LU86155A1 - Procede de fabrication d'une bande en acier laminee a froid - Google Patents

Description

« < \ * t C 2324E/8511. ' CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif -Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique).

Procédé de fabrication d'une bande en acier laminée à froid.

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une bande en acier laminée à froid, non vieillissante et présentant une excellente aptitude à la déformation par emboutissage profond. Elle vise notamment la fabrication d'une bande destinée à la production de tôles de carrosserie pour véhicules automobiles ou pour appareils électro-ménagers.

On sait qu'après sa mise à forme, la tôle de carrosserie est pourvue d'un revêtement de peinture et qu'elle est ensuite soumise à un chauffage destiné à assurer la cuisson de cette peinture. En règle générale, ce recuit de cuisson se déroule à une température qui n'excède pas 200°C et pendant une durée ne dépassant pas 30 minutes.

5 Idéalement, une tôle de ce type devrait présenter une ductilité élevée associée à une limite d'élasticité très basse et à l'absence de palier de la limite d'élasticité, afin de permettre un \ 2.- formage aisé, il serait en outre hautement souhaitable qu'après sa mise à forme, cette tôle puisse acquérir une résistance élevée au bosselage, par un durcissement lié à un relèvement de sa limite d'élasticité, en particulier lors du recuit de cuisson de la peinture.

A la connaissance du demandeur, il n'existe pas, actuellement, de tôle présentant l'ensemble des propriétés qui viennent d'être indiquées.

On connaît certes des tôles présentant une aptitude au formage satisfaisante pendant une courte période après leur traitement thermique. Il s'agit notamment des tôles obtenues à partir d' une bande qui a subi un traitement de recuit continu et qui contient de ce fait du carbone et de l'azote en solution solide. On a cependant observé que le carbone et l'azote en solution solide après le recuit continu avaient également une nette tendance à diffuser à basse température, c'est-à-dire à une température inférieure à 50°C. Cette diffusion du carbone et de l'azote entraîne une précipitation de carbures et de nitru-res, qui se traduit par un durcissement de l'acier avec, comme conséquences, un relèvement de la limite d'élasticité, la réapparition du palier de la limite d'élasticité et une perte globale de ductilité. Le temps de stockage des tôles pouvant être assez long, ce phénomène de durcissement par vieillissement se produit, au moins partiellement, avant la mise à forme des tôles, qui est ainsi rendue plus difficile. En outre, les pièces formées à partir de ces tôles ne présentent plus une réponse suffisante au recuit de cuisson de la peinture, puisque leur capacité de durcissement a déjà été entamée, dans une assez large mesure, par le vieillissement prématuré décrit ci-dessus.

On a déjà tenté de supprimer le vieillissement d'une bande d* acier recuite en continu. En particulier, il a été proposé de bobiner les bandes laminées à chaud correspondantes, à une tem- S s ; t , . 3.- pérature élevée, c'est-à-dire supérieure à 700°C. On favorise ainsi la précipitation de nitrure d'aluminium Al N, ce qui a pour conséquence d'abaisser la teneur en azote libre susceptible de durcir la ferrite au cours du vieillissement après le laminage à froid ultérieur. Simultanément, la coalescence des carbures résultant de ce bobinage à chaud permet d'améliorer les conditions de la recristallisation de l'acier lors du recuit continu consécutif au laminage à froid.

Avec les aciers généralement utilisés pour ce type d'applications, le bobinage à température élevée qui vient d'être évoqué, ne permet cependant pas d'obtenir une bande en acier présentant d'une part, une très basse limite d'élasticité, par exemple inférieure à 180 MPa, et dès lors facilement formable, • et d'autre part, une faible tendance au vieillissement, de telle sorte que la limite d'élasticité ne dépasse pas 200 MPa après le vieillissement, tout en garantissant une réponse satisfaisante au recuit de cuisson de la peinture.

La présente invention a précisément pour objet un procédé permettant de fabriquer une bande en acier présentant toutes les propriétés requises pour les applications envisagées plus haut.

Cette invention repose sur la constatation Inattendue, faite par le "demandeur, selon laquelle une adaptation judicieuse de la composition chimique de l'acier combinée à un bobinage à température élevée de la bande laminée à chaud permettait d'atteindre l'ensemble des propriétés désirées.

A cet effet, le procédé de fabrication d'une bande en acier laminée à froid, qui fait l'objet de la présente invention, la dite bande étant non vieillissante et présentant une aptitude = élevée à la déformation par emboutissage profond, ainsi qu'une bonne aptitude au durcissement pendant, un recuit de cuisson d' un revêtement de peinture, est essentiellement caractérisé en , ♦ 4.- ce que : (a) on prépare une brame d'acier comportant les éléments suivants en poids : carbone : 0,010 - 0,050 % aluminium soluble : manganèse ï 0,05 - 0,40 % 0,002 - 0,050 % phosphore : 0,003 - 0,015 % azote : max. 0,004 % soufre s 0,002 - 0,020 % bore : 0,002 - 0,008 %.

(b) on réchauffe cette brame à une température qui n'excède pas 1250 °C; (c) on lamine à chaud la dite brame en une bande d'épaisseur - comprise entre 1 et 4 mm, de telle façon que la température de fin de laminage ne soit pas inférieure à 850°C? (d) on bobine la dite bande à une température au moins égale à 680°C; (e) après décapage par une méthode connue en soi, on lamine à froid la dite bande, avec un taux de réduction d'au moins 60 %; (f) on soumet la bande laminée à froid à un recuit continu à une température comprise entre 680°C et la température de transformation Ac^, pendant une durée inférieure à 5 min.; (g) on refroidit la dite bande avec une vitesse de refroidissement comprise entre 5 et 200°C/s.

Selon une variante avantageuse de mise en oeuvre, on soumet ensuite la bande à une opération de survieillissement entre 300°C et 450°C pendant moins de 5 min., puis à un refroidissement jusqu'à la température ambiante. De façon connue en soi, ce survieillissement peut être effectué soit en interrompant le refroidissement (g) à la température désirée, soit en réchauffant la bande après un refroidissement complet.

En fin de traitement, la bande laminée à froid et recuite est * soumise à un refroidissement final. Ce refroidissement final est le refroidissement mentionné en (g) si on n'effectue pas 5.- de survieillissement; dans le cas contraire, il est constitué par le refroidissement prévu après l'opération de survieillissement.

Selon une modalité supplémentaire de mise en oeuvre, le refroidissement final est suivi d'une étape d'écrouissage avec un taux de réduction qui-n'excède pas 2 %.

Egalement selon l'invention, il s'est avéré avantageux que les teneurs de l'acier en carbone, manganèse, azote et bore soient comprises dans les limites suivantes, en poids : C : 0,020 - 0,035 %

Mn : 0,10 - 0,25 % N : max. 0,003 % B î max. 0,004 %.

Encore selon l'invention, la température de réchauffage de la brame'n1excède pas 1200°C.

Toujours selon l'invention, la température de bobinage de la bande laminée à chaud est supérieure à 700°C.

Une teneur en carbone comprise entre 0,020 % et 0,035 % permet d'atteindre une valeur optimale des propriétés désirées.Si 1' on élargit ces limites à 0,010 % et 0,050 %, on obtient encore des propriétés acceptables. En revanche, une teneur en carbone supérieure à 0,050 % conduit à un durcissement excessif par affinement du grain et augmentation du nombre de carbures, et par conséquent à une diminution du coefficient d'ani-sotropie plastique r; une teneur inférieure à 0,010 % entraîne pour sa part une augmentation du durcissement dû au carbone en solution ainsi qu'une perte de ductilité.

De même, la teneur en manganèse doit être comprise entre 0,05 % et 0,40 % pour atteindre des propriétés qui soient au moins ’ / / 4 * t 6.- acceptables.

k·

Au-delà de 0,40 % de manganèse, l'acier est sujet à un durcissement excessif et à une diminution du coefficient r, tandis qu'en deçà de 0,05 %, le manganèse est insuffisant pour fixer le soufre présent dans l'acier, ce qui entraîne une fragilisation de celui-ci.

L'aluminium doit être présent à raison d'au moins 0,002 % pour assurer une désoxydation suffisante de l'acier; sa teneur doit toutefois être limitée à 0,050 % pour éviter d'une part; un durcissement de la bande et d'autre part, la présence d'inclusions d'alumine qui dégradent la qualité de la bande.

La teneur en azote doit être aussi basse que possible, et en · tous cas inférieure à 0,004 %, pour éviter le vieillissement et le durcissement de l'acier.

Il est apparu que la teneur en bore devait être au moins égale à 0,002 % de façon à pouvoir fixer l'azote résiduel sous forme de nitrure de bore BN, mais qu'elle devait néanmoins être limitée à 0,008 %, et de préférence à 0,004 %, pour éviter tout risque de fragilisation de la bande laminée.

La brame peut être produite par coulée en lingotière ou par coulée continue, et son chauffage peut être effectué par toute technique connue, la seule condition étant que sa température, à la sortie du four de réchauffage, doit être comprise entre 1000°C et 1250°C, et de préférence entre 1050°C et 1200°C.

Pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, la température de fin de laminage ne peut être inférieure à 850°C, sous peine d'obtenir un grain grossier influençant défavorablement les propriétés finales de la bande.

Λ / 7.-

La bande laminée à chaud doit être bobinée à une température supérieure à 680°C, de préférence supérieure à 700°C, afin d' assurer la précipitation de la totalité de l'azote sous forme de nitrure de bore.

«

Au laminage à froid, le taux de réduction doit être supérieur à 60 %, afin de garantir un coefficient d'anisotropie plastique r satisfaisant.

Enfin, la température du recuit continu doit être supérieure à 680°C, de préférence supérieure à 700°C, afin d'éviter tout risque d'insuffisance de recristallisation qui entraînerait un durcissement de la bande; elle doit cependant rester inférieure à la température Ac^, car un réchauffage dans le domaine austéni-tique entraînerait une chute du coefficient d'anisotropie plastique r. La durée de ce recuit doit en outre être suffisante pour assurer la recristallisation totale de la bande.

Pour le refroidissement après le recuit continu, on peut par exemple utiliser des jets de gaz ou d'eau, ou encore immerger la bande dans un bain aqueux maintenu à l'ébullition.

En ce qui concerne le survieillissement, la température doit être d'une part, supérieure à 300°C, pour éviter de trop longues durées de traitement qui ne permettent pas de précipiter le carbone en insertion, et d'autre part inférieure à 450°C .pour ne pas conduire à une concentration d'équilibre trop importante.

L'opération finale d'écrouissage permet de supprimer le palier de la limite d'élasticité.

/

Le procédé de l'invention et les avantages gui en découlent ressortent clairement des exemples de mise en oeuvre décrits ci-dessous.

* * 8.-

On a soumis à différents essais une série de six aciers, dont les compositions chimiques sont données au Tableau I. Les a-ciers n° 1 à 3 contiennent du bore en une teneur conforme à l'invention. A titre de comparaison, les aciers n° 4 à 6 ne contiennent pas de bore.

Exemple I.

Dans une première série d'essais, correspondant à la variante avantageuse du procédé de l'invention comportant un survieil- * lissement, ces aciers ont été soumis à des traitements identiques - à l'exception de la température de bobinage - comprenant: - un réchauffage de la brame à 1200°C; - un laminage à chaud avec une température de fin de laminage de 880°C; - un laminage à froid à 0,8 mm, avec un taux de réduction de 70 %i - un recuit continu comportant : . un chauffage à 825°C; . un maintien à cette température pendant 60 s.; . un refroidissement à deux vitesses différentes rencontrées dans la pratique industrielle : Vr = 12°c/s - 50°C/s.; . un survieillissement à 400°C pendant 3 min.; - un écrouissage avec un taux de réduction de 1,3 %.

Pour permettre la comparaison, on a utilisé des températures de bobinage T soit supérieures à 680°C (selon l'invention : Si), soit inférieures à 680°C (hors de l'invention : H I) .

TABLEAU I.

* t 9.-

Composition des aciers, en 10 ^% en poids.

AciJr C Mn SP N Al B

n° 1 26 235 6 12 3,1 38 3,5 2 25 250 13 13 1,8 6 4,5 3 18 250 13 12 2,6 20 4,9 4 55 220 13 15 6,0 25 5 14 250 9 16 1,7 9 — 6 30 250 11 12 1,8 8 i

Le Tableau IX rassemble les résultats obtenus pour les propriétés suivantes : limite d'élasticité Re, charge de rupture Rr, allongement A, module d'écrouissage n, coefficient d'anisotro-pie plastique r. Il indique également le taux de vieillissement A I ( =’aging index), qui exprime l'accroissement de la limite d'élasticité dû au vieillissement après le recuit continu, ainsi que le taux de durcissement à la cuisson B H ( = bake hardening) qui exprime le relèvement de la limite d'élasticité provoqué par le recuit de cuisson de la peinture.

Le taux de vieillissement A I a été déterminé par un maintien des bandes à 38°C pendant 30 jours. Le taux de durcissement à la cuisson B H résulte d'un recuit de cuisson de la peinture tel qu'il a été défini plus haut.

10.-

On considère généralement que les tôles visées par la présente ; invention doivent respecter les conditions suivantes :

Re t 200 MPa, de préférence "<: 180 MPa, après vieil- Λ lissement A I«: 20 MPa B H ^25 MPa .

Rr < 300 MPa.

Le Tableau II montre que seules les bandes fabriquées conformément à la présente invention, c'est-à-dire les bandes en acier n° 1, 2 et 3 (voir Tableau i), remplissent ces conditions, tant pour les refroidissements lents (acier n°l; Vr = 12 % C/s), que pour les refroidissements plus rapides (aciers n° 2 et 3? Vr = 50°C/s) .

Il faut souligner que pour les bandes en acier n° 1,2 et 3, produites conformément à 1'invention (SI), la valeur de la limite d'élasticité après vieillissement, c'est-à-dire (Re + AI) est inférieure à 180 MPa et donc largement inférieure à la limite fixée de 200 MPa. En outre leur indice B H est supérieur à 25 MPa. Les bandes n° 1,2 et 3 sont dès lors aisément formables et sont le siège, après formage, du relèvement désiré de la limite d'élasticité.

Au contraire, les bandes constituées de ces mêmes aciers n° 1, 2 et 3 et bobinées à 650°C présentent, après vieillissement, une limite d'élasticité (Re + Al) nettement supérieure à la limite fixée .de 200 MPa, ce qui les rend impropres au formage désiré (H I) .

Par ailleurs, les bandes en acier n° 4,5 et 6, c'est-à-dire ne contenant pas de bore, ne respectent pas non plus la condition d'une limite d'élasticité (Re + Al) inférieure à 200 MPa même lorsqu'elles sont bobinées à 750°C (H I) .

11.- . Le Tableau II montre donc qu'il faut absolument respecter les deux conditions révélées par la présente invention# c est—a— dire une teneur déterminée en bore et un bobinage à plus de 680°C, pour atteindre les valeurs désirées de la limite d'élasticité.

TABLEAU II.

/

Propriétés_des bandes traitées par recuit continu et_survieillissement

Conditions__Propriétés à l'état recuit continu ÄRe (MPa)__„

Acier vr Re Rr A n r n„ Rem

11 (oC) (°C/s) (MPa) (MPa) ' {%) AI

1 750 12 178 279 44,8 0,213 1,51 O 38 SI

650 12 190 326 38,2 0,125 1,37 34 74 HI

2 750 50 168 290 43,3 0,249 1,18 11 47 SI

650 50 182 338 40,9 0,217 — 27 66 HI

3 750 50 165 292 40,7 0.262 1,29 8 39 SI

650 50 179 339 38,3 0,214 1,30 38 63 HI

4 750 12 216 337 44,0 0,196 1,32 10 40 B1

5 750 12 162 297 44,2 0,257 1,28 52 69 HI

50 156 297 42,7 0,255 1,31 56 70 HI

6 750 50 191 320 36,9 0,213 1,58 20 62 HI

/ / j

Exemple II.

12.-

Des bandes en acier n" 2, 3 et 6 ont été soumises à des traitements identiques à ceux de l'exemple I, mais ne comportant pas l'étape de survieillissement, conformément au procédé général de la présente invention.

Le Tableau III rassemble les résultats relatifs à ces essais.

Il montre que le procédé de l'invention permet, de façon tout a fait générale, de respecter les conditions signalées plus haut. Les aciers n° 2 et 3, bobinés à 750°C et refroidis à 50°C/s, conduisent à une limite d'élasticité après vieillissement (Re + Al) respectivement égale à 182 et 188 MPa, c'est-à-dire inférieure à la limite imposée. Ces aciers peuvent être emboutis sans difficulté, ce qui n'est pas le cas de l'acier n° 6, dont la limite d'élasticité après vieillissement (Re +

Al) s'élève à 253 MPa.

TABLEAU III.

Propriétés des bandes traitées par recuit continu §§25_SUrv iei 3J.issement -

Conditions Propriétés à l'état recuit continu ARe (MPa)

Acier TB Vr . , " 1 AI BH Rem.

no («>c) (°C/s) (hPa) (MPa) (%)

2 750 50 174 273 43,6 0,223 1,27 8 46 SI

650 50 236 365 33,7 0,202 1,39 62 68 HI

3 750 50 169 273 39,2 0,224 1,81 19 47 S I

650 50 226 356 33,1 0,231 1,53 69 79 HI

6 750 50 212 305 31,0 0,180 1,31 41 68 E I

650 50 258 381 31,5 0,1B5 1,47 50 71 H I

/ /

Exemple III.

c f 13.-

Des essais ultérieurs du demandeur ont en outre confirmé l'intérêt du réchauffage des brames à une température qui n'excède pas 1200°C, et qui est *de préférence comprise entre 1000°C et 1150°C.

Le présent exemple porte sur un acier au bore, (acier n°7), dont trois échantillons ont été soumis à un traitement identique à celui de l'exemple I, à l'exception de la température de réchauffage. Selon les échantillons, celle-ci était respectivement de 1250°C, 1150°C et 1050°C, tandis que la température de bobinage était supérieure à 680°C et que la vitesse de refroidissement V s'élevait à 50°C/s dans tous les cas. r A titre de comparaison, on a soumis aux mêmes essais trois échantillons d'un acier ne contenant pas de bore (acier n°8)

Dans ces deux séries d'essais, la température de réchauffage de 1250°C se situe hors du domaine visé par la présente variante particulière du procédé de l’invention.

Le tableau IV donne la composition des échantillons d’acier utiliséï pour ces essais.

TABLEAU IV.

Composition des aciers, en_10~3 % en P£ids_

Acier c Mn Si S P Al N B

n° 7 28 216 10 10 13 31 3 2,2 8 57 253 24 15 16 43 5,2 0 * 14.-

Le tableau V indique, en fonction de la température de réchauffage TR de la brame, les valeurs obtenues des propriétés sui-* vantes : limite d'élasticité Re, charge de rupture Rr, allon gement A, module d'écrouissage n, coefficient d1anisotropie plastique r. Il donne également le taux de vieillissement AI (aging index) et le taux de durcissement à la cuisson BH, dont la définition et le mode de détermination ont été indiqués plus haut (voir Exemple I) .

TABLEAU V.

Influence_de_la_température_de_réchauffa2e_TR_sur_les propriétés_des_bandes_en_acier_au_bore_traitées_par recuit continu et_survieillissement.

Propriétés à l'état recuit continu (MPa)

Acier T -----; ——--- R P* Pr* Ä n° (°C) , 1 r Al BH Rem.

v w (MPa) (MPa) (¾)

1250 206 329 39,9 0,182 1,38 20 63 HI

7 1150 175 281 41,9 0,200 1,42 0 44 SI

1050 166 282 47,8 0,226 1,42 3 44 SI

1250 202 325 38,4 0,192 1,47 20 49 HI

8 1150 185 291 39,6 — 1,42 25 54 HI

1050 178 300 40,1 '— 1,42 20 50 HI

15.- ί t

Ce tableau montre que seules les bandes en acier au bore (acier * n°7) produites à partir de brames réchauffées à moins de 1200°Cf respectent les prescriptions, rappelées plus haut, qui sont généralement imposées à ces propriétés.

Les exemples qui précèdent montrent que le procédé de l’invention permet de fabriquer des bandes non ou peu vieillissantes pour emboutissage, et subissant un durcissement favorable au cours du recuit de cuisson de la peinture. L'addition d’une étape de survieillissement permet d’améliorer encore ce résultat. Bien que les installations de recuit continu comportent habituellement une zone de survieillissement, l’étape de survieillissement peut n’être incorporée dans le procédé de l’invention - selon sa variante avantageuse - que si l’on désire atteindre un Re particulièrement bas et si l’on accepte à cet effet l’augmentation de durée et le coût de traitement qu’implique cette étape.

Claims (6)

1. 2. Procédé, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soumet la bande à une opération de survieillissement entre 300°C et 450°C pendant moins de 5 minutes, soit en interrompant le refroidissement (g) à la dite température de survieillissement et en maintenant la bande à cette température / ) A * * 17.- pendant le temps souhaité avant de poursuivre le refroidissement, soit en réchauffant la bande à la dite température de survieillissement après avoir effectué le refroidissement (g) jusqu'à une température inférieure à 300°C.
2. 3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on effectue une opération d'écrouissage avec un taux de réduction qui n'excède pas 2 %.
3. 4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les teneurs en carbone, manganèse, azote et bore sont comprises entre les limites suivantes, en poids : C : 0,020 - 0,035 % N : max. 0,003 % Mn : 0/10 - 0,25 % B ï max. 0,004 %.
4. 5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la température de réchauffage de la dite brame n'excède pas 1200°C.
5. 6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la température de bobinage de la bande laminée à chaud est supérieure à 700°C.
6. 7. Procédé suivant l’une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on effectue le refroidissement après le recuit continu en immergeant la bande dans un bain aqueux maintenu à l'ébullition. Dessins : .....penches _^tf....pages dont......A...... p?es cescriDiion . c ... & ce revendication LIS/-“ :“·· fl t V v/" / . .·/- , ‘ i I ft m îi rt n c'.’ c * ~L. " >4