FR2472021A1 - Procede pour fabriquer une bande d'acier a haute resistance laminee a froid ayant une excellente aptitude au formage a la presse - Google Patents

Abstract

UN PROCEDE POUR FABRIQUER UNE BANDE D'ACIER A HAUTE RESISTANCE LAMINEE A FROID AYANT UNE EXCELLENTE APTITUDE AU FORMAGE A LA PRESSE CONSISTE A LAMINER A CHAUD UNE BRAME D'ACIER CONTENANT DES QUANTITES DETERMINEES DE CARBONE, DE MANGANESE, DE PHOSPHORE, D'ALUMINIUM SOLUBLE ET D'AZOTE, BOBINER LA BANDE A UNE TEMPERATURE DE 650 A 770C, LAMINER A FROID LA BANDE BOBINEE, SOUMETTRE LA BANDE LAMINEE A FROID A UN RECUIT CONTINU DE DUREE DETERMINEE ENTRE 750 ET 880C, REFROIDIR DANS DES CONDITIONS DETERMINEES LA BANDE LAMINEE A FROID POUR LUI DONNER UNE STRUCTURE A DOUBLE PHASE DE FERRITE ET DE PHASE DE TRANSFORMATION A BASSE TEMPERATURE PUIS EFFECTUER UN TRAITEMENT DE SURVIEILLISSEMENT DE DUREE DETERMINEE ENTRE 260 ET 360C POUR LUI CONFERER D'EXCELLENTES PROPRIETES PERMETTANT NOTAMMENT DE L'UTILISER POUR LA FABRICATION DES CARROSSERIES D'AUTOMOBILES.

Description

2472021:

La présente invention concerne un procédé pour fabriquer

une bande d'acier à haute résistance laminée à froid ayant une excel-

lente aptitude au formage à la presse et une résistance à la traction

de 343. a 490-MPa-

Ces dernières années, pour diminuer la consommation en

carburant,- on cherche à réduire le poids des carrosseries d'automo-

biles. Pour réduire le poids des carrosseries il est nécessaire de diminuer l'épaisseur de la tôle d'acier laminée à froid qui constitue environ 40% du poids de la carrosserie, en accroissant sa résistance

à la traction et en améliorant sa résistance au bossellement.

De façon classique, on fabrique une telle tale d'acier

à haute résistance laminée à froid, soit selon un procédé qui con-

siste à soumettre une bande d'acier laminée à froid, contenant un élément en solution solide,-à un recuit discontinu, et à renforcer cette bande par l'effet de cet élément en solution solide, soit selon un procédé qui consiste à soumettre une bande d'acier laminée à froid, contenant des éléments formant des carbures et des nitrures, à un

recuit discontinu et à renforcer cette bande par l'effet des préci-

pités de ces éléments formant des carbures et des nitrures. Cependant une tôle d'acier fabriquée selon l'un ou l'autre de ces procédés pose

des problèmes de faible productivité et de coût de fabrication élevé.

Pour résoudre ces problèmes il existe le procédé suivant de fabrication d'une tôle d'acier à haute résistance laminée à froid par recuit continu. Ce procédé de fabrication d'une tôle d'acier à haute résistance laminée à froid ayant d'excellentes propriétés de vieillissement accéléré, décrit dans le brevet japonais n0 41 983/79 consiste à préparer un acier constitué de 0,04 à 0,12% en poids de carbone et de 0,10 à 1,60% en poids de manganèse; laminer à chaud cet acier avec une température de finissage d'au moins 8000C et une température de bobinage d'au plus 700'C; laminer à froid la bande d'acier laminée à chaud après décapage; chauffer en continu cette bande d'acier laminée à froid à une température de 700 à 9000C; tremper;réchauffer à une température de 150 à 4000C; maintenir à la température indiquée pendant une période déterminée; puis refroidir

à la température ordinaire.

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Selon le procédé ci-dessus, on peut fabriquer un acier

à haute résistance avec une grande productivité et à bas prix. Cepen-

dant la tôle d'acier fabriquée selon ce procédé,qui a une résistance élevée à la traction de 392' à 784 MPa-, a pour inconvénient que l'obtention de cette résistance élevée à la traction réduit l'apti-

tude au formage à la presse.

Par suite de cet inconvénient, l'utilisation d'une tôle

dtacier à haute résistance laminée à froid pour fabriquer des carros-

series d'automobiles est limitée aux éléments nécessitant une résis-

tance mécanique élevée tels que les pare-chocs et les éléments inté-

rieurs de la carrosserie pour lesquels la contrainte produite en eux lors du formage ne pose pas de difficulté. Pour la partie extérieure de la carrosserie, pour laquelle la consommation de tôle d'acier laminée à froid est la plus importante, on utilise actuellement une tôle d'acier doux laminée à froid convenant à l'emboutissage profond,

car il est impossible de fabriquer une tôle d'acier à haute résis-

tance laminée à froid possédant une excellente aptitude au formage à la presse et une excellente résistance au bossellement, malgré l'avantage remarquable qu'il y aurait à utiliser une telle tôle,

d'une résistance à la traction plus élevée.

La tôle d'acier à haute résistance précitée utilisée pour

la fabrication de la partie extérieure de la carrosserie d'une auto-

mobile a de préférence une. résistance à la traction de 343 à 49 MPa-.

On connaît une tôle d'acier laminée à froid ayant la résistance à la rupture précitée et dont l'aptitude au formage n'est pas diminuéequi consiste en une tôle d'acier calmé à l'aluminium, ayant une teneur

présente en phosphore, laminée à froid et ayant subi un recuit dis-

continu. Dans la fabrication de cette tôle de type P, on utilise la teneur en phosphore pour obtenir une résistance à la traction accrue sans diminution de l'aptitude à l'emboutissage profond. Par exemple pour obtenir une tôle d'acier à haute résistance laminée à froid

ayant une résistance à la traction de 392'MPm., la teneur en phos-

phore doit être d'au moins 0,07 à 0,10% en poids, et la dissolution du phosphore sous forme d'une solution solide dans la ferrite confère

une limite élastique de 214 i 294-pje-

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Dans la tôle - mentionnée ci-dessus - d'acier calmé à l'aluminium, contenant du phosphore, laminée à froid et ayant subi un recuit discontinu précitée, il ne se produit pratiquement pas de durcissement par cuisson lors de la cuisson de la peinture. Donc la résistance au bossellement de cette tôle de type P dépend uniquement de sa limite élastique précitée. De plus lorsqu'on la forme à la presse, l'accroissement de la limite élastique dû à l'addition de

phosphore entraîne un accroissement du retour élastique et une alté-

ration du maintien de la forme. De plus cette tôle d'acier fabriquée par recuit discontinu pose des problèmes de faible productivité et

d'accroissement des coûts de fabrication.

L'invention a pour objet un procédé pour fabriquer, avec une productivité élevée et de façon peu coûteuse, une bande d'acier

à haute résistance laminée à froid présentant un équilibre satisfai-

sant entre la résistance et l'allongement, une excellente aptitude au formage à la presse et une excellente résistance au bossellement, et ayant une résistance à la traction de 343 a 490 n Ci, Plus particulièrement l'invention concerne un procédé

pour produire une bande d'acier à haute résistance ayant une excel-

lente aptitude au formage à la presse qui consiste à:

produire une brame d'acier calmé à l'aluminium ayant essentiel-

lement la composition suivante exprimée en pourcentages pondéraux carbone de 0,02 à 0,06% manganèse de 0,06 à 0,25% phosphore de 0,01 à 0,06% aluminium soluble de 0,020 à 0,060% azote jusqu'à 0,005%, le reste étant constitué de fer et d'impuretés accidentelles laminer à chaud cette brame en une bande d'acier laminée à chaud; bobiner cette bande d'acier à une température comprise entre 650 et 7700C;

laminer à froid cette bande d'acier laminée à chaud ainsi bobi-

née pour produire une bande d'acier laminée à froid; soumettre la bande d'acier laminée à froid à un traitement de recuit continu pendant une période déterminée et à une température comprise entre 750 et 8800C;

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refroidir la bande d'acier laminée à froid ayant subi le recuit continu, avec une vitesse de refroidissement d'au moins: exp{-5,6(C %py + Mn % /6 + Si % /24) + 7,8] C/s p p p

à partir d'une région de température de Ar1 Ar + 60 C pour trans-

former cette structure en une structure à double phase de ferrite et de phase de transformation à basse température; puis

soumettre cette bande d'acier laminaée froid ayant cette struc-

ture à double phase à un traitement de survieillissement pendant une

période déterminée à une température comprise entre 260 et 360 C.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un

exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur

lesquels: -

la figure 1 est un graphique montrant l'indice Lankford (r) représenté en ordonnées d'une tôle d'acier en fonction de la teneur en manganèse. (% pondéral) représentée en abscisses de la tôle

d'acier; -

la figure 2 est un graphique illustrant l'indice Lank-

ford (r) en ordonnées d'une tale d'acier en fonction de la tem,úrature de bobinage ( C) représentée en abscisses d'une bande d'acier laminée à chaud;

la figure 3 est un graphique illustrant l'indice Lank-

ford (G) représenté en ordonnées et la limite élastique OWak)

représentée en abscisses d'une tôle d'acier en fonction de la tcpeé-

rature de recuit d'une bande d'acier laminée à froid; la figure 4 est un graphique illustrant la vitesse de refroidissement ( C/s) en ordonnées d'une bande d'acier après un recuit continu pour obtenir une structure double de ferrite et de

phase de transformation à basse température, en fonction de l'équi-

valent en carbone (.) représenté en abscisses; et la figure 5 est un graphique illustrant l'importance du durcissement par cuisson eaP) d'une peinture, l'allongement (%) et le frottement interne (Q l)(x 10 4) d'une tôle d'acier représentés en ordonnées en fonction de la température de survieillissement (OC)

représentée en abscisses de la bande d'acier.

Pour résoudre les problèmes précités, la demanderesse a effectué des études portant sur un procédé de fabrication peu coûteux et à grande productivité, par recuit continu d'une tôle d'acier ayant une aptitude au formage et une résistance à la traction parfaitement comparables à celles de la tôle - mentionnée précédemment - d'acier calmé à l'alumiium, contenant du phosphore,laminée à froid et ayant subi un recuit discontinu, avec un plus faible retour élastique au cours d'une opération de formage et une excellente résistance au bossellement. Au cours de ces études, on s'est intéressé aux points suivants pour tenter de conférer une excellente aptitude au formage

et une excellente résistance au bossellement, qui sont deux proprié-

tés que doit posséder la portion extérieure d'une carrosserie auto-

mobile, à une tôle d'acier à haute résistance laminée à froid fabri-

quée selon le procédé à recuit continu précité (1) Amélioration de l'aptitude au formage (a) diminuer la limite élastique d'une tôle d'acier à une valeur d'au plus 294 a. pour réduire le retour élastique d'un élément obtenu par formage à la presse de la tôle d'acier; (b) accroître l'allongement de la tôle d'acier à une valeur d'au moins 35%; (c) accroître l'indice Lqnkford (r) de la tôle d'acier à une

valeur d'au moins 1,4 pour améliorer l'aptitude à l'emboutissage pro-

fond de la tôle d'acier;

(d) conférer un vieillissement retardé à la tôle d'acier.

(2) Amélioration de la résistance au bossellement:

(a) accroître l'augmentation de la limite élastique de l'élé-

ment formé à la presse lorsqu'on le soumet à un traitement de cuisson de la peinture, c'est-à-dire porter le durcissement par cuisson à au moins 4 A La demanderesse a effectué d'autres études portant sur des mesures visant à conférer les propriétés précitées à unebande d'acier à haute résistance laminée à froid fabriquée par recuit continu et a abouti aux résultats suivants:

(1) Mesures pour réduire la limite élastique et accroître l'allonge-

ment: La limite élastique et l'allongement dépendent principalement de la quantité d'éléments en solution solide dans la ferrite. Donc on obtient une tôle d'acier ayant une faible limite élastique et un allongement élevé lorsqu'on réduit, grâce aux mesures suivantes, la quantité des éléments en solution solide de substitution et des élé- ments en solution solide d'insertion dans la ferrite: (a) utiliser une nuance d'acier contenant moins d'éléments en solution solide; (b) accélérer la croissance des grains cristallins; et (c) appliquer un traitement de survieillissement permettant une

précipitation suffisante de carbone en solution solide dans la f errite.

(2) Mesures pour accroître l'indice Lankford: On peut grâce aux mesures suivantes fabriquer une tôle d'acier ayant un indice Lankford élevé même avec un chauffage et un recuit rapides comme c'est le cas dans le recuit continu;

(a) réduire la teneur des éléments en solution solide de substi-

tution, en particulier celle du manganèse, pour produire une texture recristallisée avec une taille appropriée des grains cristallins; (b) bobiner la bande d'acier à une température élevée après le laminage à chaud pour que l'azote et le carbone dissous dans la ferrite sous forme d'une solution solide précipitent sous forme de nitrure d'aluminium et de carbure grossier dans un stade précédant le recuit continu; et (c) bobiner la bande d'acier à une température élevée après le

laminage à chaud et la soumettre à un recuit continu à une tempéra-

ture élevée pour accélérer suffisamment la croissance de la texture recristallisée. (3) Mesures pour conférer un vieillissement retardé Réduire la teneur du carbone en solution solide et de l'azote en solution solide dans la ferrite et transformer la structure de la tôle d'acier en une structure à double phase de ferrite et de

phase de transformation à basse température, pour inhiber-l'appari-

tion d'un allongement rémanent ou un fluage à la limite élastique au

cours du vieillissement.

(4) Mesures pour accroître l'importance du durcissement par cuisson L'amélioration de la limite élastique d'un élément formé à la presse que l'on obtient lorsqu'on applique un traitement de cuisson

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de la peinture à cet élément formé à la presse, c'est-à-dire l'impor-

tance du durcissement par cuisson, dépend directement de la quantité de carbone en solution solide et d'azote en solution solide. Pour accroître cette amélioration, il est donc nécessaire de laisser une quantité appropriée de carbone et d'azote en solution solide dans la ferrite même aux dépens dans une certaine mesure de l'allongement et

du vieillissement retardé précités.

L'invention repose sur ces découvertes et le procédé de

l'invention pour fabriquer une bande d'acier à haute résistance lami-

née à froid présentant une excellente aptitude au formage à la presse est constitué d'une succession de stades qui consistent à:

produire une brame en acier calmé à l'aluminium ayant essentiel-

lement la composition pondérale suivante: carbone de 0,02 à 0,06% manganèse de 0,06 à 0,25% phosphore de 0,01 à 0,06% aluminium soluble de 0,020 à 0,060% azote jusqu'à 0,005% le reste étant constitué de fer et d'impuretés accidentelles laminer à chaud cette brame en une bande d'acier laminée à chaud; refroidir cette bande d'acier à une température comprise entre 650 et 770'C; laminer à froid cette bande d'acier laminée à chaud ainsi bobinée pour produire une bande d'acier laminée à froid; soumettre cette bande d'acier laminée à froid à un traitement de recuit continu pendant une durée déterminée à une température comprise entre 750 et 880'C; refroidir cette bande d'acier laminée à chaud ayant subi ce recuit continu avec une vitesse de refroidissement d'au moins exp t-5,6(C %py + Mn % /6 + Si % /24) + 7,83 C/s

à partir d'une région de température de Ar1 à Ar1 + 60'C pour trans-

former sa structure en une structure à phase double de ferrite et de phase de transformation à basse température; puis

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soumettre cette bande d'acier laminée à froid ayant cette struc-

ture à double phase à un traitement de survieillissement pendant une

durée déterminée et à une température comprise entre 260 et 360'C.

Les raisons pour lesquelles la nuance de l'acier et sa composition chimique sont, dans l'invention, limitées comme précé-

demment indiqué vont être exposées.

(A) Acier calmé à l'aluminium.

La nuance de l'acier que l'on utilise est limitée à un acier calmé à l'aluminium pour inhiber le vieillissement que provoque

l'azote par fixation d'azote dans l'acier sous forme de nitrure d'alu-

minium et pour éviter que l'azote en solutionsolidene gêne la formation

en douceur de germes de recristallisatioh pendant le recuit continu.

(B) Carbone.

Le carbone se dissout dans la ferrite ce qui accroit la résistance et améliore l'aptitude au durcissement de l'acier. On peut

donc, pour accroître la résistance mécanique d'une tôle d'acier, trem-

per une bande d'acier après recuit continu et transformer la structure en une structure à double phase. Cependant avec une teneur en carbone inférieure à 0,02% en poids on ne peut pas obtenir l'effet désiré précité. D'autre part avec une teneur en carbone supérieure à 0,06% en poids, la limite élastique de la tôle d'acier s'élève au-dessus de la limite supérieure cible de 294JIOEa avec une diminution de la

valeur de l'allongement et on n'obtient qu'insuffisamment la struc-

ture recristallisée avec une taille appropriée des grains favorisant l'aptitude à l'emboutissage profond. La teneur en carbone doit donc

être comprise-entre 0,02 et 0,06% en poids.

(C) Manganèse.

Le manganèse accroît la résistance mécanique d'une tôle d'acier, comme le fait le carbone, lorsqu'on trempe une tôle d'acier après recuit continu et qu'on transforme la structure en une structure à double phase. Cependant avec une teneur en manganèse inférieure à 0,06% en poids, on ne peut pas obtenir l'effet désiré précité. D'autre part, avec une teneur en manganèse supérieure à 0,25% en poids, la limite élastique de la tôle d'acier s'élève au-delà de la limite cible supérieure de 294-MPw avec une diminution de l'allongement et on n'obtient qu'insuffisamment la texture recristallisée avec une taille

approprée des grains favorisant l'aptitude à l'emboutissage profond.

Le manganèse a un effet important en particulier sur l'indice Lank-

ford (r) de la tôle d'acier. La figure 1 est un graphique illustrant l'indice Lankford (r) de tôles d'acier fabriquées avec diverses teneurs en manganèse dans les conditions suivantes teneur en carbone: 0,03% en poids teneur en manganèse: plusieurs valeurs entre 0,05 et 0,30% en poids température de bobinage de la bande d'acier après le laminage à chaud:

7500C

conditions de recuit continu à une température de 850'C pendant une durée de 90 secondes, conditions de survieillissement: à une température de 3500C pendant une durée

de 3 minutes.

Comme le montre nettement la figure 1, pour une teneur en manganèse supérieure à 0,25% en poids, l'indice Lankford (r)

s'abaisse fortement en dessous de la limite cible inférieure de 1,4.

La teneur en manganèse doit donc être comprise entre 0,06 et 0,25%

en poids.

(D) Phosphore.

Le phosphore accroit la résistance mécanique d'une tôle

d'acier sans nuire à l'aptitude au formage en particulier à l'apti-

tude à l'emboutissage profond. Cependant,avec une teneur en phosphore inférieure à 0,01% en poids, on ne peut pas obtenir l'effet désiré précité. D'autre part pour une teneur en phosphore supérieure à 0,06% en poids, la limite élastique de la tôle d'acier s'élève au-dessus de la limite supérieure cible de 294ïUBa.. La teneur en phosphore

doit donc être comprise entre 0,01 et 0,06% en poids.

(E) Aluminium soluble.

L'aluminium soluble a pour effet de provoquer la précipi-

tation de l'azote dans l'acier sous forme de nitrure d'aluminium.

Cependant pour une teneur en aluminium soluble inférieure à 0,020% en poids, on ne peut pas obtenir l'effet désiré précité. D'autre part, pour une teneur en aluminium soluble supérieure à 0,060% en poids, des

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inclusions d'alumine provoquent des défauts de surface sur la tôle d'acier. La teneur en aluminium soluble doit donc être comprise enLre

0,020 et 0,060% en poids.

(F) Azote.

L'azote précipite sous forme de nitrure d'aluminium par réaction avec l'aluminium soluble précité. Cependant pour une teneur en azote supérieure à 0,005% en poids, il est nécessaire d'ajouter de l'aluminium en grande quantité ce qui provoque des défauts de surface de la tôle d'acier par suite de la présence d'inclusions d'alumine. La teneur en azote doit donc ne pas dépasser 0,005% en poids.

(G) Silicium.

On ajoute à la demande du silicium qui provoque une amélioration complémentaire de la résistance mécanique d'une tôle

d'acier ayant la composition chimique indiquée de (A) à (F) ci-dessus.

Cependant pour une teneur en silicium supérieure à 0,20% en poids,

l'indice Lankford (r) de la tôle d'acier diminue. La teneur en sili-

cium ne doit donc pas dépasser 0,020% en poids.

Les raisons pour lesquelles la température de bobinage de

la bande d'acier laminée à chaud et les conditions du traitement ther-

mique de la bande d'acier laminée à froid sont limitées comme précé-

demment indiqué vont maintenant être expliquées.

(A) Température de bobinage.

Pour produire une texture recristallisée avec un accrois-

sement de l'indice Lankford (r) de la tôle d'acier, il est nécessaire de provoquer une précipitation d'azote dans l'acier sous forme de

nitrure d'aluminium et de réduire l'importance de la refonte des car-

bures lors du chauffage pendant le recuit continu. Ceci nécessite de bobiner la bande d'acier à une température élevée après le laminage à

chaud.

La figure 2 est un graphique montrant l'indice Lankford

(r) en fonction des conditions suivantes en particulier de la tempé-

rature de refroidissement de la bande d'acier teneur en carbone 0,03 % en poids teneur en manganèse 0,07% en poids (o sur le graphique) 0,10% en poids (A sur le graphique) O,lb:' en poids (a sur le graphique)

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temperature de boDinage de la bande d'acier après le laminage à chaud: plusieurs valeurs comprises entre 500 et 800 C conditions du recuit continu: à une température de 850 C pendant une durée de 90 secondes conditions du sur7ieillissement: à une température de 350 C pendant une

période de 3 minutes.

Comme le montre la figure 2, pour une température de bobinage de la bande d'acier inférieure à 650 C, l'indice Lankford (r) n'atteint pas dans certains cas la valeur cible de 1,4. D'autre part pour une température de bobinage supérieure à 770 C, il tend à se produire facilemenL des grains grossiers et beaucoup de calamine sur la bande d'acier ce qui rend le décapage difficile. La température de bobinage de la bande d'acier après laminage à chaud doit donc être comprise entre 650 et 770 Co

(B) Conditions de recuit continu.

Lorsqu'on soumet une bande d'acier laminée à chaud à un recuit continu, il est nécessaire de favoriser la formation d'une structure recristallisée avec une taille appropriée des grains, de

réduire la limite élastique et d'assurer ainsi les conditions opti-

males d'amélioration de l'allongement et de l'aptitude à l'emboutis-

sage profond. La figure 3 est un graphique illustrant l'indice Lankford (; ) et la limite élastique d'une tôle d'acier fabriquée dans les conditions, en particulier la température de recuit, indiquées ci-après: teneur en carbone: 0,03% en poids teneur en manganèse: 0,07% en poids (o sur le graphique) 0,10% en poids (asur le graphique) 0,16% en poids (o sur le graphique) température de bobinage de la bande d'acier après le laminage à chaud: 750 C conditions de recuit continu: température: plusieurs valeurs comprises entre 600 et

1 000 C

durée: 90 secondes conditions de survieillissement à une température de 350C pendant une durée

de 3 minutes.

Sur la figure 3 les traits continus correspondent à l'indice Lankford (r) et les traits discontinus correspondent à la limite élastique. Comme le montre la figure 3, à une température de recuit inférieure à 7500C. une croissance suffisante des grains de ferrite nécessite une durée prolongée, et un recuit continu pendant une durée brève de 90 secondes ne permet pas d'obtenir un indice Lankford (r) élevé d'au moins 1,4. D'autre part à une température de recuit supérieure à 8800C, la température se rapproche trop de la température de normalisation et on ne peut pas obtenir une structure recristallisée avec une taille appropriée des grains et il se produit une chute brusque de l'indice Lankford (r) ce qui accroît le coût de fabrication. De plus, pour une température de recuit inférieure à 7500C ou supérieure à 880C, la limite élastique tend également à s'accroître plus qu'il n'est nécessaire,ce qui est indésirable. La

température de recuit doit donc être comprise entre 750 et 8800C.

Pour assurer la croissance de grains de ferrite appro-

priés, il est nécessaire que la période de recuit soit d'au moins secondes. Cependant une période de recuit supérieure à 5 minutes

n'a pas d'effet notable sur la qualité et n'entraîne qu'une augmen-

tation de la taille de l'appareillage. La durée de recuit doit donc

de préférence être comprise entre 30 secondes et 5 minutes.

(C) Conditions de refroidissement.

Le refroidissement de la bande d'acier après le recuit continu nécessite des conditions provoquant la dissolution dans la ferrite d'une quantité de carbone suffisante pour améliorer la limite élastique de l'élément formé à la presse lors de la cuisson de la

peinture de cet élément et pour transformer la structure en une struc-

ture à double phase de ferrite et de phase de transformation à basse température. On effectue cette transformation de la structure pour tenter d'accroître la résistance mécanique de la tôle d'acier et

d'inhiber l'apparition d'un allongement permanent résultant du vieil-

lissement à la limite élastique et conférer ainsi un vieillissement

rétardé à la tôle d'acier.

La figure 4 est un graphique illustrant la relation entre l'équivalent en carbone et la vitesse de refroidissement sur lequel

l'équivalent en carbone (C % -y + Mn % /6 + Si % /24) (%) est repré-

p p p

senté en abscisses et la vitesse de refroidissement ('C/s) est repré-

sentée en ordonnées. Dans l'équivalent en carbone, C %-y représente la concentration pondérale en carbone dans l'austénite de la seconde phase dans la région de température comprise entre Ar et Ar + 600C qui est la température du début de la trempe de la bande d'acier produisant la structure double précitée. Cette concentration en carbone est égale à environ P[831 - température de début de trempe La courbe représentée sur la figure 4 représente la vitesse de refroidissement critique inférieure indiquant la limite inférieure de la vitesse de refroidissement pour transformer la structure de l'acier en la structure à double phase précitée. Pour que la tôle d'acier puisse être durcie par la cuisson, il suffit de refroidir la bande d'acier après le recuit continu à une vitesse d'au moins 20'C/s tandis que pour transformer la structure de l'acier en la structure à double phase précitée, il est nécessaire de refroidir la bande d'acier à une vitesse au moins égale à celle indiquée par la courbe de la figure 4 (dans la région hachurée). On peut exprimer la vitesse de refroidissement critique inférieure représentée par la courbe de la figure 4 par la formule suivante expt-5,6(C % y + Mn % /6 + Si % /24) + 7,83.C/s Dans la structure à double phase précitée de ferrite et de phase de transformation à basse température, le pourcentage en

volume de la phase de transformation à basse température doit de pré-

férence ne pas dépasser 10% par rapport à la totalité de la structure.

Un pourcentage en volume de la phase de transformation à basse tempé- rature supérieur à 10% de l'ensemble de la structure n'est pas sou-

haitable par suite de l'accroissement de la limite élastique et de la diminution de l'allongement. La limite supérieure de la température de début de trempe est fixée à Ar + 60'C pour limiter le pourcentage en volume de la phase de transformation à basse température dans la structure à double phase précitée à une valeur ne dépassant pas 10% de l'ensemble de la structure. La bande d'acier après le recuit continu

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doit donc être trempée à une vitesse de refroidissement d'au moins exp -5, 6(C % -y -- Mn %p/6 + Si Zp/24) + 7,83JC/s

à partir de la région de température de Ar à Ar1 + 600C.

(D) Conditions de survieillissement.

Lorsqu'on applique un traitement de survieillissement à une bande d'acier après recuit continu, il est nécessaire d'opérer

dans des conditions réduisant la diminution de l'allongement et l'ac-

croissement de la limite élastique que provoque le carbone en solution solide dissous dans la ferrite à saturation lors du refroidissement après le recuit et de laisser dans la ferrite le carbone en solution solide qui contribue à l'accroissement de la limite élastique pendant la cuisson de la peinture de l'élément formé à la presse. La figure 5 est un graphique illustrant -l'augmentation de la limite élastique, c'est-à-dire l'importance du durcissement par cuisson, lors de la

cuisson de la peinture, l'allongement et la teneur en carbone en solu-

tion solide après le recuit, cette teneur étant exprimée par le frot-

tement interne, c'est-à-dire la valeur du frottement interne lorsqu'on applique un traitement de survieillissement pendant une période de 3 minutes, à des températures de survieillissement comprises entre 200 et 400'C, à des tôles d'acier fabriquées dans des conditions (teneur en carbone, teneur en manganèse, température de bobinage de la bande d'acier après le laminage à chaud, conditions de recuit continu et conditions de refroidissement après le recuit continu) correspondant aux valeurs de l'invention. La valeur du durcissement par cuisson est par définition la valeur du durcissement obtenue dans des conditions ordinaires de cuisson d'une peinture (température de chauffage comprise entre 100 et 200"C et durée de chauffage de 10 à 20 minutes) lorsqu'on applique une peinture à une tôle d'acier

formée à la presse.

Sur la figure 5, la courbe en trait continu indique la valeur du durcissement par cuisson, la courbe en traits discontinus indique la valeur de l'allongement et la-courbe en traits mixtes indique la valeur du frottement interne. Comme le montre la figure 5, une température de survieillissement inférieure à 2600C ne convient pas car la précipitation insuffisante du carbone en solution solide

conduit à une faible valeur de l'allongement ne dépassant pas 35%-

bien que le durcissement par cuisson soit important et que le frotte-

ment interne atteigne plus de 5 x 10. D'autre part, pour une tempé-

rature de survieillissement supérieure à 3600C, le carbone en solution solide dans la ferrite est presque totalement précipité ce qui conduit à un allongement satisfaisant tandis que l'importance du durcissement par cuisson n'a qu'une valeur faible inférieure à 49 - a Donc une température de survieillissement satisfaisante pour obtenir à la fois un durcissement par cuisson d'au moins 4929Pa: un allongement d'au moins 35% et un frottement interne ne dépassant pas 5 x 10 4 doit

être comprise entre 260 et 360 C. La durée pendant laquelle on effec-

tue un traitement de survielîlissement dans la gamme des températures

précitée doit de préférence être comprise entre 1 et 10 minutes.

L'invention est illustrée par l'exemple non limitatif suivant.

EEemple.

On prépare selon les techniques habituelles d'élabora-

tion de l'acier, six nuances d'acier de l'invention "A" à "F" et deux nuances d'acier de référence "G' et "H" correspondant à l'acier calmé à l'aluminium, contenant du phosphore, ayant subi un recuit discontinu classique, ces aciers ayant les compositions chimiques

indiquées dans le tableau I ci-après. On coule en lingots, immédiate-

ment après l'élaboration, les aciers de l'invention "A" à "D" et les aciers de référence "G" et "Il". On soumet les aciers "E"; et "F" de l'invention à un léger traitement de dégazage après l'élaboration pour réduire leur terrneur en carbone et en azote puis on les coule en lingots. Bien que l'on puisse effectuer une coulée en lingots ou une coulée continue dans le présent exemple on coule les aciers

en lingots.

On lamine les lingots ainsi coulés en brames ayant une épaisseur de 120 à 200 mm sur un laminoir approprié. Après chauffage à 1 250 & on lamine ces brames à chaud en bandes d'acier épaisses de 2,8 mm avec un laminoir dégrossisseur et un laminoir de finition puis

on bobine. On bobine les aciers de l'invention "A" à "F" à une tempé-

rature de bobinage de 700 C et on bobine les aciers de référence "G" et "'i" à une température de 550'C. Ensuite, après un traitement de décapage, on lamine à chaud ces bandes d'acier pour former des bandes

d'acier ayant une épaisseur de 0,7 mm sur un laminoir à froid.

On recuit ensuite ces bandes d'acier laminées à froid de la façon suivante:

(A) Aciers '"A" à "FI' de l'invention.

Dans un four de recuit continu, on chauffe à 8500C la bande d'acier laminée à froid et on la maintient à cette température pendant 90 secondes. On refroidit ensuite la bande d'acier à 750C avec un jet de gaz et,immédiatement après le refroidissement, on la plonge dans un jet d'eau dans une cuve de refroidissement pour la tremper à une vitesse d'environ 2 OOO0C/s. On chauffe à 300C la bande d'acier ainsi trempée et on la maintient à cette température

pendant 3 minutes pour effectuer le traitement de survieillissement.

(B) Aciers de référence 'G"' et "'".

On chauffe la bande d'acier dans un four de recuit en

* caisse à 7000C avec une vitesse de chauffage de 1 000C/h, on main-

tient cette température pendant 3 heures puis on refroidit dans le four. Après le traitement thermique, on soumet les aciers à un laminage de dressage avec un pourcentage d'allongement de 1%., Le tableau Il ci-après indique les résultats de l'essai-de traction et les indices Lankford des aciers après le laminage de dressage. Comme

le montre le tableau II, les aciers de l'invention ont des résis-

tances à la traction et des allongements presque identiques à ceux des aciers de référence. Les aciers de l'invention ont une limite élastique bien inférieure à celle des aciers de référence et une aptitude au formage à la presse bien meilleure. De plus les aciers de l'invention ont des indices Lankford très comparables à ceux des aciers de référence et ont une excellente aptitude à l'emboutissage profond. On effectue ensuite un essai sur les aciers préparés

selon les procédés ci-dessus pour déterminer les variations des pro-

priétés mécaniques après formage à la presse de ces aciers et cuisson

d'une peinture appliquée aux éléments formés à la presse. Pour effec-

ture les essais, on produit un allongement de traction de 2% et on

chauffe les aciers à 1700C pendant 20 minutes avant de déterminer.

leurs propriétés mécaniques. On étudie également les propriétés méca-

niques des aciers après laminage de dressage avec un pourcentage

d'allongement de 1% puis vieillissement par maintien à une tempéra-

ture de 380C pendant 8 jours.

Les résultats de ces essais figurent dans le tableau III ci-après. Comme le montre le tableau III, dans le cas des aciers

de l'invention, la limite élastique est améliorée d'une valeur com-

prise entre 49 et 147..a- par la cuisson d'une peinture et l'accrois-

sement de la limite élastique est très élevé par rapport aux aciers de référence. Pour les aciers de l'invention la limite élastique s'élève à une valeur égale ou même supérieure à celle des aciers de

référence et la résistance à la traction est également améliorée.

De plus les aciers de l'invention ne présentent pas d'allongement rémanent à la limite élastique même après 8 jours de vieillissement

à 380C et ont d'excellentes propriétés de vieillissement retardé.

Selon le procédé de l'invention qui vient d'être décrit en détail, on peut fabriquer avec une productivité élevée et de façon peu coûteuse une tôle d'acier à haute résistance laminée à froid ayant une résistance à la traction de 343C à 490qJ t- qui est nécessaire

dans des applications telles que la fabrication de la partie exté-

rieure de la carrosserie d'une automobile, qui présente des valeurs satisfaisantes de l'allongement et de l'indice Lankdord ainsi qu'une

excellente aptitude au formage à la presse et une excellente résis-

tance au bossellement et qui présente donc un grand intérêt indus-

triel.

Bien entendu diverses modifications peuvent être appor-

tées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans

sortir du cadre de l'invention.

TABLEAU I

Nature de i 'acier Symbole C (% en poids) Si Mn p S Ai Soluble N A 0,060 traces 0,15 0,030 0>010 0,044 0,0040

B 0,048 0,020 0,15 0,030 0,022 0,038 0,0039

C 0,040 0,014 0,16'0,010 0,015 0,046 0,0048

D 0,037 traces 0,18 0,018 0 020 0,0050 E 0,030 traces 0,10 i0,050 0,012 0, 040 0,0021 U F 0,020 traces 0,14 0,020 0,008 0,029 0,0018

G 0,045 0,20 O25 - 0,0780,007 0,038 0,0040

R 0,055 0,27 10,28 0,086 0,005 0,040 0,0038

bO r-à

T A B L E A U II

Limte Essai de traction Indice Lankford ).14X Limite Allongement Résistance m 2 eélastique rémanent à la trac- Allongement r_ - >, & la limite tion (rD rC r X ( u élastique ( (7()

A 2940 0 4689 36,9 0,194 1,38 1,16 1,81 1,43

B 2619 0 4169 38,2 0,201 1,50 1,32 1,80 1,49

W c C 2403 0 3767 41,0 0,211 1,59 1,36 1,77 1,52

> D 2236 0 3698 41,1 0,207 1,70 1,39 1,861 1,59

-' E 2432 0 3845 40,6 0,213 1,62 1,41 1,881 1,58

F 2148 0 3511 45,3 0,228 1,79 1,41 1,98 1,65

u OG 2893 0 3894 41,3 0,191 1,80 1,40 2,08 1,67 a R H 3001 0 3973 38,6 0, 190 1,76 1,36 1,90 1,60 %D rà 4. NI M' M>

T A B L E A U III

Essai de traction après allongementde traction Essai de traction après 8 jours de de 2% et cuisson de la peinture vieillissement & 38 C h Limite Résistance Accroissement Limite Allongement Résistance B- dlastique & la trac- Allongement de la limite dlastique rémanent à la trac- Allongement (Govri tion (%) dlastique (NQ à la limite tion (n (tI'g) dlastique | Iff) (Z)%

A 4 051 4 757 30,5 1 108 3 080 0 4 698 36,0 0,172

" B 3 639 4 218 32,1 1 020 2 638 0 4 149 37,9 0,180

r, C 3 247 3 816 34,6 843 2 462 0 3 776 40,2 0,186 c ' D 3 178 3 747 35,0 941 2 315 0 3 678, 39,8 0,176

E 3 296 3 894 34,3 863 2 501 0 3 874 40,0 0,191

F 3 001 3 551 40,1 853 2 187 0 3 531 44,8 0,198

G 3 217 3 953 35,6 ?3 2 923 0 3 914 40,8 0,182

X 3 345 4 041 33,5 343 3 031 O 3 982 38,3 0,184

w o o r'> -4 o -4.

2472021'

R E V E N D I CA T I 0 N S

1. Procédé pour fabriquer une bande d'acier à haute résis-

tance laminée à froid ayant une excellente aptitude au formage à la presse caractérisé en ce qu'il consiste à: produire une brame d'un acier calmé à l'aluminium constitué essentiellement, en pourcentages pondéraux, de: carbone de 0,02 à 0,06% manganèse de 0,06 à 0,25% phosphore de 0,01 à 0,06% aliminium soluble de 0,020 à 0,060% azote jusqu'à 0,005% le reste étant constitué de fer et d'impuretés accidentelles laminer à chaud cette brame en une bande d'acier laminée à chaud; bobiner ceLte bande d'acier à une température comprise entre 650 et 770 C;

laminer à froid cette bande d'acier laminée à chaud ainsi bobi-

née pour produire une bande d'acier laminée à froid; soumettre cette bande d'acier laminée à froid à un traitement de recuit continu pendant une durée déterminée à une température comprise entre 750 et 880 C; refroidir cette bande d'acier laminée à froid ayant subi ce recuit continu avec une vitesse de refroidissement au moins égale à exp{-5,6(C %py t Mn %4/6 + Si %p/24) + 7,83 C/s

à partir d'une région de température de Ar à Ar + 60 C pour trans-

former la structure en une structure à double phase de ferrite et de phase de transformation à basse température; puis, soumettre cette bande d'acier laminée à froid ayant cette structure à double phase à un traitement de survieillissement pendant

une durée déterminée à une température comprise entre 260 et 360 C.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue le traitement de recuit continu pendant une durée comprise

entre 30 secondes et 5 minutes.

2472021 i 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue le traitement de survieillissement pendant une durée

comprise entre 1 et 10 minutes.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme a la presse la bande d'acier ayant subi le traitement de survieillissement et on soumet l'élément formé à la presse obtenu à un traitement de cuisson d'une peinture pour améliorer la limite élastique de cet élément formé à la presse d'une valeur comprise entre 49 et 147M9a