BE1008566A6

BE1008566A6 - Substrat aluminie, son utilisation et methode pour le fabriquer.

Info

Publication number: BE1008566A6
Application number: BE9400344A
Authority: BE
Inventors: Marcel Lamberigts; Andre Laux
Original assignee: Centre Rech Metallurgique
Priority date: 1994-04-01
Filing date: 1994-04-01
Publication date: 1996-06-04

Abstract

Substrat en acier à ultra bas carbone allié au titane, avec excès de titane, revêtu à chaud par passage dans un bain d'aluminium contenant éventuellement de 6 à 10 % en poids de silicium, silicium éventuellement associé à du strontium (de 0,015 à 0,025 % en poids), la température du bain étant maintenue entre 660 degré C et 680 degré C, et la tôle revêtue étant directement enroulée sous forme de bobine sans être soumise à aucun traitement thermique après revêtement; le substrat présente une épaisseur comprise entre 0,2 et 2,5 mm, et l'acier le composant comprend de préférence de 0,002 à 0,006 % en poids de carbone, de 0,150 à 0,250 % en poids de manganèse, moins de 0,020 % en poids de silicium, de 0,150 à 0,200 % en poids de titane, moins de 0,020 % en poids de silicium, moins de 0,015 % en poids de phosphore, moins de 0,0055 % en poids d'azote, de 0,020 à 0,070 % en poids d'aluminium, un excès de titane supérieur à 0,075 % en poids et de préférence compris entre 0,100 et 0,150 % en poids, cet excès étant calculé suivant la formule Ti en excès = Ti total - Ti combiné, la teneur de titane combiné étant donnée par la formule : Ti % en poids = (4xC % en poids)...

Description


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  Substrat aluminé, son utilisation et méthode pour le fabriquer. 



  La présente invention a trait à un substrat aluminié, plus particulièrement une tôle en acier, son utilisation dans des applications particulières et une méthode permettant d'obtenir le substrat en question. 



  Le substrat aluminié, objet de la présente invention, est spécifiquement destiné à être mis en présence de fluides, des gaz par exemple, portés à haute température et présentant un potentiel oxydant important. 



  A titre d'exemple non limitatif de l'application dudit substrat aluminié et dans un but de clarté de l'exposé de l'invention, on s'attachera à expliciter le rôle innovateur dudit substrat lors de son utilisation dans la construction des systèmes d'échappement de moteurs à combustion interne tels les pots d'échappement catalytiques des véhicules routiers ou autres. 



  Les constructeurs des systèmes d'échappement précités sont depuis toujours confrontés à des problèmes d'oxydation à haute température et on a assisté à un développement continu de substrats métalliques protégés par des revêtements de plus en plus sophistiqués. 



  C'est ainsi que de simples revêtements galvanisés ou aluminiés réalisés sur des tôles en acier peu allié, on est passé à des tôles en acier fortement allié et revêtues d'alliages Zn-Al, nickel, aluminium ou autres métaux, sous forme isolée ou en alliage, le dit substrat revêtu étant après l'opération de revêtement souvent soumis à des traitements mécaniques (par exemple laminage) et/ou des traitements thermiques (recuit de diffusion par exemple) et ce afin d'obtenir un produit dont la couche extérieure présente une structure apte à résister aux conditions sévères d'utilisation dans les systèmes d'échappement de gaz de combustion. 



  L'évolution desdits revêtements pour systèmes d'échappement a de plus été confrontée au respect de nouvelles normes anti-pollution qui ont d'une part limité les types de métaux utilisés dans les revêtements et d'autre part, en compliquant les formes adoptées par les échappements, ont eu pour 

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 effet d'exiger des caractéristiques de déformation, notamment d'emboutissage, de plus en plus sévères. 



  L'état de la technique antérieure montre que différentes solutions ont été proposées dans le contexte de l'aluminisation de substrats en acier, comme par exemple : - une tôle en acier à haut Si (3% à 15 % en poids), contenant du Ti, trem- pée dans un bain   d'Al-Si-Ti   (JP 59-229.476 NIPPON STEEL CORP) ; - une tôle en acier au Ti, avec excès de Ti compris entre 0,1 et 0,3% en poids, plongée dans un bain d'Al (FR 2.162. 431 INLAND STEEL CO) ; - une tôle en acier à l'Al et au Si, avec éventuellement du Cr ou du Ti, plongée dans un bain d'Al (US 3.881. 881 INLAND STEEL CO) ; - une tôle en acier au Ti et au Mo, avec excès de Ti inférieur à 0,7% en poids, plongée dans un bain d'Al (US 3.881. 882 INLAND STEEL CO) ;

     - un   foil intermétallique Fe-Al obtenu par aluminisation au trempé d'une bande d'acier, laminage à froid et recuit ultérieur (EP 201 910 INLAND
STEEL) ; - un feuillard d'acier allié au Si et Mn, contenant du Ti, revêtu d'alumi- nium par immersion à chaud, (EP 148 957 NISSHIN STEEL CO) ; - une tôle d'acier au Ti est revêtue à chaud d'aluminium et soumise à un traitement thermique de diffusion (EP 149 655 INLAND STEEL CO). 



  Une catégorie plus spécifique dans laquelle se situe l'objet de la présente invention concerne les substrats en acier à très bas C ou même ultra bas C, allié en Ti, avec excès de Ti. 



  Cette approche d'utiliser un substrat en acier avec excès de Ti a été opé-   rée notamment dans les brevets EP 149.655 (INLAND STEEL CO. ) et FR   2.162. 431 (INLAND STEEL CO.). 



  Dans le cadre de la présente invention, le demandeur a constaté qu'un choix judicieux de l'excès de Ti présent dans un acier à ultra bas C allié au Ti qui subit un aluminiage à chaud dans des conditions spécifiques permet d'obtenir un substrat qui présente des aptitudes de mise en forme, notamment par emboutissage profond, particulièrement intéressantes et qui se comporte remarquablement bien lors d'une utilisation ultérieure à haute température. 

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  La présente invention a trait à un substrat en acier à ultra bas carbone allié au titane, avec excès de titane, revêtu à chaud par passage dans un bain d'aluminium contenant éventuellement de 6 à 10 % en poids de silicium, caractérisé en ce que le substrat présente une épaisseur comprise entre 0,2 et 2,5 mm, en ce que l'excès de Ti est supérieur à 0,075% en poids et de préférence compris entre 0,100 et 0,150% en poids, cet excès étant calculé suivant la formule Ti en excès = Ti total-Ti combiné, la teneur totale de titane présent dans l'acier étant connue lors de son élaboration ou mesurée et la teneur de titane combiné étant donnée par la formule : Ti% en poids = (4 x C% en poids) + (3,5 x N% en poids) + (1,5 x S% en poids), les valeurs de carbone, azote, soufre, étant connues lors de l'élaboration de l'acier ou mesurées. 



  Suivant une autre modalité de l'invention, le substrat est caractérisé en ce que l'acier le composant comprend de 0,002 à 0,006% en poids de carbone, de 0,150 à 0,250% en poids de manganèse, moins de 0,020% en poids de silicium, de 0,150 à 0,200% en poids de titane, moins de 0,020% en poids de silicium, moins de 0,015% en poids de phosphore, moins de 0,0055% en poids d'azote, de 0,020 à 0,070% en poids d'aluminium, un excès de titane supérieur à 0,075% en poids. 



  Outre le produit lui-même, la présente invention a trait à un procédé pour l'aluminiage d'un substrat en acier allié au titane, dont la composition répond aux conditions ci-dessus, caractérisé en ce qu'une tôle laminée à froid, subit d'abord un recuit de recristallisation avant de passer dans un bain d'aluminium contenant éventuellement entre 6 et 10% en poids de silicium, silicium éventuellement associé à du strontium (de 0,015 à 0,025% en poids) destiné à globulariser les particules de silicium formées à la solidification du revêtement, la température du bain étant maintenue entre 6600C et 680 C, et la tôle revêtue étant directement enroulée sous forme de bobine sans être soumise à aucun traitement thermique après revêtement. 



  Les essais d'emboutissage profond et de résistance mécanique sur tôles ainsi revêtues et les essais de résistance à l'oxydation à haute température effectués sur des échantillons du substrat, objet de la présente invention, ont montré d'une part que les couches du revêtement résistent 

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 parfaitement à l'écaillage lors d'opérations de mise en forme telles que l'emboutissage profond et d'autre part, qu'elles adhèrent fortement au substrat acier tout en le protégeant contre l'oxydation à chaud par des gaz d'échappement. 



  Les caractéristiques obtenues sont partiellement explicables par la ductilité élevée du revêtement contenant le silicium sous forme globularisée et la qualité exceptionnelle (régularité, porosité faible et fermée, très bonne adhérence) des intermétalliques   Fe-Al-Si   qui se forment à partir du revêtement original dès le début de l'exposition en service à haute température. 



  Le substrat, objet de la présente invention, offre des avantages similaires à des substrats en acier au Ti revêtus de divers métaux fondus et ayant subi des traitements mécaniques et/ou thermiques en vue d'assurer par diffusion la formation des intermétalliques Fe-Al ou autres, ainsi qu'expliqué dans l'état de la technique.

Claims

REVENDICATIONS 1. Substrat en acier à ultra bas carbone allié au titane, avec excès de titane, revêtu à chaud par passage dans un bain d'aluminium contenant éventuellement de 6 à 10 % en poids de silicium, caractérisé en ce que le substrat présente une épaisseur comprise entre 0, 2 et 2, 5 mm, et en ce que l'excès de Ti est supérieur à 0, 075% en poids, cet excès étant calculé uivant la formule Ti en excès = Ti total-Ti combiné.
2. Substrat suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur de titane combiné est donnée par la formule : Ti% en poids = (4 x C% en poids) + (3, 5 x N% en poids) + (1, 5 x S% en poids), les valeurs de carbone, azote, soufre, étant connues lors de l'élaboration de l'acier ou mesurées.
3. Substrat suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'excès de titane est compris entre 0,100 et 0, 150% en poids.
4. Substrat suivant une ou plusieurs des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'acier le composant comprend de 0, 002 à 0,006% en poids de carbone, de 0, 150 à 0, 250% en poids de manganèse, moins de 0, 020% en poids de silicium, de 0, 150 à 0, 200% en poids de titane, moins de 0, 020% en poids de silicium, moins de 0, 015% en poids de phosphore, moins de 0, 0055% en poids d'azote, de 0, 020 à 0,070% en poids d'alumi- nium, itane supérieur à 0, 075% en poids.
5. Procédé pour la fabrication d'un substrat suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une tôle laminée à froid, subit d'abord un recuit de recristallisation avant de passer dans un bain d'aluminium contenant éventuellement entre 6 et 10% en poids de silicium, silicium éventuellement associé à du strontium (de 0, 015 à 0, 025% en poids), la température du bain étant maintenue entre 6600C et 680 C, et la tôle revêtue étant directement enroulée sous forme de bobine sans être soumise à aucun traitement thermique après revêtement.