EP1013785B2 - Procédé de réalisation d'une pièce à partir d'une bande de tôle d'acier laminée à chaud - Google Patents

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

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EP1013785B2
EP1013785B2 EP99403227.4A EP99403227A EP1013785B2 EP 1013785 B2 EP1013785 B2 EP 1013785B2 EP 99403227 A EP99403227 A EP 99403227A EP 1013785 B2 EP1013785 B2 EP 1013785B2
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Jean-Pierre Laurent
Jean-Paul Hennechart
Dominique Spehner
Jacques Devroc
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    • C23C2/28—Thermal after-treatment, e.g. treatment in oil bath
    • C23C2/29—Cooling or quenching

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a workpiece from a strip of hot-rolled steel sheet.
  • the object of the invention is to propose sheet steel rolled from 0.2 mm to about 20 mm thick, coated after hot rolling, and to be shaped, either hot or cold followed a heat treatment, the temperature rise to 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 method according to the invention consists in coating a hot rolled steel, for heat treatment and hot forming, with a metal or a metal alloy such as aluminum or an aluminum alloy composed for example of aluminum and of silicon.
  • the metal or metal alloy coating is selected to have corrosion protection and to withstand a high temperature.
  • the coating forms an alloy layer having a high resistance to corrosion, abrasion, wear and fatigue.
  • the coating does not does not modify the formability properties of steel and thus allows a wide variety of cold and hot forming.
  • the strip After hot rolling the strip can be pickled and cold rolled before being coated.
  • the sheet is subjected to a temperature rise preferably between 750 ° C and 1200 ° C in an oven with an atmosphere no longer requiring control because of the barrier to oxidation formed by the coating.
  • a temperature rise preferably between 750 ° C and 1200 ° C in an oven with an atmosphere no longer requiring control because of the barrier to oxidation formed by the coating.
  • the aluminum-based coating is transformed into an alloyed surface layer having different phases depending on the temperature treatment and having a high hardness of more than 600 HV 100g.
  • the sheets delivered coated have a significant resistance to corrosion during temperature rises, shaping, heat treatments, and during the use of finished formed parts.
  • the presence of the coating during heat treatments or hot forming avoids in addition to corrosion, the decarburization of the base steel. This has an undeniable advantage in the case of hot forming in a stamping press.
  • the formed intermetallic alloy avoids the formation of calamine, the wear of the tools by calamine, and thereby allows an extension of the average life of said tools. It has been noticed that the hot formed intermetallic alloy has a high temperature lubricant function.
  • the effect of protection against decarburization of the intermetallic alloy allows the use of high temperature furnace exceeding 900 ° C having an uncontrolled atmosphere, and this, even for heating times of several hours.
  • the coating Due to the characteristics of the coating after temperature rise, the resulting pieces have increased resistance to fatigue, wear, abrasion and corrosion. In addition, the coating is weldable before and after temperature rise.
  • the steel of the sheet provides, by quenching effect on cooling, high mechanical characteristics of the part obtained after shaping, the coating converted into a hot intermetallic alloy, for its part, because of its lubricant qualities and resistance to friction, an improvement in shaping, in the field of hot stamping.

Description

  • L'invention concerne un procédé de réalisation d'une pièce à partir d'une bande de tôle d'acier 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 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 selon la revendication 1 et une pièce selon la revendication 2.
    La description qui suit fera bien comprendre l'invention.
  • Le procédé selon l'invention consiste à revêtir un acier 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.
  • 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 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 eh 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, 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 (2)

  1. Procédé de réalisation d'une pièce à partir d'une bande de tôle d'acier laminée et laminée à chaud, caractérisée en ce que :
    - on revêt la tôle laminée d'un alliage d'aluminium comprenant de 9 à 10% de silicium et de 2 à 3,5% de fer, le solde étant constitué d'aluminium et d'impuretés, en une couche d'épaisseur comprise entre 5 et 100 µm, ou d'un alliage à aluminium comprenant de 2 à 4% de fer, le solde étant constitué d'aluminium et d'impuretés, en une couche d'épaisseur comprise entre 15 et 100 µm, le revêtement d'alliage d'aluminium étant effectué au trempé à chaud, immédiatement après laminage à chaud, et décapage,
    - on soumet la tôle revêtue à une élévation en température supérieure à 700°C avant la mise en forme jusqu'à réaliser, de ce fait un composé allié intermétallique à base d'aluminium, de fer et de silicium, en surface, assurant une protection contre la corrosion, contre la décarburation de l'acier, le composé intermétallique pouvant assurer une fonction de lubrification,
    - on emboutit la pièce à chaud,
    - on refroidit la pièce formée par trempe, à une vitesse supérieure à la vitesse critique de trempe.
  2. Pièce obtenue par emboutissage à chaud d'une tôle d'acier laminée à chaud comportant un revêtement constitué d'un composé allié intermétallique à base d'aluminium, de fer et de silicium, en surface, ledit revêtement étant obtenu par traitement thermique de ladite tôle préalablement revêtue d'un alliage d'aluminium comprenant de 9 à 10% de silicium et de 2 à 3,5% de fer, le solde étant constitué d'aluminium et d'impuretés, en une couche d'épaisseur comprise entre 5 et 100µm, ou d'un alliage à aluminium comprenant de 2 à 4% de fer, le solde étant constitué d'aluminium et d'impuretés, en une couche d'épaisseur comprise entre 15 et 100 µm, ledit revêtement étant déposé ou trempé à chaud, immédiatement après laminage à chaud, et décapage et ledit traitement thermique étant effectué à une température supérieure à 700°C, l'emboutissage à chaud étant suivi d'une trempe, à une vitesse supérieure à la vitesse critique de trempe.
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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