautes valeurs de la vitesse de refroidissement permettant d'augmenter la limite d'élasticité et la charge de rupture sans altérer le compromis résistance-ductilité.. 



  Suivant une caractéristique avantageuse, ladite température de bobinage est comprise entre 20 C et 150 C. 



  Pour la mise en oeuvre pratique du procédé sur un train de laminage de finition, les différentes opérations précitées peuvent correspondre à des étapes successives rapportées à l'installation elle-même. Ainsi, la température initiale du laminage de finition désigne normalement la température d'entrée dans le train finisseur, la température finale désigne la température de sortie de ce train finisseur, le refroidissement de la bande comprend le transfert de la bande entre la sortie du train 

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 finisseur et l'entrée de la section de refroidissement, transfert qui doit être effectué en un temps aussi court que possible, et le refroidissement effectué sur une table de refroidissement appropriée. 



  Le procédé de l'invention et les avantages qui en découlent sont à présent illustrés par deux exemples de bandes à chaud destinées à être utilisées directement, à savoir une bande en acier HSLA fabriquée de manière conventionnelle (1) et une bande fabriquée selon le procédé de la présente invention (2). 



  Le tableau 1 indique la composition chimique des aciers utilisés pour la fabrication de ces bandes. 



   Tableau 1 : Composition chimique des aciers (% poids) 
 EMI4.1 
 
<tb> 
<tb> No <SEP> C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> Nb <SEP> Ti <SEP> AI
<tb> 1. <SEP> HSLA <SEP> 0,07 <SEP> 0, <SEP> 75 <SEP> 0, <SEP> 011 <SEP> 0,060 <SEP> 0,035 <SEP> 0,025
<tb> 2. <SEP> Invention <SEP> 0, <SEP> 07 <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> 0, <SEP> 028 <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 04
<tb> 
 Les deux bandes ont été fabriquées dans les conditions indiquées dans le Tableau II. 



   Tableau Il : Paramètres de fabrication des bandes 
 EMI4.2 
 
<tb> 
<tb> NO <SEP> Epaisseur <SEP> Température <SEP> Température <SEP> Vitesse <SEP> moyenne <SEP> Température
<tb> d'entrée <SEP> de <SEP> sortie <SEP> de <SEP> de <SEP> bobinage
<tb> refroidissement
<tb> (mm) <SEP> ( C) <SEP> ( C) <SEP> ( C/s) <SEP> ( C)
<tb> 1 <SEP> 4,5 <SEP> 1050 <SEP> 910 <SEP> 20 <SEP> 600
<tb> 2 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 950 <SEP> 850 <SEP> 30 <SEP> 150
<tb> 
 Les propriétés mécaniques des bandes à chaud, fabriquées d'une part par le procédé conventionnel (1) et d'autre part par le procédé de l'invention (2), sont exprimées par les résultats d'essais repris dans   le Tableau )).   

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 Tableau Il :

   Propriétés mécaniques des bandes 
 EMI5.1 
 
<tb> 
<tb> NO <SEP> Re <SEP> Rm <SEP> Re/Rm <SEP> Allongement <SEP> Cv <SEP> à
<tb> - <SEP> 600C
<tb> (MPa) <SEP> (MPa) <SEP> (%) <SEP> (J/cm)'
<tb> 1 <SEP> 494 <SEP> 570 <SEP> 0.87 <SEP> 24 <SEP> 15
<tb> 2 <SEP> 400 <SEP> 750 <SEP> 0. <SEP> 53 <SEP> 23 <SEP> 170
<tb> 
 *mesures effectuées sur éprouvettes de dimensions réduites, épaisseur 5 mm Ce tableau montre les améliorations de différentes propriétés mécaniques observées sur les bandes à chaud traitées par les deux procédés. On constate une augmentation importante de la charge de rupture Rm de l'ordre de 180 MPa en faveur de la bande à chaud fabriquée par le procédé de l'invention. Ceci s'accompagne d'une diminution du rapport Re/Rm de 0.87 pour l'acier HSLA conventionnel à 0. 53 pour l'acier obtenu suivant l'invention.

   Ces deux propriétés sont particulièrement importantes pour la mise en oeuvre des aciers de résistance. Il faut en outre noter que la courbe de traction de l'acier de l'invention est continue et sans palier de la limite d'élasticité, ce qui confère à la bande à chaud de l'invention des propriétés non vieillissantes appréciées par les utilisateurs. 



  L'amélioration des propriétés des bandes à chaud est également visible dans le tracé de la courbe de résistance en fatigue oligocyclique, représentée dans le diagramme de la Fig. 1. Une forte amélioration de la résistance en fatigue oligocyclique est en effet observée en faveur de l'acier laminé à chaud suivant l'invention. Cette amélioration s'exprime par une décroissance relative de la résistance à 0,25%   (RO,   25) beaucoup moindre pour l'acier de l'invention (14 %) que pour l'acier de référence HSLA (35 %), correspondant également à un nombre de cycles (N) plus élevé pour l'acier de l'invention (45000) que pour l'acier HSLA (15000). 



  La Fig. 2 montre l'évolution de la résilience Charpy (éprouvettes de 5 mm) en fonction de la température d'essai. En ce qui concerne les propriétés de résistance, l'examen du Tableau   fit   et de la Fig. 2 montre la nette amélioration observée dans le cas de l'acier laminé suivant le procédé de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer une bande laminée à chaud en acier à haute résistance, dans lequel on lamine à chaud un acier dont les teneurs en carbone, en manganèse et en silicium sont comprises, en poids, entre 0,04% et 0,2%, entre 0,5% et 2% et entre 0,010 % et 0,5 % respectivement, caractérisé en ce que ledit acier contient en outre du niobium en une teneur comprise entre 0,01 % et 0,1 % en poids, le reste étant du fer et des impuretés habituelles, en ce qu'on effectue le laminage à chaud de finition dudit acier entre une température initiale inférieure à 950 C et une température finale supérieure à la température de transformation de l'austénite en ferrite (Ar3), avec un taux de réduction d'épaisseur d'au moins 85 %,

en ce que l'on refroidit ledit acier laminé à chaud dans un délai inférieur à 5 s avec une vitesse de refroidissement supérieure à 20 C/s jusqu'à une température inférieure à 2000C et en ce que l'on bobine ledit acier laminé à chaud à ladite température inférieure à 200 C.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le refroidissement en une durée inférieure à 1 s.
3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la vitesse de refroidissement de l'acier laminé à chaud est comprise entre 30 C/s et 1000 C/s.
4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit refroidissement est effectué de manière continue et monotone jusqu'à ladite température inférieure à 200 C, dite température de bobinage.
5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite température de bobinage est comprise entre 200C et 1 50 C.