Brevet FR2230739A1 — publié le 19741220

L'invention concerne des perfectionnements aux tôles et feuillard d'acier laminé à froid de grande résistance, particulièrement aux tôles ayant une excellente paittude au formage et au soudage par résistance à recouvrement. Antérieurement, la tôle laminée à froid de grande résistance mécanique était employée dans une mesure limitée, un exemple étant l'utilisation comme matériau pour fer blanc dur. En conséquence, il n'y a aucun cas où l'on ait étudié sa souda bilité. C'est pourquoi, dans ce domaine, on employait l'acier ordinaire contenant 0,10 à 0,20pu de carbone, après recristallisation partielle ou double laminage à froid. lorsqu'une dureté accrue était nécessaire, on s'est efforcé d'augmenter dans une certaine mesure la teneur en substances telles que P et N comme l'indique le brevet japonais NO 70 34015. A nouveau, les brevets japonais Nos 71 9541 et 71 9542 proposent un procédé permettant d'obtenir une tôle d'acier laminée à froid de grande résistance, ayant une résistance à la traction de 60 à 12 kg/mm, en trempant à l'eau un acier contenant 0,04 à 0,25% de carbone et 0,609 au maximum de Mn.Toutefois, les matériaux obtenus par ces procédés ont tous une aptitude médiocre aussi bien au formage qu'au soudage par résistance à recouvrement. Si l'on considère la qualité du produit sous un angle différent qui est celui de la stabilité de fonctionnement du processus de fabrication, des processus tels que la recristallisation partielle et la trempe ne permettent pas d'empêcher un effet nuisible exercé sur la qualité du produit par des variations des conditions de travail qui entraînent une instabilité de qualité. Mais récemment, le problème de la sécurité de conduite est passé au premier plan dans les milieux de l'industrie automobile et par suite, les tôles d'acier laminées à froid de grande résistance mécanisue et de grande aptitude au soudage et au formage (emboutissage) sont de plus en plus demandées en tant que matériaux nécessaires. En particulier, la soudabilité de matériaux tels que les renforcements de voitures de sécurité est devenu un problème sérieux. Etant donné qu'en pareil cas le soudage par points par résistance ou le soudage à la molette sont les plus appliqués, une grande aptitude au soudage par résistance à recouvrement est une condition essentielle. Vu la situation mentionnée, l'un des buts de l'invention est de fournir une tôle d'acier laminée à froid de grande résistance qui puisse résoudre les problèmes ci-dessus. Un autre but est de fournir une tôle d'acier laminée à froid de grande résistance ayant une excellente aptitude au formage à la presse. Un autre but est encore de fournir une tôle d'acier laminée à froid de grande résistance ayant une excellente aptitude au soudage par résistance à recouvrement. Les buts et caractéristiques ci-dessus, ainsi que d'autres qui s'y rattachent, apparaîtront plus complètement à l'étude de la description détaillée ci-après et des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un graphique montrant la relation entre la résistance à la traction et l'allongement total de différents types de tôles d'acier laminées à froid de grande résistance. La résistance à la traction, exprimée en kg/mm2, est figurée en abscisses. L'allongement total, exprimé en est figuré en ordonnées. Sur cette figure, la plage I désigne un acier doux complètement recristallisé, puis refroidi, la plage II un acier trempé à faible teneur en carbone, la plage III un acier doux partiellement recristallisé et la plage IV l'acier selon l'invention. - la figure 2 est un graphique montrant la dureté du noyau de la soudure en fonction de la teneur en carbone de tales d'acier minces, dans un essai de cisaillement en traction. Sur cette figure, la teneur en carbone exprimée en % est figurée en abscisses et la dureté maximum du noyau en ordonnées. T'exemple choisi est celui des feuilles d'acier laminées à froid de 1 mm d'épaisseur. On voit sur la figure Tes diverses zones de rupture Z R, ainsi que l'effet d'adjonction de niobium au métal de base. - la figure 3 est un graphique montrant l'effet du rapport Nb/C sur la résistance à la traction de la tôle de base et sur celle de la partie soudée par points. Le rapport Nb/C du niobium au carbone est figuré en abscisses ; pour la partie inférieure de la figure on a représenté en ordonnées la résistance à la traction du métal de base (de 40 à 55 kg/mm2) et, pour la partie supérieure, la résistance à la traction transversale (RnTi) et la résistance au cisaillement en traction (RCT) des portions soudées, exprimées en kilos par point de soudure (de 700 à 1200). La zone hachurée représente la zone typique de l'invention. On considérera maintenant la composition de l'acier selon l'invention ; on part d'un acier contenant 0,05 à 0,15% de C, 0,20 à 0,5050, de Si, 0,30 à 1,30% de Un et au maximum 0,030 % de S et auquel on a incorporé du niobium comme substance formatrice de carbure, en proportion telle que 0,3#Nb/C#3,0 et on le soumet aux procédés normaux de traitement qui sont le laminage à chaud, le laminage à froid et le recuit, de manière à obtenir une tôle d'acier laminée à froid de grande résistance qui a une résistance à la traction de 45 à 60 kg/mm ou une limite élastique de 30 à 45 kg/mm et aussi d'excellentes propriétés de soudage par résistance à recouvrement. On a refusai à obtenir une tôle d'acier ayant à la fois une excellente résistance à la traction et une excellente aptitude au soudage par résistance à recouvrement après avoir étudié la façon d'améliorer l'aptitude au soudage par résistance à recouvrement qui est une importante propriété de l'acier laminé à froid de grande résistance mécanique. Quant au problème de l'aptitude au formage, la figure 1, qui illustre la relation entre la résistance à la traction et l'allongement total de différents types de tôles d'acier laminées à froid de grande résistance, montre que les tales selon l'invention sont très supérieures à celles de la technique antérieure par leur allongement total et aussi par leur aptitude au formage, bien que des différences dans les procédés de fabrication entraînent des différences dans la gamme de résistance. Parmi les méthodes généralement adoptées pour l'évaluation de l'aptitude au soudage par points figurent les méthodes d'essai prescrites par les normes JIS (normes japonaises) Z3136 et Z3137. On détermine l'aptitude au soudage par points d'après les valeurs absolues de la résistance au cisaillement en traction et de la résistance à la tractior transversale et le rapport de celles-ci, c'est-à-dire le rapport de ductilité de la soudure (résistance à la traction transversale/résistance au cisaillement en traction), tels qu'on les obtient par les méthodes mentionnées. Si les valeurs obtenues sont égales ou supérieures à celles de la matière SPCC (tôle métallique laminée à froid définie dans la norme JIS G3141), la soudabilité est jugée favorable.Un point spécialement important est la résistance à la traction transversale car elle représente le degré d'exfoliation de la soudure sous un choc. Dans l'invention, on ajoute du nobium en proportion telle que 0,3 Nb/C3,0 de façon que les propriétés mentionnées de la tôle d'acier deviennent meilleures que celles dé la matière SPCC. En outre, si la tôle contient du soufre à raison de 0,015% au maximum, la résistance à la traction transversale et le rapport de ductilité de la soudure sont fortement améliorés. La figure 2, qui illustre la relation entre la dureté maximale du noyau de la partie soudée par points et la teneur en carbone, montre comment la teneur en carbone influe sur des aciers ne contenant pas d'additif Elle montre que lorsque CX 0,12%, la rupture se produit dans le métal de base et que lorsque C > 0,12%, la rupture se produit dans le noyau pendant un essai de cisaillement en traction et le rapport dé ductilité de la soudure est aussi moins bon.Par contre, si l'on ajoute à cet acier, dans lequel C)0,12, du niobium en proportion telle que 0,3 On expliquera maintenant pourquoi la proportion de chaque substance est définie dans l'invention. En ce qui concerne Nb et S, dont les proportions constituent des particularités caractéristiques de l'invention, on donnera plus loin une description détaillée à propos de l'exemple. On parlera maintenant des autres substances principales. L'invention fixe à 0,15% la limite supérieure de la teneur en carbone parce qu 'une plus forte teneur en carbone oblige à ajouter une grande quantité de Nb, ce qui cause des difficultés pratiques et diminue l'amélioration du rapport de ductilité de la soudure. Une teneur en carbone inférieure à 0,05 % n'assure pas une résistance satisfaisante. Si et Mn, qui servent principalement de désoxydants préliminaires, servent aussi à favoriser la résistance et n'ont que peu ou pas d'effet nuisible sur l'aptitude au soudage par points. Toutefois, il est préférable, au point de vue de l'aptitude au formage à froid, de fixer la limite supérieure de Si à 0,50% et celle de Mn à 1,304'0. A nouveau, pour maintenir la résistance, il est nécessaire de fixer la limite inférieure de Si et Mn à 0,20 % et 0,30% respectivement.On fixe la limite supérieure de P à 0,05', pour des raisons qui concernent la ténacité, l'aptitude au formage à froid et la soudabilité du produit. Quant à l'aluminium en solution, qui sert de désoxydant diminuant les inclusions et sert aussi à améliorer le rendement de Nb, l'invention fixe sa proportion entre 0,003 et 0,08%. On comprendra plus clairement l'invention grâce à l'exemple suivant. - EXEMPLE On fond dans un four de fabrication d'acier de l'acier contenant du niobium et ayant les compositions indiquées au Tableau 1, on en forme un lingot de 12 t et on le transforme en brame. On lamine alors la brame à chaud à une température finale de 830 à 8800C et on l'enroule à une température de 500 à 5500C de manière à obtenir un feuillard de 2,8 mm d'épaisseur. Après décapage, on lamine à froid le feuillard pour lui donner une épaisseur de 1,0 mm puis on le soumet à un recuit de recristallisation pendant 5 heures à une température de 7000C et ensuite à un laminage d'écrouissage à 1,5% de manière à obtenir un produit fini. TABLEAU I \ Cons lant Composition chimique, % -I 1 t r3rpe Igl en d'acier\ C Si 'Ln P S solu- ?b Nb/C . ~ . rZ ~ ~ A 0,13 0,28 1,16 0s0&num;12 0,022 0,035 tr O B 0,10 0,21 1,03 0,013 0,025 0,038 0,013 0,13 roc 0,11 ors35 0,96 0,011 0,019 0,045 0,035 0,32 *D 0,12 0,31 0,83 0,010 0,026 0,oye6 0,093 0,78 *E 0,09 0,25 0,75 0,015 0,030 0,030 012131 0 F 0,11 0,40 0,90 0,017 0,022 0,056 0,502 4,57 I G 0,09 0,36 0,81 0,012 0,011 0,048 tr O H 0,08 0,27 1,01 0,015 0,010 0,051 0,017 0,21 *I 0,11 0,28 0,79 0,014 0,007 0,029 0,039 0,35 0,12 0,30 0,85 0,011 0,008 0,018 0,088 0,73 *K 0,10 0,36 0,81 0,015 0,006 0,055 0,235 2,35 li 0,10 0,35 0,99 0,016 0,008 0,038 0,551 5,51 Note : les aciers marqués * sont ceux qui rentrent dans la gamme de composition prescrite par l'invention. Les aciers A à F du Tableau 1 ont pour rôle de montrer comment la teneur en Nb influe sur des aciers contenant S en quantité usuelle (0,015 à 0,030 %). Parmis ces aciers, C, D et E rentrent dans la gamme de composition prescrite par l'invention. Les aciers G à L servent à montrer comment la teneur en Nb influe sur des aciers que l'on a désulfurés pour ramener la teneur en S à 0,015 % ou en dessous. Parmi ces aciers, I, J et K rentrent dans la gamme de composition prescrite par l'inven- tion. Le Tableau 2 ci-après indique les propriétés mécaniques et les propriétés de soudage par points de produits d'acier formés des compositions indiquées au Tableau 1. TABLEAU 2 Propriétés mécaniques et propriétés de soudage par points Propriétés Limite Charge Allon- Diamètre R.C.T. R.C.T. élastique de rup- gement Dureté du noyau Résistance Résistance Rapport Dureté kg/mm ture en total formé, au cisail- à la trac- de duc- maxima traction % (Hv) mm lement en tion trans- tilité le du Type kg/mm traction versale de la noyau, d'acier kg/point kg/point soudure (Hv) A 30,5 41,6 37,8 125 6,2 1030 835 80,8 356 B 35,1 44,7 35,7 147 6,7 1090 820 75,3 379 *C 38,6 47,9 32,3 151 6,9 1150 885 77,0 405 *D 41,9 50,1 30,8 155 7,1 1180 905 76,8 412 *E 41,6 51,6 29,5 155 7,2 1205 955 79,3 425 F 42,3 50,7 29,1 156 7,0 1200 815 68,1 435 G 30,5 41,3 38,1 124 6,3 1025 865 84,7 367 H 33,9 43,1 36,0 143 6,6 1080 870 80,5 369 *I 38,1 47,3 32,5 152 6,9 1145 915 80,1 412 *J 43,5 50,6 30,9 153 7,2 1170 1020 86,7 405 *K 42,8 51,2 30,1 159 7,3 1200 1070 89,2 396 L 43,0 49,8 29,6 159 7,1 1210 900 74,7 393 Note: les aciers marqués * sont ceux qui rentrent dans la gamme de composition prescrite par l'invention. On considère généralement comme approprié, dans le soudage par points, de diminuer l'intensité du courant de soudage et d'augmenter la pression de soudage à mesure que la résistance à la traction du métal de base augmente. On a obtenu les données du Tableau 2 en appliquant le courant et la pression de soudage appropriés à la résistance à la traction de chaque acier. lies autres conditions de soudage étaient les sui vantes extrémité de l'électrode type JIS Gr-Cu cycle de courant 10 cycles temps initial de maintien 15 cycles Si l'intensité du courant de soudage est supérieure à la valeur appropriée, il en résulte une dispersion du métal fondu et si elle est trop faible, il en résulte une diminution du diamètre du noyau et une altération de la résistance à la traction.Il est donc évidemment nécessaire d'effectuer le soudage dans des conditions appropriées à la résistance à la traction de chaque acier. Comme le montrent le Tableau 2 et la figure 3, la résistance au cisaillement en traction et la résistance à la traction transversale augmentent quand on ajoute du Nb. Toutefois, la résistance à la traction transversale tend à s'altérer lorsque la valeur de Nb/C devient supérieure à 3. Quand Nb/C L'invention assure une source stable de tôles d'acier laminées à froid de grande résistance qui ont une résistance à la traction de 45 à 60 kg/mm ou une limite élastique de 30 à 45 kg/mm et aussi une aptitude au soudage par résistance à recouvrement égale ou supérieure à celle de l'acier doux normal. REVENDICATION Tôle d'acier laminée à froid de grande résistance mécanique obtenue par laminage à chaud, laminage à froid et recuit de recristallisation et caractérisée par le fait que l'acier comprend 0,05 à 0,15% de C, 0,20 à 0,50% de Si, 0,30 à 1,309 de Mn, au maximum 0,030% de S, du niobium en proportion telle que lton ait 0,3#Nb/C#3,0, le reste étant formé de fer et d'impuretés inévitables.