WO2020053507A1 - Produit en alliage almgmn a tenue à la corrosion améliorée - Google Patents

Produit en alliage almgmn a tenue à la corrosion améliorée Download PDF

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WO2020053507A1
WO2020053507A1 PCT/FR2019/052061 FR2019052061W WO2020053507A1 WO 2020053507 A1 WO2020053507 A1 WO 2020053507A1 FR 2019052061 W FR2019052061 W FR 2019052061W WO 2020053507 A1 WO2020053507 A1 WO 2020053507A1
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WO
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sheet
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temperature
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PCT/FR2019/052061
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Inventor
Marine LEDOUX
Maria Belen Davo Gutierrez
Timothy Warner
Original Assignee
Constellium Issoire
Constellium Rolled Products Ravenswood, Llc
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Priority to AU2019338972A priority patent/AU2019338972A1/en
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/047—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to the field of rolled products such as sheets or strips of aluminum alloy of the AlMgMn type, the Mg content of which is at least 4% by weight having a high mechanical resistance, advantageous welding properties and good corrosion resistance for structural applications, such as, for example, boats, offshore constructions or industrial vehicles.
  • the ASTM B928 standard requires the NAMLT test (ASTM G67 - Loss of Mass after Exposure to Nitric Acid) to characterize the resistance to intergranular corrosion. This standard specifies in paragraph 10 the resistance to intergranular corrosion after treatment 7-day post-production thermal at 100 ° C for state H128. Resistance and resistance after welding must not be reduced.
  • French patent application FR2731019 relates to a particular alloy composition, subsequently registered with the G Aluminum Association under the designation 5383, containing inter alia 3 to 5% of magnesium and 0.5 to 1% of manganese, in which the sum contents (in% by weight) Mn + 2Zn is> 0.75.
  • This composition makes it possible to obtain laminated or extruded products having a significantly better resistance to fatigue and a significantly lower crack propagation speed than the known products intended for the same application.
  • the cited patent application gives no indication of the corrosion resistance of the product.
  • French patent application FR2740144 claims a very narrow composition, within the ranges of composition of alloys 5083 and 5086, containing inter alia 4.3 to 4.8% of magnesium and less than 0.5% of manganese, allowing to obtain good characteristics during large deformations. This request also does not mention corrosion resistance.
  • Patent application US2011017055 relates to aluminum alloys 5xxx and products produced from these are described.
  • the alloys described consist essentially of: from 2.5% by weight% to 7% by weight Mg; from 0.05% by weight% to 2% by weight Cu; from 0.3% by weight% to 1.5% by weight Mn optionally up to 2.0% by weight Zn; optionally up to 1.0% by weight% total of additives, in which the additives are chosen from the group consisting of Zr, Cr, V, Sc, Hf, Ti, B, C, Ca, Sr, Be, Bi , Cd, Ge, In, Mo, Nb, Ni, Sn, Y; and the remainder being aluminum and unavoidable impurities.
  • New 5xxx aluminum alloy products may allow an improved combination of properties, for example, through the presence of copper.
  • the new 5 xxx aluminum alloy products are capable of obtaining an improved combination of properties by heat treatment in solution.
  • Patent application CN 104404411 relates to a process for the production of aluminum alloy sheets which comprises the following steps: firstly, carrying out a homogenization heat treatment on an aluminum alloy ingot, in which the mass fraction of magnesium to aluminum alloy ingot is 4.0% -4.9%, to perform primary deformation by hot rolling to obtain an intermediate aluminum alloy plate; finally, to carry out a secondary hot rolling on the alloy plate of intermediate aluminum to obtain an aluminum alloy plate.
  • the process for the production of aluminum alloy sheets is particularly suitable for the production of plates of marine aluminum alloy, and is aimed in particular at the H116 state of an aluminum alloy 5083
  • the alloy plate of aluminum produced by the process of producing aluminum alloy sheets with high corrosion resistance and mechanical properties.
  • Patent application CN104152759 relates to high-strength and corrosion-resistant Al-Mg alloys of alloy and a technology for their preparation.
  • the components of the alloy are the following in percentage by mass: 5.0 to 6.5% of Mg, 1.2 to 2.5% of Zn, 0 to 0.4% of Cu, 0.4 to 1 , 2% Mn, 0 to 0.1% Cr, 0 to 0.15% Ti, 0.05 to 0.25% Zr, 0 to 0.4% Fe, 0 to 0.4 % of Si and the rest of Al and the inevitable impurities.
  • the manufacturing process includes the steps of casting, homogenization, hot rolling, recrystallization annealing, cold rolling, stabilization treatment, as well as pre-stretching.
  • Patent application CN 106244872 relates to a preparation process for a panel of medium thickness of aluminum alloy Al-Mg having a high resistance to corrosion for marine applications.
  • the preparation process includes the stages of homogenization annealing heat treatment, hot rolling, cold rolling and heat treatment stabilization heat treatment.
  • Patent application WO2018104004 relates to a method of manufacturing a wear-resistant laminated aluminum alloy product comprising the steps of: providing an aluminum alloy plate having Mg from 4.20% to 5.5 %, Mn from 0.50% to 1.1% up to 0.40%, Si up to 0.30%, Cu up to 0.20%, Cr up to 0.25%, Zr up to '' at 0.25%, Zn up to 0.30%, Ti up to 0.25%, hot roll to an intermediate thickness of 15 mm to 40 mm then hot roll to a final thickness from 3 mm to 15 mm and in which the outlet temperature of the hot rolling mill is between 130 and 285 ° C and then cool to room temperature. This request also does not mention corrosion resistance.
  • the problem to which the present invention attempts to respond is therefore to propose laminated products of AlMgMn alloy having after long-term exposure an improved corrosion resistance while keeping good mechanical characteristics before and after welding, having a good resistance to fatigue and can be developed at the lowest cost.
  • a first object of the invention is a method of manufacturing an aluminum alloy sheet in which
  • an aluminum alloy of composition is prepared, in% by weight
  • At least one element chosen from Ti, Cr, Cu and Zr with a content if it is chosen from 0.01 - 0.15 for Ti, 0.05 - 0.25 for Cr, 0.02 - 0.25 for Cu, 0.05 - 0.25 for Zr,
  • said rolling plate is homogenized
  • a hot rolling step on a tandem rolling mill up to a thickness between 3 and 12 mm, in which the final temperature is at least 240 ° C and is less than 300 ° C,
  • said sheet is cold rolled, to a thickness of between 1 and 4 mm,
  • a second object of the invention is a sheet of aluminum alloy with a thickness of between 1 and 12 mm in composition, in% by weight,
  • At least one element chosen from Ti, Cr, Cu and Zr with a content if it is chosen from 0.01 - 0.15 for Ti, 0.05 - 0.25 for Cr, 0.02 - 0.25 for Cu, 0.05 - 0.25 for Zr,
  • Yet another object of the invention is the use of a sheet metal the invention in shipbuilding or for the construction of industrial vehicles.
  • Figures 1A and 1B describe the analysis of disorientation in granular areas for the KAM measurement.
  • Ligure 2 illustrates the relationship between KAM measurement and corrosion result in the test
  • the static mechanical characteristics in tension in other words the tensile strength Rm, the conventional elastic limit at 0.2% elongation Rpo, 2, and the elongation at break A%, are determined by a tensile test according to standard EN ISO 6892-1 / ASTM E8 - E8M-13, the sampling and the direction of the test being defined by standard EN 485-1. Unless otherwise stated, the definitions of standard EN 12258 (2012) apply.
  • Corrosion tests are carried out according to standards ASTM B928 / B928M and ASTM G66 / G67.
  • the Applicant has surprisingly found that a specific composition of Al-Mg alloys combined with a specific rolling process makes it possible to obtain the targeted corrosion properties.
  • the method according to the invention comprises the steps of preparing an alloy according to the invention casting, optionally homogenization, hot rolling in two stages, optionally cold rolling, and optionally final heat treatment.
  • composition limits used are explained as follows:
  • the addition of magnesium ensures good mechanical resistance. Below 4.0% by weight, the mechanical strength is insufficient. In addition, below 4.0% by weight, the alloy generally has no corrosion problem and the present invention is of little interest. Above 5.2% by weight, the problem of thermal sensitization to corrosion becomes so strong that even the implementation of the present invention no longer makes it possible to obtain products which can be used in a corrosive medium.
  • the magnesium content is between 4.0 and 4.6% by weight and preferably between 4.1 and 4.5%, the products obtained being particularly resistant to corrosion.
  • the magnesium content is between 4.7 and 5.2% by weight and preferably between 4.7 and 5.0% by weight, the products obtained in particular having a high mechanical resistance after welding.
  • Manganese improves tensile strength and decreases the tendency of the metal to recrystallize. Below 0.40% by weight of manganese, the present invention is of no industrial interest since the tensile strength is too low. Above 1%, the elongation at break, the toughness and the resistance to fatigue become too low for the intended applications.
  • the manganese content is advantageously between 0.45 and 0.60% by weight.
  • the manganese content is advantageously between 0.70 and 0.90% by weight.
  • Zinc in the presence of manganese, improves the breaking strength, but beyond 0.40% by weight the Applicant has observed difficulties concerning the shaping of the products and / or the resistance to corrosion after welding.
  • the presence of at least 0.15% by weight simultaneously improves the corrosion properties and the mechanical resistance.
  • the Zn content is between 0.15 and 0.35% by weight and preferably between 0.18 and 0.30% by weight.
  • Titanium, chromium, copper and zirconium also have a favorable effect on the elastic limit, and at least one element is chosen from Ti, Cr, Cu and Zr, with a content if it is chosen from 0.01 - 0.15 for Ti, 0.05 - 0.25 for Cr, 0.02 - 0.25 for Cu, 0.05 - 0.25 for Zr, in percentage by weight.
  • the elements added are titanium, chromium and copper, the zirconium content being less than 0.05% by weight and preferably less than 0.03% by weight.
  • the copper content is at least 0.05% by weight and preferably at least 0.06% by weight. In one embodiment of the invention, the copper content is at most 0.15% by weight and preferably 0.10% by weight.
  • the chromium content is less than 0.1% by weight and preferably less than 0.09% by weight
  • the iron content does not have much influence in the context of the present invention; it should be less than 0.40% by weight and preferably less than 0.35% by weight to avoid the formation of primary phases during casting.
  • the silicon content is less than 0.40% by weight.
  • a minimum content of 0.05% by weight to ensure the formation of silicon phases such as Mg2Si is preferred.
  • the maximum silicon content is 0.15% by weight.
  • the chosen temperature is between 535 ° C and 550 ° C for a period of at least 12 hours.
  • the present inventors have found that, surprisingly, excellent results are obtained in the absence of homogenization.
  • the homogenization step is not carried out, but simple reheating is carried out before hot rolling at a temperature between 490 and 535 ° C, preferably between 495 and 525 ° C and preferably between 500 and 520 ° C.
  • a tandem rolling mill is a rolling mill in which several cages supporting rolling mill rolls, typically 3, 4 or 5 act successively (“in tandem”). Typically the sheets obtained are wound at the outlet of the tandem rolling mill.
  • the inlet temperature during the first rolling step is advantageously between 470 ° C and 525 ° C, preferably between 480 ° C and 515 ° C and preferably between 490 ° C and 505 ° C.
  • the first step on a reversible rolling mill can be carried out on one or even two reversible rolling mills placed successively.
  • the inlet temperature for the second hot rolling step is preferably between 350 ° C and 450 ° C.
  • the final temperature of the second hot rolling step must be below 300 ° C. The present inventors have in fact found that if this temperature is too high, the corrosion resistance properties are insufficient.
  • the final temperature during the second hot rolling step is between 240 ° C and 280 ° C.
  • the reduction in thickness Re effected at a temperature between 240 ° C and 380 ° C is sufficient.
  • the final temperature is at least 250 ° C or more preferably 260 ° C.
  • the thicknesses el and e2 are not available, they can be estimated from the inlet and outlet temperatures and inlet and outlet thicknesses, respectively T inlet, T_output, Ep inlet and Ep outlet during the second stage of hot rolling by extrapolation linear
  • the present inventors have found that the properties are advantageous when a thickness reduction Re of at least 30% is carried out at a temperature between 240 ° C and 380 ° C.
  • the present inventors have found that a reduction in thickness Re of at least 65% carried out at a temperature between 240 ° C. and 380 ° C. during the second hot rolling step is particularly advantageous, this advantageous reduction in thickness making it possible in particular to improve the granular structure and the resistance to corrosion after long-term exposure.
  • the sheet obtained can optionally be cold rolled to a thickness of between 1 and 7 mm and preferably between 2 and 4 mm (MPa).
  • a final heat treatment of the hot-rolled and optionally cold-rolled sheet at a temperature below 300 ° C. can finally optionally be carried out.
  • the final heat treatment is carried out at a temperature between 180 and 280 ° C, preferably between 190 and 220 ° C, for a duration typically between 1 h and 10 h.
  • This type of treatment can in certain cases improve the corrosion resistance properties.
  • the final heat treatment is not essential and in an advantageous embodiment, the final heat treatment step is not carried out and the sheet is used in the raw state of manufacture, it that is to say according to the gross case of hot rolling or cold rolling.
  • the aluminum alloy sheets which can be obtained by the process according to the invention are advantageous because after exposure for 7 days at 100 ° C. they exhibit a loss in weight of less than 15 mg / cm 2 during a corrosion test. according to ASTM G67 standard.
  • the granular structure of the samples was characterized by scanning electron microscopy (EBSD) using the disorientation analysis in the granular areas by the KAM method (Kernel Average Misorientation) described for example in the article "A review of strain analysis using electron backscatter diffraction ". Stuart I. Wright and al. Microsc. Microanal. 17, 316-329, 2011.
  • the local disorientation mapping of each sample is obtained by the kernel method. For a determined pixel, the mean of disorientation between this pixel and all of its first neighbors (hexagonal pixels) belonging to the same grain is calculated, as illustrated in the Figure 1. In the context of this measurement, a grain is defined by a disorientation of 5 ° and a minimum size of 20mhi, for a measurement step 0.15mhi. The local mean disorientation value is assigned to the central point.
  • Figure 1 A illustrates the case in which all the first neighbors, pixels 1 to 6, of the central pixel A are part of the same grain. The average of the AgK disorientations for pixel A is then obtained by the average of the Ag Ai disorientations with respect to pixels 1 to 6.
  • Figure 1 B illustrates the case in which some of the first neighbors, pixels 5 and 6, of the central pixel A belong to a grain different from that of the central pixel.
  • the average of the disorientation for pixel A is then obtained by the average of the disorientation with respect to pixels 1 to 4.
  • the average value of the disorientations for each pixel of the mapping is defined as the average degree of disorientation KAM or the measure KAM.
  • the software EDAX OIM v7.3.0.
  • the present inventors have found that advantageously the degree of mean disorientation KAM is at least 0.75.
  • Table 1 composition of the plates in% by weight
  • the plates were heated to 520 ° C. and then were hot rolled in two successive stages to obtain a sheet.
  • a first step hot rolling was carried out on a reversible rolling mill up to a thickness of between 26 and 29 mm for alloys A to C and 15 to 17 mm for alloys D and E with an inlet temperature on the reversible between 490 ° C and 510 ° C.
  • a second step hot rolling was carried out on a tandem rolling mill to a thickness of between 4 and 7 mm, thickness at which the sheets were wound, the rolling conditions in the tandem rolling mill are given in the table 2.
  • a heat treatment at 340 ° C was carried out after hot rolling to simulate the effect of a tandem outlet temperature of 340 ° C.
  • a treatment of 2 hours at 210 ° C. was carried out after cold rolling.
  • Table 4 Results of corrosion tests and characterization of grain disorientation by the KAM method.
  • the products obtained with the process according to the invention show a result after such NAMLT H128 of less than 15 mg / cm2.
  • the products according to the invention, the magnesium content of which is less than or equal to 4.6% by weight have a mean degree of disorientation KAM of at least 0.75, as illustrated in FIG. 2.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une tôle en alliage d'aluminium dans lequel on prépare un alliage d'aluminium de composition, en % en poids Mg : 4,0 –5,2,Mn : 0,40 – 1,0,Zn : 0,15 –0,40,au moins un élément choisi parmi Ti, Cr, Cu et Zr, avec une teneur s'il est choisi de 0,01 –0,15 pour Ti, 0,05 –0,25 pour Cr, 0,02 –0,25 pour Cu, 0,05 –0,25 pour Zr, Fe : < 0,40,Si : < 0,40,autres éléments ou impuretés < 0,05 chacun et < 0,15 total, reste aluminium,on coule une plaque de laminage par coulée semi-continue verticale,on lamine à chaud ladite plaque optionnellement homogénéisée, en deux étapes successives pour obtenir une tôle. Les tôles obtenues par le procédé selon l'invention sont avantageuses, notamment pour la construction navale, car elles présentent après exposition de 7 jours à 100 °C une perte en poids inférieure à 15 mg/cm2 lors d'un test de corrosion selon la norme ASTM G67.

Description

Produit en alliage AlMgMn à tenue à la corrosion améliorée
Domaine technique
L’invention concerne le domaine des produits laminés tels que tôles ou bandes en alliage d’aluminium du type AlMgMn dont la teneur en Mg est d’au moins 4% en poids ayant une résistance mécanique élevée, des propriétés de soudage avantageuse et une bonne résistance à la corrosion pour des applications structurales, comme par exemple, les bateaux, les constructions offshore ou les véhicules industriels.
Etat de la technique
Il est bien connu que l’utilisation des alliages AlMg de la série 5000 selon la nomenclature de l’Aluminum Association à l’état écroui (état H selon NF EN 515), soit totalement écroui (état Hl), soit partiellement adouci (état H2) ou stabilisé (état H3), permet d’obtenir de bonnes caractéristiques mécaniques et une bonne tenue à la corrosion. A titre d’exemple, les alliages 5083, 5059, 5383 et 5086 sont largement utilisés dans le domaine de la construction mécanique, soudée ou non, pour des applications qui exigent une tenue à la corrosion correcte telle que la construction navale.
Toutefois, les exigences en termes de corrosion sont de plus en plus importantes et il est nécessaire que les produits soient résistants à la corrosion exfoliante et intergranulaire même après une exposition à long terme, c’est-à-dire une utilisation en service y compris pour des applications dans des climats chauds. Ainsi, on réalise des tests de corrosions après une exposition de 7 jours à 100 °C pour simuler une exposition à long terme à température ambiante. Dans ces conditions, une corrosion intergranulaire due à la dissolution de la couche de passivation de la phase b (Af Mg2) qui ségrégé aux joints de grain a tendance à se produire.
La norme ASTM B928 requiert le test NAMLT (ASTM G67 - Perte de Masse après Exposition à l’Acide Nitrique) pour caractériser la résistance à la corrosion intergranulaire. Cette norme spécifie au paragraphe 10 la résistance à la corrosion intergranulaire après un traitement thermique post-production de 7 jours à 100 ° C pour l’état H128. La résistance et la résistance après soudage ne doivent pas être réduites.
La demande de brevet français FR2731019 concerne une composition particulière d’alliage, enregistrée ultérieurement à G Aluminum Association sous la désignation 5383, contenant entre autres de 3 à 5 % de magnésium et de 0,5 à 1 % de manganèse, dans laquelle la somme des teneurs (en % en poids) Mn + 2Zn est > 0,75. Cette composition permet d’obtenir des produits laminés ou filés présentant une résistance à la fatigue significativement meilleure et une vitesse de propagation de fissure significativement plus petite que les produits connus destinés à la même application. Toutefois, la demande de brevet citée ne donne aucune indication sur la résistance à la corrosion du produit.
La demande de brevet français FR2740144 revendique une composition très étroite, à l’intérieur des fourchettes de composition des alliages 5083 et 5086, contenant entre autres 4,3 à 4,8 % de magnésium et moins de 0,5 % de manganèse, permettant d’obtenir de bonnes caractéristiques lors de grandes déformations. Cette demande ne mentionne pas non plus la tenue à la corrosion.
La demande de brevet US2011017055 concerne des alliages d'aluminium 5xxx et des produits fabriqués à partir de ceux-ci sont décrits. Les alliages décrits sont constitués essentiellement de: de 2,5% en poids % à 7% en poids Mg; de 0,05% en poids % à 2% en poids Cu; de 0,3% en poids % à 1,5% en poids Mn éventuellement jusqu'à 2,0% en poids Zn; éventuellement jusqu'à 1 ,0% en poids % total d'additifs, dans lesquels les additifs sont choisis dans le groupe consistant en 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. Les nouveaux produits en alliage d'aluminium 5xxx peuvent permettre une combinaison améliorée de propriétés grâce, par exemple, à la présence de cuivre. Dans un mode de réalisation, les nouveaux produits en alliage d'aluminium 5 xxx sont capables d’obtenir une combinaison améliorée de propriétés par traitement thermique en solution.
La demande de brevet CN 104404411 concerne un procédé de production de tôles d'alliage d’aluminium qui comprend les étapes suivantes: dans un premier temps, effectuer un traitement thermique d’homogénéisation sur un lingot d’alliage d’aluminium, dans lequel la fraction massique du magnésium à l'aluminium lingot d'alliage est de 4,0% -4,9%, d'effectuer une déformation primaire par laminage à chaud pour obtenir une plaque d’alliage d’aluminium intermédiaire; enfin, d’effectuer un laminage à chaud secondaire sur la plaque d’alliage d'aluminium intermédiaire pour obtenir une plaque d'alliage d'aluminium. Le procédé de production de tôles d’alliage d’aluminium est particulièrement approprié pour la production de de plaques en alliage d'aluminium marine, et vise en particulier à l'état H116 d'un alliage d’aluminium 5083 La plaque d’alliage d’aluminium produit par le procédé de production de tôles d'alliage d'aluminium a haute résistance à la corrosion et propriétés mécaniques.
La demande de brevet CN104152759 concerne des alliages Al-Mg à haute résistance et résistants à la corrosion d'alliage et une technologie de préparation de ceux-ci. Les composants de l’alliage sont les suivantes en pourcentage en masse: 5,0 à 6,5% de Mg, 1,2 à 2,5% de Zn, 0 à 0,4% de Cu, 0,4 à 1,2% de Mn, 0 à 0,1% de Cr, 0 à 0,15 % de Ti, de 0,05 à 0,25% de Zr, 0 à 0,4% de Fe, 0 à 0,4% de Si et le reste d’Al et les impuretés inévitables. Le procédé de fabrication inclut les étapes de coulée, homogénéisation, laminage à chaud, recuit de recristallisation, laminage à froid, traitement de stabilisation, ainsi que pré-étirage.
La demande de brevet CN 106244872 concerne un procédé de préparation pour un panneau d'épaisseur moyenne en alliage d'aluminium Al-Mg ayant une résistance élevée à la corrosion pour applications marines. Le procédé de préparation comprend les étapes d'homogénéisation traitement thermique de recuit, laminage à chaud, laminage à froid et de traitement thermique de stabilisation de traitement thermique.
La demande de brevet WO2018104004 concerne un procédé de fabrication d’un produit en alliage d'aluminium laminé résistant à l'usure comprenant les étapes consistant à: fournir une plaque en alliage d’aluminium ayant Mg de 4,20% à 5,5%, Mn de 0,50% à 1,1% jusqu'à 0,40%, Si jusqu'à 0,30%, Cu jusqu'à 0,20%, Cr jusqu'à 0,25%, Zr jusqu'à 0,25%, Zn jusqu'à 0,30%, Ti jusqu'à 0,25%, laminer à chaud jusqu’à une épaisseur intermédiaire de 15 mm à 40 mm puis laminer à chaud jusqu’à une épaisseur finale de 3 mm à 15 mm et dans lequel la température de sortie du laminoir à chaud est comprise entre 130 et 285 ° C puis refroidir jusqu’à la température ambiante. Cette demande ne mentionne pas non plus la tenue à la corrosion.
Le problème auquel essaye de répondre la présente invention est donc de proposer des produits laminés en alliage AlMgMn ayant après exposition à long terme une tenue à la corrosion améliorée en gardant de bonnes caractéristiques mécaniques avant et après soudage, ayant une bonne tenue à la fatigue et pouvant être élaborés au moindre coût. Objet de l’invention
La demanderesse a trouvé que certains alliages AlMgMn peuvent être rendus plus résistants à l’effet sensibilisant d’une exposition à long terme lorsqu’ils sont obtenus par un procédé spécifique de fabrication.
La demanderesse a notamment trouvé que dans un domaine spécifique de teneur en Mg, Mn et Zn ces alliages présentent une microstructure particulière et bien définie, qui résulte d’un ensemble de paramètres du procédé de fabrication.
Un premier objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une tôle en alliage d’aluminium dans lequel
a) on prépare un alliage d’aluminium de composition, en % en poids
Mg : 4,0 - 5,2,
Mn : 0,40 - 1,0,
Zn : 0,15 - 0,40,
au moins un élément choisi parmi Ti, Cr, Cu et Zr, avec une teneur s’il est choisi de 0,01 - 0,15 pour Ti, 0,05 - 0,25 pour Cr, 0,02 - 0,25 pour Cu, 0,05 - 0,25 pour Zr,
Fe : < 0,40,
Si : < 0,40,
autres éléments ou impuretés < 0,05 chacun et < 0,15 total, reste aluminium, b) on coule une plaque de laminage par coulée semi-continue verticale,
c) optionnellement on homogénéise ladite plaque de laminage,
d) on lamine à chaud ladite plaque optionnellement homogénéisée, en deux étapes successives pour obtenir une tôle
dl) une étape de laminage à chaud sur laminoir réversible jusqu’à une épaisseur comprise entre 12 et 35 mm,
d2) une étape de laminage à chaud sur laminoir tandem jusqu’à une épaisseur comprise entre 3 et 12 mm, dans laquelle la température finale est au moins 240 °C et est inférieure à 300 °C,
e) optionnellement on lamine à froid ladite tôle, jusqu’à une épaisseur comprise entre 1 et 4 mm,
f) optionnellement on réalise on traitement thermique final de la dite tôle optionnellement laminée à froid à une température inférieure à 300 °C. Un second objet de l’invention est une tôle en alliage d’aluminium d’épaisseur comprise entre 1 et 12 mm de composition, en % en poids,
Mg : 4,0 - 5,2,
Mn : 0,40 - 1,0,
Zn : 0,15 - 0,40,
au moins un élément choisi parmi Ti, Cr, Cu et Zr, avec une teneur s’il est choisi de 0,01 - 0,15 pour Ti, 0,05 - 0,25 pour Cr, 0,02 - 0,25 pour Cu, 0,05 - 0,25 pour Zr,
Fe : < 0,40,
Si : < 0,40,
autres éléments ou impuretés < 0,05 chacun et < 0,15 total, reste aluminium,
susceptible d’être obtenue par le procédé selon l’invention présentant après exposition de 7 jours à 100 °C une perte en poids inférieure à 15 mg/cm2 lors d’un test de corrosion selon la norme ASTM G67.
Encore un autre objet de l’invention est l’utilisation d’une tôle l’invention dans la construction navale ou pour la construction de véhicules industriels.
Description des Figures
Les figures 1A et 1B décrivent l’analyse des désorientations dans les zones granulaires pour la mesure KAM.
La Ligure 2 illustre la relation entre mesure KAM et résultat de corrosion dans le test
NAMLT après exposition de 7 jours à 100 °C.
Description de l’invention
Sauf mention contraire, toutes les indications concernant la composition chimique des alliages sont exprimées comme un pourcentage en poids basé sur le poids total de l’alliage. L’expression 1,4 Cu signifie que la teneur en cuivre exprimée en % en poids est multipliée par 1,4. La désignation des alliages se fait en conformité avec les règlements de The Aluminium Association, connus de l’homme du métier.
Les définitions des états métallurgiques sont indiquées dans la norme européenne EN 515.
Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d’autres termes la résistance à la rupture Rm, la limite d’élasticité conventionnelle à 0,2% d’allongement Rpo,2, et l’allongement à la rupture A%, sont déterminés par un essai de traction selon la norme NE EN ISO 6892-1 / ASTM E8 - E8M-13, le prélèvement et le sens de l’essai étant définis par la norme EN 485-1. Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 (2012) s’appliquent.
Les essais de corrosion sont effectués selon les normes ASTM B928/B928M et ASTM G66/G67.
La demanderesse a trouvé de manière surprenante qu’une composition spécifique d’alliages Al- Mg combinée avec un procédé de laminage spécifique permet l’obtention des propriétés visées de corrosion.
Le procédé selon l’invention comprend les étapes de préparation d’un alliage selon l’invention coulée, optionnellement homogénéisation, laminage à chaud en deux étapes, optionnellement laminage à froid, et optionnellement traitement thermique final.
Les limites de composition retenues s’expliquent de la façon suivante:
L’addition de magnésium permet d’assurer une bonne résistance mécanique. Au-dessous de 4,0 % en poids, la résistance mécanique est insuffisante. De plus au-dessous de 4,0 % en poids l’alliage ne connaît en général pas de problème de corrosion et la présente invention ne présente que peu d’intérêt. Au-dessus de 5,2 % en poids, le problème de la sensibilisation thermique à la corrosion devient tellement fort que même la mise en œuvre de la présente invention ne permet plus d’obtenir des produits utilisables en milieu corrosif. Dans un premier mode de réalisation, la teneur en magnésium est comprise entre 4,0 et 4,6 % en poids et de préférence entre 4,1 et 4,5 %, les produits obtenus étant particulièrement résistants à la corrosion. Dans un second mode de réalisation la teneur en magnésium est comprise entre 4,7 et 5,2 % en poids et de préférence entre 4,7 et 5,0% en poids, les produits obtenus ayant notamment une résistance mécanique élevée après soudage.
Le manganèse améliore la résistance à la traction et diminue la tendance du métal à recristalliser. Au-dessous de 0,40 % en poids de manganèse, la présente invention est sans intérêt industriel car la résistance à la traction est trop faible. Au-delà de 1 %, l’allongement à rupture, la ténacité et la résistance à la fatigue deviennent trop faibles pour les applications visées. Dans le premier mode de réalisation ayant une teneur en magnésium est comprise entre 4,0 et 4,6 % en poids, la teneur en manganèse est avantageusement comprise entre 0,45 et 0,60 % en poids. Dans le second mode de réalisation ayant une teneur en magnésium est comprise entre 4,7 et 5,2 % en poids, la teneur en manganèse est avantageusement comprise entre 0,70 et 0,90 % en poids.
Le zinc, en présence du manganèse, améliore la résistance à la rupture, mais au-delà de 0,40% en poids la demanderesse a observé des difficultés concernant la mise en forme des produits et/ou la résistance à la corrosion après soudage. La présence d’au moins 0,15 % en poids permet simultanément d’améliorer les propriétés de corrosion et la résistance mécanique. Avantageusement la teneur en Zn est comprise entre 0,15 et 0,35 % en poids et de préférence entre 0,18 et 0,30 % en poids.
Le titane, le chrome, le cuivre et le zirconium ont également un effet favorable à la limite élastique, et au moins un élément est choisi parmi Ti, Cr, Cu et Zr, avec une teneur s’il est choisi de 0,01 - 0,15 pour Ti, 0,05 - 0,25 pour Cr, 0,02 - 0,25 pour Cu, 0,05 - 0,25 pour Zr, en pourcentage en poids. Dans un mode de réalisation avantageux les éléments ajoutés sont le titane, le chrome et le cuivre, la teneur en zirconium étant inférieure à 0,05 % en poids et de préférence inférieures à 0,03 % en poids. Avantageusement, la teneur en cuivre est au moins 0,05% en poids et de préférence au moins 0,06 % en poids. Dans un mode de réalisation de l’invention la teneur en cuivre est au plus 0,15 % en poids et de préférence 0,10% en poids. Avantageusement la teneur en chrome est inférieure à 0,1 % en poids et de préférence inférieure à 0,09 % en poids
La teneur en fer n’a pas beaucoup d’influence dans le cadre de la présente invention; elle devrait être inférieure à 0,40 % en poids et de préférence inférieure à 0,35 % en poids pour éviter la formation de phases primaires lors de la coulée.
La teneur en silicium est inférieure à 0,40 % en poids. Dans un mode de réalisation de l’invention, une teneur minimale de 0,05 % en poids pour assurer la formation de phases au silicium telles que Mg2Si est préférée. Avantageusement, la teneur maximale en silicium est 0,15 % en poids.
La demanderesse n’a pas pu constater une influence notable des autres éléments ou impuretés limitées à 0,05% en poids par élément, leur somme ne dépassant pas 0,15 % en poids. Après préparation de l’alliage, on coule une plaque de laminage par coulée semi-continue verticale. La plaque est ensuite optionnellement homogénéisée.
Lorsque qu’une homogénéisation est effectuée, la température choisie est comprise entre 535 °C et 550 °C pour une durée d’au moins 12 heures. Cependant les présents inventeurs ont constaté que de façon surprenante d’excellents résultats sont obtenus en l’absence d’homogénéisation. Dans un mode de réalisation on ne réalise pas l’étape d’homogénéisation mais on effectue un réchauffage simple avant laminage à chaud à une température comprise entre 490 et 535 °C, préférentiellement entre 495 et 525 °C et de manière préférée entre 500 et 520 °C.
Après homogénéisation et/ou réchauffage on lamine à chaud ladite plaque en deux étapes successives pour obtenir une tôle avec une première étape de laminage à chaud sur laminoir réversible jusqu’à une épaisseur comprise entre 12 et 35 mm et une seconde étape de laminage à chaud sur laminoir tandem jusqu’à une épaisseur comprise entre 3 et 12 mm. Dans la seconde étape de laminage à chaud la température finale doit être au moins 240 °C et inférieure à 300 °C. Un laminoir tandem est un laminoir dans lequel plusieurs cages supportant des cylindres de laminoir, typiquement 3, 4 ou 5 agissent successivement (« en tandem »). Typiquement les tôles obtenues sont bobinées à la sortie du laminoir tandem. La température d’entrée lors de la première étape de laminage est avantageusement comprise entre 470 °C et 525 °C, de préférence entre 480 °C et 515 °C et de manière préférée entre 490 °C et 505°C. La première étape sur laminoir réversible peut être effectuée sur un voire deux laminoirs réversibles placés successivement. La température d’entrée pour la seconde étape de laminage à chaud est de préférence comprise entre 350 °C et 450 °C. La température finale de la seconde étape de laminage à chaud doit être inférieure à 300 °C. Les présents inventeurs ont en effet constaté que si cette température est trop élevée, les propriétés de résistance à la corrosion sont insuffisantes. Avantageusement la température finale lors de la seconde étape de laminage à chaud est comprise entre 240 °C et 280 °C. Lors de la seconde étape de laminage à chaud il est par ailleurs avantageux que la réduction d’épaisseur Re effectuée à une température comprise entre 240 °C et 380 °C soit suffisante. Ce critère peut être déterminé directement si l’on dispose des épaisseurs el et e2 pour lesquelles la tôle était, respectivement, à une température de 380 °C et de 240 °C lors du laminage, on a alors Re = (el - e2)/el . Si la température d’entrée était inférieure à 380 °C et/ou la température de sortie était supérieure à 240 °C, Re est la réduction d’épaisseur entre la température d’entrée et/ou la température de sortie effectives, respectivement. De manière préférée, dans la seconde étape de laminage à chaud la température finale est au moins 250 °C ou plus préférentiellement 260 °C. Lorsque les épaisseurs el et e2 ne sont pas disponibles, elles peuvent être estimées à partir des températures d’entrée et de sortie et épaisseurs d’entrée et de sortie, respectivement T entrée ,T_sortie, Ep entrée et Ep sortie lors de la seconde étape de laminage à chaud par extrapolation linéaire
Les présents inventeurs ont constaté que les propriétés sont avantageuses lorsqu’une réduction d’épaisseur Re d’au moins 30% est effectuée à une température comprise entre 240 °C et 380 °C.
Dans le premier mode de réalisation ayant une teneur en magnésium comprise entre 4,0 et 4,6 %, les présents inventeurs ont constaté qu’une réduction d’épaisseur Re d’au moins 65% effectuée à une température comprise entre 240 °C et 380 °C lors de la seconde étape de laminage à chaud est particulièrement avantageuse, cette réduction d’épaisseur avantageuse permettant notamment d’améliorer la structure granulaire et la résistance à la corrosion après exposition à long terme.
Après laminage à chaud, on peut optionnellement laminer à froid la tôle obtenue jusqu’à une épaisseur comprise entre 1 et 7 mm et de préférence entre 2 et 4 mm(MPa).
Un traitement thermique final de la tôle laminée à chaud et optionnellement laminée à froid à une température inférieure à 300 °C peut enfin optionnellement être réalisé. Typiquement le traitement thermique final est réalisé à une température comprise entre 180 et 280 °C, de préférence entre 190 et 220 °C, pour une durée typiquement comprise entre lh et lOh. Ce type de traitement peut dans certains cas améliorer les propriétés de résistance à la corrosion. Cependant grâce au procédé selon l’invention le traitement thermique final n’est pas indispensable et dans un mode de réalisation avantageux on ne réalise pas l’étape de traitement thermique final et la tôle est utilisée à l’état brut de fabrication, c’est-à-dire selon les cas brut de laminage à chaud ou de laminage à froid.
Les tôles en alliage d’aluminium susceptibles d’être obtenues par le procédé selon l’invention sont avantageuses car après exposition de 7 jours à 100 °C elles présentent une perte en poids inférieure à 15 mg/cm2 lors d’un test de corrosion selon la norme ASTM G67.
On a caractérisé la structure granulaire des échantillons par microscopie électronique à balayage (EBSD) en utilisant l’analyse de désorientation dans les zones granulaires par la méthode KAM (Kernel Average Misorientation) décrite par exemple dans l’article « A review of strain analysis using électron backscatter diffraction ». Stuart I. Wright and al. Microsc. Microanal. 17, 316- 329, 2011.
La cartographie de désorientation locale de chaque échantillon est obtenue par la méthode de kernel. Pour un pixel déterminé on calcule la moyenne de désorientations entre ce pixel et tous ses premiers voisins (pixels hexagonaux) appartenant au même grain, comme illustré sur la Figure 1. Dans le cadre de cette mesure, un grain est défini par une désorientation de 5° et une taille minimale de 20mhi, pour un pas de mesure 0, 15mhi. La valeur de désorientation moyenne locale est assignée au point central. La Figure 1 A illustre le cas dans lequel tous les premiers voisins, les pixels 1 à 6, du pixel central A font partie du même grain. La moyenne des désorientations AgK pour le pixel A est alors obtenue par la moyenne des désorientations AgAi par rapport aux pixels 1 à 6. La Figure 1 B illustre le cas dans lequel certains des premiers voisins, les pixels 5 et 6, du pixel central A appartiennent à un grain différent de celui du pixel central. La moyenne des désorientations pour le pixel A est alors obtenue par la moyenne des désorientations par rapport aux pixels 1 à 4.
Dans le cadre de la présente invention, on définit comme degré de désorientation moyen KAM ou mesure KAM la valeur moyenne des désorientations pour chaque pixel de la cartographie. Les conditions d’acquisition et traitement de données EBSD sont données ci-après le microscope électronique était un microscope Zeiss ULTRA5 utilisé avec les paramètres suivants : HT=20kV, tilt=70°, WD=l2mm, surface de la cartographie : 250pm (L)x 200mpi (ST), pas = 0, 15mhi. Pour le traitement des données on utilise le logiciel= EDAX OIM v7.3.0. paramétré avec les conditions suivantes : Nettoyage et cloisonnement: Angle de tolérance de grain = 5 °, taille de grain mini = 20, mini, CL 0,1; conditions d'analyse KAM à plusieurs lignes: ler voisin le plus proche; désorientation maximale = 5° (“Cleaning and partitioning: Grain tolérance angle=5°, mini grain size=20, mini, CL 0,1; multiple rows KAM analysis conditions: lst nearest neighbor; maximum misorientation=5°” ).
Dans le premier mode de réalisation ayant une teneur en magnésium est comprise entre 4,0 et 4,6 %, les présents inventeurs ont constaté que avantageusement le degré de désorientation moyen KAM est au moins 0,75.
L’utilisation d’une tôle selon l’invention dans la construction navale ou pour la construction de véhicules industriels est avantageuse.
Exemple
Dans cet exemple, plusieurs plaques de laminage dont la composition est donnée dans le Tableau 1 ont été coulées.
Tableau 1 : composition des plaques en % en poids
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000012_0001
Les plaques ont réchauffées 520 °C puis ont été laminées à chaud en deux étapes successives pour obtenir une tôle.
Dans une première étape, le laminage à chaud a été effectué sur un laminoir réversible jusqu’à une épaisseur comprise entre 26 et 29 mm pour les alliages A à C et l5 à l7 mm pour les alliages D et E avec une température d’entrée sur le réversible comprise entre 490 °C et 510 °C. Dans une seconde étape, le laminage à chaud a été effectué sur un laminoir tandem jusqu’à une épaisseur comprise entre 4 et 7 mm, épaisseur à laquelle les tôles ont été bobinées, les conditions de laminage dans le laminoir tandem sont données dans le tableau 2. Pour les exemples C #3 et C#4 un traitement thermique à 340 °C a été effectué après laminage à chaud pour simuler l’effet d’une température de sortie du tandem de 340 °C. Pour l’exemple C#4 un traitement de 2h à 210 °C a été effectué après laminage à froid.
Tableau 2 Conditions de laminage.
Figure imgf000012_0002
Figure imgf000013_0001
* calculé par extrapolation inéaire
Les propriétés mécaniques obtenues sont données dans le tableau 3 Tableau 3, propriétés mécaniques obtenues
Figure imgf000013_0002
Les échantillons ont été soumis à un test de corrosion selon la norme ASTM G67 « Standard Test Method for Determining the Suceptibility to Intergranular Corrosion of 5XXX Sériés Aluminum Alloys by Mass Loss After Exposure to Nitric Acid (NAMLT Test) ». Les résultats sont donnés dans l’état brut de fabrication ou après exposition de 7 jours à 100 °C.
On a par ailleurs caractérisé la structure granulaire des échantillons par microscopie électronique à balayage (EBSD) comme décrit précédemment pour obtenir la valeur KAM. Les résultats sont donnés dans le Tableau 4
Tableau 4 : Résultats des essais de corrosion et caractérisation des désorientations de grains par la méthode KAM.
Figure imgf000013_0003
Figure imgf000014_0001
Les produits obtenus avec le procédé selon l’invention (A#l, C#l, C#2 et E#l) présentent un résultat après tels NAMLT H128 inférieur à 15 mg/cm2. Les produits selon l’invention dont la teneur en magnésium est inférieure ou égale à 4,6 % en poids ont un degré de désorientation moyen KAM d’au moins 0,75, comme l’illustre la Figure 2.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication d’une tôle en alliage d’aluminium dans lequel a) on prépare un alliage d’aluminium de composition, en % en poids
Mg : 4,0 - 5,2,
Mn : 0,40 - 1,0,
Zn : 0,15 - 0,40,
au moins un élément choisi parmi Ti, Cr, Cu et Zr, avec une teneur s’il est choisi de 0,01 - 0,15 pour Ti, 0,05 - 0,25 pour Cr, 0,02 - 0,25 pour Cu, 0,05 - 0,25 pour Zr,
Fe : < 0,40,
Si : < 0,40,
autres éléments ou impuretés < 0,05 chacun et < 0,15 total, reste aluminium, b) on coule une plaque de laminage par coulée semi-continue verticale, c) optionnellement on homogénéise ladite plaque de laminage,
d) on lamine à chaud ladite plaque optionnellement homogénéisée, en deux étapes successives pour obtenir une tôle
dl) une étape de laminage à chaud sur laminoir réversible jusqu’à une épaisseur comprise entre 12 et 35 mm,
d2) une étape de laminage à chaud sur laminoir tandem jusqu’à une épaisseur comprise entre 3 et 12 mm, dans laquelle la température finale est au moins 240 °C et est inférieure à 300 °C,
e) optionnellement on lamine à froid ladite tôle, jusqu’à une épaisseur comprise entre 1 et 7 mm,
f) optionnellement on réalise on traitement thermique final de la dite tôle optionnellement laminée à froid à une température inférieure à 300 °C.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la teneur en Zn est comprise entre 0,15 et 0,35 % en poids et de préférence entre 0,18 et 0,30 % en poids.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel on ne réalise pas l’étape c d’homogénéisation mais on effectue un réchauffage simple avant laminage à chaud à une température comprise entre 490 et 535 °C.
4. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel on ne réalise pas l’étape f de traitement thermique final et dans lequel la tôle est utilisée à l’état brut de fabrication.
5. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel la température finale lors de l’étape d2 est comprise entre 240 °C et 280 °C.
6. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel une réduction d’épaisseur d’au moins 30 % est effectuée à une température comprise entre 240 °C et 380 °C lors de l’étape d2.
7. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel la teneur en Mg est comprise entre 4,0 et 4,6 % en poids et dans lequel une réduction d’épaisseur d’au moins 65% est effectuée à une température comprise entre 240 °C et 380 °C lors de l’étape d2.
8. Tôle en alliage d’aluminium d’épaisseur comprise entre 1 et 12 mm de composition, en % en poids,
Mg : 4,0 - 5,2,
Mn : 0,40 - 1,0,
Zn : 0,15 - 0,40,
au moins un élément choisi parmi Ti, Cr, Cu et Zr, avec une teneur s’il est choisi de 0,01 - 0,15 pour Ti, 0,05 - 0,25 pour Cr, 0,02 - 0,25 pour Cu, 0,05 - 0,25 pour Zr,
Fe : < 0,40,
Si : < 0,40,
autres éléments ou impuretés < 0,05 chacun et < 0,15 total, reste aluminium, susceptible d’être obtenue par le procédé selon une quelconque des revendications 1 à 7 présentant après exposition de 7 jours à 100 °C une perte en poids inférieure à 15 mg/cm2 lors d’un test de corrosion selon la norme ASTM G67.
9. Tôle selon la revendication 8 dans laquelle la teneur en Mg est comprise entre 4,0 et 4,6 % en poids, susceptible d’être obtenue par le procédé selon la revendication 7.
10. Tôle en alliage d’aluminium selon la revendication 9 caractérisée en ce que le degré de désorientation moyen KAM est au moins 0,75.
11. Utilisation d’une tôle selon l’une des revendications 8 à 10 dans la construction navale ou pour la construction de véhicules industriels.
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