FR3122187A1 - Tôles d’aluminium 5xxx dotée d’une aptitude à la mise en forme élevée - Google Patents
Tôles d’aluminium 5xxx dotée d’une aptitude à la mise en forme élevée Download PDFInfo
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Abstract
L’invention concerne une tôle monolithique d’aluminium constituée d’une tôle d’aluminium de série 5xxx comprenant en % en poids Mg : 1,7 à 2,1, Mn : 0,1 à 0,5, Fe : 0,10 à 0,22, Si : 0,05 à 0,25, Cu 0,01 à 0,20, Cr jusqu’à 0,1, Zn jusqu’à 0,15, Zr jusqu’à 0,1, Ti jusqu’à 0,05 % en poids, le reste étant de l’aluminium et des impuretés inévitables jusqu’à 0,05 chacun et 0,15 au total. Un procédé de production de la tôle monolithique d’aluminium de série 5xxx selon l’invention comprend les étapes de coulée, préchauffage, laminage à chaud d’ébauchage sur un laminoir réversible avec une température d’entrée de laminage à chaud d’ébauchage de plus de 440 °C, laminage à chaud de finition du lingot avec une température de sortie de laminage à chaud d’au moins 280 °C, laminage à froid. L’invention est utile pour la fabrication d’automobiles.
Description
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne une tôle d’aluminium en alliage de série 5XXX et son procédé de réalisation, particulièrement utile pour l’industrie automobile.
CONTEXTE DE L’INVENTION
Habituellement, un composant automobile tel qu’un capot de voiture est principalement constitué de deux parties : une partie extérieure et une partie intérieure. La première est visible de l’extérieur de la voiture et la seconde n’est pas visible à moins par exemple d’ouvrir le capot.
Les composants doivent englober de nombreuses exigences parmi lesquelles se trouvent la sécurité des piétons et la qualité de la surface en termes de performance de peinture. Par conséquent, la partie extérieure est habituellement mise au point pour avoir une grande qualité d’aspect de peinture. La partie intérieure ou l’intérieur de capot d’automobile n’est habituellement pas soumis aux mêmes exigences concernant la qualité d’aspect de peinture. La partie intérieure est habituellement mise au point au vu de la sécurité des piétons en cas de collision ce qui signifie en particulier une résistance mécanique faible en service. Ces parties sont habituellement proches du moteur et il est nécessaire d’avoir une stabilité thermique. La partie intérieure doit également être capable de recevoir un traitement de surface.
Divers alliages d’aluminium sont utilisés sous la forme de tôles ou d’ébauches pour des usages automobiles. Parmi ces alliages, les alliages d’aluminium de série AA6xxx, tels que AA6016-T4 sont connus pour combiner des propriétés chimiques et mécaniques intéressantes telles que la dureté, la résistance mécanique, le formage et même la résistance à la corrosion.
Des produits spécifiques habituellement employés pour des parties intérieures sans exigences de qualité de surface ont également été mis au point pour améliorer la sécurité des piétons.
La demande de brevet WO2006/056481 divulgue une tôle en alliage d’aluminium pour des applications automobiles afin d’améliorer la sécurité des piétons, ayant une composition chimique en pourcentage en poids : 0,80 ≤ Si ≤ 1,20 - 0,10 ≤ Fe ≤ 0,30 - 0,05 ≤ Mn ≤0,20 - 0,10 ≤ Mg ≤ 0,30 - Cu ≤ 0,30 - Ti ≤ 0,15 – d’autres éléments jusqu’à 0,05 chacun, jusqu’à 0,15 au total, le reste d’Al, dans une condition d’état T4 ayant une limite d’élasticité (Rp) d’au moins 50 MPa, un allongement uniforme (Au) d’au moins 20 % et un allongement total (A80) d’au moins 22 %.
La demande de brevet WO2018/033537 divulgue un alliage d’aluminium pour des applications de véhicule avec un niveau de résistance mécanique modéré, la bande produite présentant uniquement une faible tendance au durcissement depuis l’état T4 qui peut être utilisée pour un impact avec les piétons. L’alliage d’aluminium comporte les constituants d’alliage suivants (en pourcentage en poids) : 0,4 % en poids ≤ Si ≤ 0,55 % en poids, 0,15 % en poids ≤ Fe ≤ 0,25 % en poids, Cu ≤ 0,06 % en poids, 0,15 % en poids ≤ Mn ≤ 0,4 % en poids, 0,33 % en poids ≤ Mg ≤ 0,4 % en poids, Cr ≤ 0,03 % en poids, 0,01 % en poids ≤ Ti ≤ 0,10 % en poids, le reste d’Al et d’impuretés inévitables d’au plus 0,05 % en poids individuellement et d’au plus 0,15 % en poids au total.
La demande de brevet US20120234437 divulgue un composant de voiture avec au moins un premier composant de tôle métallique en un premier alliage d’aluminium et au moins un second composant de tôle métallique en un second alliage d’aluminium, les premier et second alliages d’aluminium sont de type AlMgSi et dans la tôle métallique en second alliage d’aluminium, une partie substantielle des éléments Mg et Si, qui sont requis pour parvenir à un revenu artificiel en solution solide, est présente sous la forme de particules de Mg2Si et/ou Si séparées afin d’éviter un revenu artificiel.
D’autres approches pour améliorer la sécurité des piétons ont consisté à proposer des tôles de placage ou d’autres types de produits composites.
La demande de brevet EP2328748 concerne un produit de tôle de placage automobile comprenant une couche d’âme et au moins une couche de placage dans laquelle l’âme comprend un alliage de la composition suivante en % en poids : Mg 0,45 à 0,8, Si 0,45 à 0,7, Cu 0,05 à 0,25, Mn 0,05 à 0,2, Fe jusqu’à 0,35, d’autres éléments (ou impuretés) < 0,05 chacun et < 0,15 au total, le reste d’aluminium ; et l’au moins une couche de placage comprend un alliage de la composition suivante en % en poids : Mg 0,3 à 0,7, Si 0,3 à 0,7, Mn jusqu’à 0,15, Fe jusqu’à 0,35, d’autres éléments (impuretés) < 0,05 chacun et < 0,15 au total, le reste d’aluminium. Cependant les produits de placage sont habituellement onéreux et des produits monolithiques (non plaqués) sont préférables.
La demande de brevet EP2121419 propose une conception de panneau mince de fermeture de véhicule qui réduit sensiblement une épaisseur d’un capot de véhicule et l’effet d’impact sur la tête d’un piéton heurté par un véhicule motorisé en incorporant une âme en mousse positionnée entre les panneaux extérieur et/ou intérieur du caisson de capot et liée à ceux-ci.
La demande de brevet WO2020/120267 concerne un procédé de production d’une tôle d’aluminium de série 6xxx comprenant les étapes d’homogénéisation d’un lingot constitué d’un alliage d’aluminium de série 6XXX comprenant en % en poids Si : 0,4 à 0,7, Mg : 0,2 à 0,4, Mn : 0,05 à 0,30, Fe : 0,03 à 0,4, Cu jusqu’à 0,3, Cr jusqu’à 0,05, Zn jusqu’à 0,15, Ti jusqu’à 0,1 % en poids, le reste d’aluminium et d’impuretés inévitables jusqu’à 0,05 chacun et 0,15 au total, laminage à chaud d’ébauchage sur un laminoir réversible jusqu’à une épaisseur de sortie de laminage à chaud d’ébauchage avec une température de sortie de laminage à chaud d’ébauchage inférieure à 420 °C, laminage à chaud de finition du lingot jusqu’à une épaisseur finale de laminage à chaud avec un laminoir tandem et bobinage à l’épaisseur finale de laminage à chaud avec une température de sortie de laminage à chaud inférieure à 300 °C, laminage à froid pour obtenir une tôle laminée à froid. Les produits obtenus selon le procédé de l’invention sont particulièrement utiles pour des intérieurs de capot d’automobile car ils possèdent les propriétés mécaniques demandées pour la sécurité des piétons et la qualité de surface.
Les alliages AA5xxx qui ne nécessitent pas un traitement thermique en solution tel que l’état T4 peuvent être une alternative intéressante.
La demande de brevet EP0593034 A2 divulgue une tôle en alliage d’aluminium qui a un niveau élevé de résistance mécanique et une excellente aptitude à la mise en forme composée essentiellement d’environ 3 à 10 % en poids de Mg et d’un total d’environ 0,3 à 2,0 % en poids de Fe et de Si, la tôle en alliage d’aluminium étant pourvue d’un revêtement de surface lubrifiant et ayant une résistance au glissement non supérieure à environ 0,11. Elle peut également contenir des éléments renforçants, tels que Cu, Mn, Cr, Zr et Ti.
La demande de brevet WO2011/011744 divulgue un alliage d’aluminium 5xxx essentiellement composé de : environ 2,5 % en poids à environ 7 % en poids de Mg ; environ 0,05 % en poids à environ 2 % en poids de Cu ; environ 0,3 % en poids à environ 1,5 % en poids de Mn ; facultativement jusqu’à 2,0 % en poids de Zn ; facultativement jusqu’à 1,0 % en poids au total d’additifs, dans lequel les additifs sont choisis dans le groupe composé de Zr, Cr, V, Sc, Hf, Ti, B, C, Ca, Sr, Be, Bi, Cd, Ge, In, Mo, Nb, Ni, Sn, Y ; et le reste étant de l’aluminium et des impuretés inévitables.
La demande de brevet WO2016/077044 divulgue un alliage d’aluminium comprenant ≥ 1,5 % de Mg, ≤ 0,8 % de Cu, ≤ 0,5 % de Fe, ≤ 0,4 % de Mn, de 0,2 à 0,4 % de Si, ≤ 0,5 % de Zn, et ≤ 0,25 % de Cr en poids, le reste étant Al et des impuretés inévitables, produit par un processus comprenant le laminage à froid jusqu’à un calibre final et la mise en solution à des températures au-dessus de 480 °C, dans lequel le processus comprend spécifiquement un état T4.
La demande de brevet WO2018/005442 divulgue un alliage d’aluminium, comprenant de 0,10 à 0,30 % en poids de Fe, de 0,10 à 0,30 % en poids de Si, de 0 à 0,25 % en poids de Cr, de 2,0 à 3,0 % en poids de Mg, de 0,05 à 0,10 % en poids de Mn, de 0,02 à 0,06 % en poids de Cu, des impuretés inévitables jusqu’à 0,05 % en poids pour chaque impureté, jusqu’à 0,15 % en poids pour le total des impuretés, et le reste étant de l’aluminium.
La demande de brevet WO98/24940 divulgue un alliage d’aluminium de la série AA5XXX ayant la composition : Si de 0,10 à 0,25 % ; Fe de 0,18 à 0,30 % ; Cu jusqu’à 0,5 % ; Mn de 0,4 à 0,7 % ; Mg de 3,0 à 3,5 % ; Cr jusqu’à 0,2 % ; et Ti jusqu’à 0,1 %.
La demande de brevet WO2008/010352 divulgue une tôle en alliage d’aluminium à résistance mécanique élevée ayant une composition chimique contenant Mg : de 2,0 à 3,3 % en masse, Mn : de 0,1 à 0,5 % en masse, et Fe : de 0,2 à 1,0 % en masse, ayant un reste d’impuretés inévitables et d’Al.
La demande de brevet US20070217943 A1 divulgue une tôle en alliage d’aluminium composée de 2,0 à 8,0 % en poids de Mg, de 0,06 à 0,2 % en poids de Si, de 0,1 à 0,5 % en poids de Fe, de 0,1 à 0,5 % en poids de Mn, et le reste d’Al et d’impuretés inévitables.
Le document WO2004/090184 divulgue un alliage d’aluminium qui a les proportions d’alliage suivantes en pourcentage en poids : 2 <= Mg <= 5, Mn <= 0,5, Cr <= 0,35, Si <= 0,4, Fe <= 0,4, Cu <= 0,3, Zn <= 0,3, Ti <= 0,15, d’autres éléments ne totalisant pas plus de 0,15 et ne dépassant pas séparément 0,05, et le reste est composé d’Al.
Parmi les utilisations des alliages d’aluminium en tant que composants automobiles se trouvent les renforts qui sont situés à des emplacements spécifiques et permettent une amélioration locale de propriétés mécaniques. Les intérieurs peuvent dans des cas spécifiques être considérés comme des renforts. Dans des véhicules électriques, ces renforts peuvent également être situés autour de la batterie.
Dans l’industrie automobile il existe un besoin concernant un produit de tôle d’aluminium monolithique améliorée qui combine un équilibre minutieux entre des critères différents : une résistance mécanique contrôlée en ce qui concerne les propriétés mécaniques de la voiture et la sécurité des piétons, qui est liée à une résistance mécanique faible en service, ainsi qu’une aptitude au formage et une stabilité thermique.
Un premier objet de l’invention est une tôle d’aluminium monolithique constituée d’une tôle d’aluminium de série 5xxx comprenant en % en poids
Mg : 1,7 à 2,1,
Mn : 0,1 à 0,5,
Fe : 0,10 à 0,22,
Si : 0,05 à 0,25,
Cu 0,01 à 0,20,
Cr jusqu’à 0,1,
Zn jusqu’à 0,15,
Zr jusqu’à 0,1,
Ti jusqu’à 0,05 % en poids,
le reste étant de l’aluminium et des impuretés inévitables jusqu’à 0,05 chacun et 0,15 au total.
Mn : 0,1 à 0,5,
Fe : 0,10 à 0,22,
Si : 0,05 à 0,25,
Cu 0,01 à 0,20,
Cr jusqu’à 0,1,
Zn jusqu’à 0,15,
Zr jusqu’à 0,1,
Ti jusqu’à 0,05 % en poids,
le reste étant de l’aluminium et des impuretés inévitables jusqu’à 0,05 chacun et 0,15 au total.
Un autre objet de l’invention est un procédé de production d’une tôle monolithique d’aluminium de série 5xxx selon l’invention comprenant les étapes de
- coulée d’un lingot avec une composition selon l’invention,
- préchauffage du lingot typiquement à une température entre 440 °C et 520 °C,
- laminage à chaud d’ébauchage sur un laminoir réversible avec une température d’entrée de laminage à chaud d’ébauchage de plus de 440 °C,
- laminage à chaud de finissage du lingot avec une température de sortie de laminage à chaud d’au moins 280 °C,
- laminage à froid pour obtenir une tôle laminée à froid.
Encore un autre objet de l’invention est l’utilisation d’une tôle d’aluminium de série 5xxx selon l’invention pour la fabrication d’automobiles, de préférence en tant qu’intérieur et/ou renfort automobiles.
INVENTION DETAILLEE
Tous les alliages d’aluminium auxquels il est fait référence dans la suite sont désignés à l’aide des règles et désignations définies par l’Association de l’aluminium dans des séries de dossier d’enregistrement qu’elle publie régulièrement, sauf mention contraire.
Les états métallurgiques auxquels il est fait référence sont désignés à l’aide de la norme européenne EN-515.
Toutes les compositions d’alliage sont proposées en pourcentage en poids (% en poids).
Les essais de traction ont été réalisés selon la norme ISO/DIS 6892-1.
Le coefficient de Lankford, également dénommé valeurrou coefficient d’anisotropie ou anisotropie perpendiculaire ou rapport de déformation plastique est mesuré selon la norme DIN EN ISO 10113. Il s’agit du rapport entre la véritable déformation plastique en largeur ɛbet la véritable déformation plastique en épaisseur ɛadans la région d’allongement uniforme d’un échantillon soumis à un essai de traction uniaxiale.
La texture cristallographique peut être décrite par une fonction mathématique tridimensionnelle. Cette fonction est connue dans le métier comme la fonction de densité d’orientation (ODF). Elle est définie comme la fraction volumique de matériau dV/V ayant une orientation g ± dg :
[Math 1]
où (ϕ1, Φ, ϕ2) sont des angles d’Euler décrivant l’orientation g.
L’ODF de chaque tôle a été mesurée en utilisant la méthode des harmoniques sphériques à partir de quatre figures de pôle mesurées par diffraction des rayons X sur un goniomètre à texture classique. Dans le contexte de l’invention, les mesures de figure de pôle ont été réalisées sur toute l’épaisseur de l’échantillon en question. De même, afin d’obtenir des mesures statistiquement représentatives, la taille de l’échantillon a été adaptée à la taille de grain.
Pour simplifier les informations dans l’ODF, la fraction volumique de cristallites qui ont une orientation spécifique est calculée. Pour ce faire, on définit arbitrairement l’orientation de référence et un angle de désorientation maximale autour de cette orientation. L’ODF est alors intégrée au domaine ainsi défini, ce qui permet de déduire le volume relatif d’orientations dans ce domaine par rapport au volume total. Le présent inventeur a utilisé une tolérance de 15° autour des orientations « cubique », « R », « Q » et « CH » afin de décrire la texture obtenue. Les orientations cristallographiques « cubique », « laiton », « Q » et « CH » sont connues de la personne du métier et sont décrites dans le tableau 1 ci-dessous.
[Table 1]
| Nom | Indices | Euler (ϕ 1 ,Φ,ϕ 2 ) |
| R | {124}<211> | 25,4, 64,1, 14 |
| Cubique | {001}<100> | 0, 0, 0 |
| Q | {013}<231> | 56,31, 18,43, 0 |
| CH (CT18DN) | {001}<3-10> | 18,4, 0, 0 |
Tableau 1 : Orientations des textures
Les inventeurs ont découvert des tôles en alliage d’aluminium 5xxx améliorées qui combinent un équilibre minutieux entre des critères différents : une résistance mécanique contrôlée en ce qui concerne les propriétés mécaniques de voiture et la sécurité des piétons ainsi qu’une qualité de surface suffisante. Les produits obtenus par le procédé de l’invention sont monolithiques, c’est-à-dire non plaqués, et combinent des propriétés de sécurité des piétons élevées et de bonnes propriétés d’aptitude à la mise en forme, telles qu’une bonne aptitude à l’emboutissage.
La teneur en Mg varie de 1,7 % en poids à 2,1 % en poids et de préférence de 1,8 % en poids à 2,0 % en poids. Mg est le principal élément d’alliage de l’alliage et contribue à l’amélioration de la résistance mécanique. Lorsque la teneur en Mg est en dessous de 1,7 % en poids, l’amélioration de la résistance mécanique peut être insuffisante. Par contre, une teneur dépassant 2,1 % en poids peut se traduire par une résistance mécanique préjudiciable pour la sécurité des piétons. Une teneur en Mg minimale de 1,8 % en poids, ou de 1,82 % en poids ou de 1,85 % en poids peut être avantageuse. Une teneur en Mg maximale de 2,0 % en poids, ou de 1,95 % en poids ou de 1,93 % en poids peut être avantageuse. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mg varie de 1,8 % en poids à 2,0 % en poids.
Mn est également un élément efficace pour l’amélioration de la résistance mécanique, l’affinage de grain cristallin et la stabilisation de structure. La teneur en Mn varie de 0,1 % en poids à 0,5 % en poids et de préférence de 0,2 % en poids à 0,5 % en poids, et de manière davantage préférée de 0,35 % en poids à 0,45 % en poids.
Lorsque la teneur en Mn est en dessous de 0,1 % en poids, l’effet mentionné ci-dessus est insuffisant. Par contre, une teneur en Mn dépassant 0,5 % en poids peut non seulement provoquer une saturation de l’effet ci-dessus mais également provoquer la génération de multiples composés intermétalliques qui pourraient avoir un effet défavorable sur l’aptitude à la mise en forme. Une teneur en Mn minimale de 0,2 % en poids, ou de 0,30 % en poids ou de 0,32 % en poids ou de 0,35 % en poids peut être avantageuse. Une teneur en Mn maximale de 0,50 % en poids, ou de 0,48 % en poids ou de 0,45 % en poids peut être avantageuse. Dans un mode de réalisation, la teneur en Mn varie de 0,2 % en poids à 0,5 % en poids.
Le contrôle de Fe est critique pour atteindre les propriétés souhaitées des tôles de l’invention. La teneur en Fe varie de 0,10 % en poids à 0,22 % en poids et de préférence de 0,12 % en poids à 0,20 % en poids.
Les présents inventeurs ont découvert que contre toute attente, une teneur en Fe au-dessus de 0,22 % en poids et même au-dessus de 0,20 % en poids se traduit par une détérioration du coefficient de Lankford qui provoque une diminution de l’aptitude au formage. Bien qu’ils ne soient pas liés à une théorie particulière, les présents inventeurs pensent que ce comportement peut être lié à l’influence de Fe sur le développement de texture cubique. Une teneur en Fe en dessous de 0,10 % en poids peut ne pas produire un effet suffisant tandis qu’une teneur en Fe au-dessus de 0,22 % en poids peut ne pas favoriser suffisamment une texture cubique. Par conséquent, la teneur en Fe est fixée dans une plage de 0,10 % en poids à 0,22 % en poids et de préférence de 0,12 % en poids à 0,20 % en poids. Une teneur en Fe minimale de 0,13 % en poids, ou de 0,14 % en poids ou de 0,15 % en poids peut être avantageuse. Une teneur en Fe maximale de 0,20 % en poids, ou de 0,19 % en poids ou de 0,18 % en poids peut être avantageuse.
La teneur en Si varie de 0,05 % en poids à 0,25 % en poids et de préférence de 0,08 % en poids à 0,20 % en poids. Un ajout excessif de Si peut générer davantage de phases Mg2Si qui pourraient avoir un effet défavorable sur l’aptitude à la mise en forme. Une teneur en Si minimale de 0,09 % en poids, ou de 0,10 % en poids ou de 0,12 % en poids peut être avantageuse. Une teneur en Si maximale de 0,20 % en poids, ou de 0,19 % en poids ou de 0,18 % en poids peut être avantageuse.
La teneur en Cu varie de 0,01 % en poids à 0,20 % en poids et de préférence de 0,02 % en poids à 0,15 % en poids. Une teneur en Cu minimale de 0,02 % en poids, ou de 0,03 % en poids ou de 0,04 % en poids peut être avantageuse car Cu en solution solide peut être bénéfique pour l’aptitude à la mise en forme. Une teneur en Cu maximale de 0,15 % en poids, ou de 0,10 % en poids ou de 0,08 % en poids peut être avantageuse car une formation de phases contenant Cu peut avoir un effet défavorable sur l’aptitude à la mise en forme. Dans un mode de réalisation, la teneur en Cu varie de 0,04 % en poids à 0,08 % en poids.
La teneur en Cr peut atteindre 0,1 % en poids, de préférence 0,05 et de manière davantage préférée 0,03 % en poids. Dans un mode de réalisation, un peu de Cr peut être ajouté pour l’amélioration de la résistance mécanique, l’affinage de grain cristallin et la stabilisation de structure avec une teneur de 0,01 % en poids à 0,03 % en poids. Dans un autre mode de réalisation, la teneur en Cr est inférieure à 0,01 % en poids.
Zn peut être ajouté jusqu’à 0,15 % en poids et de préférence jusqu’à 0,10 % en poids sans s’éloigner des avantages de l’invention. Dans un mode de réalisation, Zn fait partie des impuretés inévitables.
Zr peut être ajouté jusqu’à 0,1 % en poids et de préférence jusqu’à 0,05 % en poids sans s’éloigner des avantages de l’invention. Dans un mode de réalisation, Zr fait partie des impuretés inévitables.
Des éléments affinants du grain comprenant Ti sont typiquement ajoutés avec une teneur en Ti totale jusqu’à 0,05 % en poids et de préférence entre 0,005 et 0,04 % en poids et de manière encore davantage préférée entre 0,01 et 0,03 % en poids.
Le reste est de l’aluminium et des impuretés inévitables jusqu’à 0,05 % en poids chacun et 0,15 % en poids au total.
Selon l’invention, un lingot est préparé par coulée, typiquement une coulée par refroidissement intense et direct, à l’aide d’alliages d’aluminium de série 5xxx de l’invention. L’épaisseur de lingot est de préférence d’au moins 250 mm, ou d’au moins 350 mm et préférentiellement un lingot de calibre très épais avec une épaisseur d’au moins 400 mm, voire d’au moins 500 mm ou 600 mm afin d’améliorer la productivité du processus. De préférence, le lingot a une largeur de 1 000 à 2 000 mm et une longueur de 2 000 à 8 000 mm. De préférence, le lingot est scalpé.
Le lingot est ensuite préchauffé typiquement à une température entre 440 °C et 520 °C et laminé à chaud en deux étapes successives afin d’obtenir une tôle avec une première étape de laminage à chaud sur un laminoir réversible également connu sous le nom de laminoir d’ébauchage jusqu’à une épaisseur typiquement entre 12 et 40 mm et une seconde étape de laminage à chaud sur un laminoir tandem également connu sous le nom de laminoir de finition jusqu’à une épaisseur typiquement entre 3 et 12 mm. Un laminoir tandem est un laminoir dans lequel plusieurs cages supportant des cylindres de laminoir, typiquement 2, 3, 4 ou 5 agissent successivement (« en tandem »). Selon l’invention, le laminage à chaud d’ébauchage sur le laminoir réversible se fait avec une température d’entrée de laminage à chaud d’ébauchage de plus de 440 °C et de préférence plus de 460 °C. La première étape sur un laminoir réversible peut être réalisée sur un voire deux laminoirs réversibles placés successivement.
A la seconde étape de laminage à chaud, la température finale qui est la température de sortie de laminage à chaud devrait être d’au moins 280 °C, de préférence d’au moins 300 °C et idéalement d’au moins 335 °C de sorte que de préférence la tôle laminée à chaud obtenue après le laminage à chaud de finition affiche un taux de recristallisation d’au moins 50 % et de préférence un taux de recristallisation d’au moins 80 %.
Le laminage à froid est effectué directement après l’étape de laminage à chaud afin de réduire davantage l’épaisseur des tôles d’aluminium. Avec le procédé de l’invention, un recuit après le laminage à chaud ou pendant le laminage à froid n’est pas nécessaire pour obtenir une résistance mécanique, une aptitude à la mise en forme, une qualité de surface et une résistance à la corrosion suffisantes. De préférence aucun recuit après le laminage à chaud ou pendant le laminage à froid n’est réalisé. La tôle obtenue directement après le laminage à froid est désignée sous le nom de tôle laminée à froid. L’épaisseur de la tôle laminée à froid est typiquement entre 0,5 et 2,5 mm et de préférence entre 0,7 et 2 mm.
Dans un mode de réalisation, la réduction de laminage à froid est d’au moins 40 %, ou d’au moins 50 %. Typiquement, la réduction de laminage à froid est d’au plus 70 %.
Des modes de réalisation avantageux de réduction de laminage à froid peuvent permettre d’obtenir des propriétés mécaniques améliorées, en particulier un coefficient de Lankford avantageux.
Après le laminage à froid, la tôle laminée à froid est de préférence recuite afin d’obtenir un état O qui comporte une microstructure totalement recristallisée, de préférence dans une ligne de recuit continu. De préférence, la ligne de recuit continu est actionnée de manière à ce qu’une température d’au moins 320 °C, de préférence d’au moins 340 °C et d’au plus de 500 °C ou de préférence d’au plus 440 °C soit atteinte par la tôle, idéalement entre 360 °C et 400 °C.
Typiquement, la ligne de recuit continu est actionnée de sorte que la vitesse de chauffage de la tôle soit d’au moins 10 °C/s et que la durée au-dessus de 340 °C soit entre 5 s et 25 s. La température de bobinage après recuit atteint de préférence 85 °C, de préférence 65 °C et de manière davantage préférée est entre 40 °C et 60 °C.
En variante, le recuit peut être réalisé par recuit en paquet à une température d’au plus 440 °C.
Après recuit, la tôle peut être coupée et mise en forme à sa forme finale, peinte et durcie par cuisson.
Dans un autre mode de réalisation, un traitement thermique est réalisé pour obtenir un état H2X, de préférence un état H24.
Les tôles d’aluminium de série 5xxx de l’invention à l’état O ont un coefficient de Lankford d’au moins 0,605, de préférence d’au moins 0,610. Dans un mode de réalisation dans lequel la teneur en Fe maximale est de 0,20 % en poids, les tôles de l’invention à l’état O ont un coefficient de Lankford d’au moins 0,615. Les tôles d’aluminium de série 5xxx de l’invention à l’état O ont une fraction volumique de texture cubique d’au moins 13 %, de préférence d’au moins 14 % et préférentiellement d’au moins 15 %. Dans un mode de réalisation dans lequel la teneur en Fe maximale est de 0,20 % en poids, les tôles de l’invention à l’état O ont une fraction volumique de texture cubique d’au moins 14 % et préférentiellement d’au moins 15 %.
Les produits de l’invention à l’état O ont de préférence une TYS dans la direction LT, désignée par TYS(LT)O, entre 50 MPa et 100 MPa, avantageusement entre 60 MPa et 98 MPa et de préférence entre 65 MPa et 95 MPa.
Les produits de l’invention à l’état O ont après durcissement par cuisson (étirage de 5 % et 20 min à 185 °C), une TYS dans la direction LT désignée par TYS(LT)BH, entre 90 MPa et 150 MPa, avantageusement entre 95 MPa et 140 MPa et de préférence entre 100 MPa et 135 MPa.
L’utilisation des tôles d’aluminium de série 5xxx selon l’invention pour la fabrication d’automobiles est avantageuse, en particulier pour des applications demandant une résistance mécanique faible en service. En particulier, l’utilisation des tôles selon l’invention en tant qu’intérieur et/ou renfort automobiles de préférence en tant qu’intérieur de capot, qui doivent satisfaire une exigence de sécurité des piétons, est avantageuse.
EXEMPLE
Dans cet exemple, plusieurs lingots avec un alliage ayant la composition divulguée dans le tableau 2 ont été coulés par la technologie de coulée DC.
[Table 2]
| Lingot | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Cr | Ti | Zn |
| A | 0,14 | 0,15 | 0,06 | 0,41 | 1,87 | 0,01 | n. d. | < 0,01 |
| B | 0,14 | 0,16 | 0,06 | 0,40 | 1,89 | 0,00 | 0,01 | < 0,01 |
| C | 0,14 | 0,18 | 0,05 | 0,40 | 1,89 | 0,03 | 0,01 | < 0,01 |
| D | 0,18 | 0,22 | 0,06 | 0,40 | 1,91 | 0,02 | 0,02 | < 0,01 |
| E | 0,15 | 0,25 | 0,05 | 0,40 | 1,87 | 0,01 | 0,01 | < 0,01 |
| F | 0,15 | 0,25 | 0,05 | 0,40 | 1,87 | 0,01 | 0,01 | < 0,01 |
| G | 0,15 | 0,25 | 0,06 | 0,41 | 2,10 | 0,01 | 0,02 | < 0,01 |
Tableau 2 - Composition des lingots. n. d. : non disponible
Les lingots ont été préchauffés à 490 °C et laminés à chaud avec une température de démarrage telle que divulguée dans le tableau 3.
[Table 3]
| Lingot | Température de démarrage de laminage à chaud [°C] | Température de sortie de laminage à chaud [°C] | Réduction de laminage à froid (%) | Épaisseur finale après laminage à froid (mm) |
| A | 475 | 345 | 60 % | 1,0 |
| B | 473 | 341 | 60 % | 1,0 |
| C | 477 | 345 | 60 % | 1,0 |
| D | 463 | 342 | 60 % | 1,0 |
| E | 452 | 338 | 64 % | 0,9 |
| F | 464 | 342 | 60 % | 1,0 |
| G | 463 | 343 | 60 % | 1,0 |
Tableau 3 – Paramètres de laminage
Le taux de recristallisation des bandes laminées à chaud après laminage à chaud était supérieur à 50 %.
Les tôles ont été recuites à 380 °C dans une ligne de recuit continu jusqu’à un état O totalement recristallisé et ont subi un traitement de conversion.
Les propriétés mécaniques sont fournies dans le tableau 4.
La limite d’élasticité en traction, TYS, de 0,2 %, et la charge de rupture, UTS, des tôles à l’état O et durcies par cuisson (étirage de 5 % et 20 min à 185 °C) de ces tôles à l’état O ont été déterminées dans la direction transversale à l’aide de méthodes connues de la personne du métier. Les essais de traction ont été réalisés selon la norme ISO/DIS 6892-1. Les résultats sont fournis dans le Tableau 4.
[Table 4]
| État O | Durci par cuisson | ||||||
| TYS (LT)O (MPa) | UTS (LT)O (MPa) | A80 (LT)O (%) | Ag (LT)O (%) | TYS (LT)BH (MPa) | UTS (LT)BH (MPa) | A80 (LT)BH (%) | |
| A | 77 | 181 | 19,6 | 18,0 | 117 | 189 | 18,5 |
| B | 75 | 180 | 21,5 | 16,6 | 115 | 187 | 18,9 |
| C | 77 | 181 | 22,7 | 18,6 | 116 | 189 | 15,8 |
| D | 76 | 181 | 20,0 | 18,4 | 119 | 189 | 14,0 |
| E | 69 | 173 | 22,5 | 19,3 | 111 | 184 | 17,9 |
| F | 69 | 174 | 20,7 | 17,1 | 112 | 183 | 15,0 |
| G | 81 | 189 | 20,0 | 16,4 | 122 | 198 | 17,5 |
Tableau 4 – Propriétés mécaniques
Le coefficient de Lankford mesuré selon la norme ISO 10113, et la fraction volumique des composants de texture identifiés précédemment sont fournis dans le tableau 5 lorsqu’ils sont disponibles.
[Table 5]
| Lingot | Coefficient de Lankford r | R {124}<211> | Cubique {001}<100> | Q {013}<231> | CH CT18DN {001}<3-10> |
| A | 0,635 | n. d. | n. d. | n. d. | n. d. |
| B | 0,628 | n. d. | n. d. | n. d. | n. d. |
| C | 0,619 | 9,7 | 15,3 | 11,5 | 9,0 |
| D | 0,612 | 10,9 | 13,1 | 11,1 | 8,9 |
| E | 0,599 | 11,7 | 10,9 | 11,9 | 9,7 |
| F | 0,598 | n. d. | n. d. | n. d. | n. d. |
| G | 0,596 | 11,6 | 11,0 | 12,1 | 9,1 |
Tableau 5 – Coefficient de Lankford et texture. n. d. : non disponible
Claims (11)
- Tôle monolithique d’aluminium de série 5xxx constituée d’un alliage comprenant en % en poids
Mg : 1,7 à 2,1,
Mn : 0,1 à 0,5,
Fe : 0,10 à 0,22,
Si : 0,05 à 0,25,
Cu 0,01 à 0,20,
Cr jusqu’à 0,1,
Zn jusqu’à 0,15,
Zr jusqu’à 0,1,
Ti jusqu’à 0,05 % en poids,
le reste étant de l’aluminium et des impuretés inévitables jusqu’à 0,05 chacun et 0,15 au total. - Tôle d’aluminium de série 5xxx selon la revendication 1, dans laquelle la teneur en Fe est de 0,12 % en poids à 0,20 % en poids.
- Tôle d’aluminium de série 5xxx selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle la teneur en Cr est de 0,01 % en poids à 0,03 % en poids.
- Tôle d’aluminium de série 5xxx selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la tôle est dans un état O qui est totalement recristallisé.
- Tôle d’aluminium de série 5xxx selon la revendication 74, dans laquelle la tôle a un coefficient de Lankford d’au moins 0,605, de préférence d’au moins 0,610.
- Tôle d’aluminium de série 5xxx selon la revendication 4 ou la revendication 5 ayant une fraction volumique de texture cubique d’au moins 13 %, de préférence d’au moins 14 % et préférentiellement d’au moins 15 %.
- Tôle d’aluminium de série 5xxx selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle la TYS dans la direction LT, désignée par TYS(LT)Oest entre 50 MPa et 100 MPa et de préférence entre 65 MPa et 95 MPa.
- Tôle d’aluminium de série 5xxx selon l’une quelconque des revendications 4 à 7 dans laquelle la teneur en Fe maximale est de 0,20 % en poids et le coefficient de Lankford est d’au moins 0,615.
- Procédé de production d’une tôle monolithique d’aluminium de série 5xxx selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 comprenant les étapes de
- coulée d’un lingot avec une composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 6,
- préchauffage du lingot typiquement à une température entre 440 °C et 520 °C
- laminage à chaud d’ébauchage sur un laminoir réversible avec une température d’entrée de laminage à chaud d’ébauchage de plus de 440 °C,
- laminage à chaud de finition du lingot avec une température de sortie de laminage à chaud d’au moins 280 °C,
- laminage à froid pour obtenir une tôle laminée à froid. - Procédé selon la revendication 9 dans lequel la tôle laminée à froid subit en outre un recuit afin d’obtenir un état O qui a une microstructure totalement recristallisée de préférence avec une ligne de recuit continu fonctionnant de manière à ce qu’une température d’au moins 320 °C, de préférence d’au moins 340 °C et d’au plus 500 °C, de préférence d’au plus 440 °C soit atteinte par la tôle, idéalement entre 360 °C et 400 °C.
- Utilisation d’une tôle d’aluminium de série 5xxx selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 pour la fabrication d’automobiles de préférence en tant qu’intérieur et/ou renfort automobiles.
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