Brevet FR2117866A1 — publié le 19720728

La présente invention concerne les tôles d'acier et, en particulier, les tôles d'acier laminées à chaud dont la charge limite de rupture est relativement faible et la facilité de mise en forme à la presse est excellente. 5 Actuellement, la plupart des tôles d'acier pour emboutissage très 'profond sont laiinées à froid, mais ce procédé de fabrication est relativement onéreux,, Il est par conséquent avantageux du point de vue économique de fabriquer des tôles d'acier laminées à chaud pour travaux d'emboutissage 10 pourvu que la facilité de mise enforme à la presse de ces tôles puisse être obtenue égale à celle des tôles d'acier laminées à froid dans les épaisseurs comprises entre 1,6 et 3»-"4- mm« Par exemple, une tôle, de 3,2 mm laminée à froid a un allongement à la rupture sur éprouvette entaillée d'environ 20 15 alors que celui des tôles d'emboutissage laminées à chaud et de type classique est bien inférieur. Par suite, l'objet de la présente invention est la fabrication de tôles d'acier laminées à chaud dont l'allongement à la rupture sur éprouvette entaillée est d'au moins 20$. 20 II a été antérieurement fait de nombreuses proposi tions en ce qui concerne la fabrication de tôles d'acier laminées à chaud et possédant une excellente facilité de mise en forme à la presse. Parmi les aciers proposés, les plus notables sont les aciers dégazés sous vide et calmés à l'aluminium 25 et les aciers à faible teneur en manganèse, désulfurés et calmés à l'aluminium. le tableau 1 ci-après donne un exemple de composition d'un acier laminé à chaud de chacun de ces deux types antérieurs ainsi que leurs températures de laminage et leurs propriétés mécaniques. (Voir tableau 1, page 6)„ 30 La Demanderesse a observé que des propriétés simi laires ou supérieures peuvent être obtenues dans des tôles d'acier laminées à chaud d'une épaisseur comprise entre 1,0 et 7,0 mm pourvu que l'acier de ces tôles ait été dégazé sous vide et contienne une addition de titane contrôlée avec préci-35 sion„ Par suite, et selon l'un de ses aspects, la présente invention a pour objet un acier contenant essentiellement 71 40755 2 2117866 0,001 à 0,020 io de carbone, moins de 0,10 i de silicium, 0,10 à 0,60 io de manganèse, moins de 0,020 56 de soufre, 0,010 à 0,10 °/o d'aluminium et 0,02 à 0,08 io de titane, le reste étant du fer et des impuretés accidentelles, et pourvu que le rapport 5 li/C soit inférieur à 4 et que le rapport Ti/S soit supérieur -à 2. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'acier qui en fait l'objet est laminé à chaud à une température finale de laminage comprise entre 800 et 950°C et bobiné 10 à une température comprise entre 650 et 700°C. les raisons spécifiques qui limitent les teneurs des composants des tôles d'acier laminées à chaud de l'invention sont exposées en détail ci-après. Une augmentation de la teneur en carbone provoque 15 une augmentation de la précipitation des carbures qui diminue la facilité de mise en forme des tôles à la presse. Par conséquent, cette teneur en carbone est réduite autant qu'il est possible dans l'acier de l'invention par un dégazage sous vide de façon à obtenir la plus grande facilité possible de mise en 20 forme des tôles à la presse. Une teneur en carbone de 0,001 io est la limite pratique inférieure de décarburation par dégazage sous vide, et une teneur en carbone de 0,020 i est la limite supérieure au-dessus de laquelle la résistance de l'acier à la rupture augmente brusquement du fait de la précipitation de 25 carbure de titane. Le silicium est un autre élément qui augmente la résistance à la rupture des tôles d'acier et, par suite, la teneur en silicium de l'acier de l'invention est tenue inférieure à 0,1 io. 30 L'addition de manganèse est tenue supérieure à 0,1 $ pour éviter la perte de résistance à chaud provoquée par le soufre. 'Toutefois, la limite supérieure de cette teneur en manganèse doit se situer au-dessous de 0,6 i car le manganèse, comme le carbone et le silicium, augmente la résistance à la 35 rupture de l'acier. La teneur en soufre est maintenue à une valeur inférieure à 0,020 i du fait que de plus fortes quantités de 71 40755 3 2117866 soufre affectent défavorablement la facilité de mise en forme de l'acier à la presse par formation de sulfure de manganèse. le titane est ajouté à l'acier de l'invention parce qu'il transforme le sulfure de manganèse d'impuretés du type A 5 en impuretés du type C. Une inclusion ou une impureté est dite du type A lorsqu'elle se déforme plastiquement au cours du travail de la tôle, et une inclusion est dite du type C lorsque ses grains sont répartis aléatoirement dans la masse de l'acier et ne se déforment pas plastiquement au cours du tra-10 vail de la tôle. Une inclusion du type C affecte moins défavorablement la facilité de mise en forme de l'acier à la presse et, simultanément, provoque à un certain degré la mise en solution solide du soufre par formation de nitrure de titane, ce qui diminue la quantité des sulfures du type sulfure de manga-15 nèse qui s'étendent dans la direction du laminage» Par suite, les tôles d'acier laminées à chaud et contenant une addition de titane ont une excellente facilité de mise en forme à la presse. L'expérience^Montré que la teneur en titane de l'acier doit être telle que le rapport Ti/S soit supérieur à 2 pour 20 que les résultats précités soient obtenus. De plus, le maintien du rapport Ti/C à une valeur inférieure à 4 améliore encore la facilité de mise en forme à la presse des tôles d'acier laminées à chaud pourvu que la condition ïi/S > 2 soit simultanément satisfaite. C'est pour ces raisons que la teneur en 25 titane doit être comprise entre C,02 et 0,08 c/o, compte tenu d'autre part de ses rapports nécessaires avec les teneurs en carbone et en soufre. l'aluminium est ajouté en quantités comprises entre 0,010 et 0,10 vî pour faciliter la désoxydation de l'acier et 30 d'obtenir une meilleure teneur en titane. Des additions supérieures à 0,10 p affectent défavorablement la facilité de mise en forme des tôles à la presse, et des additions inférieures à 0,010 diminuent l'efficacité de la désoxydation,, En vue d'obtenir les propriétés mécaniques désirées 35 pour les tôles laminées à chaud pour emboutissage très profond, les températures de l'opération de laminage doivent être maintenues dans les limites précédemment indiquées. 71 40755 4 2117866 Pour l'obtention de tôles d'acier pour emboutissage très profond possédant une excellente facilité de mise en forme à la presse, il est désirable que la température en fin de laminage se situe au dessus du point de transformation Ar^ de 5 l'acier, car la facilité de mise en forme de l'acier à la presse se dégrade rapidement au-dessous de ce point de transformation Ar^. Hais, le point de transformation Ar^ se situe aux environs de 850°C dans le cas de tôles d'acier à très faible teneur en carbone, et il est difficile de maintenir une 10 température en fin de laminage atteignant 850°C dans le cas du laminage de tôles très minces. Toutefois, les effets d'une température en fin de laminage inférieure au point de transformation Ar^ peuvent, au moins en partie, être compensés par un contrôle précis de la composition de l'acier dans les limi-15 tes indiquées précédemment. Du fait que les tôles d'acier de l'invention ont des épaisseurs comprises entre 1,0 et 7,0 mm, leur température en fin de laminage peut être comprise entre 800 et 950°C. En cours d'opération, il est désirable de maintenir cette température de fin de laminage aussi élevée que 20 possible au-dessus du point de transformation Ar^. D'autre part, la température de bobinage des tôles peut être inférieure à 650°0 tout en permettant l'obtention de tôles ayant une facilité acceptable de mise en forme à la presse. Du fait que la facilité de mise en forme des tôles d'acier à la presse 25 augmente proportionnellement à la température de bobinage, il est préféré que cette température soit comprise entre 650 et 700°G. Un exemple de réalisation de l'invention est donné ci-après. EXEMPLE 30 Le tableau 2 ci-après donne la composition chimique des aciers du domaine de l'invention, et le tableau 3 donne les conditions de fabrication et les propriétés mécaniques de ces aciers après laminage à chaud. ("Voir tableaux 2 et 3 page 8). 35 Cet exemple met en évidence que les aciers fabriqués selon l'invention ont une faible résistance à la rupture et une excellente facilité de mise en forme à la presse. 71 40755 5 2117866 En vue d'illustrer plus nettement les différences qui existent entre les aciers de l'invention et d'autres aciers d'emboutissage laminés à chaud et de même épaisseur, il est fait référence aux dessins annexés dans lesquels : 5 - la figure 1 montre la relation qui existe entre l'allongement $ sur éprouvette entaillée et la limite de résistance à la traction respectivement des produits de l'invention et des produits de fabrication antérieure ; - la figure 2 est une micrographie (grossissement 10 100) d'une plaque d'acier de construction fabriquée par le procédé de l'invention ; et - la figure 3 est une micrographie (grossissement 500) montrant la structure des inclusions„ Les différences entre allongements sur éprouvette 15 entaillée des aciers de l'invention et d'autres aciers d'emboutissage laminés à chaud et de même épaisseur sont mises en évidence par la figure 1„ Les références portées sur cette figure ont la signification suivante : 20 a : acier dégazé et calmé à l'aluminium ; b : acier de l'invention (avec addition de titane, dégazé et calmé à l'aluminium) ; c : acier calmé à l'aluminium et coulé en lingots à la manière habituelle ; 25 d : acier dégazé et calmé au titane j e : acier calmé à l'aluminium et coulé en continu ; f : acier calmé à l'aluminium et avec addition de Fb ; g : acier calmé à l'aluminium et coulé en lingots (S0,015 ; h : acier calmé à l'aluminium et coulé en lingots (S ^ 0,015 $); 30 i : acier calmé à l'aluminium avec addition de titane ; j : acier calmé à l'aluminium avec addition de Fb ; k : acier calmé à l'aluminium et coulé en continu ; 1 : acier dégazé et calmé à l'aluminium ; m : acier dégazé et calmé au titane ; 35 n : acier calmé au silicium et coulé en lingots ; o : acier semi-calmé ; p : acier coulé avec masselotte ; 71 40755 6 2117866 q : acier calmé à l'aluminium avec addition de titane ; r : acier semi-calmé ; s : allongement en i sur éprouvette entaillée ; t : acier coulé avec mass.elotte ; u : acier calmé à l'aluminium et coulé en lingots (S y> 0,015$) v : acier calmé au silicium et coulé en lingots ; 2 x : résistance à la rupture en kg/mm . Il est évident d'après cette figure que la facilité de mise en forme à la presse des tôles d'acier de l'invention est bien supérieure à celle des tôles d'acier d'emboutissage classiques laminées à chaud et se rapproche de celle des tôles d'acier laminées à froid. Ainsi quele montre la figure 2, la micrographie de la structure ferritique dans une tôle d'acier conforme à l'invention est idéale. La figure 3 montre que l'oxyde d'aluminium et le sulfure de manganèse sont étroitement rattachés aux particules ŒiBF + ïiS. Ceci montre que d'excellentes caractéristiques peuvent être obtenues dans les produits de l'invention. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les variantes conformes à son esprit. 71 40755 7 2117866 TABLEAU 1 I ; Nature , de l'acier Composition en io en poids Epaisseur' des tôles (mm) C Si IvIn P ; s *2 Al en solution Dégazé, calmé à l'àlum. 0,01 traces 0,32 0,018 0,017 0,0029 0,043 3,2 A faible teneur en Mn, désulfuré et calmé à l'alum» 0,04 0 ,01 0,18 0,010 0,012 0,0030 0,016 3,2 Conditions du laminage à chaud Propriétés ms ïcaniques Temp. en fin de laminage °C Temp. de bobinage °C Sens de 1' essai Limite élastique kg/mm^ Charge de rupture kg/mm^ Allongement Allongement à la limite élastique Allongement sur é-prou-vette entaillée * i 900 680 Longi-tud. 21,2 31,2 5C ,4 0 18,0 Transv. 21,5 31,4 50,7 0,2 17,0 870 665 Longi-tud. 23,4 32,1 51 ,5 2,8 19,4 Transv. 25,6 32,5 52,1 5,0 19,1 .— i * Nota : l'essai d'allongement sur éprouvette entaillée fournit des indications comparables auxquelles on peut se fier pour l'évaluation de la facilité de mise en forme des tôles minces à la presse» 71 40755 8 TABLEAU 2 2117866 C Si Mn P S N2 Al en solution Ti Ti/C Ti/S 0,008 traces 0,20 0,011 0,012 0,004 0,035 0,03 3,7 2,5 TABLEAU 5 Epaisseur des tôles mm Conditions de laminage à chaud Taux de la passe de finition i> Sens de l'essai Température en fin de laminage °C Température de bobinage °C 3,2 890 680 1,0 Longitud. ïransvers. Limite élastique kg/mm2 Charge de rupture 2 kg/mm Allongement 1° Allongement. à la limite élastique fo Allongement sur éprouvette entaillée $> Indice de vieillissement p kg/mm 17,8 30,0 52,9 0 22,7 - 18,0 30,5 51,8 0 22,4 0 40755 9 2117866 REVEÎÎDICATIONS Acier dégazé sous vide susceptible d'être laminé à chaud sous forme de tôles pour emboutissage très profond, cet acier éxant caractérisé en ce qu'il contient essentiellement : 0,001 à 0,2 io de carbone, moins de 0,10 de silicium, 0,10 à 0,60 i de manganèse, moins de 0,020 p de soufre, 0,01 C à 0,10 i d'aluminium et 0,02 à 0,08 yi> de titane, le reste étant du fer et des impuretés accidentelles, le rapport ïi/C étant inférieur à 4 et le rapport Ti/S étant supérieur à 2. Tôle d'acier selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle a été laminée à chaud à une température de fin de laminage comprise entre 800 et 95Q°C et a été bobinée à une température comprise entre 650 et 70C°0, ce qui améliore sa facilité de mise en forme à la presse. Procédé de fabrication de tôles d'acier pour emboutissage très profond, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : dégazage sous vide d'un acier contenant essentiellement C,C01 à 0,020 fi de carbone, moins de 0,10 i de silicium, C,10 à 0,60 i de manganèse, moins de 0,020 i de soufre, 0,010 à 0,10 i d'aluminium et 0,02 à 0,08 i de titane, le reste étant du fer et des impuretés accidentelles, le rapport Ti/C étant inférieur à 4 et le rapport Ti/S étant supérieur à 2 ; laminage à chaud de cet acier en tôles d'épaisseur comprise entre 1,0 jet 7,0 mm avec une température en fin de laminage comprise entre 800 et 950°C ; et bobinage des tôles laminées à une température comprise entre 650 et 70C°C.