EP0748877B1 - Procédé de réalisation d'une bande de tôle d'acier laminée à chaud à très haute limite d'élasticité et tôle d'acier obtenue - Google Patents

Procédé de réalisation d'une bande de tôle d'acier laminée à chaud à très haute limite d'élasticité et tôle d'acier obtenue Download PDF

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EP0748877B1
EP0748877B1 EP96401263A EP96401263A EP0748877B1 EP 0748877 B1 EP0748877 B1 EP 0748877B1 EP 96401263 A EP96401263 A EP 96401263A EP 96401263 A EP96401263 A EP 96401263A EP 0748877 B1 EP0748877 B1 EP 0748877B1
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EP
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sheet
steel sheet
niobium
temperature
thickness
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Xavier Bano
Maurice Malta
Stéphane Fiori
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Sollac SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a sheet metal strip. hot rolled steel with very high yield strength, particularly for the shaping of parts and having a brittle / ductile transition to a temperature below -50 ° C.
  • Controlled rolling keeps sheet steel in a low equivalent carbon level and obtain mechanical properties wanted by refining of the ferritic structure grain and coherent precipitation niobium carbonitride, niobium can be combined with titanium or vanadium.
  • a product such as a ULCB steel sheet (bainitic structure low carbon) has a higher yield strength at 700 MPa and a brittle / ductile transition temperature of approximately - 60 ° C.
  • flawless 180 ° bending of the steel sheet is limited to internal bending diameters greater than 2.5 times the thickness of the sheet in the rolling direction and greater than 3 times the thickness of the sheet in the cross direction of rolling.
  • a product such as a micro-alloy steel sheet has a yield strength greater than 700 MPa and can be bent 180 ° without generating a defect for a bending diameter less than twice the thickness of the sheet but this steel has the disadvantage of having a temperature of ductile / brittle transition between -20 ° C and -40 ° C.
  • the object of the invention is to present a method for producing a strip of hot-rolled steel sheet with very high yield strength especially for the shaping of parts and presenting a possibility faultless 180 ° bending under a bending diameter of less than twice sheet thickness and brittle / ductile transition at a lower temperature at -50 ° C.
  • the invention also relates to a steel sheet as defined in claim 4.
  • Figure 1 is a curve showing schematic, according to the method of the invention, the variation of temperature as a function of time, imposed on the strip of hot-rolled sheet steel.
  • Figure 2 shows transition curves brittle / ductile for a 5 mm thick steel sheet, brittle / ductile transition measured in the direction long and crosswise of the rolled sheet strip hot.
  • the basic composition provides a ferrite microstructure and hardened granular bainite by precipitation of niobium-titanium microalloy elements.
  • the rolling process according to the invention aims to obtain a good recrystallization of the austenitic grains at the exit of the rolling mill stands thus allowing obtaining an equiaxed structure.
  • Steel structure of sheet metal strip allows high elongations greater than 15 % up to 20% and bending at 180 ° without defect with smaller inside bending diameters twice the thickness of the sheet.
  • the temperature at the end of rolling is greater than 850 ° C, and preferably 900 ° C in order to limit the precipitation of micro-alloying elements induced by hot rolling and secondly, to make the most of their effect hardening during controlled cooling.
  • Controlled cooling is imposed on the belt hot-rolled sheet after a time interval less than 10 seconds between the end of hot rolling and the start of controlled cooling.
  • the time interval is of the order of 1.5 seconds, this which ensures a very fine grain size and a limit high elasticity.
  • the controlled cooling rates are chosen between 20 ° C per second and 100 ° C per second in depending on the thickness of the sheet strip to be treated.
  • the controlled cooling rate is, on average 40 ° C per second for a strip of sheet metal about 5 mm thick. Under these conditions, there are hardening precipitation of microalloy elements, which provides an upper yield strength at 700 MPa, or 740 MPa.
  • End of controlled cooling temperature is between 550 ° C and 750 ° C and preferably 650 ° C, which ensures hardening precipitation of microalloy elements.
  • Figure 1 is a diagrammatic curve, according to the process of the invention, the temperature variation in time function imposed on the sheet steel strip after hot rolling. After rolling to a temperature greater than 850 ° C represented by the portion of curve "a”, a period of less than 10 seconds, represented by the portion of curve "b", is requested before controlled cooling of the rolled sheet strip hot which is represented by the portion of curve "c".
  • Figure 2 shows two transition curves A and B brittle / ductile, i.e. curves giving the breaking energy of a test piece taken from a sheet metal as a function of temperature.
  • Curves A and B relate to a steel sheet 5 mm thick and the brittle / ductile transition is measured respectively in the long direction and in the cross direction of the sheet hot rolled.
  • the sheet steel strip according to the invention does not have a brittle / ductile transition in the temperature range between + 20 ° C and -80 ° C. All the ruptures are therefore ductile up to -80 ° C.
  • the brittle / ductile transition temperature is therefore less than -80 ° C.
  • the method according to the invention allows the realization thick hot-rolled steel sheet between 2.5 and 10 mm, sheet of which the steel has an elastic limit greater than 700 MPa.
  • Prison steel can be subjected to a 180 ° bend without defects, the inside diameter of the folding can be less than twice the thickness of the sheet.
  • Titanium participates in precipitation hardening in the form of TiC.
  • Molybdenum allows after precipitation microalloy elements in the form of carbide, limit carbon diffusion at high temperatures thus ensuring obtaining fine precipitates in the ferritic matrix and lowering the temperature of fragile / ductile transition at a temperature always located below -50 ° C in the case of a steel according to the composition defining the invention.
  • the hot-rolled sheet strip according to the invention can be used for parts manufacturing folded profiled or stamped with reduced thickness for their lightening and / or pieces having better mechanical characteristics in fatigue.
  • the low temperature of brittle / ductile transition offers the possibility operation of pieces of equipment, entering through example in the construction of cranes, in a field of very low temperature without risk of fragile breakage.

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Description

L'invention concerne un procédé de réalisation d'une bande de tôle d'acier laminée à chaud à très haute limite d'élasticité utilisable notamment pour la mise en forme de pièces et présentant une transition fragile/ductile à une température inférieure à -50°C.
Dans le domaine de la réalisation de tôle d'acier laminées à chaud en acier dont les caractéristiques sont obtenues par un laminage contrôlé, on connaít des produits dans une gamme d'aciers à limite d'élasticité élevée, c'est-à-dire comprise entre 315 MPa et 700 MPa.
Le laminage contrôlé permet de maintenir dans l'acier de la tôle un faible niveau de carbone équivalent et d'obtenir des propriétés mécaniques voulues par affinage du grain de structure ferritique et précipitation cohérente de carbonitrure de niobium, le niobium pouvant être associé avec du titane ou du vanadium.
Par exemple, un produit tel qu'une tôle en acier ULCB (structure bainitique à bas carbone) présente une limite d'élasticité pouvant être supérieure à 700 MPa et une température de transition fragile/ductile d'environ - 60°C. Cependant, le pliage à 180° sans défaut de la tôle d'acier est limité à des diamètres intérieurs de pliage supérieurs à 2,5 fois l'épaisseur de la tôle dans le sens de laminage et supérieur à 3 fois l'épaisseur de la tôle dans le sens travers de laminage.
Dans un autre exemple, un produit tel qu'une tôle en acier micro-allié présente une limite d'élasticité supérieure à 700 MPa et peut être plié à 180° sans générer de défaut pour un diamètre de pliage inférieur à deux fois l'épaisseur de la tôle mais cet acier présente l'inconvénient d'avoir une température de transition ductile/fragile comprise entre -20°C et -40°C.
On connaít par les US-A-3,976,514 et FR-A-2.133.952 des aciers à haute résistance et ayant une bonne résilience en particulier à basse température. Pour obtenir ces propriétés, les compositions des aciers doivent renfermer des éléments d'addition tels que des terres rares ou simultanément du zirconium, du titane et du niobium. Ces additions peuvent être coûteuses et nécessiter des conditions d'élaboration particulières.
L'invention a pour but de présenter un procédé de réalisation d'une bande de tôle d'acier laminée à chaud à très haute limite d'élasticité utilisable notamment pour la mise en forme de pièces et présentant une possibilité de pliage à 180° sans défaut sous un diamètre de pliage inférieur à deux fois l'épaisseur de la tôle et une transition fragile/ductile à une température inférieure à -50°C.
L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une bande de tôle d'acier laminée à chaud d'épaisseur comprise entre 2,5 mm et 10 mm, dont la limite d'élasticité est supérieure à 700 MPa et qui peut être pliée à 180° sans défaut sous un diamètre intérieur de pliage inférieur à deux fois l'épaisseur de la tôle, utilisable notamment pour la mise en forme de pièces et présentant une transition fragile/ductile à une température inférieure à -50°C, caractérisé en ce que l'acier de composition pondérale suivante :
  • carbone ≤ 0,1%,
  • 1 % ≤ manganèse ≤ 1,5 %
  • silicium ≤ 0,3 %
  • phosphore ≤ 0,03 %,
  • soufre ≤ 0,01 %,
  • 0,01 % ≤ aluminium ≤ 0,1 %,
  • 0,04 % ≤ niobium ≤ 0,06 %,
  • 0,1 % ≤ titane ≤ 0,15%,
  • 0,1 %≤ molybdène ≤ 0,2 %,
le reste, à l'exception des impuretés inhérentes à la fabrication, étant constitué par du fer,
est, après laminage à chaud, soumis à un refroidissement contrôlé à une vitesse de refroidissement comprise entre 20°C par seconde et 100°C par seconde jusqu'à une température de fin de refroidissement comprise entre 550°C et 750°C, de façon à obtenir une microstructure de ferrite et bainite granulaire durcie par la précipitation des éléments de micro-alliage niobium-titane.
D'autres caractéristiques de l'invention sont les suivantes :
  • la température de fin de laminage à chaud est de préférence supérieure à 850°C ou même 900°C ;
  • le temps séparant la fin du laminage à chaud et le début du refroidissement contrôlé est de préférence inférieur à 10 secondes et par exemple de l'ordre de 1,5 seconde.
L'invention concerne également une tôle d'acier telle que définie dans la revendication 4.
Selon l'invention, l'acier de la tôle a la composition pondérale suivante :
  • carbone ≤ 0,1 %,
  • 1 % ≤ manganèse ≤ 1,5 %,
  • silicium ≤ 0,3 %,
  • phosphore ≤ 0,03 %,
  • soufre ≤ 0,01 %,
  • 0,01 % ≤ aluminium ≤ 0,1 %,
  • 0,04 % ≤ niobium ≤ 0,06 %,
  • 0,1 % ≤ titane ≤ 0,15 %,
  • 0,1 % ≤ molybdène ≤ 0,2 %.
Après laminage à chaud, la tôle est soumise à un refroidissement contrôlé depuis une température de préférence supérieure à 850°C ou même 900°C à une vitesse de refroidissement comprise entre 20°C par seconde et 100°C par seconde jusqu'à une température de fin de refroidissement comprise entre 550°C et 750°C, le temps séparant la fin du laminage à chaud et le début du refroidissement étant de préférence inférieur à 10 secondes.
La description qui suit et les figures annexées, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre l'invention.
La figure 1 est une courbe montrant de manière schématique, selon le procédé de l'invention, la variation de température en fonction du temps, imposée à la bande de tôle d'acier laminée à chaud.
La figure 2 présente des courbes de transition fragile/ductile pour une tôle d'acier de 5 mm d'épaisseur, transition fragile/ductile mesurée dans le sens long et dans le sens travers de la bande de tôle laminée à chaud.
Le procédé selon l'invention concerne la réalisation d'une bande de tôle d'acier laminée à chaud à très haute limite d'élasticité utilisable notamment pour la mise en forme de pièces et présentant une transition fragile/ductile à basse température. Dans un exemple d'application selon l'invention, l'acier de base a la composition pondérale suivante :
  • 0,06 % ≤ carbone ≤ 0,08 %,
  • 1,4 % ≤ manganèse ≤ 1,5 %,
  • 0,2 % ≤ silicium ≤ 0.26 %,
  • phosphore ≤ 0,02 %,
  • soufre ≤ 0,005 %,
  • 0,02 % ≤ aluminium ≤ 0,06 %,
  • 0,055 % ≤ niobium ≤ 0,06 %,
  • 0,110 % ≤ titane ≤ 0,14 %,
  • 0,130 % ≤ molybdène ≤ 0,170 %.
La composition de base permet d'obtenir une microstructure de ferrite et bainite granulaire durcie par la précipitation des éléments de microalliage niobium-titane.
Le procédé de laminage selon l'invention vise à obtenir une bonne recristallisation des grains austénitiques en sortie des cages du laminoir permettant ainsi l'obtention d'une structure équiaxe.
La structure de l'acier de la bande de tôle permet d'obtenir des allongements élevés supérieurs à 15 % pouvant atteindre 20 % et des pliages à 180° sans défaut avec des diamètres intérieurs de pliage inférieurs à deux fois l'épaisseur de la tôle.
Dans le procédé, la température de la fin de laminage est supérieure à 850°C, et de préférence de 900°C afin d'une part, de limiter la précipitation des éléments de microalliage induite par le laminage à chaud et d'autre part, de profiter au maximum de leur effet durcissant au cours du refroidissement contrôlé.
Le refroidissement contrôlé est imposé à la bande de tôle laminée à chaud après un intervalle de temps inférieur à 10 secondes entre la fin du laminage à chaud et le début du refroidissement contrôlé. De préférence, l'intervalle de temps est de l'ordre de 1,5 seconde, ce qui assure une taille de grains très fine et une limite d'élasticité élevée.
Les vitesses de refroidissement contrôlées sont choisies entre 20°C par seconde et 100°C par seconde en fonction de l'épaisseur de la bande de tôle à traiter. Par exemple, la vitesse de refroidissement contrôlée est, en moyenne, de 40°C par seconde pour une bande de tôle d'environ 5 mm d'épaisseur. Dans ces conditions, il y a précipitation durcissante des éléments de microalliage, ce qui permet d'obtenir une limite d'élasticité supérieure à 700 MPa, soit 740 MPa.
La température de fin de refroidissement contrôlé est comprise entre 550°C et 750°C et de préférence de 650°C, ce qui assure une précipitation durcissante des éléments de microalliage.
La figure 1 est une courbe schématisant, selon le procédé de l'invention, la variation de température en fonction du temps, imposée à la bande de tôle d'acier après laminage à chaud. Après un laminage à une température supérieure à 850°C représenté par la portion de courbe "a", une période de moins de 10 secondes, représentée par la portion de courbe "b", est demandée avant le refroidissement contrôlé de la bande de tôle laminée à chaud qui est représenté par la portion de courbe "c".
Lorsque la bande de tôle atteint la température de fin de refroidissement de 550 à 750°C, elle est bobinée comme schématisé en "d" sur la figure.
La figure 2 présente deux courbes A et B de transition fragile/ductile, c'est-à-dire des courbes donnant l'énergie de rupture d'une éprouvette prélevée dans une tôle en fonction de la température. Les courbes A et B sont relatives à une tôle d'acier de 5 mm d'épaisseur et la transition fragile/ductile est mesurée respectivement dans le sens long et dans le sens travers de la tôle laminée à chaud. La bande de tôle d'acier selon l'invention ne présente pas de transition fragile/ductile dans le domaine de température compris entre +20°C et -80°C. Toutes les ruptures sont donc ductiles jusqu'à -80°C.
La température de transition fragile/ductile est donc inférieure à -80°C.
Le procédé selon l'invention permet la réalisation d'une tôle d'acier laminée à chaud d'épaisseur comprise entre 2,5 et 10 mm, tôle dont l'acier possède une limite d'élasticité supérieure à 700 MPa. La tôle d'acier peut être soumise à un pliage à 180° sans défaut, le diamètre intérieur du pliage pouvant être inférieur à deux fois l'épaisseur de la tôle.
La faible teneur en carbone équivalent de 0,4 % et la faible teneur en manganèse confèrent à l'acier une excellente soudabilité.
Le titane participe au durcissement par précipitation sous la forme de TiC.
Le molybdène permet après précipitation des éléments de microalliage sous forme de carbure, de limiter la diffusion de carbone à haute température assurant ainsi l'obtention de précipités fins dans la matrice ferritique et l'abaissement de la température de transition fragile/ductile à une température toujours située en dessous de -50°C dans le cas d'un acier selon la composition définissant l'invention.
La bande de tôle laminée à chaud selon l'invention peut être utilisée pour la fabrication de pièces pliées profilées ou embouties d'épaisseur réduite pour leur allégement et/ou de pièces ayant de meilleures caractéristiques mécaniques en fatigue. La faible température de transition fragile/ductile offre la possibilité d'un fonctionnement de pièces d'équipement, entrant par exemple dans la construction de grues, dans un domaine de température très bas sans risque de rupture fragile.

Claims (4)

  1. Procédé de réalisation d'une bande de tôle d'acier laminée à chaud d'épaisseur comprise entre 2,5 mm et 10 mm, dont la limite d'élasticité est supérieure à 700 MPa et qui peut être pliée à 180° sans défaut sous un diamètre intérieur de pliage inférieur à deux fois l'épaisseur de la tôle, utilisable notamment pour la mise en forme de pièces et présentant une transition fragile/ductile à une température inférieure à -50°C, caractérisé en ce que l'acier de composition pondérale suivante :
    carbone ≤ 0,1%,
    1 % ≤ manganèse ≤ 1,5 %
    silicium ≤ 0,3 %
    phosphore ≤ 0,03 %,
    soufre ≤ 0,01 %,
    0,01 % ≤ aluminium ≤ 0,1 %,
    0,04 % ≤ niobium ≤ 0,06 %,
    0,1 % ≤ titane ≤ 0,15%,
    0,1 %≤ molybdène ≤ 0,2 %,
    le reste, à l'exception des impuretés inhérentes à la fabrication, étant constitué par du fer,
    est, après laminage à chaud, soumis à un refroidissement contrôlé à une vitesse de refroidissement comprise entre 20°C par seconde et 100°C par seconde jusqu'à une température de fin de refroidissement comprise entre 550°C et 750°C, de façon à obtenir une microstructure de ferrite et bainite granulaire durcie par la précipitation des éléments de micro-alliage niobium-titane.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de fin de laminage à chaud est supérieure à 850°C.
  3. Procédé selon les revendications 1 e 2, caractérisé en ce que le temps séparant la fin du laminage à chaud et le début du refroidissement contrôlé est inférieur à 10 secondes.
  4. Tôle d'acier laminée à chaud d'une épaisseur comprise entre 2,5 mm et 10 mm ayant une limite d'élasticité supérieure à 700 MPa et qui peut être pliée à 180° sans défaut sous un diamètre intérieur de pliage inférieur à deux fois l'épaisseur de la tôle, utilisable notamment pour la mise en forme de pièces et présentant une transition fragile/ductile à une température inférieure à -50°C, tôle obtenue par le procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la composition pondérale suivante :
    carbone ≤ 0,1%,
    1 % ≤ manganèse ≤ 1,5 %
    silicium ≤ 0,3 %
    phosphore ≤ 0,03 %,
    soufre ≤ 0,01 %,
    0,01 % ≤ aluminium ≤ 0,1 %,
    0,04 % ≤ niobium ≤ 0,06 %,
    0,1 % ≤ titane ≤ 0,15%,
    0,1 %≤ molybdène ≤ 0,2 %,
    le reste, à l'exception des impuretés inhérentes à la fabrication, étant constitué par du fer, et comportant une microstructure de ferrite et bainite granulaire durcie par la précipitation des éléments de micro-alliage niobium-titane.
EP96401263A 1995-06-15 1996-06-11 Procédé de réalisation d'une bande de tôle d'acier laminée à chaud à très haute limite d'élasticité et tôle d'acier obtenue Expired - Lifetime EP0748877B1 (fr)

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