EP0902098A1 - Procédé pour la fabrication d'une tÔle d'acier galvanisé allié sans phases en surface - Google Patents

Procédé pour la fabrication d'une tÔle d'acier galvanisé allié sans phases en surface Download PDF

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EP0902098A1
EP0902098A1 EP98402165A EP98402165A EP0902098A1 EP 0902098 A1 EP0902098 A1 EP 0902098A1 EP 98402165 A EP98402165 A EP 98402165A EP 98402165 A EP98402165 A EP 98402165A EP 0902098 A1 EP0902098 A1 EP 0902098A1
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EP
European Patent Office
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treatment
phase
maximum temperature
galvanized
less
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EP98402165A
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EP0902098B1 (fr
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Jean-Michel Prat
Thierry Moreau
Thérèse Six
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Sollac SA
Original Assignee
Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/28—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in one step

Definitions

  • the invention relates to a sheet of galvanized alloy steel resistant to both dusting and chipping.
  • the invention relates to methods of manufacturing this steel sheet.
  • galvanized alloy in which, after quenching a sheet of steel in a galvanizing, heat treatment of the galvanized steel sheet to achieve a zinc-iron alloy between the galvanizing layer based on zinc and its iron-based substrate.
  • the invention relates more particularly to heat treatment of alliance.
  • the structure of the alloyed galvanized coating obtained by this type of process is generally laminated into several superimposed layers of phases different iron-zinc alloy, richer in zinc near the surface, more rich in iron near the substrate-coating interface.
  • the resulting alloyed galvanized coating considered in all of its thickness, generally has an average iron content of between 8 and 14%.
  • Powdering and flaking are mechanical degradations of the coating which is generally observed under the effect of stresses applied to the sheet in sheet metal stamping operations.
  • Powdering occurs by cracking in the very thickness of the coating, in particular under the effect of compression stresses in the blank holder area of the stamping machine.
  • phase ⁇ The disadvantages of the presence of phase ⁇ are greater on the grades of low carbon steel known as “ULC” (Ultra Low Carbon in English language) ; indeed, on these grades, galvanized coatings or galvanized alloys indeed exhibit a less good adhesion, which increases the risk of chipping at this interface under the effect of shear transmitted by the surface ⁇ phase.
  • ULC Ultra Low Carbon in English language
  • a low carbon steel grade is called either a steel containing less than 5.10 -3 % by weight of carbon, or a steel having a higher carbon content but a large part of which is trapped by additives such as titanium. and / or niobium.
  • the object of the invention is to provide an alloyed galvanized steel sheet. having both good dusting and flaking resistance, particularly without phase ⁇ on the surface and with hard and brittle phases, in particular ⁇ , of minimized thickness.
  • Galvanizing baths generally contain aluminum for control the alloying of the coating within the bath itself; so it is quite classic to find aluminum ( ⁇ 0.5%) in the galvanized layer ally; the aluminum content in the layer is conventionally of the order of 0.2%.
  • the object of the invention is to provide an alloyed galvanized steel sheet. having both good dust and chipping resistance.
  • the invention also aims to limit the formation of background mattes during the galvanizing stage.
  • the continuous production facility for alloyed galvanized sheet according to the invention conventionally comprises a device for galvanizing by soaked in a bath of molten metal and, online, a treatment device thermal alloy.
  • the alloying device therefore comprises strip running means having, in the running direction, a rising strand, a support and tape guide roller at the top of the installation (in English: "top roll”), and a downward strand.
  • the rising strand is positioned directly above the galvanizing bath and strip wiping means, which are part of the galvanizing device.
  • the heat treatment means include for example temperature rise means and a holding oven.
  • Heat treatment means and cooling means are known in themselves and are not described here in detail.
  • the alloying is carried out during a single stage of heat treatment, unlike the processes described in documents JP 02 194157 A and JP 07 034213 A from SUMITOMO, JP 08 165 550, JP 05 320 853 A and JP 61 223 174 A from NIPPON STEEL.
  • the process according to the invention is specially adapted for the preparation of galvanized alloyed layers on steel sheets known as "without interstitial” (in English language “Intersticial Free” or “IF”) and stampable; we hear by stampable IF steel of the grades “IF”, or “IF (Ti, Nb)", “IF (Ti, B)", or “IF (Ti)", ie "IF” steels without other elements of addition (such as Ti and / or Nb, B) than those intended to trap carbon and / or nitrogen.
  • the bath therefore essentially contains zinc, aluminum to control the alloy in the bath, iron resulting from the dissolution of the strip and inevitable residual impurities; this bath can also contain flowering agents, such as lead, antimony or bismuth; the aluminum content by weight in the bath is between 0.10 and 0.135%; the proportions of nickel and chromium from impurities are much less than 0.02% and 0.1% by weight, respectively.
  • the alloying heat treatment means At the outlet of the galvanizing device and after spinning, using the alloying heat treatment means, then continuously heating the tape up to a maximum temperature greater than or equal to 490 ° C, while maintaining suitable temperature and treatment time conditions on the one hand to obtain a complete alloy ( ⁇ without phase ⁇ ) of the coating of galvanizing with strip steel on the other hand so that the content average iron in the alloy coating obtained does not exceed 6 g / m2.
  • the maximum temperature reached by the strip during this treatment is understood between 490 ° C and 510 ° C, if possible between 495 ° C and 505 ° C.
  • the strip is then cooled. sheet metal at a temperature low enough that the coating is not deteriorated when the tape passes over the tape support roller Summit ; this temperature is generally less than or equal to 300 ° C.
  • a strip is then obtained in a single heat treatment step.
  • galvanized alloy steel very resistant to both chipping and dusting.
  • This steel strip resists chipping because the proportion of phase ⁇ in surface is below the detectable threshold; the goal of low proportion of phase ⁇ is reached according to the invention whatever the duration of the treatment because the maximum treatment temperature is greater than or equal to 490 ° C, as illustrated in example 1 below.
  • This steel strip resists dusting because the amount of iron contained in the coating is less than or equal to 6 g / m2, as illustrated Example 2 below.
  • the maximum heat treatment temperature is below 490 ° C, for example in the range 450 ° C-490 ° C as in the prior art, depending on the duration of treatment, there is a risk of maintaining too much significant phase ⁇ on the surface of the coating, which is detrimental to the resistance to chipping, in particular in the case of stampable IF steels.
  • the quantity iron content in the coating may be greater than 6 g / m2, which is detrimental to the powder resistance as illustrated in Example 2.
  • the process for obtaining an almost alloyed galvanized coating without phase ⁇ and with a layer of minimum thickness of hard phases and brittle, especially ⁇ is advantageous, especially compared to the processes already cited and described in documents JP 02 194 157 A and JP 08 165 550 A, because, according to the invention, only one processing step is carried out thermal, which is much more economical and productive.
  • the method according to the invention does not provide for any cooling intermediate, especially below 400 ° C, during the heat treatment ; cooling only takes place at the end of the treatment thermal.
  • the alloying process according to the invention starts from a galvanized sheet, that is to say coated with a layer based on unalloyed zinc, and not with a sheet coated with a zinc-iron alloy already formed as in document WO 90 02043 A; moreover, the duration of the heat treatment according to the invention is much shorter than those described in this document, which is, at obviously, advantageous in terms of productivity.
  • the purpose of this example is to illustrate the advantage of carrying out the treatment thermal alloy at a maximum temperature greater than or equal to 490 ° C, according to the invention.
  • each sample is brought to a maximum temperature of treatment, then maintained at this temperature for a period which may reach 70 seconds.
  • the following is carried out: X-ray diffractometry, detection and identification of phases ⁇ , ⁇ and ⁇ so as to identify the holding time at the end of which the phases ⁇ , ⁇ and ⁇ and the holding time after which the phase disappears ⁇ ; the lower detection limit is around 5% for phase ⁇ , around 7 to 8% for phase ⁇ and for phase ⁇ .
  • Alloying treatments are thus carried out at 440 ° C, 450 ° C, 460 ° C, 470 ° C, 480 ° C, 490 ° C, 500 ° C, 510 ° C, 520 ° C, 530 ° C, 540 ° C, 550 ° C and 560 ° C.
  • the abscissa is plotted, for each temperature, the holding time after which the phases apparaissent, ⁇ and ⁇ appear and the holding time after which phase ⁇ disappears.
  • the hatched area limited by the points ⁇ corresponds to the domain of existence of phase ⁇ ; it can be seen that, according to the invention, if the alloying treatment temperature is greater than or equal to 490 ° C, the phase ⁇ does not appear detectably during processing, whatever the duration of maintenance at the maximum temperature, within the limit of one minute about.
  • the duration of treatment can be set regardless of the temperature of processing, which facilitates the piloting of the alloying step; hold time at the maximum treatment temperature is preferably less than one minute.
  • the purpose of this example is to illustrate the advantage of maintaining the temperature and the duration of the alloying heat treatment at sufficiently low values to limit the average iron content of the coating to a lower value or equal to 6 g / m2.
  • FIG. 2 shows the results obtained, temperature (° C) on the abscissa and iron content (g / m2) on the ordinate; we aknowledge that the curve obtained has an inflection point around 500 ° C.
  • the surface is degreased and the sample is weighed; the sample is then covered with a sheet of Teflon ® on both sides then fully stamped by driving a punch into a suitable die for shaping a cup; the bucket obtained is ultrasonically cleaned then weighed again; we calculate the difference in weight which we divide by the initial sample area; the result expressed in g / m2 reflects the dusting of the coating layer.
  • Figure 3 shows the results obtained, iron content (g / m2) on the abscissa and dusting (g / m2) of the coating layer on the ordinate;
  • the average iron content of the coating should be limited to a value less than or equal to 6 g / m2; with reference to FIG. 2, in the case of a holding time of 15 seconds, it can be seen that this objective is achieved if the maximum temperature (T max. ) reached during the treatment is less than or equal to 510 ° C. .
  • Example 1 By combining the teaching of Example 1, which concerns the absence of phase ⁇ when T max. ⁇ 490 ° C, which concerns the delay in the appearance of phases ⁇ and ⁇ if, in addition, T max. ⁇ 510 ° C, it appears that the range 490 ° C-510 ° C offers the most advantageous conditions for achieving the objectives of the invention.

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Abstract

Procédé comprenant une seule étape de traitement thermique d'alliation d'une tôle galvanisée, caractérisé en ce que : la température maximale atteinte par la bande lors dudit traitement est supérieure ou égale à 490°C, ladite température maximale et la durée du traitement sont limitées de manière à ce que la teneur moyenne en fer dans le revêtement allié obtenu ne dépasse pas 6 g/m2. Application aux aciers emboutissables sans intersticiels. La tôle obtenue résiste à la fois au poudrage et à l'écaillage. <IMAGE>

Description

L'invention concerne une tôle d'acier galvanisé allié résistant à la fois au poudrage et à l'écaillage.
L'invention concerne des procédés de fabrication de cette tôle d'acier galvanisé allié dans lequel, après trempé d'une tôle d'acier dans un bain de galvanisation, on effectue un traitement thermique de la tôle d'acier galvanisée pour réaliser une alliation zinc-fer entre la couche de galvanisation à base de zinc et son substrat à base de fer.
L'invention porte plus particulièrement sur le traitement thermique d'alliation.
Pour obtenir une alliation complète du zinc de galvanisation avec le substrat, les conditions thermiques du traitement d'alliation à appliquer dépendent de nombreux paramètres, parmi lesquels :
  • la composition de l'acier du substrat, notamment les teneurs en P, Si, Ti ou Nb ;
  • la température et la composition du bain de galvanisation, notamment la teneur en aluminium ;
  • la température de la tôle d'acier au moment de l'immersion dans le bain et l'épaisseur du revêtement de galvanisation en sortie de bain après essorage.
La structure du revêtement galvanisé allié obtenu par ce type de procédé est généralement stratifiée en plusieurs sous-couches superposées de phases différentes d'alliage fer-zinc, plus riches en zinc auprès de la surface, plus riches en fer auprès de l'interface substrat-revêtement.
Le revêtement galvanisé allié obtenu, considéré dans l'ensemble de son épaisseur, présente généralement une teneur moyenne en fer comprise entre 8 et 14%.
Du substrat vers la surface, on peut ainsi trouver les sous-couches suivantes : une phase gamma (Γ), plusieurs phases delta (δ dite « compacte » et δ une phase dzéta (ζ).
Si l'alliation était incomplète, on trouverait encore, en surface de revêtement, de la phase éta (η) correspondant à du revêtement initial de galvanisation non allié au fer.
La micro-dureté « Vickers » des principales phases considérées est la suivante : phase Γ: 505 - phase δ : 353 - phase ζ : 208.
Pour les besoins de l'industrie, on cherche à produire des tôles galvanisées alliées très résistantes à la fois au poudrage et à l'écaillage.
Poudrage et écaillage sont des dégradations mécaniques du revêtement qu'on observe généralement sous l'effet de contraintes appliquées à la tôle dans des opérations d'emboutissage des tôles.
Le poudrage se produit par fissuration dans l'épaisseur-même du revêtement, notamment sous l'effet de contraintes de compression dans la zone du serre-flan de la machine d'emboutissage.
L'écaillage se produit plutôt par fissuration à l'interface revêtement-substrat sous l'effet de contraintes de cisaillement.
Ces deux objectifs de résistance au poudrage et à l'écaillage entraínent des contraintes contradictoires au niveau du traitement thermique d'alliation.
En effet, pour éviter le poudrage, il est nécessaire de limiter la formation des phases Γ et δ « compacte » qui sont les phases les plus dures et les plus cassantes du revêtement (la phase δ « compacte » étant en outre micro-cristallisée), ce qui conduit globalement à maintenir la température et la durée du traitement thermique d'alliation à des valeurs suffisamment faibles pour limiter la teneur moyenne en fer du revêtement ; mais, dans ces conditions d'alliation, il risque de subsister de la phase ζ en surface du revêtement.
Au contraire, pour éviter l'écaillage, il est nécessaire d'effectuer le traitement thermique d'alliation dans des conditions de température et de durée suffisamment élevées pour éliminer en surface du revêtement la phase ζ qui possède un coefficient de frottement élevé responsable du risque d'écaillage.
Mais, dans ces conditions d'alliation, on obtient alors des revêtements riches en fer comprenant des sous-couches épaisses de phases Γ et δ « compacte » qui provoquent des risques de poudrage.
Les inconvénients de la présence de phase ζ sont plus importants sur les nuances d'acier à basse teneur en carbone dits « ULC » (Ultra Low Carbon en langue anglaise) ; en effet, sur ces nuances, les revêtements galvanisés ou galvanisés alliés présentent en effet une moins bonne adhérence, ce qui augmente les risques d'écaillage à cet interface sous l'effet de contraintes de cisaillement transmises par la phase ζ superficielle.
On appelle nuance d'acier à basse teneur en carbone soit un acier contenant moins 5.10-3 % en poids de carbone, soit un acier présentant une teneur en carbone supérieure mais dont une partie importante est piégée par des éléments d'addition comme le titane et/ou le niobium.
L'invention a pour but de fournir une tôle d'acier galvanisée alliée présentant à la fois une bonne résistance au poudrage et à l'écaillage, en particulier sans phase ζ en surface et avec des phases dures et cassantes, notamment Γ, d'épaisseur minimisée.
Les documents JP 06 0881912 A et JP 04 013855 de la Société NISSHIN STEEL décrivent un procédé de fabrication d'une tôle galvanisée alliée par alliation d'une tôle galvanisée comprenant une seule étape de traitement thermique d'alliation ; la température maximale du traitement thermique est comprise entre 450°C et 500°C et la durée de maintien à cette température est inférieure à 1 minute.
Selon ces documents, on obtient une couche galvanisée complètement alliée, c'est à dire sans phase η, mais aussi sans phase ζ et qui présente également une phase Γ d'épaisseur minimisée (≤ 0,5 µm).
Selon ces documents, l'alliage de fer et de zinc qui forme l'essentiel de la couche galvanisée alliée obtenue contient également :
  • d'une manière classique, moins de 0,5% en poids d'aluminium ;
  • de 0,1 à 0,5% en poids de chrome pour JP 06 0881912 A, de 0,02 à 1% en poids de nickel pour JP 04 013855 A.
Les bains de galvanisation contiennent généralement de l'aluminium pour contrôler l'alliation du revêtement au sein même du bain ; il est donc tout à fait classique de retrouver de l'aluminium (≤ 0,5%) dans la couche galvanisée alliée ; la teneur en aluminium dans la couche est classiquement de l'ordre de 0,2 %.
A l'inverse, la présence, dans la couche galvanisée alliée, de chrome ou de nickel dans les proportions indiquées ci-dessus n'est pas du tout classique ; la présence de ces éléments dans le bain de galvanisation entraíne la formation de mattes de fond qui sont particulièrement gênantes en exploitation en continu.
L'invention a pour but de fournir une tôle d'acier galvanisée alliée présentant à la fois une bonne résistance au poudrage et à l'écaillage.
L'invention a également pour but de limiter la formation de mattes de fond pendant l'étape de galvanisation.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé un procédé de fabrication d'une tôle d'acier emboutissable sans intersticiel revêtue d'une couche galvanisée alliée, comprenant une étape de galvanisation par trempé de ladite tôle d'acier dans un bain à base de zinc et une seule étape de traitement thermique d'alliation de ladite tôle d'acier galvanisée, caractérisé en ce que :
  • la température maximale atteinte par la bande lors dudit traitement est supérieure ou égale à 490°C,
  • ladite température maximale et la durée de traitement sont limitées de manière à ce que la teneur moyenne en fer dans le revêtement allié obtenu ne dépasse pas 6 g/m2.
L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • ledit bain est constitué essentiellement de zinc, d'aluminium à une teneur pondérale comprise entre 0,10 et 0,135%, de fer, optionnellement d'un agent de fleurage, et des impuretés résiduelles inévitables.
  • après galvanisation et avant traitement thermique, dans la couche de galvanisation, la proportion de chrome est inférieure à 0,1% en poids et/ou la proportion de nickel est inférieure à 0,02% en poids.
  • la durée de maintien à ladite température maximale est inférieure à une minute.
  • ladite température maximale est inférieure ou égale à 510°C.
  • ladite température maximale est comprise entre 495°C et 505°C
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles :
  • la figure 1, à laquelle l'exemple 1 se réfère, illustre, dans un diagramme « durée de traitement (secondes) - température maximale de traitement (°C) », le domaine d'existence de la phase ζ (zone hachurée limitée par les points figurés par ), ainsi que les limites des domaines d'apparition des phases Γ (points figurés par +) et δ (points figurés par x).
  • les figures 2 et 3, auxquelles l'exemple 2 se réfère, illustrent d'une part l'évolution de la teneur en fer (g/m2) de la couche galvanisée alliée en fonction de la température maximale du traitement d'alliation (fig.2) et d'autre part l'évolution du poudrage (g/m2) de la couche galvanisée alliée en fonction de la teneur en fer (g/m2) dans cette couche (fig.3).
L'installation de fabrication en continu de la tôle galvanisée alliée selon l'invention comprend d'une manière classique un dispositif de galvanisation par trempé dans un bain de métal fondu et, en ligne, un dispositif de traitement thermique d'alliation.
D'une manière classique, le dispositif d'alliation comporte donc des moyens de défilement de bande présentant, dans le sens du défilement, un brin montant, un rouleau de support et de guidage de bande au sommet de l'installation (en anglais : « top roll »), et un brin descendant.
Le brin montant est positionné à l'aplomb du bain de galvanisation et des moyens d'essorage de la bande, qui font partie du dispositif de galvanisation.
Selon le mode principal de réalisation de l'invention, le long du brin montant, sont positionnés successivement des moyens de traitement thermique d'alliation et des moyens de refroidissement de la bande.
Les moyens de traitement thermique comprennent par exemple de moyens de montée en température et un four de maintien.
Les moyens de traitement thermique et les moyens de refroidissement sont connus en eux-mêmes et ne sont pas décrits ici en détail.
Ainsi, selon l'agencement de l'installation, l'alliation est réalisée lors d'une seule étape de traitement thermique, contrairement aux procédés décrits dans les documents JP 02 194157 A et JP 07 034213 A de la Société SUMITOMO, JP 08 165550, JP 05 320853 A et JP 61 223174 A de la Société NIPPON STEEL.
On va maintenant décrire le mode principal de préparation d'une tôle galvanisée alliée selon l'invention.
Le procédé selon l'invention est spécialement adapté à la préparation de couches galvanisées alliées sur des tôles d'acier dites « sans intersticiels » (en langue anglaise « Intersticial Free » ou « IF ») et emboutissables ; on entend par acier IF emboutissable des nuances « IF », ou « IF (Ti, Nb) », « IF (Ti, B) », ou « IF (Ti) », c'est à dire des aciers « IF » sans autres éléments d'addition (comme Ti et/ou Nb, B) que ceux destinés à piéger du carbone et/ou de l'azote.
On fabrique en continu une tôle galvanisée en faisant défiler une bande de tôle d'acier IF emboutissable dans l'installation de galvanisation, notamment par trempé dans un bain de galvanisation.
D'une manière classique, le bain contient donc essentiellement du zinc, de l'aluminium pour contrôler l'alliation dans le bain, du fer résultant de la dissolution de la bande et les impuretés résiduelles inévitables ; ce bain peut également contenir des agents de fleurage, comme du plomb, de l'antimoine ou du bismuth ; la teneur pondérale en aluminium dans le bain est comprise entre 0,10 et 0,135 % ; les proportions de nickel et de chrome provenant des impuretés sont largement inférieures à respectivement 0,02% et 0,1% en poids.
A la sortie du dispositif de galvanisation et après essorage, à l'aide des moyens de traitement thermique d'alliation, on chauffe ensuite en continu la bande jusqu'à une température maximale supérieure ou égale à 490°C, tout en maintenant des conditions de température et de durée de traitement adaptées d'une part pour obtenir une alliation complète (≡ sans phase η ) du revêtement de galvanisation avec l'acier de la bande d'autre part pour que la teneur moyenne en fer dans le revêtement allié obtenu ne dépasse pas 6 g/m2.
Les dispositions (réglages de l'installation) qui permettent de satisfaire ces critères sont à la portée de l'homme du métier ; en pratique, la durée de maintien à la température maximale ne dépasse pas 1 minute.
De préférence, lorsque la durée de maintien est inférieure à 1 minute, la température maximale atteinte par la bande lors de ce traitement est comprise entre 490°C et 510°C, si possible entre 495°C et 505°C.
A l'aide des moyens de refroidissement, on refroidit ensuite la bande de tôle à une température suffisamment basse pour que le revêtement ne soit pas détérioré au moment du passage de la bande sur le rouleau support de bande du sommet ; cette température est généralement inférieure ou égale à 300°C.
On obtient alors, en une seule étape de traitement thermique, une bande d'acier galvanisé allié très résistante à la fois à l'écaillage et au poudrage.
Cette bande d'acier résiste à l'écaillage parce la proportion de phase ζ en surface est inférieure au seuil détectable ; l'objectif de faible proportion de phase ζ est atteint selon l'invention quelle que soit la durée du traitement parce que la température maximale de traitement est supérieure ou égale à 490°C, comme l'illustre l'exemple 1 ci-après.
Cette bande d'acier résiste au poudrage parce que la quantité de fer contenue dans le revêtement est inférieure ou égale à 6 g/m2, comme l'illustre l'exemple 2 ci-après.
Si la température maximale de traitement thermique est inférieure à 490°C, par exemple dans l'intervalle 450°C-490°C comme dans l'art antérieur, on risque, selon la durée du traitement, de maintenir une quantité trop importante de phase ζ en surface du revêtement, ce qui est préjudiciable à la résistance à l'écaillage, notamment dans le cas des aciers IF emboutissables.
Si la température maximale de traitement thermique est supérieure à 510°C et/ou si la durée du traitement est trop élevée, notamment si la durée de maintien à cette température maximale est supérieure à 1 minute, la quantité de fer contenue dans le revêtement risque d'être supérieure à 6 g/m2, ce qui est préjudiciable à la résistance au poudrage comme illustré à l'exemple 2.
Comme la sensibilité des nuances d'acier aux phénomènes d'alliation et de croissance des phases riches en fer est variable, les nuances les plus sensibles nécessiteront de maintenir une température maximale très proche de la limite inférieure fixée selon l'invention (490°C, de préférence 495°C).
Ainsi, le procédé pour obtenir un revêtement galvanisé allié quasiment sans phase ζ et avec une couche d'épaisseur minimale de phases dures et cassantes, notamment Γ, est avantageux, notamment par rapport aux procédés déjà cités et décrits dans les documents JP 02 194157 A et JP 08 165550 A, parce que, selon l'invention, on n'effectue qu'une seule étape de traitement thermique, ce qui est beaucoup plus économique et productif.
Le procédé selon l'invention ne prévoit aucun refroidissement intermédiaire, notamment en dessous de 400°C, au cours de l'étape de traitement thermique ; le refroidissement n'intervient qu'à la fin du traitement thermique.
Enfin, le procédé d'alliation selon l'invention part d'une tôle galvanisée, c'est à dire revêtue d'une couche à base de zinc non allié, et non pas d'une tôle revêtue d'un alliage zinc-fer déjà formé comme dans le document WO 90 02043 A ; par ailleurs, la durée du traitement thermique selon l'invention est beaucoup plus courte que celles décrites dans ce document, ce qui est, à l'évidence, avantageux en termes de productivité.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
Exemple 1:
Cet exemple a pour but d'illustrer l'intérêt à effectuer le traitement thermique d'alliation à une température maximale supérieure ou égale à 490°C, conformément à l'invention.
Les essais de traitement thermique d'alliation sont réalisés sur des échantillons de tôles d'acier galvanisé de nuance ULC.
La nuance d'acier utilisée présente l'analyse suivante (teneurs exprimées en millième de pour-cent pondéral : 10-3 %) : C = 2 - Mn = 150 - P < 15 - S < 10 - Al = 35 - Nb = 15 - Ti = 15.
Ces échantillons ont été préalablement galvanisés dans les mêmes conditions, dans un bain de zinc porté à 470°C et contenant 0,135 % d'aluminium ; le bain de galvanisation ne contient pas de nickel ni de chrome, en dehors des impuretés inévitables, de sorte que, dans la couche de revêtement des échantillons, la proportion de chrome est inférieure à 0,1% en poids et/ou la proportion de nickel est inférieure à 0,02% en poids ; les conditions de galvanisation sont adaptées pour obtenir un revêtement de 60 g/m2 correspondant à environ 8 µm d'épaisseur.
On procède à une série de traitement thermique d'alliation des échantillons ; chaque échantillon est porté à une température maximale de traitement, puis maintenu à cette température pendant une durée pouvant atteindre 70 secondes.
Pendant la durée de maintien à cette température, on effectue par diffractométrie de rayons X, la détection et l'identification des phases ζ , δ et Γ de manière à repérer la durée de maintien au bout de laquelle apparaissent les phases ζ , δ et Γ et la durée de maintien au bout de laquelle disparaít la phase ζ ; la limite inférieure de détection est de l'ordre de 5% pour la phase ζ , de l'ordre de 7 à 8% pour la phase Γ et pour la phase δ .
On réalise ainsi des traitements d'alliation à 440°C, 450°C, 460°C, 470°C, 480°C, 490°C, 500°C, 510°C, 520°C, 530°C, 540°C, 550°C et 560°C.
En référence à la figure 1, sur un diagramme comportant en ordonnée la température du traitement, on porte en abscisse, pour chaque température, la durée de maintien au bout de laquelle apparaissent les phases ζ , δ et Γ et la durée de maintien au bout de laquelle disparaít la phase ζ .
Sur la figure 1, la zone hachurée limitée par les points  correspond au domaine d'existence de la phase ζ ; on constate que, selon l'invention, si la température de traitement d'alliation est supérieure ou égale à 490°C, la phase ζ n'apparaít pas de manière détectable en cours de traitement, quelle que soit la durée de maintien à la température maximale, dans la limite d'une minute environ.
Les limites du domaine d'existence de la phase ζ dépendent évidemment de la nuance d'acier utilisée, et pour des nuances autres que les aciers IF emboutissables, la limite inférieure de température d'alliation pourrait être différente de 490°C environ.
Selon l'invention, pour les aciers IF emboutissables, quelle que soit la durée du traitement thermique, on évite la présence de phase ζ en surface de la couche galvanisée alliée du moment qu'on effectue ce traitement à une température maximale supérieure ou égale à 490°C ; dans ces conditions, la durée du traitement peut être fixée indépendamment de la température de traitement, ce qui facilite le pilotage de l'étape d'alliation ; la durée de maintien à la température maximale de traitement est de préférence inférieure à une minute.
Par ailleurs, en référence aux limites des domaines d'apparition des phases Γ (points figurés par +) et δ (points figurés par x) de la figure 1, on constate, dans l'intervalle de température 480°C-510°C, un retard à l'apparition des phases δ et Γ (point d'inflexion à 490°C environ sur les courbes correspondant à ces phases) ; cet élément sera pris en compte dans l'enseignement de l'exemple 2.
Exemple 2:
Cet exemple a pour but d'illustrer l'intérêt à maintenir la température et la durée du traitement thermique d'alliation à des valeurs suffisamment faibles pour limiter la teneur moyenne en fer du revêtement à une valeur inférieure ou égale à 6 g/m2.
A partir d'échantillons galvanisés comme dans l'exemple 1, on effectue des traitements d'alliation en portant les échantillons à une température maximale de traitement prédéterminée, en les maintenant à cette température pendant 15 secondes, puis en les refroidissant.
On procède ainsi à des températures maximales de traitement comprises entre 460 et 530°C.
Sur chaque échantillon galvanisé allié obtenu, on mesure la quantité de fer contenue dans la couche galvanisée alliée ; pour cette mesure, on procède d'une manière connue en elle-même en dissolvant le fer par attaque chlorhydrique et en évaluant la quantité de fer dissous par spectrométrie d'absorption atomique à la flamme ; la figure 2 montre les résultats obtenus, température (°C) en abscisse et teneur en fer (g/m2) en ordonnée ; on constate que la courbe obtenue présente un point d'inflexion vers 500°C.
Sur chaque échantillon galvanisé allié obtenu, on procède également à des test de poudrage et on mesure la perte en poids (g/m2) caractéristique du poudrage ; pour cette mesure, on procède d'une manière connue en elle-même en réalisant un godet par emboutissage de l'échantillon et en mesurant la perte de poids de l'échantillon au cours de l'emboutissage.
Avant emboutissage, on dégraisse la surface et on pèse l'échantillon ; l'échantillon est ensuite recouvert d'une nappe de Téflon ® sur ses deux faces puis embouti totalement en enfonçant un poinçon dans une matrice adaptés pour la mise en forme d'un godet ; le godet obtenu est nettoyé aux ultrasons puis pesé à nouveau ; on calcule la différence de poids que l'on divise par la surface initiale de l'échantillon ; le résultat exprimé en g/m2 reflète le poudrage de la couche de revêtement.
La figure 3 montre les résultats obtenus, teneur en fer (g/m2) en abscisse et poudrage (g/m2) de la couche de revêtement en ordonnée ; on constate que, pour les revêtements qui présentent une quantité de fer supérieure à 6 g/m2, la résistance au poudrage diminue très sensiblement, le poudrage pouvant alors atteindre le tiers de la densité surfacique du revêtement !
On déduit de la figure 3 que, pour limiter les risques de poudrage sur les tôles d'acier IF emboutissable, il convient de limiter la teneur moyenne en fer du revêtement à une valeur inférieure ou égale à 6 g/m2 ; en se référant à la figure 2, dans le cas d'un temps de maintien de 15 secondes, on constate que cet objectif est atteint si la température maximale (Tmax.) atteinte au cours du traitement est inférieure ou égale à 510°C.
En combinant à l'enseignement de l'exemple 1, qui concerne l'absence de phase ζ lorsque Tmax.≥ 490°C, qui concerne le retard à l'apparition des phases δ et Γ si, en outre, Tmax. <510°C, il apparaít que la fourchette 490°C-510°C offre les conditions les plus avantageuses pour parvenir aux objectifs poursuivis par l'invention.
Pour des temps de maintien différents de 15 secondes, et/ou pour des durées de traitement thermique différentes, il convient d'adapter d'une manière connue en elle-même les conditions de traitement de manière à ce que la teneur moyenne en fer dans le revêtement allié obtenu ne dépasse pas 6 g/m2, la température maximale de traitement restant supérieure ou égale à 490°C de manière à éviter l'apparition de phase ζ quelle que soit la durée de ce traitement (voir figure 1).

Claims (6)

  1. Procédé de fabrication d'une tôle d'acier emboutissable sans intersticiel revêtue d'une couche galvanisée alliée, comprenant une étape de galvanisation par trempé de ladite tôle d'acier dans un bain à base de zinc et une seule étape de traitement thermique d'alliation de ladite tôle d'acier galvanisée, caractérisé en ce que :
    la température maximale atteinte par la bande lors dudit traitement est supérieure ou égale à 490°C,
    ladite température maximale et la durée de traitement sont limitées de manière à ce que la teneur moyenne en fer dans le revêtement allié obtenu ne dépasse pas 6 g/m2.
  2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit bain est constitué essentiellement de zinc, d'aluminium à une teneur pondérale comprise entre 0,10 et 0,135%, de fer, optionnellement d'un agent de fleurage, et des impuretés résiduelles inévitables.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que, après galvanisation et avant traitement thermique, dans la couche de galvanisation, la proportion de chrome est inférieure à 0,1% en poids et/ou la proportion de nickel est inférieure à 0,02% en poids.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la durée de maintien à ladite température maximale est inférieure à une minute.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite température maximale est inférieure ou égale à 510°C.
  6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite température maximale est comprise entre 495°C et 505°C.
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