Brevet FR2080954A1 — publié le 19711126

La présente invention concerne @@ @@@@ @@ @@ @@@@@@@ion de tôle d'acier galvanisé par immersion à chaud pour formage à la presse, tôles qui sont excellentes, en particulier pour l'emboutissage profond. Récemment, l'utilisation des tales d'acier galvanisé a considérablement augmenté dans l'industrie automobile, en particulier pour la carrosserie, cor on cherche dans ces applications à éviter la corrosion due aux agents atmos phériques, à l'utilisation de sel sur la rote pour faire fondre la neige et la glace, etc... Catte tendance est basée ser fait que ta résistance à la corrosion deS Tôles d'acier galvanlse est très supérieure à celle des tôles d'acier à faible teneur de carbone.Toutefois, on sait que le formage à la pres se de ces aciers galvanisés est limite, c'est-à-dire qu'il est pratiquement impossible de produire certaines pièces d'automobiles à la presse. les expériences effectuées par la demanderesse ont révélé que la limita- tion ci-dessus se développe au cours d'un rocessus de galvanisation continu qui demande un refroidissement rapide après l'immersion à chaud. Selon un procédé bien connu, le refroidissement rapide de la bande de tôle qui est chauffée à environ 460 C, à ce stade d'immersion, se traduit par une trempe plus ou moins importante selon la quantité de carbone sursaturé présente ds-- l'acier. Il va sans dire qu'une telle trempe détériore les propriétés mécaniques et, en particulier, les propriétés d'emboutissage de l'acier. En conséquence, de nombreuses études ont été faites pour pallier ou sup primer le durcissement résultant de cette trempe. Un procédé américain consis te en un traitement de conservation au stade du chauffage de la bande, tandis qu'un autre procédé comporte un traitement de survieillissement après la gal- vanisation et le bobinage.Toutefois, res traitements n'empêchent pas la trempe de durcissement de se prcdcire. En conséquence, l'amélioration des propriétés d'emboutissage dudit acier est évidemment limitée La présente inventIon a été développe pour éviter la trempe de durcis sement et pour permettre un emboutissage profond des tôle. La particularité de l'invention réside dans un traitement de décarbriration au stade du laminage à froid, après le laminage à chaud et le décapage-, puis en une introduction dans le bac d'immersion après le recuit de ladite bande. Si l'on traite la bande comme indiqué ci-dessus, on obtient un acier galvanisé ayant d'excellen tes propriétés d'emboutissage profond.Un tel resultat est sans précédent. En conséquence, le bt de la présente invention est de fournir un procédé pour produire un acier galvanise à chsud ne subissent pas de trempe de durcis- sement. Un autre but de l'invention est d'élaborer un procédé de fabrication d'acier galvanisé qui soit capable de supporter nrimporte quelle opération de formage à la presse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, en référence à la figure unique du dessin annexé, qui montre la relation entre la température de décarburation et la quantité d'oxygène présente dans l'acier; laquelle a une in fluence directe sur le grain de la ferrite. Selon le procédé de l'invention, on prépare un lingot d'acier (soit ef fervescent, soit calmé), dont la teneur en carbone se situe entre 0,03% et 0,06 %, dans un four de production d'acier. Des procédés de production de brames et de laminage à chaud classiques conviennent pour l'acier de 1'invention. Toutefois, la particularité principale de cette invention réside dans le stade de réduction ou de laminage à froid après le décapage habituel. Autrement dit, le processus de décarburation doit s'effectuer à ce stade de laminage à froid. Quand la bande est soumise à un laminage à froid, de la manière habituelle, ledit recuit de décarburationest exécuté avant ou après ce laminage. Quand la bande est laminée à froid en deux étapes, le processus de décarburation peut aussi être exécuté entre ces deux étapes. La bande qui a été laminée à froid et décarburée, comme indiqué ci-dessus, est soumise à un recuit à une température relativement élevée, pendant un temps relativement court qui est inférieur au point A3 et qui dure environ une minute, puis subit un refroidissement continu-à une température de 460" C avant d'être galvanisée par immersion à chaud. La bande qui a été ainsi rapidement refroidie subit finalement un laminage de revenu de la manière habituelle.La teneur en carbone de l'acier, après la décarburation, est inférieure à 0,Ol % et, de préférence, à 0,005 %. La raison pour laquelle la teneur en carbone est limitée entre 0,03 et 0,06 % dans le procédé ci-dessus est la suivante : il est impossible d'obtenir moins de 0,03 % de carbone avec les procédés ordinaires de production d'acier, tandis que, d'autre part, il est diffiçile- de décarburer effectivement les aciers contenant plus de 0,06 % de carbone.D'autre part, la teneur en oxygène de i'acier est limitée entre 0,05 et 0,10 %. En effet, le pourcentage d'oxygène indiqué ci-dessus conduit à une amélioration des propriétés de formage à la presse de l'acier galvanisé à chaud, en liaison avec la température de décarburation, comme mentionné ci-après. Noins de 0,05 % d'oxygène se traduit par un grossissement de-s grains de ferrite3 tandis que plus de 0,10 % d'oxygène nuit fortement à la pureté de l'acier Il va de soi que chacun de ces facteurs nuit au revetement de zinc et aux propriétés mécaniques de l'acier. Le dessin annexé montre la relation entre la teneur en oxygène et la température de décarburation, relation qui a eté établie par de nombreuses expériences. En se référant à ce dessin, on voit clairement que la région dans laquelle un grain uniforme est obtenu est celle correspondant à une teneur en oxygène supérieure à 0,05 % et à une température de décarburation inferieure à-780n C. Toutefois, la région correspondant à une teneur en oxygène supérieure à 0,06 % et à une température inférieure à 750" C doit être recommandée comme étant la plus avantageuse. Une proportion d'oxygène inférieure à 0,05 % et à une température supérieure à 780" C sont rarement utilisés car ils se situent dans la région correspondant à un grossissement du grain. C'est pour cette raison que la température de décarburation est limitée à moins de 780" C. Un tel recuit de décarburation est exécuté avec un four de recuit courant à bobine ouverte et peut être effectué à n'importe quel moment pendant le stade de laminage à froid mentionné ci-dessus. Le laminage à froid prévu par l'invention ne nécessite aucune vitesse particulière et il suffit de l'exécuter de la manière habituelle. Après ce recuit de décarburation, la bande est soumise à un recuit continu à une température supérieure au point de recristallisation, mais inférieure au point A3 de l'acier pendant le déroulement de la bande. Dans un tel cas, une température voisine du point A3 est recommandée comme température de recuit. Alors que l acier a déjà été décarburé au stade précédent et que ledit recuit continu de la bande s'effectue en un temps très court, qui est d'environ une minute, il est à noter que plus la température est élevée, entre les limites spécifiées, meilleures seront les propriétés d'usinage à la presse, sans qu'il en résulte une influence nuisible quelconque. On refroidit la bande recuite à environ 460" C, puis on la refroidit rapidement à la température ambiante après l'avoir fait passer à travers la cuve de galvanisation. Pour finir, on fait subir à la bande un laminage de revenu. Le procédé de l'invention offre de nombreux avantages comparativement au procédé de galvanisation à chaud continu classique. Premièrement, des propriétés mécaniques de l'acier résultant sont beaucoup meilleures que celles de l'acier produit par les procédés connus. En second lieu, du fait que le recuit de décarburation est exécuté pendant le stade de laminage à froid, la proportion de carbone en solution dans la ferrite devient très faible, ce qui permet d'améliorer considérablement la résistance au vieillissement par la trempe. Troisièmement, même si l'on utilise une température de recuit élevée, voisine du point A3, il ne se produit aucun grossissement du grain de l'acier. On obtient ainsi facilement une amélioration considérable des propriétés mécaniques de l'acier tout en maintenant intacte la couche de zinc. Les exemples qui suivent, quia'ont bien entendu aucun caractère limitatif feront mieux comprendre les particularités de l'invention. EXEMPLE I (Décarburation avant le laminage à froid) Four de production d'acier : convertisseur LD Composition chimique : acier effervescent TABLEAU I C : 0,04 % P : 0,010 % N : 0,0018 % En : 0,33 % S : 0,017 % 0 : 0,058 % Conditions de laminage à chaud des brames Température de finition : 850 C Température de bobinage : 595 C Epaisseur de- la bande : 2,3 mm Conditions de décarburation après décapage Four de recuit utilisé : four à bobine ouverte Atmosphère : hydrogène humide Température de maintien : 730 C x 18 h Teneur en carbone de l'acier : 0,002 % Conditions de laminage à froid Rapport de laminage : 65,2 % Epaisseur finale : 0,8 mm Procédé de galvanisation à chaud continu Ligne utilisée : type Armco Sendzimir Temperature de recuit ':850" C x 1 minute Température d'immersion : 460 C Laminage de revenu : 1,5 % Les propriétés mécaniques de acier mentionné ci-dessus sont indiquées dans le tableau II qui suit: TABLEAU II Tenéur finale en carbone : 0,002 % -2 Limite élastique : 17,3 kg/mm Allongement à la limite d'élasticité : 0 Résistance à la traction : 28,7 kg/mm2 Allongement total : 52,3 % Dureté, HR-30T : 41,8 Indice moyen de Lankford, r 1,67 Un acier comparable à celui de l'exemple I a été produit par le procédé classique, c'est-à-dire dans les mêmes conditions que celles indiquées dans l'exemple I, sauf en ce qui concerne le recuit de décarburation. Les propriétés mécaniques de cet acier sont celles indiquées dans le tableau III ci-après TABLEAU III Teneur finale en carbone : 0,04 % Limite d'élasticité : 25,7 kgfmm2 Allongement à la limite élastique o 0,4 % Résistance à la traction : 35,4 kg/mm2 Allongement total : 4,8 7 Durete, HR-30T : 54,5 Indice moyen de Lankford, r : 1,23 La comparaison des tableaux II et III met en évidence les avantages indéniables de l'acier produit selon l'invention. EXEMPLE II (La période de décarburation est la même que dans l'exemple I). Procédé de production de l'acier : convertisseur LD Composition chimique : acier calmé TABLEAU IV C : 0,05 7 P : 05011 % N : 0,0059 % Ma : 0,31 % S : 0,014 7 SolAl: 0,043 % Conditions de laminage à chaud en brames Température finale : 860" C Température de bobinage : 660" C Epaisseur finale : 2,3 mm Conditions de décarburation après décapage Four de recuit utilisé : four à bobine ouverte Atmosphère : hydrogène humide Température de maintien : 730" C x 10 heures Teneur finale en carbone : 0,002 % Conditions de laminage à froid Rapport de laminage : 65,2 % Epaisseur finale : 0,8 mm Procédé de galvanisation continu par immersion à chaud et laminage de revenu: comme dans l'exemple I. Les propriétés mécaniques de l'acier ci-dessus sont indiquées dans le tableau V ci-après TABLEAU V Teneur finale en carbone : 0,002 % Limite élastique : 19,7 kg/mm2 Allongement à la limite élastique : O Résistance à la traction : 30,4 kg/mm Allongement total : 50,4 % Dureté, HR-30T : 43,9 Indice moyen de Lankford, r : 1,58 Un acier comparable à celui de exemple Il a été produit par le procédé classique, c'est-à-dire dans les mêmes conditions que dans l'exemple II cidessus, sauf en ce qui concerne le recuit de décarburation.Les propriétés mécaniques de cet acier sont indiquées dans le tableau VI ci-après TABLEAU VI Teneur finale en carbone : 0,05 % Limite élastique : 25,0 kg/mm2 Allongement à la limite dlelasticité : 0,2 % Résistance à la traction : 35,8 kg/mm2 Allongement total : 42 % Dureté, HR-30T : 55,8 Indice moyen de Lankford, r . 1,15 Dans le cas d'un acier calmé, les propriétés mécaniques de l'acier produit selon l'invention sont aussi très supérieures à celles de l'acier classique. EXEMPLE III (Décarburation après laminage à froid) Four de production d'acier : convertisseur LD Composition chimique : acier caImé TABLEAU VII C : 0,05 % P :0,011 % N : 0,0048 % Ma : 0,31 % S :0,014 % SolAl: 0,037 % Conditions de laminage à chaud en brames Temperature finale : 860" C Température de bobinage : 540 C Epaisseur finale : 3,2 mm Conditions de laminage à froid après décapage Rapport de laminage : 75 % Epaisseur finale : 0,8 mm Conditions de décarburation : Four de recuit utilisé : four à bobine ouverte Atmosphère : hydrogène humide Température de maintien : 550"C x 2 h Vitesse de chauffage à 800"C : 500 C par heure Température de maintien . 800"C x 5 h Teneur en carbone : 0,002 % Procédé de galvanisation à chaud continu Ligne utilisée : type Armco Sendzimir Temps de recuit : 850"C x 30 sec. Temps d'immersion : 460"C Laminage de revenu : 1,2 % Les propriétés mécaniques sont celles indiquées dans le tableau VIII ci-après TABLEAU VIII Limite élastique : 15,9 kg/mm2 Allongement à la limite d'élasticité: O Résistance à la traction : 28,6 kg/mm2 Allongement total : 49,2 % Dureté, HR-30T : 38,3 Indice moyen de Lankford, r : 2,02 Indice de vieillissement : 1,2 kg/mm2 Un acier comparable à celui de l'exemple III a été produit par le procédé classique, c'est-àdire dans les bermes conditions que dans l'exemple III cidessus, sauf en ce qui concerne le recuit de décarburation.Les propriétés mécaniques de cet acier sont indiquées dans le tableau IX ci-dessous TABLEAU IX Limite élastique : 25,7 kg/mm2 Allongement à la limite d'élasticité: 0,6 % Résistance à la traction : 35,4 kg/mm2 Allongement total : 41,3 % Dureté, HR-30T : 55,2 Indice moyen de Lankford, r : 1,24 Indice de vieillissement : 6,9 kg/mm2 L'examen des tableaux VIII et IX montre clairement que les propriétés mécaniques de l'acier selon l'invention, qui a été décarburé après le laminage à froid, sont excellentes tout comme celles de l'acier décarburé avant le laminage à froid dont les propriétés sont indiquées dans le tableau V. Aucun exemple d'un acier effervescent qui a été décarburé après le laminage à froid n'est décrit. Toutefois, il va sans dire que les résultats sont aussi bons que ceux obtenus avec l'acier calmé, qui sont indiqués dans l'exemple III ci-dessus. EXEMPLE IV (décarburation exécutée à un stade intermédiaire pendant un processus de laminage à froid en deux étapes). Four de production d'acier : convertisseur LD Composition chimique : acier effervescent TABLEAU X C :0,04 % P :0,010 % N : 0,0018 % Mn :0,33 % S :0,017 % O : 0,058 % Conditions de laminage à chaud des brames : Température finale : 860 C Température de bobinage : 595 C Epaisseur finale : 5,8 mm Conditions du premier laminage à froid après le décapage : Rapport de laminage : 60,3 % Epaisseur finale : 2,3 mm Conditions de la décarburation intermédiaire Four de recuit uti-lisé : four à bobine ouverte Atmosphère : hydrogène humide Temps de maintien : 750n C x 10 h Teneur en carbone : 0,002 % Conditions du second laminage à froid Rapport de laminage : 65,2 % Epaisseur finale : 0,8 mm Procédé de galvanisation à chaud continu Ligne utilisée : type Armco Sénézimir Temps de recuit : 8500'C x 1 minute l minute Laminage de revenu : Les propriétés mécaniques ci-dessus -sont indiquées dans le tableau XI ci-après : TABLEAU XI Teneur en carbone : 0,002-% Limite élastique :l8,2 kg/mm2 Allongement à la limite d'élasticité :O Résistance à la traction: 28,9 kg/mm2 Allongement total : 52,1 % Dureté HR-30T : 43,7 Indice moyen de Lankford, r : 1,72 Un acier comparable à celui de l'exemple IV a été produit par le procédé classique, dans les conditions suivantes Condition de production de l'acier etXoomposition chimique : les mêmes que dans l'exemple IV. Condition de laminage à chaud Température finale : 850 C Température de bobinage : 5950 g Epaisseur finale : 2,3 mm Conditions de laminage à froid Rapport de laminage : 65,2 % Epaisseur finale : 0,8 mm Procédé de galvanisation continu par immersion à chaud : comme dans l'exemple IV. Laminage de revenu : 1,5 % Les propriétés mécaniques ci-dessus sont indiquées dans le tableau XII ci-après: TABLEAU XII Teneur en carbone : 0,04 T Limite élastique : 25,7 kg/mm2 Allongement à la limite d'élasticité : 0,4 % Résistance à la traction : 35,4 kg/mm2 Dureté, HR-30T : 54,5 Indice moyen de Lankford,r : 1,23 Les propriétés mécaniques de l'acier selon l'invention de 'exemple IV ci-dessus, ainsi que ds autres exemples mentionnés sont excellentes. EXEMPLE V (décarburation exécutée à un stade intermédiaire au cours d'un processus de laminage à froid en deux étapes. Four de production d'acier : convertisseur LD Composition chimique : acier calmé TABLEAU XIII C :0,05 % P : 0,011 % SolAl : 0,043 T Mu:0,31 % S : 0,014 % N : 0,0059 T Conditions de laminage à chaud des brames Température finale : 860 C Température de bobinage : 560 C Epaisseur finale : 6 mm Conditions du premier laminage à froid après décapage Rapport de laminage : 61,7 % Epaisseur finale : 2,3 mm Conditions de la décarburation intermédiaire: comme dans Exemple IV Conditions du second laminage à froid Rapport de laminage : 65,2 % Epaisseur finale : 0,8 mm Procédé de galvanisation à chaud continu : comme dans l'exemple IV Laminage de revenu : 1,5 % Les propriétés mécaniques de l'acier ci-dessus sont indiquées dans le tableau XIV qui suit TABLEAU XIV Teneur en carbone : 0,002 % Limite élastique : 17,4 kg/mm2 Allongement à la limite d'élasticité : 0 Résistance à la traction : 28,8 kg/mm2 Allongement total : 50,7 % Dureté, HR-30T : 41,8 Indice moyen de Lankford, r : 1,74 Un acier comparable à celui de l'exemple V a eté produit par le procédé classique. Les conditions de production de cet acier ont été les suivantes Condition de production de l'acier et composition chimique: les mêmes que dans ltexemple V. Conditions de laminage à chaud Température finale : 8600 C Température de bobinage : 660" C Epaisseur finale : 2,3 mm Conditions de laminage à froid : comme dans l'exemple V Procédé de galvanisation à chaud eontinu : le même que dans les exemples ci-dessus. Laminage de revenu : 1,5 % Les propriétés mécaniques de l'acier ci-dessus sont indiquées dans le tableau XV. TABLEAU XV Teneur en carbone : 0,05 % Limite élastique : 25 kg/mm2 Allongement total : 42 % Dureté HR-30T : 55,8 Indice moyen de Lankford, r : 1,15 Ainsi, on voit clairement que les propriétés mécaniques de l'acier calmé selon l'invention sont excellentes, tout comme le sont celles de l'acier effervescent de l'exemple VI. EXEMPLE VI (décarburation exécutée après la seconde passe d'un processus de laminage à froid en deux étapes) Four de production d'acier : convertisseur LD Composition chimique : acier effervescent TABLEAU XVI C : 0,06 % P : 0,11 % N : 0,0015 % Mn : 0,38 % S : 0,016 T 0 : 0,035 % Conditions de laminage à chaud après décapage Température finale : 870" C Température de bobinage : 600" C Epaisseur finale : 6 mm Conditions du premier laminage à froid après décapage Rapport de laminage : 61,7 % Epaisseur finale : 2,3 mm Conditions du recuit intermédiaire Four utilisé : four à bobine serrée Atmosphère : gaz HNX Température de maintien : 700" C x 3 heures Conditions du second laminage à froid Rapport de laminage : 65,2 % Epaisseur finale : 0,8 mm Conditions du recuit de décarburation : Four utilisé : four à bobine ouverte Atmosphère : hydrogène humide Température de maintien : 780"C pendant 10 heures Processus de galvanisation continu par immersion à chaud Ligne utilisée : type Armco Senazimir Température de recuit : 850" C x 30 sec. Température d'immersion : 460" C Laminage de revenu : 1,2 % Les propriétés mécaniques de l'acier ci-dessus sont indiquées dans le tableau XVII qui suit TABLEAU XVII Limite élastique : 14,5 kg/mm2 Allongement à la limite d'élasticité : O Résistance à la traction : 28,1 kg/mm2 Dureté HR-30T : 34,7 Indice moyen de Lankford,r : 1,98 Indice de vieillissement : 5,3 kg/mm2 Un acier comparable à celui de l'exemple VI a été produit par le procédé classique dans les conditions suivantes Four de production d'acier : convertisseur LD Composition chimique : acier effervescent TABLEAU XVIII C : 0,04 % P : 0,010 % N : 0,0019 % Mn : 0,32 % S : O,Q17 % O : 0,055 % Conditions de laminage à chaud des brames Température finale : 860" C Température de bobinage : 600" C Epaisseur finale : 2,3 mm Conditions de laminage à froid a-près décapage Rapport de laminage : 75 % Epaisseur finale : 0,8 mm Processus -de galvanisation a chaud continu : comme dans l'exemple VI Laminage de revenu : 1,2 % Les propriétés mécaniques de l'acier ci-dessus sont indiquées dans le tableau XIX. TABLEAU XIX - 2'' Limite élastique : 25,7 kg/mm2 Allongement à la limite d'élasticité : 0,6 % Résistance à la traction : 35,4 kg/mm2 Allongement total : 41,3 % Dureté HR-30T : 55,2 Indice moyen de Lankford; r : 1,24 Indice de vieillissement : 6,9 kg/mm Les tableaux ci-dessus montrent clairement~que les propriété-s mécaniques de l'acier selon l'invention sont très supérieures à celles de acier ordinaire. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de tôles d'acier galvanisé par immersion à chaud pour usinage à la presse, caractérisé en ce qu'il consiste à préparer un acier dont la teneur en carbone est comprise entre 0,03 et 0,06 %; à procéder à un laminage à froid après les stades habituels de production d'une brame, de laminage à chaud et de décapage; à procéder à un recuit de décarburation à une température inférieure à 780 C et, éventuellement, à réduire la teneur en carbone dudit acier à moins de 0,01 %; à procéder à un recuit continu à une température supérieure au point de recristallisation et inférieure au point A3 dudit acier, pendant un temps relativement court; puis à procéder à une galvanisation continue classique par immersion à chaud dudit acier et, ensuite, à un laminage de revenu ordinaire. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en carbone de l'acier, après le recuit de décarburation, est inférieure à 0,005%. 3,- Procédé selon les revendications I et 2, caractêrisé en ce que l'on exécute le recuit de décarburation avant le laminage à froid. 4.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on exécute le recuit de décarburation après le laminage à froid. 5,- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on exécute le recuit de décarburation entre la première et la seconde étape d'un procédé de laminage à froid en deux étapes. 6.- Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit acier est de l'acier effervescent et en ce que l'on exécute le recuit de décarburation après un laminage à froid en deux étapes.