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Procédé d'obtention d'un acier extra-doux effervescent non vieillissant.
La présente invention est relative à un procédé pour obtenir un acier extra-doux effervescent non vieillis- sant, à caractéristiques améliorées, et convenant pour em- boutissage extra-profond.
L'emploi d'acier extra-doux (pour lequel la teneur en carbone est comprise entre 0,05 et 0,15 %, la résistance
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à la rupture comprise entre 32 et 38 kg/cm2,et l'allongement @ compris entre 34 et 38 %), est bien connu dans les applications ! où l'on fait subir au métal des déformations importantes, tel- les que par exemple les déformations résultant d'une opération d'emboutissage.
Dans cette catégorie d'acier, on convient ha- bituellement d'attribuer la qualification de "pour emboutissage extra-profond" aux aciers dont les caractéristiques mécaniques sont les suivantes ;
Dureté Rockwell B # 50
Essais Erichsen (pr 1 mm d'épaisseur) % 11,1
Limite élastique inférieure Rei = 17 à 22 kg/mm2
Résistance à la rupture Rr # 35 kg/mm2 Rei/Rr < 0,65 Allongement 36 % obtenu sur 50 mm (éprouvette ASTM)
Ces caractéristiques ne sont pas en général obtenues de 'façon permanente dans les aciers extra-doux effervescents, notamment lorsqu'ils se présentent sous forme de tôle mince.
Il s'y produit en effet après le recuit,(par exemple recuit classique en bobines serrées à 700 C pendant 25 heures) et le skin-pass, un phénomène de vieillissement qui détériore cer- taines caractéristiques de l'acier au cours du temps, et les fait sortir hors du cadre ci-dessus donné, convenant pour les aciers destinés à l'emboutissage extra-profond.
C'est ainsi par exemple que pour un acier effervescent extra-doux, soumis à un recuit classique (690 à 700 C pendant 25 heures), on a observé les caractéristiques suivantes, trois jours après skin-pass.
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Dureté Rockwell B:45
Erichsen : 11,5
Rei : 19 kg/mm2
Rr : 32 kg/mm2
Rei/Rr : 0,6
Palier : 0,5 % (en % de la longueur initiale)
Allongement : 40 %
Il semblerait donc à première vue que cet acier puis- se convenir pour un emboutissage extra-profond. Toutefois après vieillissement artificiel, ces caractéristiques sont devenues :
Dureté Rockwell B :47
Erichsen : 11,5
Rei : 24 kg/mm2 Rr . 32 kg/mm2 Rei/Rr 0,75
Palier (en %) 4
Allongement : 36 %
Les deux tableaux ci-dessus montrent bien qu'au cours du temps, les qualités de cet acier s'altèrent et lui fond per- dre les propriétés désirées.
On a déjà essayé divers procédés pour remédier à c@t inconvénient, mais ces tentatives ne semblent pas jusqu'à pré- sent, avoir donné les résultats escomptés.
On a notamment envisagé de soumettre des tôles en acier ci-dessus mentionné, à un traitement de soaking décarbu- rant-dénitrurant dans une atmosphère contenant de l'hydrogène, de l'azote et de la vapeur d'eau (par exemple 15 heures à 700 C
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dans une atmosphère contenant 75 % d'hydrogène, 25 % d'azote et une quantité de vapeur d'eau représentant 30 % de la quanti- té totale d'azote et d'hydrogène. A cause de la décarburation et de la dénitruration subie au cours du traitement ci-dessus, cet acier est pratiquement non vieillissant.
Après vieillisse- ment artificiel, ces tôles ont en fait présenté les caractéris- tiques suivantes :
Dureté Rockwell B : 36
Erichsen : 11,3
Rei : 15 kg/mm2
Rr : 30 kg/mm2 Rei/Rr : 0,5
Palier ; 0
Allongement : 38 %
Toutefois un tel acier ne peut plus rentrer dans la catégorie des aciers extra-doux pour emboutissage extra-profond, à cause des valeurs très basses pour la dureté, trop basses pour Rei, et de la très faible valeur du rapport Rei/Rr.
La présente invention a précisément pour objet un procédé permettant d'obtenir un acier extr-doux effervescent non vieillissant présentant les caractéristiques désirées pour rentrer dans la catégorie des aciers pour emboutissage extra- profond.
Le procédé objet de la présente invention, est es- sentiellement caractérisé en ce qu'on ajoute en four, en lîngo- tière et de préférence en poche, à un acier extra-doux, une quantité de Niobium ou de Tantale, ou un mélange de des deux, comprise entre 0,005 % et 0,15 %, en ce qu'on coule le dit acier
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en lingotière en laissant le phénomène d'effervescence se pro- duire, et en ce qu'après le laminage de l'acier sous forme de tôle mince, on soumet le dit acier à une opération de recuit décarburant-dénitrurant sous une atmosphère comprenant de l'hydrogène et de la vapeur d'eau, et éventuellement de l'azote, la température du recuit ainsi que sa durée étant par ailleurs connues en soi.
Dans le texte ci-dessus, le mot "mélange" est pris dans son sens le plus large et couvre toutes les associations physiques et/ou chimiques possibles entre le Niobium et le Tantale.
A titre d'exemple, une telle tôle soumise au traite- ment suivant l'invention, présente après vieillissement artifi- ciel des caractéristiques pratiquement inchangées par rapport à ce qu'elles étaient avant vieillissement.
Dureté Rockwell B : 43Erichsen : 11,5 Rei : 20 kg/mm2
Rr 32 kg/mm2 Rei/Rr : 0,62
Palier : 0
Allongement : 38 %
On a donc constaté que la présence du Niobium et/ou du Tantale dans l'acier extra-doux effervescent ayant subi un recuit de décarburation et de dénitruration commun a relevé sensiblement les caractéristiques mécaniques trop basses citées précédemment pour l'acier décarburé et dénitruré, en les rame-
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nant au niveau d'un bon acier pour emboutissage extra-profond.
Cet acier a d'autre part gardé ses propriétés de non-vieillis- sement dues au traitement de décarbu ration et de dénitrura- tion connu.
Ce résultat était d'autant plus inattendu que l'ef- fet habituel du vieillissement opéré sur un acier extra-doux effervescent est précisément de fai.re apparaître un palier d'étirement incompatible avec de bonnes qualités d'emboutis- sage. Le procédé de la demande permet ainsi d'obtenir un acier extra-doux effervescent pour emboutissage extra-profond, dont les caractéristiques mécaniques sont comparables à celles d'un acier extra-doux calmé non vieillissant.
Il semble que ce comportement pourrait s'expliquer par le fait qu'il reste encore dans la matrice ferritique, des précipités de carbures, nitrares ou carbo-nitrures de Niobium et/ou de Tantale, dont la présence favorise d'une part l'obten- tion d'un grain fin, et d'autre part des propriétés mécaniques adéquates aux applications citées ci-dessus. Dans ces condi- tions, la matrice ferriti.que a une teneur en éléments d'inser- tion, carbone et azote suffisamment faible pour que l'acier soit non susceptible de vieillissement âpres déformation.
Les résultats économiquement les plus intéressants, ont été obtenus avec des ajoutes comprises entre 0,01 % et 0,05 % de Niobium et/ou de Tantale.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Process for obtaining a non-aging effervescent extra-soft steel.
The present invention relates to a process for obtaining a non-aging, effervescent extra-soft steel, with improved characteristics, and suitable for extra-deep stamping.
The use of extra-mild steel (for which the carbon content is between 0.05 and 0.15%, the resistance
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at break between 32 and 38 kg / cm2, and the elongation @ between 34 and 38%), is well known in applications! where the metal is subjected to significant deformations, such as for example deformations resulting from a stamping operation.
In this category of steel, it is usually agreed to attribute the qualification of "for extra-deep drawing" to steels having the following mechanical characteristics;
Rockwell hardness B # 50
Erichsen tests (pr 1 mm thick)% 11.1
Lower elastic limit Rei = 17 to 22 kg / mm2
Tensile strength Rr # 35 kg / mm2 Rei / Rr <0.65 Elongation 36% obtained on 50 mm (ASTM specimen)
These characteristics are generally not obtained permanently in effervescent extra-mild steels, especially when they are in the form of thin sheet.
In fact, after annealing (for example conventional annealing in coils tightened at 700 C for 25 hours) and skin-pass, an aging phenomenon occurs there which deteriorates certain characteristics of the steel over time. , and takes them out of the frame given above, suitable for steels intended for extra deep drawing.
Thus, for example, for an extra-soft effervescent steel, subjected to conventional annealing (690 to 700 ° C. for 25 hours), the following characteristics were observed, three days after skin-pass.
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Rockwell hardness B: 45
Erichsen: 11.5
Rei: 19 kg / mm2
Rr: 32 kg / mm2
Rei / Rr: 0.6
Step: 0.5% (in% of the initial length)
Elongation: 40%
It would therefore seem at first glance that this steel may be suitable for extra-deep drawing. However, after artificial aging, these characteristics have become:
Rockwell hardness B: 47
Erichsen: 11.5
Rei: 24 kg / mm2 Rr. 32 kg / mm2 Rei / Rr 0.75
Level (in%) 4
Elongation: 36%
The two tables above clearly show that over time, the qualities of this steel deteriorate and melt it loses the desired properties.
Various methods have already been tried to remedy this drawback, but these attempts do not so far appear to have given the desired results.
In particular, it has been envisaged to subject the steel sheets mentioned above to a decarbonizing-denitriding soaking treatment in an atmosphere containing hydrogen, nitrogen and water vapor (for example 15 hours at 700 C
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in an atmosphere containing 75% hydrogen, 25% nitrogen and an amount of water vapor representing 30% of the total amount of nitrogen and hydrogen. Due to the decarburization and denitriding undergone during the above processing, this steel is virtually non-aging.
After artificial aging, these sheets in fact presented the following characteristics:
Rockwell hardness B: 36
Erichsen: 11.3
Rei: 15 kg / mm2
Rr: 30 kg / mm2 Rei / Rr: 0.5
Bearing; 0
Elongation: 38%
However, such a steel can no longer fall into the category of extra-soft steels for extra-deep drawing, because of the very low values for hardness, too low for Rei, and the very low value of the Rei / Rr ratio.
The present invention specifically relates to a process making it possible to obtain a non-aging, effervescent extr-soft steel having the characteristics desired to come within the category of steels for extra-deep drawing.
The process which is the subject of the present invention is essentially characterized in that one adds in an oven, in a batch and preferably in a ladle, to an extra-mild steel, a quantity of Niobium or Tantalum, or a mixture. of both, between 0.005% and 0.15%, in that said steel is cast
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in an ingot mold, allowing the phenomenon of effervescence to occur, and in that after the rolling of the steel in the form of a thin sheet, the said steel is subjected to a decarburizing-denitriding annealing operation under an atmosphere comprising hydrogen and water vapor, and optionally nitrogen, the annealing temperature as well as its duration being moreover known per se.
In the text above, the word "mixture" is taken in its broadest sense and covers all the possible physical and / or chemical associations between Niobium and Tantalum.
By way of example, such a sheet subjected to the treatment according to the invention, exhibits, after artificial aging, characteristics which are practically unchanged from what they were before aging.
Rockwell hardness B: 43 Erichsen: 11.5 Rei: 20 kg / mm2
Rr 32 kg / mm2 Rei / Rr: 0.62
Tier: 0
Elongation: 38%
It has therefore been observed that the presence of Niobium and / or Tantalum in the extra-soft effervescent steel which has undergone a decarburization and common denitriding annealing has significantly raised the too low mechanical characteristics mentioned above for the decarburized and denitrided steel, by row-
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at the level of a good steel for extra-deep drawing.
This steel has also retained its non-aging properties due to the known decarburization and denitriding treatment.
This result was all the more unexpected since the usual effect of aging carried out on an effervescent extra-mild steel is precisely to cause a stretching level to appear incompatible with good stamping qualities. The process of the application thus makes it possible to obtain an effervescent extra-soft steel for extra-deep drawing, the mechanical characteristics of which are comparable to those of a calmed non-aging extra-mild steel.
It seems that this behavior could be explained by the fact that there still remain in the ferritic matrix, precipitates of carbides, nitrares or carbo-nitrides of Niobium and / or Tantalum, the presence of which promotes on the one hand the obtaining a fine grain, and secondly mechanical properties suitable for the applications mentioned above. Under these conditions, the ferritic matrix has a sufficiently low content of insertions, carbon and nitrogen so that the steel is not susceptible to severe deformation aging.
The economically most interesting results were obtained with additions of between 0.01% and 0.05% of Niobium and / or Tantalum.
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