FR2740144A1 - ALMG ALLOY FOR WELDED CONSTRUCTIONS WITH IMPROVED MECHANICAL CHARACTERISTICS - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne des tôles pour constructions soudées en alliage Almg présentant une résistance à la rupture Rm > 275 MPa, un allongement A > 17,5% et un produit A x Rm > 6000 de composition (% en poids): Mg: 4,3 - 4,8 Mn: < 0,5 Zn < 0,4 Fe < 0,45 Si < 0,30 et éventuellement: Cr < 0,15 Cu < 0,25 Ti < 0,20 Zr < 0,20 autres éléments < 0,05 chacun et < 0,15 au total, avec les relations: Mn + Zn < 0,7 et Fe > 0,5Mn. Les tôles selon l'invention sont destinées notamment à la fabrication de citernes ferroviaires ou routières.The invention relates to sheets for welded constructions of Almg alloy having a tensile strength Rm> 275 MPa, an elongation A> 17.5% and a product A x Rm> 6000 of composition (% by weight): Mg: 4 , 3 - 4.8 Mn: <0.5 Zn <0.4 Fe <0.45 Si <0.30 and optionally: Cr <0.15 Cu <0.25 Ti <0.20 Zr <0.20 other elements <0.05 each and <0.15 in total, with the relationships: Mn + Zn <0.7 and Fe> 0.5Mn. The sheets according to the invention are intended in particular for the manufacture of rail or road tanks.
Description
ALLIAGE AlMg POUR CONSTRUCTIONS SOUDEESAlMg ALLOY FOR WELDED CONSTRUCTIONS
A CARACTERISTIQUES MECANIQUES AMELIOREES IMPROVED MECHANICAL CHARACTERISTICS
Domaine technique L'invention concerne le domaine techique des tôles en alliage d'aluminium du type AlMg et plus particulièrement en alliage10 5083 ou 5086 selon la norme EN 573-3, destinées à des constructions soudées telles que des réservoirs fixes ou Technical field The invention relates to the technical field of aluminum alloy sheets of the AlMg type and more particularly of 5083 or 5086 alloy according to standard EN 573-3, intended for welded constructions such as fixed tanks or
mobiles et notamment des citernes de transport routier ou ferroviaire de matières solides ou liquides. mobile and in particular road or rail transport tanks for solid or liquid materials.
Probl meposé Pour augmenter la résistance mécanique des constructions soudées tout en diminuant leur poids, il est intéressant de disposer d'alliages offrant par rapport aux alliages 5083 ou20 5086 actuellement utilisés, des caractéristiques mécaniques améliorées sans rien perdre sur les autres propriétés d'emploi telles que la soudabilité, la résistance à la corrosion ou la formabilité. Les deux caractéristiques mécaniques qui, selon les principes25 de construction mécanique connues de l'homme de métier, doivent être optimisées pour assurer un comportement plastique convenable des structures en alliage d'aluminium, sont l'allongement à la rupture A et la résistance à la rupture Rm. Pour les alliages AlMg, ces deux caractéristiques ont30 des tendances d'évolution contraires lorsqu'on modifie la composition de l'alliage et un compromis doit être trouvé pour Problem meposed To increase the mechanical resistance of welded constructions while reducing their weight, it is advantageous to have available alloys which, compared to the 5083 or 20 5086 alloys currently used, have improved mechanical characteristics without losing anything in other use properties such as as weldability, corrosion resistance or formability. The two mechanical characteristics which, according to the principles of mechanical construction known to those skilled in the art, must be optimized to ensure a suitable plastic behavior of aluminum alloy structures, are the elongation at break A and the tensile strength. Rm rupture. For AlMg alloys, these two characteristics have opposite evolutionary tendencies when the composition of the alloy is modified and a compromise must be found for
chaque type d'application. C'est pourquoi, pour calculer le comportement des structures sous une déformation plastique rapide, par exemple en cas d'avarie, on utilise généralement35 pour ces alliages le produit A x Rm, dès lors que A et Rm présentent chacun des valeurs minimales convenables. each type of application. This is why, to calculate the behavior of structures under rapid plastic deformation, for example in the event of damage, the product A x Rm is generally used for these alloys, provided that A and Rm each have suitable minimum values.
Le but de la présente invention est donc d'améliorer ce compromis entre l'allongement et la résistance à la rupture The aim of the present invention is therefore to improve this compromise between elongation and tensile strength.
tout en assurant une tenue à la corrosion satisfaisante et une gamme de fabrication aussi simple et fiable que possible. while ensuring satisfactory corrosion resistance and a manufacturing range as simple and reliable as possible.
Art antérieur La demande de brevet japonais JP 06-212373 montre des exemples de tôles en alliage AlMgMn présentant un bon compromis entre l'allongement et la résistance, mais la fabrication par10 laminage à chaud requiert une température minimale de sortie du laminoir de 450 C, ce qui oblige à une cadence de fabrication rapide et une lubrification minimale et ne permet donc pas une fabrication fiable et économique de bandes. La demande de brevet japonais JP 06-93365 montre également des15 tôles en alliage AlMgMn ayant des caractéristiques mécaniques répondant à l'objectif visé, mais leur fabrication fait intervenir une gamme compliquée et coûteuse, comportant un laminage à chaud suivi d'un recuit intermédiaire, d'un laminage à tiède et d'un recuit final. 20 Objet de l'invention La demanderesse a mis en évidence un domaine de composition étroit à l'intérieur des fourchettes de composition des alliages 5083 et 5086 permettant de répondre aux objectifs visés pour les caractéristiques mécaniques et d'utiliser une gamme de fabrication fiable et économique. Les tôles pour constructions soudées selon l'invention sont réalisées en alliage AlMg de composition suivante (% en30 poids): Mg: 4,3 - 4,8 Mn: < 0,5 Zn: < 0,4 Fe < 0,45 Si < 0,30 et éventuellement Cr: < 0,15 Cu < 0,25 Ti < 0, 20 Zr < 0,20 autres éléments < 0,05 chacun et 0,20 au total35 avec les relations Mn + Zn < 0,7 (de préférence < 0,6) et Fe > 0,5Mn, et présentent une résistance à la rupture Rm > 275 MPa, un allongement A > 17,5% et un produit Rm x A > 6000 et de préférence > 6500. La teneur en zinc est comprise de préférence entre 0,07 et 0,2%. Les tôles selon l'invention sont fabriquées de préférence sans recuit final et par laminage à chaud avec une température de sortie du laminoir comprise entre 300 et 3707C, et de PRIOR ART Japanese patent application JP 06-212373 shows examples of AlMgMn alloy sheets exhibiting a good compromise between elongation and strength, but the manufacture by hot rolling requires a minimum temperature at the exit of the rolling mill of 450 ° C. which requires a rapid production rate and minimal lubrication and therefore does not allow reliable and economical production of bands. Japanese patent application JP 06-93365 also shows AlMgMn alloy sheets having mechanical characteristics meeting the intended objective, but their manufacture involves a complicated and expensive range, comprising hot rolling followed by intermediate annealing, lukewarm rolling and final annealing. OBJECT OF THE INVENTION The Applicant has demonstrated a narrow range of composition within the composition ranges of alloys 5083 and 5086 making it possible to meet the objectives sought for the mechanical characteristics and to use a reliable manufacturing range and economic. The sheets for welded constructions according to the invention are made of AlMg alloy of the following composition (% by weight): Mg: 4.3 - 4.8 Mn: <0.5 Zn: <0.4 Fe <0.45 Si <0.30 and possibly Cr: <0.15 Cu <0.25 Ti <0, 20 Zr <0.20 other elements <0.05 each and 0.20 in total35 with the relations Mn + Zn <0.7 (preferably <0.6) and Fe> 0.5Mn, and have a tensile strength Rm> 275 MPa, an elongation A> 17.5% and a product Rm x A> 6000 and preferably> 6500. The zinc content is preferably between 0.07 and 0.2%. The sheets according to the invention are preferably manufactured without final annealing and by hot rolling with an outlet temperature of the rolling mill of between 300 and 3707C, and of
préférence entre 320 et 360 C.preferably between 320 and 360 C.
Description de l'inventionDescription of the invention
Le rôle du magnésium et du manganèse comme éléments d'addition est bien connu. Le magnésium assure une bonne résistance mécanique, mais une teneur trop élevée diminue la résistance à la corrosion, ce qui limiterait l'utilisation des réservoirs15 fabriqués avec de tels alliages. Le manganèse améliore à la résistance à la traction, mais une teneur trop élevée conduit à une diminution de l'allongement. Il est connu également que le zinc, en présence de manganèse, améliore la résistance à la rupture, mais la demanderesse a20 trouvé, de manière surprenante, que, pour les teneurs choisies en magnésium et manganèse, le produit A x Rm dépendait de la somme Mn + Zn plutôt que des teneurs individuelles en Mn et Zn, et que ce produit était nettement amélioré lorsque la somme Mn + Zn était inférieure à 0,7, et, de préférence, à25 0,6%. Dans le domaine de composition retenu pour Mg, Mn et Zn, une addition de chrome, à condition qu'elle ne dépasse pas 0,15%, permet d'augmenter à la fois l'allongement A et la résistance à la corrosion, et une addition de cuivre inférieure à 0,25% conduit à une augmentation de Rm. La teneur en fer doit se situer en dessous de 0,45% afin d'éviter la formation de phases primaires dont la présence entraîne une détérioration inacceptable des caractéristiques mécaniques de la tôle. Toutefois, dans le domaine de35 composition retenu pour les éléments Mg, Mn et Zn, la demanderesse a mis en évidence de manière surprenante qu'il est avantageux de choisir une teneur en fer proche de 0,45%, car lors de la coulée, la quasi-totalité du fer forme des précipités eutectiques de type AlMnFe. On constate, ce qui est contraire à ce qu'on observe habituellement, qu'une forte fraction de ces précipités eutectiques améliore la ductilité5 de la tôle et qu'il est souhaitable que cette fraction soit d'au moins 0,7%. En même temps, toujours pour avoir une ductilité élevée, la fraction de dispersoides au manganèse dans la tôle finale doit rester faible, de préférence au- dessous de 1,5 fois la fraction d'eutectiques, ce qui10 s'exprime par la relation Fe > 0,5Mn. Les fractions volumiques de précipités eutectiques et de The role of magnesium and manganese as addition elements is well known. Magnesium provides good mechanical strength, but too high a content reduces corrosion resistance, which would limit the use of tanks manufactured with such alloys. Manganese improves tensile strength, but too high a content leads to a decrease in elongation. It is also known that zinc, in the presence of manganese, improves the breaking strength, but the Applicant has found, surprisingly, that, for the chosen contents of magnesium and manganese, the product A x Rm depended on the sum Mn + Zn rather than individual Mn and Zn contents, and that this product was markedly improved when the sum of Mn + Zn was less than 0.7, and preferably 0.6%. In the range of composition adopted for Mg, Mn and Zn, an addition of chromium, provided that it does not exceed 0.15%, makes it possible to increase both the elongation A and the corrosion resistance, and an addition of copper less than 0.25% leads to an increase in Rm. The iron content must be below 0.45% in order to avoid the formation of primary phases, the presence of which leads to an unacceptable deterioration of the mechanical characteristics sheet metal. However, in the field of composition chosen for the elements Mg, Mn and Zn, the Applicant has surprisingly demonstrated that it is advantageous to choose an iron content close to 0.45%, because during casting, almost all of the iron forms eutectic precipitates of the AlMnFe type. It is found, which is contrary to what is usually observed, that a large fraction of these eutectic precipitates improves the ductility of the sheet and that it is desirable that this fraction be at least 0.7%. At the same time, still to have high ductility, the fraction of manganese dispersoids in the final sheet should remain low, preferably below 1.5 times the fraction of eutectics, which is expressed by the relation Fe > 0.5Mn. The volume fractions of eutectic precipitates and
dispersoides sont mesurées par les fractions surfaciques calculées sur des micrographies par des techniques métallographiques bien connues, par exemple par microscopie15 électronique à balayage et analyse d'images sur une coupe polie d'un échantillon de tôle. dispersoids are measured by area fractions calculated on micrographs by well known metallographic techniques, for example by scanning electron microscopy and image analysis on a polished section of a sheet sample.
Cette possibilité de choisir une teneur en fer pas trop basse permet de choisir un métal de base moins pur et donc moins cher, tout en ayant de bonnes caractéristiques mécaniques.20 Avec la composition selon l'invention, il est possible d'obtenir des tôles d'épaisseur > 2 mm présentant une résistance à la rupture Rm > 275 MPa, un allongement A > 17,5% et un produit A x Rm > 6000, par laminage sans recuit final à une température > 250 C, et, plus particulièrement, par laminage à chaud. Pour des raisons de fiabilité industrielle, il est préférable que la température en sortie du laminoir à chaud soit inférieure à 4000C, et, de préférence, à 3700C, voire à 350 C. Les tôles selon l'invention peuvent être utilisées pour des30 constructions soudées, telles que des réservoirs fixes ou This possibility of choosing an iron content that is not too low makes it possible to choose a base metal which is less pure and therefore less expensive, while having good mechanical characteristics. With the composition according to the invention, it is possible to obtain sheets. of thickness> 2 mm having a tensile strength Rm> 275 MPa, an elongation A> 17.5% and a product A x Rm> 6000, by rolling without final annealing at a temperature> 250 C, and, more particularly , by hot rolling. For reasons of industrial reliability, it is preferable for the temperature at the outlet of the hot rolling mill to be less than 4000 ° C., and, preferably, 3700 ° C., or even 350 C. The sheets according to the invention can be used for welded constructions. , such as fixed tanks or
mobiles, par exemple des citernes ferroviaires ou routières. mobile, for example rail or road tanks.
Ces tôles peuvent être soudées par tous les moyens habituellement utilisés pour ce type d'alliage, en particulier par soudage bout à bout à l'aide d'un procédé MIG ou TIG et These sheets can be welded by all the means usually used for this type of alloy, in particular by butt welding using a MIG or TIG process and
avec un chanfrein de l'ordre de 45 sur environ les 2/3 de l'épaisseur. with a chamfer of the order of 45 over approximately 2/3 of the thickness.
L'intérêt de disposer de tôles à caractéristiques mécaniques améliorées est particulièrement grand dans le cas de citernes routières destinées au transport de matières dangereuses, qui doivent présenter un comportement plastique convenable en cas d'accident.5 Exemples On a élaboré 18 alliages ayant les compositions indiquées au tableau 1, par coulée semi-continue de plaques. Après un10 réchauffage pendant 20 h à une température supérieure à 500 C, celles-ci ont été laminées à chaud jusqu'à une épaisseur finale de 6 mm. La température de sortie du laminoir était de 340 C. Les alliages 0 à 4 ont une composition hors invention The advantage of having sheets with improved mechanical characteristics is particularly great in the case of road tanks intended for the transport of dangerous materials, which must exhibit suitable plastic behavior in the event of an accident. indicated in Table 1, by semi-continuous casting of plates. After reheating for 20 h at a temperature above 500 ° C, these were hot rolled to a final thickness of 6 mm. The outlet temperature of the rolling mill was 340 C. Alloys 0 to 4 have a composition outside the invention.
(l'alliage 0 représentant une composition de 5083), les alliages 5 à 17 une composition selon l'invention. (alloy 0 representing a composition of 5083), alloys 5 to 17 a composition according to the invention.
On a mesuré sur ces tôles la résistance à la rupture Rm et l'allongement A. Sur des micrographies réalisées par microscopie optique, on a mesuré également les fractions20 surfaciques de précipités eutectiques et de dispersoïdes. Ces résultats sont rassemblés au tableau 1 et montrent que, pour les compositions selon l'invention, on a toujours Rm > 275 MPa, A > 17,5% et leur produit > 6000. Des essais de soudage MIG réalisés par soudage bout à bout MIG25 avec un chanfrein de 45 sur les 2/3 de l'épaisseur ont montré une soudabilité semblable à celle des tôles en alliages 5083 The tensile strength Rm and the elongation A were measured on these sheets. On micrographs produced by optical microscopy, the surface fractions of eutectic precipitates and dispersoids were also measured. These results are collated in Table 1 and show that, for the compositions according to the invention, there is always Rm> 275 MPa, A> 17.5% and their product> 6000. MIG welding tests carried out by butt welding MIG25 with a chamfer of 45 over 2/3 of the thickness showed weldability similar to that of 5083 alloy sheets
et 5086 de composition habituelle.and 5086 of usual composition.
TABLEAU 1TABLE 1
Réf. Mg Cu Mn Fe Si Cr Zn TI Fraction Fraction Rn A RnA % % %% % % % % Eutecti- Disper- Mpa % que soides Ref. Mg Cu Mn Fe Si Cr Zn TI Fraction Fraction Rn A RnA%% %%%%%% Eutecti- Disper- Mpa% que soides
0 4,5 0,02 0,65 0,21 0,2 0,03 0,08 0,01 0,78 0,86 298 17 5066 0 4.5 0.02 0.65 0.21 0.2 0.03 0.08 0.01 0.78 0.86 298 17 5066
1 4,52 <0,01 0,72 0,12 0,16 0,05 <0,01 0,01 0,63 1,1 296 17 5032 1 4.52 <0.01 0.72 0.12 0.16 0.05 <0.01 0.01 0.63 1.1 296 17 5032
2 4,55 <0,01 0,83 0,12 0,18 0,13 0,01 0,01 0,74 1,4 310 15 4650 2 4.55 <0.01 0.83 0.12 0.18 0.13 0.01 0.01 0.74 1.4 310 15 4650
3 4,6 <0,01 0,85 0,17 0,25 0,1 0,16 0,01 0,95 1,4 313 16 5008 3 4.6 <0.01 0.85 0.17 0.25 0.1 0.16 0.01 0.95 1.4 313 16,5008
4 4,5 0,05 0,28 0,16 0,18 0,02 0,02 0,01 0,34 0,29 266 24 6384 4 4.5 0.05 0.28 0.16 0.18 0.02 0.02 0.01 0.34 0.29 266 24 6384
4,5 <0,01 0,46 0,1 0,21 0,05 0,02 0,01 0,37 0,65 283 22 6226 4.5 <0.01 0.46 0.1 0.21 0.05 0.02 0.01 0.37 0.65 283 22 6226
6 4,7 <0,01 0,47 0,13 0,21 0,03 0,02 0,01 0,44 0,66 295 22 6490 6 4.7 <0.01 0.47 0.13 0.21 0.03 0.02 0.01 0.44 0.66 295 22 6490
7 4,7 0,06 0,54 0,08 0,18 0,02 0,01 0,01 0,33 0,82 305 20 6100 7 4.7 0.06 0.54 0.08 0.18 0.02 0.01 0.01 0.33 0.82 305 20 6100
8 4,5 <0,01 0,5 0,11 0,22 0,3 0,02 0,01 0,42 0,72 295 22 6490 8 4.5 <0.01 0.5 0.11 0.22 0.3 0.02 0.01 0.42 0.72 295 22 6490
9 4,6 <0,01 0,42 0,15 0,2 0,05 0,16 0,01 0,46 0,56 298 22 6556 9 4.6 <0.01 0.42 0.15 0.2 0.05 0.16 0.01 0.46 0.56 298 22 6556
4,6 <0,01 0,45 0,21 0,17 0,07 0,3 0,01 0,54 0,61 295 21 6195 4.6 <0.01 0.45 0.21 0.17 0.07 0.3 0.01 0.54 0.61 295 21 6195
Il 4,5 <0,01 0,55 0,22 0,23 0,02 0,01 0,01 0,77 0,77 284 23 6532 Il 4.5 <0.01 0.55 0.22 0.23 0.02 0.01 0.01 0.77 0.77 284 23 6532
12 4,5 0,02 0,3 0,2 0,2 0,03 0,08 0,01 0,44 0,29 277 24 6648 12 4.5 0.02 0.3 0.2 0.2 0.03 0.08 0.01 0.44 0.29 277 24 6648
13 4,38 <0,01 0,5 0,27 0,2 0,09 0,01 0,01 0,83 0,67 278 24 6672 13 4.38 <0.01 0.5 0.27 0.2 0.09 0.01 0.01 0.83 0.67 278 24 6672
14 4,5 0,02 0,31 0,45 0,2 0,03 0,08 0,01 0,85 0,31 277 27 7479 14 4.5 0.02 0.31 0.45 0.2 0.03 0.08 0.01 0.85 0.31 277 27 7479
4,5 0,02 0,58 0,45 0,19 0,0 0,08 0,01 1,41 0,72 296 22 6512 4.5 0.02 0.58 0.45 0.19 0.0 0.08 0.01 1.41 0.72 296 22 6512
16 4,3 0,18 0,4 0,37 0,22 0,03 0,12 0,01 0,89 0,52 285 25 7125 16 4.3 0.18 0.4 0.37 0.22 0.03 0.12 0.01 0.89 0.52 285 25 7125
17 4,8 0,1 0,58 0,43 0,2 0,03 0,08 0,01 1,4 0,78 295 23 6785 17 4.8 0.1 0.58 0.43 0.2 0.03 0.08 0.01 1.4 0.78 295 23 6785
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