Brevet FR2077581A1 — publié le 19711029

La présente invention se rapporte à un procédé pour produire une tôle d'acier laminée à froid ayant d'excellentes propriétés d'usinage à froid et, en particulier, d'excellentes propriétés d'usinage à la presse en utilisant un dispositif de recuit continu. L'expression '1 tôle d'acier laminée à froid à faible teneur de carbone n est utilisée ci-contre pour désigner une tôle d'acier qui est ensuite laminée à froid, en particulier, usinée à la presse et qui est destinée à des applications telles que la fabrication de garnitures ou d'accessoires pour automobiles, à la différence d'une tôle d'acier dur laminée à froid destinée à être étamée ou zinguée et non pas à subir un emboutissage. Les tôles d'acier minces destinées à etre usinées à froid, en particulier à être formées à la presse pour produire des pièces pour automobiles, doivent principalement avoir une bonne ductilité jointe à de bonnes propriétés d'étirage et d'allongement. Or, ces propriétés exigent un grain assez grand pour éviter l'apparition de crevasses ou de vermiculures dues à ltemboutissage, et une teneur en carbone dissous et en azote suffisamment réduite, une limite élastique relativement basse et un allongement relativement grand. Pour obtenir toutes ces qualités, la plupart des tôles d'acier minces laminées à froid pour ces applications ont été classiquement produites par un recuit en caisson. Toutefois, le recuit en caisson exige beaucoup de temps (normalement plus de 60 heures) et, par conséquent, diminue la production. Un procédé pour écourter ce temps de traitement a été récemment proposé et décrit dans la publication de brevet japonais Sho 43-5995. Néanmoins, ce procédé exige encore plus de 30 heures de traitement et, par conséquent, ne saurait lutter avec le recuit continu. Plusieurs brevets ont été publiés concernant des procédés de recuit en continu de tales d'acier laminées à froid, mais la plupart d'entre eux se rapportent à des tôles très minces et très dures pour rétamage. Parmi ces procédés, il convient de noter plus particulièrement celui du brevet américain nO 2 832 711. Bien que ce brevet décrive une tôle d'acier mince laminée à froid relativement douce, soumise à un recuit continu, il ne décrit, ni ne suggère quoi que ce soit concernant une tôle d'acier laminée à froid à faible teneur de carbone ayant d'excellentes propriétés d'usinage et pouvant être utilisée pour la fabrication d'accessoires d'automobiles. De plus, une telle tAle d'acier nta jamais été produite jusqu'à présent à une échelle industrielle. Les raisons pour lesquelles une tôle d'acier laminée à froid à faible teneur de carbone- pour des applications telles que des garnitures pour automobiles n'a jamais été produite au moyen d'un procédé de recuit continu sônt qu'on croyait généralement qu'une basse limite élastique, un grand állongément et un grand indice Lank-Ford (valeur r) comparable à celle obtenue par le recuit en caisson ne pourraient pas erré obtenus par le recuit continu. En conséquence, l'un des buts de la présente invention est de fournir un procédé pour produire une tôle d'acier laminée à froid à faible teneur de carbone ayant des propriétés identiques ou meilleures que celles obtenues par un recuit en caisson en ayant recours à un processus de recuit continu, -ce qui jusqu'à présent était considéré comme étant irréalisable à une échelle industrielle, l'invention se proposant de surmonter les difficultés ci-dessus en spécifiant les limites à respecter tant en ce qui concerne la composition de l'acier que les conditions de laminage. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé continu pour la production d'une tôle d'acier laminée à froid à faible teneur de carbone. La présente invention -stapplique aux aciers ordinaires à faible teneur de carbone, mais les meilleurs résultats sont obtenus avec des aciers ayant les compositions -spécifiées ci-après. En conséquence, la description qui suit aura un caractère limitatif en ce qui concerne les compositions d'acier spécifiées. Les particularités de la présente invention résident en ce quton utilise comme matière-de départ un acier contenant moins de 0,25 % et, de préférence moins de 0,20 % en poids de manganèse et dans-lequel le manganèse, le soufre et oxygène sont liés par les relations suivantes :: Poids atomique de Mn x 0% o = Poids atomique de O Poids atomique de Xn x[s%} ( 0,15 Poids atomique de S Cet acier étant soumis à un laminage à chaud ordinaire, à un enroulement à une température supérieure à 600 C, puis à un refroidissement ordinaire, la tôle d'acier ainsi obtenue étant soumise à un traitement de reeristallisation et de maturation suivant une procédure continue. D'autres particularités de la présente invention résident dans les améliorations apportées à un processus de recuit continu d'une bande d'acier qui a été laminée à froid de façon classique, améliorations qui consistent à faire passer la bande d'acier à travers une chambre où celle-ci peut être portée à une température comprise entre 700 et 9000C, en l'espace de deux minutes, dans un four de maturation qui peut maintenir la bande dans ce domaine de températures pendant deux minutes, dans une première chambre de refroidissement qui peut refroidir la bande du domaine de températures spécifié ci-dessus à une température de surmaturation comprise entre 300 et 4500C à une vitesse de 5 à 300C/seconde (de préférence, inférieure à 200C/seconde), dans une chambre de survieillissement qui peut maintenir la bande à une température comprise entre 300 et 4500C, de préférence entre 3000C et 4000C, en l'espace de huit, de préférence, de cinq minutes, et dans un four de recuit continu ayant une chambre de refroidissement rapide secondaire qui peut refroidir la bande de la température de surmaturation ci-dessus à une température inférieure à 50 OC, de préférence, à la température ambiante, en l'espace de deux minutes, puis à soumettre la tale à un laminage d'écrouissage ou à un n skin pass n et à un planage avant de la rebobiner finalement. Dans la zone de surmaturation, il est préférable d'utiliser un rouleau ayant un diamètre suffisamment grand pour que la bande ne soit pas soumise à un effort de flexion pendant son passage dans celle-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en réference au dessin annexé, dans lequel : - la Fig. 1 est un graphique montrant la relation entre la composition de la tôle d'acier et sa limite élastique. - la Fig. 2 est un graphique montrant la relation entre la composition de la toile et son allongement. - la Fig. 3 est un graphique montrant la relation entre la composition de la totale et son taux de déformation plastique moyen. - la Fig. 4 est une représentation schématique d'une installation de recuit continu conforme à l'invention. Dans la présente invention, on utilise comme matière de départ un acier à faible teneur de carbone et de manganèse. En géndral; une mince tole d'acier pour l'emboutissage contient environ 023 % de manganèse. Un excès de manganèse a un effet nuisible sur les propriétés mécaniques de la tôle et dans le cas d'une tôle d'acier effervescent, il est nécessaire de réduire à un minimum la teneur en manganèse pour obtenir de bonnes qualités de surface. La Demanderesse a découvert qu'une quantité appropriée de MnS et Mm0 qui est assurée par une faible teneur en carbone est utile pour un traitement de recuit continu. Plus précisément, dans la présente invention, il suffit de la présence de la quantité de manganèse nécessaire pour fixer convenablement le soufre et ltoxy- gène nuisibles qui sont présents sous la forme d'impuretés par suite du bobinage à haute température de la tôle d'acier laminée à chaud, comme décrit plus loin et, par conséquent, il suffit que le manganèse soit présent dans une proportion stoechiométrique ou légèrement supérieure pour se combiner avec le soufre et le manganèse.Plus précisément, la teneur en manganèse doit être inférieure à 0,25 % en poids, de préférence, inférieure à'0,20 % en poids et la teneur en manganèse, soufre et oxygène doit satisfaire à l'équation suivante : O K = - Poids atomique de O x [0%] - Poids atomique de 0 Poids atomique de S x [s%] = (Mn%] - 55 x [0%] x [S%] 16 32 Quand la proportion de manganèse est supérieure à environ 0,3%, comme c'est le-cas dans les tôles d'acier classiques, la condition O = En conséquence, l'une des particularités de la présente invention est que le rapport. entre le manganèse, le soufre et Oxygène est situé dans un domaine spécifique, une autre particularité de l'invention résidant en ce que la tôle d'acier est bobinée après un laminage à chaud à une température élevée afin de convertir le soufre et ltoxygène nuisibles qutelle contient en impuretés inoffensives. En effet, le soufre et l'oxygène rendent la tôle fragile pendant le laminage et suppriment aussi la croissance du grain pendant le recuit de recristallisation. Plus précisément, les inclusions de soufre, principalement de sulfure de fer, produisent, pendant le recuit, de nombreux noyaux cristallins qui empêchent la croissance du grain, et freinent directement la croissance du grain. L'oxygène a une action nuisible analogue à celle du soufre sur la croissance du grain.En conséquence, en fixant ce soufre et cet oxygène sous des formes inoffensives avec le manganèse, il devient possible de réduire la densité de distribution du soufre et de oxygène de façon à établir des conditions permettant une croissance satisfaisante du grain de la tôle. Selon la présente invention, le soufre et Oxygène nuisibles sont convertis en MnS et MnO inoffensifs en bobinant la tôle d'acier laminée à chaud à des températures élevées. I1 devient ainsi possible d'établir des conditions diminuant la formation de noyaux pendant la recristallisation et qui assurent une croissance satisfaisante du grain. Ce bobinage à haute température peut aussi permettre la croissance du grain grâce à une action d'autorecuit par laquelle l'intensité des contraintes après le laminage à froid peut être réduite, de sorte que le grain peut croire en peu de temps au moment du recuit de recristallisation, Aux fins ci-dessus, la température de bobinage doit être supérieure à 6000C.Toutefois, lorsque la température de bobinage est trop élevée, la différence de température est excessivement grande dans la tôle d'acier laminée à chaud et son réglage devient difficile. En conséquence, la limite supérieure de la température de bobinage doit être d'environ 8000C, et un domaine de températures de bobinage avantageux est compris entre 675 et 8000C. La transformation des inclusions en composés inoffensifs et la croissance du grain par le bobinage à haute température décrit ci-dessus peuvent assurer une recristallisation rapide pendant le recuit de recristallisation et peuvent produire des aciers très bien adaptés à un traitement de recuit continu dont le cycle thermique implique un chauffage et un refroidissement rapides. De plus, ce recuit continu peut éliminer les brûlures qui se produisent quand on fait subir un recuit en caisson à une bobine de tôle d'acier à faible teneur en manganèse et, ainsi, la productivité peut être considérablement améliorée, comparativement au traitement en caisson. Comme il a été expliqué ci-dessus, une tôle d'acier laminée à froid ayant d'excellentes propriétés peut être produite en utili sant une procédure de recuit continu grâce à un bobinage à haute température de la tôle d'acier après laminage à chaud. Un exemple de réalisation d'une installation pouvant être utilisée à cette fin est représenté sur la Fig. 4. En se référant à la Fig. 4, une bande de tôle d'acier laminée à froid 2, qui se déroule d'une bobine 1, est nettoyée superficiellement dans le dispositif 3, puis est dirigée vers un four de recuit continu A, qui se compose d'une zone de chauffage 4, d'une fosse de maturation 5, d'une zone de refroidissement primaire 6, d'une zone de surmaturation 7 et d'une zone de refroidissement secondaire 8. La bande d'acier 2 est d'abord introduite dans la chambre de chauffage 4 où sa température est portée entre 700 et 9000C. Ce chauffage s'effectue en l'espace de deux minutes.Toutefois, lorsque le chauffage est trop rapide, les orientations cristallines désordonnées augmentent et, par conséquent, l'indice Rang-Ford (indice r) qui est une norme pour l'usinage à la presse et, en particulier pour ltemboutissage, diminue, tandis que le nombre des noyaux de recristallisation augmente, ce qui se traduit par une augmentation de la finesse du grain et, partant, par une élévation de la limite élastique. Ensuite, la bande passe dans une chambre de maturation 5 dans laquelle elle est maintenue dans le domaine de températures cidessus de 700 à 9000C pendant environ deux minutes ou bien, la bande est refroidie lentement. Le temps de maintien ci-dessus de la température a une certaine relation avec la température de chaux fage. En effet, vers les températures plus élevées, le temps de maturation est plus court ou peut même être nul, tandis que pour les températures plus basses, un temps de maturation relativement long subsiste. C'est dans la chambre de maturation 5 que la recristallisation et la croissance du grain de la bande d'acier doivent avoir lieu et le temps de maturation doit entre réglé judicieusement à cette fin en fonction de la température. La bande sortant de la chambre de maturation 5 est immédiatement dirigée vers une chambre de refroidissement primaire 6 où elle est rapidement refroidie à la température de surmaturation. Ce refroidissement peut, par exemple, s'effectuer avec un jet d'air. Lorsque la vitesse de refroidissement est lente, le traitement de surveillissement qui suit n'atteint pas tous ses effets. C'est -ainsi qui est avantageux pour réaliser une précipitation convenable du carbone pendant la surmaturation, de main tenir celui-ci dans une solution solide sursaturée avant la surmaturation, et à cette fin, il est préférable de refroidir la bande à une vitesse de 5 à 300C/sec et, de préférence, inférieure à 20 C/sec. La bande qui a été préparée comme décrit ci-dessus passe en ltespace de huit et, de préférence, de cinq minutes à travers la chambre de surmaturation 7 dans laquelle elle est chauffée entre 300 et 4500C et où tout le carbone contenu dans celle-ci précipite et se fixe sous forme de carbure en rendant celle-ci non-vieillisante. Au-dessus de 4500C, certaines propriétés, telles que l'allongement et la limite élastique sont détériorées, bien que la surmaturation ait lieu. Par contre, au-dessous de 3000C, il faut une chambre plus longue et par conséquent, le cout des équipements est augmenté. Une durée de surmaturation supérieure à 5 minutes exige une chambre plus longue, interdisant ainsi une production industrielle, mais une période de surmaturation inférieure à 5 minutes suffit pour obtenir les résultats recherchés lorsque la température est maintenue dans les limites spécifiées. La relation entre la température et le temps est analogue à celle indiquée à propos de la maturation en ce que du ctté des températures plus élevées un temps de surmaturation plus court convient, tandis que pour les températures plus basses, un temps de surmaturation plus long est préférable. Après avoir subi la surmaturation ci-dessus, la bande est refroidie au-dessous de 500C en l'espace de deux minutes dans la chambre de refroidissement secondaire 9. Ce refroidissement a une grande influence sur la production de l'installation. En effet, si la bande peut être rapidement refroidie au voisinage de la tempétature ambiante, il est possible de lui faire subir un skin pass immédiatement, et d'augmenter ainsi considérablement la production. Dans cette zone, le refroidissement ne se heurte à aucune limitation particulière, à condition d'etre rapide, mais il est avantageux d'utiliser un refroidissement échelonné par eau et par réfrigération. Après le traitement de skin pass, la bande passe dans un dispositif de planage et d'ébavurage (non-représenté) puis dans un dispositif de rebobinage 11. Les propriétés des tales d'acier produites par le procédé de l'invention vont ure expliquées en se référant au dessin annexe. La Fig. 1 montre la relation entre la teneur en soufre et oxygène et la limite élastique YP. On a préparé des échantillons en laminant à chaud un acier effervescent contenant C:0,03 à 0,05%, Mn: 0,14 à ou31%, S: 0,007 à 0,022%, 0: 0010 à 0,062%, le reste étant pratiquement Fe, en bobinant la tôle laminée à chaud à une température comprise entre 700 et 7300C, en laminant la tôle à froid et une certaine épaisseur finale (0,8 mm) et en soumettant cette bande d'acier laminée à froid à un traitement de recuit continu dans lequel elle était tenue à 7000C pendant 1,5 minute, puis à un traitement de surmaturation à 3500C pendant huit et, de préférence, pendant cinq minutes. La Fig. 1 montre que quand K est compris entre O.et 0,1, on obtient une limite élastique très basse, et que quand K est supérieur à 0,2, on atteint la saturation. La Fig. 2 montre l'allongement de rupture El du même échantillon et on voit que le pourcentage d'allongement obtenu est excellent quand K est compris entre 0 et 0,15. La Fig. 3 montre les valeurs de r du même échantillon que sur la Fig. 1 et on voit que quand K est compris entre 0,04 et 0,15, une valeur de r supérieure à 1,7 est nécessaire pour obtenir une tôle pour emboutissage très profonds et que dans tous les cas'où K est inférieur à O ou supérieur à 0,2 on ntobtient pas une valeur satisfaisante de r.En conséquence, tant que K est compris entre O et 0,15, les conditions généralement exigées d'une mince tôle d'acier sont bien satisfaites. I1 ressort également de ces figures qu'un abaissement exceptionnel de la limite élastique et une augmentation exceptionnelle de l'allongement à la rupture et de la valeur r sont obtenus quand O L'acier conforme à la présente invention peut entre produit dans un convertisseur ou dans un autre four de production d'acier, puis peut être transformé en lingots soumis à un dégrossissage, à un laminage à chaud, à un laminage à froid, à un recuit continu (incluant une surmaturation et, au besoin, à un laminage d'écrouissage). Les conditions d'exécution des étapes de traitement ci-dessus peuvent être choisies entre des limites étendues à condition de maintenir le domaine spécifié de compositions et de températures de bobinage de la totale d'acier laminée à chaud. Dans la présente invention, la teneur en carbone peut être identique à celle d'un acier laminé à froid ordinaire à faible teneur de carbone et si une plus faible teneur en carbone est nécessaire, cette condition peut titre facilement satisfaite par un dégazage sous vide de l'acier fondu ou par une décarburation au cours du recuit. Les exemples qui suivent, qui n'ont bien entendu aucun caractère limitatif, feront mieux comprendre les particularités de l'invention. Exemple 1 On prépare une bobine de tôle laminée à chaud en soumettant de l'acier en fusion provenant d'un convertisseur à des opérations de lingotage, de dégrossissage et de laminage à chaud ordinaires et en l'enroulant à des températures comprises entre 700 et 73O0C, la bobine de tôle ainsi obtenue étant abandonnée pour refroidir à la température ambiante. On soumet la tôle ainsi obtenue à un laminage à froid ordinaire pour ramener son épaisseur à une valeur finale déterminée (0,7 mm) puis on lui fait subir un recuit de recristallisation consistant à la maintenir à 700 C pendant une minute puis à la refroidir avant de lui faire subir un traitement de surmaturation consistant à maintenir cette tôle à 350 OC pendant deux minutes comme pour un recuit continu, et, enfin, à un laminage d'écrouissage avec une réduction de 1 à 1,5 g. Les compositions et les propriétés des tôles ainsi obtenues sont indiquées dans le tableau 1. Aux fins de comparaison, on a également indiqué les propriétés de tôle d'acier ayant une grande valeur de K. (Voir tableau 1 page 10). Il ressort clairement du tableau 1 que l'acier de l'invention a de meilleures propriétés que les aciers classiques. Poids atomique de Mn x (0%) h indice K = Mn% - Poids atomique de Mn x Poids atomique de O Poids atomique de Mn x Poids atomique de S Exemple 2 Les compositions d'acier selon l'invention indiquées dans le tableau 2 ont été produites dans un convertisseur et après avoir été transformées en un lingot ont été traitées dans les conditions TABLEAU 1 Compositions et propriétés des aciers gcier de Itinven- acier témoin tian (017 mm dépais- (0,7 mm dtépaisseur seur) ac " c () 0,01t o,orc o C (%) 0,04 0,04 r t0 Mn 0,19 0,30 mo S 0,012 o, 03 ~; O O,046 0,027 Indice K i 0,02 0,26 Température de bobinage ( C) 700 - 730 520 - 550 Température de recuit 7000C x 1 min. 7000C x 1 min. (continu) +3509C x 2 min. +3500C x 2 min. Laminage d'écrouissage 1,0 - 1,5 1,0 - 1,5 zone Limite élastique O w c (kgZmm2) 19,2 (D a ci Résistance à la traction S (kgXmm2) 32,0 34,9 P, e Allongement (%) 46 43 os r 1,58 1,13 v > CCV (mm) 26,03 27,2 Indice d'Erichsen (mm) 10,7 10,4 Limite élastique 8 e d'allongement (%) 0- O te H pa Limite élastique w d'allongement () 3,3 5,9 oeoe g &commat; (100 C x 60 min.) Température ambiante 0 1,1 ct oe x 3 jours indiquées dans le tableau 3. Les résultats sont aussi indiqués dans le tableau 3. Dans cet exemple, le laminage à froid a été exécuté de la manière habituelle. n ressort clairement du tableau 3 que l'acier de l'inven- tion a d'excellentes propriétés. (Voir tableau 2 page 11). TABLEAU 2 Compositions des aciers % C Si Mn P S O indice K 0,07 0,01 0,22 0,004 0,011 0,051 0,012 TABLEAU 3 Conditions de traitement et propriétés Epaisseur de la épaisseur de la tole 0,7 mm tole 0,8 mm Température finale de laminage à chaud (OC) 950 950 Température de bobinage (oç) 710 710 Epaisseur de la tôle laminée à chaud mm 2,5 2,5 Epaisseur de la tôle laminée à froid mm 0,7 0,8 Température de oe chauffage (OC) 700 800 o Refroidissement pri maire (OC/sec) 21 20,0 Surmaturation o C x min. 350 x 2 350 x 2 ct Première étape g: 350 1000C 2,9 C/sec. 2,80C/sec. Seconde étape 100 50 OC 2,10G/sec. 2,00C/sec. skin pass (p) 1,0 1,0 N e limite élastique o (kg/mm2) 18,7 19,7 r e Résistance à la trac tion (kg/mm2) 33,0 33,3 Allongement (') 44,5 44,0 oe ruzIndice d'E;richsen (mm) 10,5 10,6 Dureté Rockwell B 42 44 r 1,53 1,59 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour produire une tôle d'acier laminée à froid à faible teneur de carbone ayant d'excellentes propriétés d'usi- nage à froid qui consiste à régler les rapports de Mn, O, S dans un acier à faible teneur de carbone contenant moins de 0,25yqS de Mn, de façon à satisfaire à la relation suivante :: Poids atomique de Mn Poids atomique de Mn O = Poids atomique de O Poids atomique de S x [S%] = 2 - Procédé pour produire une tôle d'acier laminée à froid à faible teneur de carbone et consiste à régler les rapports de Mn, O et S dans un acier à faible teneur de carbone contenant moins de 0,25% de Mn de façon à satisfaire la relation suivante Poids atomique de Mn x [0%] Poids atomique de Mn 0 # [Mn%]- Poids atomique de Mn x [0%] Poids atomique de x 0%) Poids atomique de Mn Poids atomique de O Poids atomique de S x [S%] # 0,15 à laminer à chaud cette tôle, à bobiner la tôle ainsi laminée à chaud à des températures comprises entre 600 et 800 C, à laminer à froid la tôle précédemment laminée à chaud et à faire passer la tôle acier laminée à froid ainsi obtenue en continu à travers une zone de chauffage dans laquelle sa température est portée entre 700 et 900 C en ltespace de deux minutes, puis à travers une zone de maturation dans laquelle la totale est maint en nue dans les limites de température ci-dessus pendant moins de deux minutes, dans une zone de refroidissement primaire dans laquelle la tôle est rapidement refroidie à partir des températures ci-dessus à une température de surmaturation à une vitesse de refroidissement de 5 à 300C/sec, dans une zone de surmaturation dans laquelle la tôle est maintenue dans une plage de températures comprise entre 300 et 4500 pendant moins de 8 minutes et, de préférence, moins de cinq minutes et dans une zone de refroidissement secondaire dans laquelle la tôle est refroidie au-dessous de 50 C en l'espace de deux minutes.