EP1013785A1 - Procédé de réalisation d'une pièce à partir d'une bande de tôle d'acier laminée et notamment laminée à chaud - Google Patents

Procédé de réalisation d'une pièce à partir d'une bande de tôle d'acier laminée et notamment laminée à chaud Download PDF

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EP1013785A1
EP1013785A1 EP19990403227 EP99403227A EP1013785A1 EP 1013785 A1 EP1013785 A1 EP 1013785A1 EP 19990403227 EP19990403227 EP 19990403227 EP 99403227 A EP99403227 A EP 99403227A EP 1013785 A1 EP1013785 A1 EP 1013785A1
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Jacques Devroc
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    • C23C2/29—Cooling or quenching

Definitions

  • the invention relates to a method of producing a part from a strip of rolled steel sheet and in particular hot rolled.
  • the object of the invention is to provide laminated steel sheets of 0.2 mm to about 20 mm thick, coated especially after hot rolling, and having to undergo shaping, either hot or cold followed by heat treatment, the temperature rise in front be ensured without decarburization of the sheet steel, without oxidation of the surface of said sheet, before, during and after hot forming and or heat treatment.
  • the invention also relates to a hot-rolled sheet having a coating of metal or metal alloy deposited in surface, for the hot making of an intermetallic compound, the intermetallic compound ensuring corrosion protection, barrier against decarburization of sheet steel, lubrication during hot forming of the sheet, and on the finished part, after setting shape and cooling, mechanical hardness characteristics of high steel as well as a high surface hardness of the surface said finished part.
  • the invention also relates to the use of sheet metal in hot forming, in particular by stamping parts with high mechanical hardness characteristics and high surface hardness characteristics ensuring very good abrasion resistance.
  • stamping parts with high mechanical hardness characteristics and high surface hardness characteristics ensuring very good abrasion resistance.
  • the method according to the invention consists in coating a steel in particular hot rolled, for heat treatment and or hot forming, with a metal or a metal alloy such as aluminum or an alloy aluminum composed for example of aluminum and silicon.
  • the coating of metal or metal alloy is chosen so as to have corrosion protection and so as to withstand high temperature.
  • the coating forms an alloy layer with high resistance to corrosion, abrasion, wear and tiredness.
  • the coating does not modify the formability properties of steel and thus allows a wide variety of cold forming and hot.
  • the strip After hot rolling the strip can be pickled and rolled to cold before being coated. In the case where the sheet is cold rolled, that it can be annealed before being coated.
  • the sheet is subjected at a temperature rise preferably between 750 ° C and 1200 ° C in an oven with an atmosphere no longer requiring control due to the oxidation barrier formed by the coating. then as the temperature rises, the aluminum-based coating becomes transforms into an alloyed surface layer with different phases depending on the temperature treatment and having a high hardness can exceed 600 HV 100g.
  • the sheets supplied coated have significant resistance to corrosion during temperature increases, shaping, heat treatments, and when using finished formed parts.
  • the presence of the coating during heat treatments or hot forming avoids decarburization in addition to corrosion basic steel. This has an undeniable advantage in the case of an implementation hot formed for example in a stamping press. Indeed, the intermetallic alloy formed avoids, the formation of scale, the wear of tools by the scale, and therefore allows a longer life average of said tools. It has been noted that the intermetallic alloy formed hot, has a high temperature lubricant function. In addition, the effect protection against decarburization of the intermetallic alloy allows the use of a high temperature oven above 900 ° C with an atmosphere uncontrolled, even for several heating times hours.
  • the coating By the characteristics of the coating after raising temperature, the parts obtained have an increased resistance to fatigue, wear, abrasion and corrosion. In addition, the coating is weldable before and after temperature rise.
  • the sheet steel ensures, by cooling quenching effect, high mechanical characteristics of the part obtained after setting form, the coating transformed into a hot intermetallic alloy ensuring for its part, because of its qualities of lubricant and resistance friction, improved formatting, especially in the hot stamping field.

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Abstract

Procédé de réalisation d'une pièce à partir d'une bande de tôle d'acier laminée et notamment laminée à chaud, caractérisée en ce que: on revêt la tôle laminée d'un métal ou d'un alliage métallique assurant une protection de la surface et de l'acier, on soumet la tôle revêtue à une élévation en température pour sa mise en forme, on réalise, de ce fait un composé allié intermétallique, en surface, assurant une protection contre la corrosion, contre la décarburation de l'acier, le composé intermétallique pouvant assurer une fonction de lubrification, on effectue la mise en forme notamment par emboutissage, on refroidit la pièce formée pour conférer des caractéristiques mécaniques de dureté élevées de l'acier et une dureté superficielle élevée du revêtement.

Description

L'invention concerne un procédé de réalisation d'une pièce à partir d'une bande de tôle d'acier laminée et notamment laminée à chaud.
Les tôles en acier devant subir un formage à haute température et ou un traitement thermique ne sont pas livrées revêtues pour des considérations de tenue du revêtement lors du traitement thermique. Le revêtement est donc effectué sur pièce finie ce qui nécessite un nettoyage soigné des surfaces et des parties creuses. Ce nettoyage requiert l'utilisation d'acides et ou de bases dont le recyclage et le stockage sont une charge financière importante et présentent des risques pour les opérateurs et pour l'environnement. De plus, le traitement thermique doit être effectué sous atmosphère contrôlée afin d'éviter toute décarburation et oxydation de l'acier. Ensuite, dans le cas du formage à chaud, la calamine, de par son pouvoir abrasif, endommage les outils de mise en forme, ce qui diminue la qualité des pièces obtenues du point de vue dimensionnel et esthétique, ou oblige à de fréquentes et coûteuses réparations d'outils. Enfin, pour augmenter leur résistance à la corrosion, les pièces ainsi obtenues doivent recevoir un post traitement coûteux dont l'application est difficile, voire impossible, en particulier dans le cas de pièces comportant des creux.
Le but de l'invention est de proposer des tôles d'acier laminées de 0,2 mm à environ 20 mm d'épaisseur, revêtues notamment après laminage à chaud, et devant subir une mise en forme, soit à chaud, soit à froid suivie d'un traitement thermique, l'élévation de température devant être assurée sans décarburation de l'acier de la tôle, sans oxydation de la surface de ladite tôle, avant, pendant et après la mise en forme à chaud et ou le traitement thermique.
L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une pièce à partir d'une bande de tôle d'acier laminée et notamment laminée à chaud et qui se caractérise en ce que:
  • on revêt la tôle laminée d'un métal ou d'un alliage métallique assurant une protection de la surface et de l'acier,
  • on soumet la tôle revêtue à une élévation en température pour sa mise en forme,
  • on réalise, de ce fait un composé allié intermétallique, en surface, assurant une protection contre la corrosion, contre la décarburation de l'acier, le composé intermétallique pouvant assurer une fonction de lubrification,
  • on effectue la mise en forme notamment par emboutissage,
  • on refroidit la pièce formée pour conférer des caractéristiques mécaniques de dureté élevées de l'acier et une dureté superficielle élevée du revêtement.
Les autres caractéristiques de l'invention sont:
  • on revêt la tôle laminée à chaud après laminage à chaud et décapage,
  • le métal ou l'alliage métallique de revêtement est de l'aluminium ou un alliage d'aluminium.
  • l'alliage intermétallique est un composé à base principalement d'aluminium, de fer et de silicium,
  • le revêtement de métal ou d'alliage métallique et effectué au trempé à chaud.
  • la tôle revêtue est soumise à une élévation de température supérieure à 700°C avant la mise en forme et ou le traitement thermique,
  • la tôle revêtue est emboutie à chaud.
  • la pièce obtenue notamment par emboutissage est refroidie pour subir une trempe, à une vitesse supérieure à la vitesse critique de trempe.
L'invention concerne également une tôle laminée notamment à chaud comportant un revêtement de métal ou d'alliage métallique déposé en surface, pour la réalisation à chaud d'un composé intermétallique, le composé intermétallique assurant, une protection contre la corrosion, une barrière contre la décarburation de l'acier de la tôle, une lubrification lors de la mise en forme à chaud de la tôle, et sur la pièce finie, après mise en forme et refroidissement, des caractéristiques mécaniques de dureté de l'acier élevées ainsi qu'une dureté superficielle élevée de la surface de ladite pièce finie.
Une autre caractéristique de l'invention est:
  • la tôle comporte un dépôt en surface d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium.
L'invention concerne encore l'utilisation de la tôle dans la mise en forme à chaud notamment par emboutissage de pièces de hautes caractéristiques mécaniques en dureté et de hautes caractéristiques de dureté en surface assurant une très bonne tenue à l'abrasion.
La description qui suit fera bien comprendre l'invention.
Le procédé selon l'invention consiste à revêtir un acier notamment laminé à chaud, pour traitement thermique et ou formage à chaud, avec un métal ou un alliage métallique tels que de l'aluminium ou un alliage d'aluminium composé par exemple d'aluminium et de silicium. Le revêtement de métal ou d'alliage métallique est choisi de manière à avoir une protection contre la corrosion et de manière à résister à une haute température. Lors d'un traitement thermique, ou d'une élévation de température pour la mise en forme, le revêtement forme une couche alliée présentant une grande résistance à la corrosion, à l'abrasion, à l'usure et à la fatigue. Le revêtement ne modifie pas les propriétés de formabilité de l'acier et autorise ainsi une grande variété de mise en forme à froid et à chaud.
Après laminage à chaud la bande peut être décapée et laminée à froid avant d'être revêtue. Dans le cas ou la tôle est laminée à froid, celle ci peut être recuite avant d'être revêtue.
On peut revêtir la tôle laminée avec, par exemple, les deux types d'alliage métallique suivants:
  • Alliage N°1: Si: 9% à 10%; Fe: 2% à 3,5%; Solde: Al et des impuretés.
  • Alliage N°2: Fe: 2% à 4%; Solde: Al et des impuretés.
    • Pour l'alliage N°1 l'épaisseur du revêtement est compris entre 5 µm et 100 µm, et de préférence entre 10 µm et 25 µm. Pour l'alliage N°2 l'épaisseur du revêtement est compris entre 15 µm et 100 µm, et de préférence entre 30 µm et 50 µm.
    Pour la mise en forme ou le traitement thermique, la tôle est soumise à une élévation de température comprise de préférence entre 750°C et 1200°C dans un four comportant une atmosphère ne nécessitant plus de contrôle du fait de la barrière à l'oxydation formée par le revêtement. Lors de l'élévation de la température, le revêtement à base d'aluminium se transforme en une couche alliée en surface comportant différentes phases dépendant du traitement en température et présentant une grande dureté pouvant dépasser 600 HV 100g.
    Selon le procédé de l'invention, on peut produire des tôles dont l'épaisseur est comprise entre 0,2 mm et 20 mm, ayant de bonnes propriétés de mise en forme ainsi qu'une bonne résistance à la corrosion.
    Les tôles livrées revêtues, présentent une résistance importante à la corrosion pendant les élévations de température, la mise en forme, les traitements thermiques, et lors de l'utilisation des pièces formées finies.
    La présence du revêtement lors de traitements thermiques ou de formages à chaud permet d'éviter en plus de la corrosion, la décarburation de l'acier de base. Cela à un avantage indéniable dans le cas d'une mise en forme à chaud par exemple dans une presse d'emboutissage. En effet, l'alliage intermétallique formé évite, la formation de la calamine, l'usure des outils par la calamine, et permet de ce fait, un allongement de la vie moyenne desdits outils. Il a été remarqué que l'alliage intermétallique formé à chaud, a une fonction de lubrifiant à haute température. De plus, l'effet de protection contre la décarburation de l'alliage intermétallique permet l'usage de four haute température dépassant 900°C ayant une atmosphère non contrôlée, et cela, même pour des temps de chauffe de plusieurs heures.
    En sortie de four, il n'est plus nécessaire de décaper la pièce obtenue, d'où une économie du fait de la suppression du bain de décapage des pièces finies.
    De par les caractéristiques du revêtement après élévation de température, les pièces obtenues ont une résistance accrue à la fatigue, à l'usure, à l'abrasion et à la corrosion. De plus, le revêtement est soudable avant et après élévation de température.
    L'acier de la tôle assure, par effet de trempe au refroidissement, des caractéristiques mécaniques élevées de la pièce obtenue après mise en forme, le revêtement transformé en un alliage intermétallique à chaud assurant pour sa part, du fait de ses qualités de lubrifiant et de résistance aux frottement, une amélioration de la mise en forme, notamment, dans le domaine de l'emboutissage à chaud.
    Dans un exemple de réalisation, on utilise une bande de tôle laminée à chaud en acier de composition pondérale suivante:
  • carbone: 0,15% à 0,25%,
  • manganèse: 0,8% à 1,5%,
  • silicium: 0,1% à 0,35%,
  • chrome: 0,01 % à 0,2%,
  • titane: moins de 0,1%,
  • aluminium: moins de 0,1 %,
  • phosphore: moins de 0,05%,
  • soufre: moins de 0,03%,
  • bore : 0,0005% à 0,01%,
    • on revêt la bande de tôle d'un revêtement de type alliage N°1 ou 2, on austénitise la tôle à 950°C avant formage et trempe dans l'outil, le revêtement assurant un rôle de lubrifiant lors de la mise en forme, en plus de ses fonctions de protection contre la corrosion à froid, à chaud et contre la décarburation. Lors de la trempe, le revêtement allié ne gène pas l'extraction de la chaleur par l'outil et peut la favoriser. Après formage et trempe, il n'est plus nécessaire de décaper la pièce ou de la protéger, le revêtement de base assurant la protection tout au long du procédé.

    Claims (11)

    1. Procédé de réalisation d'une pièce à partir d'une bande de tôle d'acier laminée et notamment laminée à chaud, caractérisée en ce que:
      on revêt la tôle laminée d'un métal ou d'un alliage métallique assurant une protection de la surface et de l'acier,
      on soumet la tôle revêtue à une élévation en température pour sa mise en forme,
      on réalise, de ce fait un composé allié intermétallique, en surface, assurant une protection contre la corrosion, contre la décarburation de l'acier, le composé intermétallique pouvant assurer une fonction de lubrification,
      on effectue la mise en forme notamment par emboutissage,
      on refroidit la pièce formée pour conférer des caractéristiques mécaniques de dureté élevées de l'acier et une dureté superficielle élevée du revêtement.
    2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que on revêt le tôle laminée à chaud immédiatement après laminage à chaud,
    3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le métal ou l'alliage métallique de revêtement est de l'aluminium ou un alliage d'aluminium.
    4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'alliage intermétallique est un composé à base d'aluminium, de fer et de silicium.
    5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le revêtement de métal ou d'alliage métallique et effectué au trempé à chaud.
    6. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tôle revêtue est soumise à une élévation de température supérieure à 700°C avant la mise en forme et ou le traitement thermique.
    7. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tôle revêtue est emboutie à chaud.
    8. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce obtenue notamment par emboutissage est refroidie pour subir une trempe, à une vitesse supérieure à la vitesse critique de trempe.
    9. Tôle laminée notamment à chaud comportant un revêtement de métal ou d'alliage métallique déposé en surface, pour la réalisation à chaud d'un composé intermétallique, le composé intermétallique assurant, une protection contre la corrosion, une barrière contre la décarburation de l'acier de la tôle, une lubrification lors de la mise en forme à chaud de la tôle, et sur la pièce finie, après mise en forme et refroidissement, des caractéristiques mécaniques de dureté de l'acier élevées ainsi qu'une dureté superficielle élevée de la surface de ladite pièce finie.
    10. Tôle laminée à chaud selon la revendication 9 caractérisée en ce qu'elle comporte un dépôt en surface d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium.
    11. Utilisation de la tôle selon les revendications 9 ou 10 dans la mise en forme à chaud notamment par emboutissage de pièces de hautes caractéristiques mécaniques en dureté et de hautes caractéristiques de dureté en surface assurant une très bonne tenue à l'abrasion.
    EP99403227.4A 1998-12-24 1999-12-21 Procédé de réalisation d'une pièce à partir d'une bande de tôle d'acier laminée à chaud Expired - Lifetime EP1013785B2 (fr)

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