FR2850398A1 - Procede de fabrication de toles d'acier lamine a chaud et a froid a tres haute resistance et tole obtenue - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication d'une tôle d'acier à haute résistance, laminée à chaud puis laminée à froid présentant une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 450 MPa, comprenant les étapes selon lesquelles :- on lamine à chaud un acier à haute résistance dont la résistance à la traction Rm est supérieure ou égale à 450 MPa, pour obtenir une tôle à chaud, puis- on lamine à froid ladite tôle à chaud avec un taux de réduction compris entre 10 et 20%, puis- on fait subir à ladite tôle ainsi laminée un traitement thermique de restauration à une température inférieure à Ac3,ainsi que la tôle obtenue.
Description
Réf. USI 01/035
PROCEDE DE FABRICATION DE TÈLES D'ACIER LAMINE A CHAUD ET A FROID A TRES HAUTE RESISTANCE ET TÈLE OBTENUE La présente invention concerne un procédé de fabrication de tôles d'acier laminé à chaud, puis laminé à froid, à très haute résistance et la tôle ainsi obtenue.
Les aciers à très haute résistance ont été développés ces dernières 10 années, notamment afin de répondre aux besoins spécifiques de l'industrie automobile, qui sont en particulier la réduction du poids et donc de l'épaisseur des pièces, et l'amélioration de la sécurité qui passe par l'augmentation de la résistance à la fatigue et de la tenue aux chocs des pièces. Ces améliorations ne doivent en outre pas détériorer l'aptitude à la mise en forme des tôles 15 utilisées pour la fabrication des pièces. Cette aptitude à la mise en forme suppose notamment que l'acier présente un allongement important.
La tenue en fatigue des pièces définit leur durée de vie en fonction des contraintes subies, et peut être améliorée en augmentant la résistance à la traction Rm de l'acier. Mais, l'augmentation de la résistance détériore 20 l'aptitude à la mise en forme de l'acier, limitant ainsi les pièces réalisables, en particulier en ce qui concerne leur épaisseur.
On connaît une première famille d'aciers à très haute résistance, qui sont des aciers alliés au manganèse, contenant des proportions élevées de carbone et de manganèse (plus de 1,2%) et dont la structure est ferrito25 bainitique. Ils présentent une résistance à la traction maximum de 800 MPa, et ne peuvent être obtenus par laminage à chaud que jusqu'à une épaisseur de minimale de 2,3 mm, car l'ajout du manganèse augmente la dureté à chaud et limite la capacité de réduction au laminage.
Une deuxième famille d'aciers à très haute résistance sont les aciers 30 HLE à haute limite d'élasticité, qui sont des aciers micro-alliés présentant une limite d'élasticité comprise entre 315 et 700 MPa. On ne peut les obtenir par laminage à chaud à une épaisseur inférieure à 1,8 mm, car l'ajout d'élément tel que le niobium augmente la dureté à chaud et limite la capacité de réduction au laminage.
Une troisième famille d'aciers à très haute résistance sont les aciers multiphasés, dont la structure est composée de ferrite et/ou bainite et/ou 5 martensite dans des proportions variables, et qu'on ne peut pas obtenir par laminage à chaud à une épaisseur inférieure à 1,5 mm, car l'ajout d'éléments d'addition tels que le manganèse, le chrome, le molybdène augmentent la dureté à chaud et limitent la capacité de réduction au laminage, même si pour ces nuances le choix des éléments est optimisé pour atteindre les épaisseurs 10 les plus faibles possibles.
On connaît par ailleurs des aciers laminés à froid qui permettent par des passes de laminage à froid, avec un taux de réduction supérieur à 60%, suivi d'un cycle thermique, d'obtenir des bandes d'épaisseur inférieures à celles obtenues par simple laminage à chaud. Mais, ce procédé ne permet 15 pas d'obtenir de hauts niveaux de résistance, car il nécessite une recristallisation de la structure par traitement thermique après le laminage à froid. Les propriétés mécaniques obtenues sont ainsi diminuées de plus de 100 MPa, aussi bien pour la résistance à la traction que pour la limite d'élasticité.
Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des aciers de l'art antérieur en proposant un procédé permettant d'obtenir des bandes d'acier ayant des caractéristiques mécaniques similaires à celles obtenues à l'issue d'un laminage à chaud, mais à des épaisseurs inférieures à celles actuellement accessibles avec les aciers de l'art antérieur.
A cet effet, l'invention a pour premier objet un procédé de fabrication d'une tôle d'acier à haute résistance, laminée à chaud puis laminée à froid présentant une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 450 MPa, comprenant les étapes selon lesquelles: - on lamine à chaud un acier à haute résistance dont la résistance à la 30 traction Rm est supérieure ou égale à 450 MPa, pour obtenir une tôle à chaud, puis - on lamine à froid ladite tôle à chaud avec un taux de réduction compris entre 10 et 20%, puis - on fait subir à ladite tôle ainsi laminée un traitement thermique de restauration à une température inférieure à Ac3.
Dans un mode de réalisation préféré, l'acier à haute résistance est choisi parmi les aciers multiphasés, les aciers HLE micro-alliés et les aciers alliés au manganèse à structure ferrito-bainitique.
Dans un autre mode de réalisation préféré, l'acier à haute résistance présente une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 600 MPa, de préférence, supérieure ou égale à 800 MPa.
Dans un autre mode de réalisation préféré, le traitement thermique de io restauration est un recuit pratiqué à une température inférieure à Acl.
Dans un autre mode de réalisation préféré, le traitement thermique de restauration est un recuit pratiqué à une température supérieure à Acd et inférieure à Ac3.
Dans un autre mode de réalisation préféré, on revêt la bande, à l'issue 15 dut traitement thermique de restauration, par passage dans un bain de métal liquide, tel que par exemple un bain comprenant du zinc ou un alliage de zinc.
L'invention a également pour deuxième objet une tôle d'acier à haute résistance, pouvant être obtenue par le procédé selon l'invention, présentant 20 une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 450 MPa, et une épaisseur inférieure ou égale à 1,5 mm.
La tôle selon l'invention peut également présenter les caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison: - l'acier à haute résistance est choisi parmi les aciers multiphasés, les aciers HLE micro-alliés et les aciers alliés au manganèse à structure ferrito-bainitique, - l'acier de la tôle présente une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 600 MPa, de préférence supérieure ou égale à 800 MPa, - la tôle comporte un revêtement métallique, - la tôle est galvanisée.
Le procédé selon l'invention consiste tout d'abord à laminer à chaud un 5 acier à haute résistance dont la résistance à la traction Rm est supérieure ou égale à 450 MPa, jusqu'à obtenir une bande à chaud dont l'épaisseur est généralement inférieure ou égale à 2,5 mm. Ce laminage a pour but d'obtenir une structure homogène.
Le procédé consiste ensuite en un laminage à froid de la bande à chaud 10 avec un taux de réduction compris entre 10 et 20%. Ce laminage est pratiqué à ce faible taux de réduction afin de ne pas modifier de façon trop importante et irréversible les propriétés du métal de base. On ne veut en particulier pas obtenir une structure recristallisée à l'issue du traitement thermique. Ce taux de réduction peut être réalisé sur une ligne classique de relaminage avec 15 l'avantage d'être réalisé en une seule passe, avec un gain de temps de production. Il peut également être réalisé par une passe de laminage sur une cage en entrée d'une ligne de galvanisation, ce qui permet d'effectuer la réduction et le traitement thermique de restauration ultérieur sur une seule ligne. Il est à noter que les aciers laminés à froid classiques ne sont jamais 20 laminés avec un aussi faible taux, car on souhaite obtenir une structure recristallisée après traitement thermique de recuit, et un taux de réduction trop faible ne le permet pas.
A l'issue du laminage à froid, la bande subit un traitement thermique de restauration à une température inférieure à Ac3.
Le traitement thermique de restauration peut comprendre une première phase de chauffage rapide à une vitesse VI, puis une deuxième phase de chauffage plus lent, à une vitesse V2, jusqu'à atteindre la température de maintien visée.
Cette température de maintien dépend de la nature de l'acier traité.
A l'issue de ce maintien, on refroidit la bande à une vitesse de refroidissement V3, jusqu'à la température ambiante. On peut également refroidir la bande jusqu'à une température proche de celle d'un bain de métal liquide, tel qu'un bain de zinc, et la tremper dans un tel bain, avant de la refroidir jusqu'à la température ambiante à une vitesse de refroidissement V4.
Les différents paramètres de ce cycle sont définis pour permettre la restauration de la structure, c'est à dire, pour réarranger les dislocations générées lors du laminage à froid, afin d'obtenir des sousjoints de grains.
En raison du faible taux de réduction lors du laminage à froid et des paramètres du traitement thermique, on ne recristallise en aucun cas l'acier.
Ainsi, pour un acier à très haute résistance de type acier multiphasé,, la vitesse VI est comprise entre 10 et 40 C/s, V2 est comprise entre 5 et 10 250C/s, la température de maintien est comprise entre 6500C et 7500C, et la durée de maintien est comprise entre 10 et 30 secondes. La vitesse de refroidissement V3 est comprise entre 10 et 60'C/s, et on refroidit la bande jusqu'à atteindre environ 4700C avant de l'immerger dans un bain de galvanisation, puis de la refroidir à une vitesse V4 comprise entre 10 et 200C.
L'invention va à présent être illustrée par des exemples, donnés à titre non limitatif.
Abréviations employées Rm: résistance à la traction en MPa Re: limite d'élasticité en MPa A: allongement, mesuré en % ep: épaisseur Essai 1 Une nuance d'acier multiphasé dont la composition est donnée dans le tableau 1 ci-dessous, est coulée sous forme de brames qui sont laminées à 5 chaud jusqu'à atteindre une épaisseur de 1,6 mm. Les tôles à chaud sont ensuite laminées à froid avec un taux de réduction de 10%, puis trois échantillons A, B et C sont soumis à un traitement thermique de restauration, qui va être décrit et dont les conditions particulières sont rassemblées dans le
tableau 2.
Ce traitement consiste en une première phase de chauffage à une vitesse VI de 380C/s jusqu'à atteindre une température de préchauffage variant entre 500 et 7000C, puis en une deuxième phase à une vitesse V2 de 10'C/s jusqu'à atteindre une température de maintien variant entre 650 et 7500C. Le chauffage à cette température est effectué pendant 20 secondes. 15 La tôle est ensuite refroidie à une vitesse V3 de 200C/s, jusqu'à atteindre 470'C, puis galvanisée par passage dans un bain de zinc liquide. La tôle est finalement refroidie à une vitesse V4 de 150C/s jusqu'à température ambiante.
Les caractéristiques mécaniques des échantillons A, B et C sont 20 ensuite mesurées et rassemblées dans le tableau 2, ainsi que les caractéristiques mécaniques d'un échantillon D issu de la même brame, puis laminé à chaud, mais non laminé à froid, et que les caractéristiques mécaniques d'un échantillon E issu de la même brame, laminé à chaud, puis à froid avec un taux de réduction de 10%, mais n'ayant pas subi de traitement 25 thermique de restauration.
Tableau 1
Le reste de la composition est constitué de fer et d'impuretés inévitables résultant de l'élaboration.
Tableau 2
Essai T préchauffage T maintien Rm Re A ep (OC) (OC) (MPa) (MPa) (%) (mm) A 600 650 821 762 12,2 1,44 B 650 700 828 775 11,3 1,44 C 700 750 800 678 11,2 1,44 D comp. - - 801 685 13,1 1,60 E comp. - - 894 859 5,8 1,44 On constate que la réduction de 10% conduit à importante des propriétés mécaniques et en une chute d traitement thermique permet bien de restaurer la structui une augmentation e l'allongement. Le Ie et d'obtenir ainsi des propriétés mécaniques comparables à celle du métal de base, mais pour une épaisseur inférieure.
On remarque également que l'essai C donne des résultats particulièrement bons, probablement en raison du passage de la tôle audessus de la température Acl, qui s'élève à 740'C. Ce passage dans le 15 domaine austénito-ferritique permet d'abaisser la limite d'élasticité à un niveau comparable à celui du métal de base.
Essai 2 On reprend une nuance d'acier multiphasé dont la composition est 20 identique à celle de l'essai 1, que l'on coule sous forme de brames qui sont laminées à chaud jusqu'à atteindre une épaisseur de 1,6 mm. Les tôles à chaud sont ensuite laminées à froid avec un taux de réduction de 20%, puis deux échantillons F et G sont soumis à un traitement thermique de restauration analogue à celui de l'essai et dont les conditions particulières 25 sont rassemblées dans le tableau 3.
Les caractéristiques mécaniques des échantillons F et G sont ensuite mesurées et rassemblées dans le tableau 3, ainsi que les caractéristiques mécaniques d'un échantillon H issu de la même brame, puis laminé à chaud, 5 mais non laminé à froid, et que les caractéristiques mécaniques d'un échantillon I issu de la même brame, laminé à chaud, puis à froid avec un taux de réduction de 20%, mais n'ayant pas subi de traitement thermique de restauration.
Tableau 3
Essai T préchauffage T maintien Rm Re A ep (OC) (OC) (MPa) (MPa) (%) (mm) F 580 700 821 774 10,1 1,28 G 625 750 798 737 10,7 1,28 H comp. - - 754 621 12,6 1,60 I comp. - - 887 857 3 1,28 On constate que la réduction de 20% suivi du traitement thermique de restauration permet d'obtenir des propriétés mécaniques plus élevées par 15 rapport au métal de base.
Le procédé selon l'invention présente de nombreux avantages, et en particulier une amélioration de l'aspect de surface en terme de rugosité, ainsi qu'une amélioration des tolérances dimensionnelles par rapport à des tôles 20 d'acier laminées à chaud.
Claims (14)
1. Procédé de fabrication d'une tôle d'acier à haute résistance, laminée à 5 chaud puis laminée à froid présentant une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 450 MPa, comprenant les étapes selon lesquelles: on lamine à chaud un acier à haute résistance dont la résistance à la traction Rm est supérieure ou égale à 450 MPa, pour obtenir une tôle à chaud, puis - on lamine à froid ladite tôle à chaud avec un taux de réduction compris entre 10 et 20%, puis - on fait subir à ladite tôle ainsi laminée un traitement thermique de restauration à une température inférieure à Ac3.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit acier à haute 15 résistance est choisi parmi les aciers multiphasés, les aciers HLE microalliés et les aciers alliés au manganèse à structure ferritobainitique.
3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé en outre en ce que ledit acier à haute résistance présente une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 600 MPa.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en outre en ce que ledit acier à haute résistance présente une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 800 MPa.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit traitement thermique de restauration est un recuit pratiqué à 25 une température inférieure à Acd.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit traitement thermique de restauration est un recuit pratiqué à une température supérieure à Acd.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en 30 ce qu'on revêt ladite tôle, à l'issue dudit traitement thermique de restauration, par passage dans un bain de métal liquide.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit bain de métal liquide comprend du zinc ou un alliage de zinc.
9. Tôle d'acier à haute résistance, pouvant être obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, présentant une 5 résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 450 MPa, et une épaisseur inférieure ou égale à 1,5 mm.
10. Tôle selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit acier à haute résistance est choisi parmi les aciers multiphasés, les aciers HLE microalliés et les aciers alliés au manganèse à structure ferritobainitique.
11. Tôle selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en que ledit acier présente une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 600 MPa.
12. Tôle selon la revendication 11, caractérisée en outre en ce que ledit acier 10 présente une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 800 MPa.
13. Tôle selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisée en ce qu'elle est comporte un revêtement métallique.
14. Tôle selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle est galvanisée.
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