FR2819525A1 - PRODUITS LAMINES OU FILES EN ALLIAGE D'ALUMINIUM Al-Mn A RESISTANCE A LA CORROSION AMELIOREE - Google Patents

PRODUITS LAMINES OU FILES EN ALLIAGE D'ALUMINIUM Al-Mn A RESISTANCE A LA CORROSION AMELIOREE Download PDF

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Abstract

L'invention a pour objet un produit laminé ou filé, notamment un tube, en alliage de composition (% en poids) :Si < 0, 30 Fe : 0, 20 - 0, 50 Cu < 0, 05 Mn : 0, 5 - 1, 2 Mg < 0, 05 Zn < 0, 50 Cr : 0, 10 - 0, 30 Ti < 0, 05 Zr < 0, 05 reste aluminium et impuretés inévitables.L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de tubes filés de cette composition comportant la coulée d'une billette, éventuellement son homogénéisation, le filage d'un tube, l'étirage de ce tube en une ou plusieurs passes et le recuit en continu à une température comprise entre 350 et 500degreC avec une montée en température de moins de 10 secondes.Les produits selon l'invention sont destinés à des canalisations et des échangeurs thermiques pour l'automobile, et présentent une bonne résistance à la corrosion.

Description

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Figure img00010001
Produits laminés ou filés en alliage d'aluminium AI-Mn à résistance à la corrosion améliorée.
Domaine de l'invention L'invention concerne des produits laminés ou filés en alliage d'aluminium Ai-min (série 3000 selon la nomenclature de l'Aluminum Association) à résistance à la corrosion améliorée, en particulier des tubes destinés notamment à des canalisations ou des tubes et bandes destinés à des échangeurs thermiques pour la construction automobile.
Etat de la technique Les alliages habituellement utilisés pour les tubes destinés aux canalisations pour l'automobile et pour les tubes et bandes destinés aux échangeurs thermiques d'automobiles assemblés par voie mécanique sont les alliages au manganèse 3102, 3003 ou 3103 selon la norme EN 573-3. Ces alliages présentent une bonne aptitude au filage et des caractéristiques mécaniques satisfaisantes. Cependant, il est apparu nécessaire d'améliorer la résistance à la corrosion pour ces applications, ce qui a entraîné l'apparition d'alliages qualifiés de long life .
La demande de brevet WO 97/46726 de Reynolds Metals concerne un alliage, connu sous la désignation X3030, de composition (% en poids) : Mn : 0,1-0, 5 Cu < 0, 03 Mg < 0, 01 Zn : 0,06-1, 0 Si : 0,05-0, 12 Fe < 0,50 Ti : 0, 03-0, 30 Cr < 0,50 reste aluminium. L'addition de Zn et de Ti contribue à l'amélioration de la résistance à la corrosion. Cr est maintenu de préférence en dessous de 0,20% et les exemples montrent des teneurs de 0,005%, 0,05% et 0,10%. Fe est maintenu de préférence en dessous de 0,30%, et les exemples montrent des teneurs de 0,10%, 0,12% et 0,20%.
La demande de brevet WO 99/18250 de la même société concerne un alliage désigné X3020 présentant une meilleure formabilité que le X3030 par addition de Mg (jusqu'à 1%) et de Zr (jusqu'à 0,30%). Cr est maintenu de préférence en dessous de 0,02%, voire de 0, 01%. Fe est maintenu de préférence en dessous de 0,30%.
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Figure img00020001

La demande de brevet WO 00/50656 de Norsk Hydro est relative à un alliage de composition : Si : 0, 05-0, 15 Fe : 0, 06-0, 35 Cu < 0, 10 Mn : 0, 01-1, 0 Mg : 0, 02-0, 60 Cr < 0, 25 Zn : 0, 05-0, 70 Ti < 0, 25 Zr < 0, 20 Cr est maintenu de préférence en dessous de 0,15% et n'est admis que pour des raisons de recyclage de chutes de fabrication d'autres alliages. Fe est maintenu de préférence en dessous de 0,22%.
Objet de l'invention Le but de l'invention est d'améliorer encore la résistance à la corrosion par rapport aux alliages long life existants.
L'invention a pour objet un produit laminé ou filé, notamment un tube, en alliage de composition (% en poids) : Si < 0,30 Fe : 0, 20-0, 50 Cu < 0,05 Mn : 0, 5-1, 2 Mg < 0,05 Zn < 0,50 Cr : 0, 10-0, 30 Ti < 0, 05 Zr < 0, 05 reste aluminium et impuretés inévitables.
Les teneurs préférentielles sont : Si < 0,15 Fe : 0, 25-0, 40 Mn : 0, 8-1, 0 Cr : 0, 15-0, 30 Zn : 0, 10-0, 25 L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de tubes filés de cette composition comportant la coulée d'une billette de la composition précédente, éventuellement l'homogénéisation de cette billette, le filage d'un tube, l'étirage de ce tube en une ou plusieurs passes et le recuit en continu à une température comprise entre 350 et 500 C avec une montée en température de moins de 10 secondes, et de préférence moins de 2 secondes.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de bandes de cette composition, comportant la coulée d'une plaque, son laminage à chaud, puis à froid, et un recuit en continu à une température comprise entre 350 et 500oC avec une montée en température de moins de 10 minutes, et de préférence de moins de 2 minutes.
Description de l'invention
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Figure img00030001

L'alliage selon l'invention comporte une teneur en manganèse du même ordre que celle des alliages 3003 ou 3103 et ne contient pratiquement pas de cuivre ni de magnésium. Contrairement à l'enseignement de l'art antérieur qui préconise de basses teneurs en fer pour la résistance à la corrosion, l'alliage présente un bon comportement avec une teneur en fer supérieure à 0,20% et pouvant aller jusqu'à 0,50%. Ceci permet d'éviter l'emploi d'une base aluminium pure plus coûteuse.
Contrairement également à l'enseignement de l'art antérieur, une teneur en chrome supérieure à 0,10%, et de préférence à 0,15% s'est révélée favorable à la résistance à la corrosion. Une addition de zinc à une teneur faible, inférieure à 0,50%, et de préférence à 0,20%, est également favorable.
Le procédé de fabrication des produits filés, notamment des tubes, comporte la coulée de billettes de l'alliage indiqué, l'homogénéisation des billettes, leur réchauffage et leur filage pour obtenir un tube en longueur droite ou en couronne, et une ou plusieurs passes d'étirage pour amener le produit aux dimensions souhaitées.
Le tube est ensuite recuit par défilement à grande vitesse dans un four à passage, de préférence un four à induction. Le réchauffage du produit filé est très rapide, inférieur à 10 secondes, et de préférence à 2 secondes, et le produit défile à une vitesse comprise entre 20 et 200 m/mn. La température du four est maintenue entre 350 et 500oc. Le produit peut ensuite subir un nouvel étirage pour augmenter la résistance mécanique.
Ce recuit continu conduit à une microstructure à grains fins équiaxes, d'une taille de grain moyenne, mesurée par la méthode des intercepts, inférieure à 40 um, et typiquement de l'ordre de 30 um, alors qu'avec un recuit classique dans un four statique, les grains sont allongés avec une taille de grain beaucoup plus grande, de l'ordre de 180 ! lm dans le sens du filage et de 70 um dans le sens perpendiculaire au filage. La présence de chrome tend encore à diminuer la taille de grain en augmentant la densité des sites de recristallisation, ce qui a un effet bénéfique sur la résistance à la corrosion.
Le procédé de fabrication des bandes comporte la coulée d'une plaque de la composition selon l'invention, éventuellement l'homogénéisation de cette plaque, le laminage à chaud de cette plaque pour obtenir une bande, le laminage à froid de cette bande jusqu'à l'épaisseur désirée et un recuit final de recristallisation à une température comprise entre 350 et 600oc. Ce recuit final se fait de préférence en
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Figure img00040001

continu dans un four à passage avec une montée en température de moins de 10 minutes, et de préférence moins de 2 minutes, ce qui conduit à une taille de grain fine. La bande laminée à chaud peut également être obtenue directement par coulée continue, par exemple par coulée entre deux cylindres refroidis.
Les produits selon l'invention présentent une résistance à la corrosion meilleure que le 3003 ou le 3103, et au moins aussi bonne que les alliages long life de l'art antérieur, des caractéristiques mécaniques et une formabilité équivalentes au 3003 ou au 3103, et un coût d'élaboration économique. Ils présentent un potentiel de corrosion électrochimique pratiquement identique à celui du 3003 ou du 3103, de sorte qu'il n'y a pas de différence de comportement des couples galvaniques, par exemple le couple tube-ailette des échangeurs thermiques. Les produits filés présentent par ailleurs une aptitude au filage au moins aussi bonne que celle des alliages 3003 ou 3103.
Les produits filés selon l'invention sont utilisables notamment comme tubes de canalisations de carburant, d'huile ou de liquide de freins pour automobiles et comme tubes destinés aux échangeurs thermiques des systèmes de refroidissement moteur et de climatisation d'habitacle des véhicules automobiles. Les bandes peuvent être utilisés dans les mêmes échangeurs pour les collecteurs, les évaporateurs ou les ailettes.
Exemple On a coulé et homogénéisé des billettes en 6 alliages répertoriés A à F. Les alliages A, B et C correspondent à des compositions de 3003,3103 et X3020 de l'art antérieur. Les alliages D et E diffèrent de la composition selon l'invention par un fer plus bas pour D et du titane à la place du chrome pour E. L'alliage F est conforme à l'invention. Les compositions des alliages (% en poids) sont indiquées au tableau 1.
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Figure img00050001

Tableau 1
Figure img00050002
<tb>
<tb> Ref <SEP> Si <SEP> Fe <SEP> Cu <SEP> Mn <SEP> Mg <SEP> Cr <SEP> Zn <SEP> Ti
<tb> A <SEP> 0,09 <SEP> 0,19 <SEP> 0,15 <SEP> 1,05 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> B <SEP> 0,12 <SEP> 0,55 <SEP> - <SEP> 1,10 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> C <SEP> 0,07 <SEP> 0,08 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,17 <SEP> 0,14
<tb> D <SEP> 0,08 <SEP> 0,10 <SEP> - <SEP> 1,00 <SEP> - <SEP> 0,20 <SEP> 0,01 <SEP> 0,02
<tb> E <SEP> 0,07 <SEP> 0,26 <SEP> - <SEP> 0,98 <SEP> - <SEP> 0,01 <SEP> 0,01 <SEP> 0,14
<tb> F <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> 0, <SEP> 27 <SEP> 00 <SEP> 98 <SEP> 0, <SEP> 19 <SEP> 0, <SEP> 17 <SEP> 0, <SEP> 01
<tb>
Les billettes ont été filées en couronnes de tubes puis étirées pour obtenir un diamètre de 12 mm et une épaisseur de 1,25 mm. Aucune différence significative n'a été enregistrée pour les 6 alliages concernant leur aptitude au filage ou à l'étirage.
Ces couronnes ont été recuites en continu dans un four à induction à une température fixée à 470oC, avec une vitesse de passage entre 60 et 120 m/mn. Les couronnes ont subi ensuite une nouvelle passe d'étirage pour les amener à l'état H12 selon la norme EN 515. On a mesuré, sur des échantillons des 6 tubes, la résistance à la rupture Rm (en MPa) et la limite d'élasticité Ro, 2 (en MPa). Les résultats sont indiqués au tableau 2.
Tableau 2
Figure img00050003
<tb>
<tb> Alliage <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> E <SEP> F
<tb> Rm <SEP> 116 <SEP> 120 <SEP> 106 <SEP> 112 <SEP> 112 <SEP> 116
<tb> Ro, <SEP> 2 <SEP> 102 <SEP> 113 <SEP> 95 <SEP> 106 <SEP> 98 <SEP> 108
<tb>
On constate que l'alliage selon l'invention conduit à une résistance mécanique pratiquement identique à celle du 3003 (A) ou du 3103 (B).
La résistance à la corrosion a été mesurée à l'aide du test SWAAT (salt water acetic acid test) selon la norme ASTM G85. Les mesures ont été faites pour 3 durées de cycles : 100,400 et 800 cycles, sur deux tubes par alliage et par durée de longueur 200 mm. A la fin de l'essai, les tubes sont sortis de l'enceinte et décapés dans une
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Figure img00060001

solution d'acide nitrique concentrée à 68% afin de dissoudre les produits de corrosion. Sur chaque tube, on mesure ensuite la profondeur des 5 piqûres les plus profondes et on calcule la moyenne pour chaque tube et la moyenne Pmoy des valeurs obtenues pour les deux tubes. La résistance à la corrosion est d'autant meilleure que Pmoy est faible. Les résultats sont repris au tableau 3.
Tableau 3
Figure img00060002
<tb>
<tb> Alliage <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> E <SEP> F
<tb> 100 <SEP> cycles <SEP> 273 <SEP> 220 <SEP> 101 <SEP> 91 <SEP> 164 <SEP> 91
<tb> 400 <SEP> cycles <SEP> 462 <SEP> 375 <SEP> 213 <SEP> 134 <SEP> 151 <SEP> 124
<tb> 800 <SEP> cycles <SEP> 1054 <SEP> 431 <SEP> 368 <SEP> 260 <SEP> 387 <SEP> 249
<tb>
On constate que l'alliage F selon l'invention est celui qui donne les meilleurs résultats, et donc la teneur en fer de 0,27% ne nuit pas à la résistance à la corrosion, et l'addition de 0,20% de chrome pour les alliages D et F a un effet nettement bénéfique.

Claims (15)

  1. Figure img00070001
    Revendications 1. Produit laminé ou filé, notamment un tube, en alliage de composition (% en poids) : Si < 0,30 Fe : 0, 20-0, 50 Cu < 0, 05 Mn : 0, 5-1, 2 Mg < 0, 05 Zn < 0,50 Cr : 0, 10-0, 30 Ti < 0, 05 Zr < 0, 05 reste aluminium et impuretés inévitables.
  2. 2. Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que Si < 0,20
  3. 3. Produit selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que Fe : 0, 25-
    0,40.
  4. 4. Produit selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que Mn : 0, 8-1, 0.
  5. 5. Produit selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que Cr : 0, 15-
    0,30.
    Figure img00070002
  6. 6. Produit selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que Zn : 0, 10-
    0,25.
  7. 7. Produit filé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que sa taille de grain est inférieure à 40 u. m.
  8. 8. Procédé de fabrication de tubes filés selon l'une des revendications 1 à 7, comportant la coulée d'une billette, éventuellement l'homogénéisation de cette billette, le filage d'un tube, l'étirage de ce tube en une ou plusieurs passes et le
    Figure img00070003
    recuit en continu à une température comprise entre 350 et 500oC avec une montée en température de moins de lots.
    <Desc/Clms Page number 8>
    Figure img00080001
  9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la montée en température se fait en moins de 2 s.
  10. 10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le recuit se fait dans un four à induction.
  11. 11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le recuit est suivi d'un étirage.
  12. 12. Utilisation d'un produit filé selon l'une des revendications 1 à 7 comme tube de canalisation pour l'automobile.
  13. 13. Utilisation d'un produit filé selon l'une des revendications 1 à 7 comme tube d'échangeur thermique d'automobile.
  14. 14. Procédé de fabrication de bandes selon l'une des revendications 1 à 7, comportant la coulée d'une plaque, éventuellement l'homogénéisation de cette plaque, le laminage à chaud de cette plaque pour obtenir une bande, le laminage à froid de cette bande jusqu'à l'épaisseur désirée et un recuit final de recristallisation à une température comprise entre 350 et 600oC, avec une montée en température de moins de 10 minutes, et de préférence de moins de 2 minutes.
  15. 15. Utilisation d'une bande selon l'une des revendications 1 à 7 comme élément d'échangeur thermique d'automobile.
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