EP0894149B1 - Procede pour la fabrication d'une bande laminee a chaud en acier a haute resistance - Google Patents
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- C21D8/02—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0221—Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
- C21D8/0226—Hot rolling
Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing a laminated strip with hot in high resistance steel, intended to be used directly, i.e. without that hot rolling is followed by cold rolling.
- these steels are now required to have a breaking load (Rm) greater than 550 MPa, a ratio of the elastic limit (Re) to the breaking load (Rm), ie Re / Rm , less than 0.7 and a high ductility, expressed by an elongation (A) greater than 20%.
- the resilience must also be high, for example at least 150 J / cm 2 at -50 ° C, in order to give the steel a high impact resistance. Good oligocyclic fatigue strength and high weldability are also considered essential characteristics.
- the high levels of resistance desired for these steels can be obtained by adding alloying elements (Mn, Si, Cr, ...), which generate the formation of microstructures multiphases out of balance under certain cooling and winding conditions.
- alloying elements Mn, Si, Cr, (7), which generate the formation of microstructures multiphases out of balance under certain cooling and winding conditions.
- Obtaining these multi-phase steels (ferrite, bainite, martensite, residual austenite, ...) requires the implementation of complex cooling cycles including phases accelerated cooling and stepped quenching. However, these practices may not be compatible with certain applications such as welding.
- the object of the present invention is to propose a method for manufacturing a strip hot rolled for direct use, which greatly improves the mechanical properties mentioned above while ensuring consistency of these properties along the strip thus produced.
- a method for manufacturing a rolled strip with hot in high resistance steel in which a hot rolled steel is rolled carbon, manganese and silicon are, by weight, between 0.04% ... and 0.2%, between 0.5% and 2% and between 0.010% and 0.5% respectively, is characterized in that said steel additionally contains niobium in a content of between 0.01 % and 0.1% by weight, the remainder being iron and usual impurities, in that performs the hot finish rolling of said steel between an initial temperature below 950 ° C and a final temperature above the temperature of transformation of austenite into ferrite (Ar3), with a thickness reduction rate at least 85%, in that said hot-rolled steel is cooled within a period less than 5 s with a cooling rate greater than 20 ° C / s from said final temperature down to a temperature below 200 ° C and in that one coils said hot rolled steel at said temperature below 200 ° C.
- the cooling is carried out in as short a time as possible, preferably less than 1 s.
- the speed of cooling of hot rolled steel is between 30 ° C / s and 1000 ° C / s, this value representing an average cooling rate between the temperature of finish and winding temperature.
- this cooling is carried out continuously and monotonously up to said temperature below 200 ° C, called winding temperature, the most high cooling speed values to increase the limit of elasticity and the breaking load without altering the compromise between strength and ductility.
- said winding temperature is understood between 20 ° C and 150 ° C.
- the different operations mentioned above can correspond to successive stages reported to the facility itself. So the initial rolling temperature of finishing normally designates the temperature of entry into the finishing train, the final temperature designates the outlet temperature of this finishing train, cooling of the band includes the transfer of the band between the exit of the train finisher and entry of the cooling section, transfer to be carried out in as short a time as possible, and the cooling performed on a table proper cooling.
- Table I indicates the chemical composition of the steels used for the manufacture of these strips. Chemical composition of steels (% by weight) No. VS Mn Yes Nb Ti Al 1. HSLA 0.07 0.75 0.011 0.060 0.035 0.025 2. Invention 0.07 1.4 0.01 0.028 0 0.04
- the two bands were manufactured under the conditions indicated in Table II. Strip manufacturing parameters No. Thickness (mm) Inlet temperature (° C) Outlet temperature (° C) Average cooling speed (° C / s) Winding temperature (° C) 1 4.5 1050 910 20 600 2 5.0 950 850 30 150
- This table shows the improvements of different mechanical properties observed on hot strips treated by the two processes.
- These two properties are particularly important for setting using resistance steels.
- the traction curve of the steel of the invention is continuous and without plateau of the elastic limit, which gives to the hot strip of the invention non-aging properties appreciated by the users.
- the improvement of the properties of hot strips is also visible in the layout of the oligocyclic fatigue resistance curve, represented in the diagram Fig. 1.
- a strong improvement in the resistance to oligocyclic fatigue is indeed observed in favor of hot rolled steel according to the invention.
- This improvement is expressed by a relative decrease in resistance to 0.25% (R0.25) a lot less for the steel of the invention (14%) than for the reference steel HSLA (35%), also corresponding to a higher number of cycles (N) for the steel of the invention (45,000) as for HSLA steel (15,000).
- Fig. 2 shows the evolution of Charpy resilience (5 mm test pieces) as a function of the test temperature. Regarding the strength properties, the examination of the Table III and Fig. 2 shows the marked improvement observed in the case of steel laminated according to the process of the invention.
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Description
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 Ceq = [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
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 désirés pour ces aciers peuvent être obtenus par l'addition
d'éléments d'alliage (Mn, Si, Cr, ...), qui engendrent la formation de microstructures
multiphases hors équilibre dans certaines conditions de refroidissement et de bobinage.
L'obtention de ces aciers multiphases (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.
On connaít, par le document FR-A-2 446 323, un procédé pour fabriquer des tôles d'acier
à deux phases, présentant de bonnes propriétés mécaniques. Ce procédé consiste à laminer
l'acier à chaud avec une température de fin de laminage inférieure à Ar3, comprise entre
750°C et 860°C, à le refroidir rapidement à moins de 230°C et à le bobiner à cette
température. L'acier contient 0,03 - 0,13 % C, 0,8 - 1,7 % Mn, moins de 0,1 % Al, et
éventuellement moins de 1 % Si, moins de 0,5 % Cr, moins de 0,2 % Nb, V, Ti et/ou W,
notamment.
On connaít, en outre, du document US-A-4 188 241, un procédé pour fabriquer
des tôles d'acier à 0,05-0,15% C, 0,50-2,00% Mn, moins de 0,70 % Si et sans Nb, V ou
Ti, avec une température de fin de laminage supérieure à Ar3 et une température de
bobinage inférieure à 300°C.
Afin de pallier ces inconvénients, une autre voie de fabrication consiste a 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% ....
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 200°C et en ce que l'on
bobine ledit acier laminé à chaud à ladite température inférieure à 200°C.
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
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 I indique la composition chimique des aciers utilisés pour la fabrication de
ces bandes.
| Composition chimique des aciers (% poids) | ||||||
| N° | C | Mn | Si | Nb | Ti | Al |
| 1. HSLA | 0,07 | 0,75 | 0,011 | 0,060 | 0,035 | 0,025 |
| 2. Invention | 0,07 | 1,4 | 0,01 | 0,028 | 0 | 0,04 |
Les deux bandes ont été fabriquées dans les conditions indiquées dans le Tableau II.
| Paramètres de fabrication des bandes | |||||
| N° | Epaisseur (mm) | Température d'entrée (°C) | Température de sortie (°C) | Vitesse moyenne de refroidissement (°C/s) | Température de bobinage (°C) |
| 1 | 4,5 | 1050 | 910 | 20 | 600 |
| 2 | 5,0 | 950 | 850 | 30 | 150 |
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 III.
| Propriétés mécaniques des bandes | |||||
| N° | Re (MPa) | Rm (MPa) | Re/Rm | Allongement (%) | Cv à - 60°C (J/cm2) |
| 1 | 494 | 570 | 0.87 | 24 | 15 |
| 2 | 400 | 750 | 0.53 | 23 | 170 |
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% (R0,25) 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 III et de la Fig. 2 montre la nette amélioration observée dans le cas de l'acier
laminé suivant le procédé de l'invention.
Claims (5)
- 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, avec une température finale du laminage à chaud de finition supérieure à la température de transformation de l'austénite en ferrite (Ar3), 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 que l'on effectue ledit laminage à chaud de finition avec une température initiale inférieure à 950°C et 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 200°C, et en ce que l'on bobine ledit acier laminé à chaud à ladite température inférieure à 200°C.
- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le refroidissement en une durée inférieure à 1 s.
- 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.
- 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.
- Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite température de bobinage est comprise entre 20°C et 150°C.
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