Brevet FR2204695A1 — publié le 19740524

L'invention concerne une méthode de traitement à chaud de l'acier en bande, et, de façon plus précise, une méthode de traitement rapide à chaud de bandes d'a bier durci à faible teneur en carbone. Des bandes d'acier à faible teneur en carbone, contenant d'environ 0,04 à environ 0,18 de carbone, sont employées industriellement, par exemple pour le formage profond des caisses d'automobile et pour la fabrication de l'acier galvanisé. Généralement, la bande d'acier est laminée à chaud, décalaminée, et laminée à froid. Le laminage à froid réduit l'épaisseur actuelle de la bande approximativement de 40 à 80% et la bande d'acier après le laminage à froid a une épaisseur de, par exemple entre 0,4 et 2mm. Le laminage a froid a pour effet de durcir la bande et de déformer la structure du grain.Après le laminage à froid, la bande d'acier a normalement une dureté Rockwell B au-delà de 80, En conséquence, pour de nombreux emplois il faut récurer la bande d'acier après le laminage à froid afin de l'adoucir et aussi pour restaurer la structure de grain désirée. Dans les cycles de recuit selon la technique antérieure, la bande d'acier était chauffée lentement jusqu'à une température assez élevée pour produire une recristallisation, normalement à une température entre 650DC et 7000C, puis refroidie. Les tensions internes résultant du laminage à froid étaient éliminées pendant ce temps de recuit et on obtenait une grandeur de grain uniforme. Selon des techniques antérieures, un temps de recuit type par fournées prenait souvent environ 30 heures.Des méthodes de recuit type continu étaient connues dans-la technique antérieure et, même si le temps pris par le recuit en employant ces méthodes continues était fortement plus court que celui pris par les opérations type par fournées, la bande d'acier pour formage profond ainsi traitée avait des caractéristiques physiques la rendant impropre à la fabrication, par exemple, des caisses d'automobile. Par la méthode selon l'invention, le temps du processus de recuit peut être réduit à approximativement 10 minutes, ou même moins. En outre, la bande d'acier traitée par la méthode selon l'invention a la dureté désirable et des caractéristiques comparables à celles d'une bande traitée par une opération de recuit type par fournées de 30 heures. Ci-après, on entendra par température critique inférieure la température critique entre le domaine de stabilité ferrite et cémentite et le domaine de stabilité ferrite plus austénite tels que représentés sur les diagrammes fer-carbone. De même, on entendra par température critique supérieure la température critique entre la domaine de stabilité ferrite plus austénite et le domaine de stabilité austénite. La bande d'acier qui est traitée par la méthode selo l'invention con-tient de environ 0,04 à environ 0,1% de carbone. En conséquence, la température critique inférieure pour cette bande est approximativement 7230C et la température critique supérieure est approximativement 8880C. Un but de l'invention est une méthode pour traiter à chaud rapidement une bande d'acier à faible teneur en carbone. Succinctement, l'invention concerne une méthode pour traiter à chaud une bande d'acier écrcui contenant d'environ 0,04 à environ 0,1% de carbone. La méthode comprend une chauffe qui porte rapidement la bande à une température à laquelle l'austénité et la ferrite existent en stabilité. Le premier temps de chauffe est obtenu par une montée en température suffisamment rapide pour que la bande lorsqu'elle atteint ladite température contienne d'appréciables tensions internes. La bande est alors maintenue à ladite température jusqu'à ce que les tensions internes soient pratiquement totalement éliminées. La bande est alors chauffée à une température T1 à laquelle seule de l'austénite existe en stabilité.Ensuite, la bande est maintenue à la température T1 jusqu'à ce que l'uniformité de la grosseur du grain soit pratiquement totale, et, fifialement la bande est refroidie. Un cycle temporel préféré, de la méthode selon l'invention, est énoncé ci-dessous sous la dénomination cycle temporel A, étant expressément spécifié que l'invention ne se limite pas à cet exemple, donné uniquement à titre particulier. Cyle temporel A (1) Montée à 8430C en 75 secondes (2) Maintien à 8430C pendant 30 secondes (3) Montée à 9540C en 50 secondes (4) Maintien à 9540C pendant 60 secondes (5) Refroidissement à 4540C en 70 secondes (6) Refroidissement à 3430C en 80 secondes (7) Refroidissement à 930C en150 secondes Total 515 secondes = 8 minutes 6/10 Le tableau 1, ci-après, énonce les propriétés physiques moyennes de plusieurs centaines d'éprouvettes d'essais, de bandes d'acier ayant été traitées à chaud selon le cycle temporel A; TABLEAU I - Données d'essais Propriétés moyennes d'éprouvettes de traction Standard ASTM de 12,7mm de ban des d'acier à faible teneur de carbone traitées selon 1e cycle temporel A. Longitudinalement transversalement (A) Résistance à la traction 33,6 34,5 g/mm2 (B) Valeur décalage 0,2% 25,8 27,2 g/mm2 (C) Rapport A/B 1,313 1,28 (D) Allongement sur 50,8mm 32,76 33,36 (E) Dureté Rockwell B 53,69 54,54 On notera que les résultats consignés dans le tableau I avaient été obtenus avant une passe de surface. I1 a été constaté qu'une passe de surface de 1 à 2% abaisse les valeurs décalées d'approximativement 0,21 Kg/cm2. La grosseur du grain d'une bande, traitée thermiquement, en continu, selon le cycle temporel A, est nO 7 ou nO 8, à comparer à la grosseur de grain nO 5 et nO 6 obtenue par les techniques antérieures de recuit par fournées. la structure de grain fine et uniforme est hautement désirable pour la bonne finition de surface. La Demanderesse a aussi constaté (tableau I) que les propriétés longitudinales et transversales de la bande d'acier, traitée selon la présente méthode, sont très voisines. Ceci est un autre avantage de la présente méthode par rapport aux méthodes de recuit par fournées selon la technique antérieure. En se référant au cycle temporel A et au tableau I, on remarquera que la bande d'acier traitée à chaud selon la présente méthode a des propriétés physiques convenant à son emploi dans les opérations à formage profond. En outre, la méthode peut être appliquée en un temps de moins de 10 minutes. La Demanderesse a remarqué qusil est préférable, en mettant en pratique la méthode selon l'tnvention, d'employer des bandes d'acier obtenu par désoxydation partielle, plutôt que d'employer de la bande d'acier, par exemple, calmé à l'aluminium. Avant de lui appliquer la présente méthode, la bande d'acier a été laminée à froid, ce qui réduit de, par exemple, 40 à 80% l'épaisseur après laminage à chaud. Le laminage à froid donne une bande d'acier, dont le grain n' a pas une structure uniforme, et produit en outre des tensions internes dans la bande. Pour des raisons qui ne sont pas clairement comprises, la Demanderesse a constaté, quant au premier temps de chauffe selon la présente méthode, qu'il est nécessaire de rapidement chauffer la bande à une température qui se trouve dans le domaine austénite -et ferrite. Cette montée en température doit être suffit samment rapide pour que, lorsque la bande d'acier atteint ladite température, elle conserve un appréciable pourcentage des tensions internes résultant de l'écrouissage. En se référant au cycle temporel A préféré et déjà énoncé, la bande d'acier est chauffée à 8430C en une durée de 75 secondes. La bande est alors maintenue à 8430C jusqu'à ce que les tensions internes soient substantiellement disparues totalement. Dans le cycle temporel A, ce temps de maintien ou pause a une durée de 30 secondes.Pendant cette pause, la recristallisation se produit et, comme déjà mentionné, les tensions internes sont éliminées. La Demanderesse a constaté que, si le premier temps de chauffe à 8430C est prolongé au delà de 75secondes, ce par quoi une plus grande fraction des tensions internes de façonnage est éliminée pendant la montée en température, il est nécessaire,pour éliminer le reste des tensions de rester à 8430C pendant plus longtemps. I1 semble que conserver des tensions internes appréciables jusqu'à ce que la bande atteigne la température de pause permet une nucléation relativement lente, quant à la vitesse de croissance du grain, avec le résultat que le reste des tensions internes est éliminé sans provoquer une structure à grain fin indesirable. La Demanderesse a encore constaté que la première température de pause, qui est au-dessus de la température critique inférieure et qui est dans le domaine où à la fois la ferrite et l'austénite existent en stabilité, doit être telle qutel- le assure une proportion d'austénite relativement élevée par rapport à celle de la ferrite. En se référant au nouveau au cyle temporel A, après la pause de 30 secondes à 8430C, la bande est chauffée à la température T1, laquelle est de 9540C dans le cycle temporel A. La température T1, est au-dessus de la température critique supérieure et en conséquence il n'y existe en stabilité que seulement l'austé- nite. La croissance du grain se produit pendant ce temps de la méthode et la grandeur de la température T1 détermine la grosseur du grain. Lorsque la température T1 est de 9540C on obtient un grain fin et uniforme (nO 7 et 8). La bande d'acier est maintenue à la température T1 jusqu'a ce que l'uniformité substantielle de la grosseur du grain soit bien obtenue.L'uniformité de la grosseur du grain peut être atteinte avec une durée de pause aussi petite que 2 secondes, mais peut exiger jusqu'à 60 secondes. La Demanderesse a constaté qu'un temps additionnel de pause à la température T1 n'affecte pas la micro-structure de la bande une fois ladite uniformité de la grosseur du grain obtenue. La bande d'acier est ensuite refroidie. La Demanderesse a constaté qu'il faut éviter un refroidissement par trop rapide. En se référant au cycle temporel A, dans l'exécution préférée, la bande est d'abord refroidie à 4540C en un temps de 70 secondes. Ensuite, la bande est refroidie à 3430C en un temps de 80 secondes, et finalement la bande est refroidie à 930C en un temps de 150 seconde. La Demanderesse a constaté que, si la bande est refroidie selon une descente et température trop rapide, la bande tend à vieillir avec durcissement à la température ambiante. Possiblement, le durcissement par vieillissement a pour cause l'occlusion de carbone en excès ou d'autres éléments tels que de l'azote dans la ferrite pendant un cycle de refroidissement extrèmement rapide. Le carbone sursature la ferrite si bien que même à la température ambiante la bande n'est pas en stabilité. Lorsque la bande va vers un état stable cela implique un dur cissement par vieillissement. Dans une autre application de la présente méthode selon l'invention, le refroidissement est ralenti après que la bande a été refroidie à 4540C. Maintenant la bande est refroidiede4540C à 3430C à raison de 5,60C par minute. L'allongement de ce temps particulier produit une significative amélioration des propriétés Inécaniques. . Le tableau II ci-dessous, énonce les propriétés physiques d'éprouvettes d'essais de bandes d'acier ayant été traitées selon cycle temporel A modifié. TABLEAU II - Données d'essais Propriétés moyennes d'éprouvettes de traction standard ASTM de 12,7mm de bandes d'acier à faible teneur en carbone traitées selon le cycle temporel A modifié. Longitudinalement Transversalement (A) Résistance à la traction 31,9 31,8 g/mm2 (B) Valeur décalage 0,2% 21,4 21,8 g/mm2 (C) Rapport A/B 1,495 1,456 (D) Allongement sur 50,8mm 39,43 37,52 (E) Dureté Rockwell B 42,5 41,5 (F) Valeur estimée après passe de surface 19,3 19,7 g/mm2 Comme déjà énoncé, le premier temps de la méthode selon l'invention comprend le chauffage rapide de la bande à une température à laquelle a la fois l'austénite et la ferrite existent en stabilité.Dans l'application optimale (voir le cycle temporel A) cette température est de 8430C, cependant des résultats optimaux peuvent etre obtenus quand cette température est entre 8370C et 8430C, et des résultats excellents sont obtenus pour autant que la température est entre 815 C et 8700C. De préférence, le premier temps de chauffe est exécuté en approximativement 75 secondes, ou moins, pour obtenir des résultats optimaux, cependant des résultats satisfaisants sont obtenus si le premier temps de chauffe est exécuté en pas plus d'environ 5 minutes. Après le premier temps de chauffe à la température qui est dans le domaine où l'austénite et la ferrite existent en stabilité, la bande est maintenue à cette température jusqu'à ce que les tensions internes soient substantiellement disparues totalement. Normalement, ce temps de pause est de 30 secondes, cependant ce temps de pause varie avec la durée du premier temps de chauffe. Des temps de pause aussi courts que 15 secondes ont été trouvés donner satisfaction dans certains cas. Maintenir la bande à cette température après que les tensions internes ont été éliminées n'affecte pas les caractéristiques de la bande traitée, mais bien entendu des temps de pause de durée excessive affectent la cadence de fabrication. Dans le second temps de chauffe, la bande d'acier est chauffée à une température T1 à laquelle seule l'austénite existe en stabilité. La température T1 est au-dessus de la température critique supérieure et sa valeur est choisie selon la grosseur de garin désirée dans la bande traitée. La Demanderesse a constaté que pour obtenir une grosseur de grain entre les nOS 6 et 8 la température T1 doit être comprise entre 927 et 10100C. La bande d'acier est maintenue à la température T1 jusqu'a ce qu'une grosseur de grain uniforme soit obtenue. Normalement la durée de cette pause est d'au moins 60 secondes. Après l'obtention de l'uniforme grosseur de grain, prolonger le temps de pause à la température T1 n'affecte pas la micro-structure de la bande d'acier, toutefois cela aussi augmente les temps de traitement. Apres avoir été maintenue à la température T1 la bande d'acier est refroidie. Normalement, le temps de refroidissement n'est pas aussi critique que le temps de la première chauffe.Cependant, la Demanderesse a constaté que les vitesses de refroidissement ne doivent préférablement pas dépasser 4270C par minute entre la température T1 et 4540C, ni 830C par minute entre 4540C et 3430C, ni 560C par minute entre 3430C et 930C. En outre, on peut obtenir des propriétés physiques améliorées si la vitesse de refroidissement est abaissée à 5,60C par minute entre 4540C et 3430C. L'industrie automobile emploie en grandes quantités de la bande d'acier pour formage profond qui a été traitée par la présente méthode. La présente méthode peut aussi s'incorporer dans un procédé continu telle qu'une galvanisation continue en ligne. La présente méthode peut aussi s'adapter à un recuit semi-continu ou à un recuit par fournées. Enfin elle peut supporter des modifications, comme évident pour l'Homme de l'Art. On a montré que ltinvention ici décrite fournit une méthode pour recuire une bande d'acier à faible teneur en carbone par laquelle la bande d'acier trait à une structure de grain uniforme et de la grosseur désirée ; une méthode pour recuire en continu une bande d'acier à faible teneur en carbone, méthode qui convient à son incorporation dans une ligne continue de galvanisation ; et une méthode pour recuire en continu une bande d'acier à faible teneur en carbone, dans laquelle l'acier à formage profond traité par la méthode a des caractéristiques mécaniques au moins équivalentes à celles d'une bande à formage profond fabriquée par les méthodes connues de recuit par fournées à longue durée de cycle. REVENDICATIONS 1. Méthode pour traiter à chaud une bande, écrouit par laminage à froid en réduction de 40 à 80%, d'acier contenant d'environ 0,04 à environ 0,1% de carbone, caractérisée par les temps suivants a) chauffe rapide de la bande à une température à laquelle à la fois l'austénite et la ferrite existent en stabilité, la montée en température étant suffisamment rapide pour que la bande, lorsqu'elle atteint ladite température, conserve d'appréciables tensions internes de façonnage.; b) maintenir la bande à ladite température jusqu'a élimination substantiellement totale des tensions internes c) chauffer la bande à une température T1 à laquelle seule l'austénite existe en stabilité d) maintenir la bande à la température T1 jusqu'à obtenir une grosseur de grain substantiellement uniforme e) et refroidir la bande. 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le temps (c) de pause à la température T1 est de plus de 2 secondes. 3. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le temps (c) de pause à la température T1 est d'approximativement 60 secondes. 4. Méthode selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la température T1 est plus grande que la température critique supérieure mais inférieure à 10100 0. 5. Méthode selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que la bande est chauffée, dans le temps (a), à une température comprise entre 722 et 8880C. 6. Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bande est chauffée, dans le temps (a), à une température comprise entre 816 et 87100. 7. Méthode selon la revendication 6, caractérisée en ce que la bande est chauffée, dans le temps (a), à une température comprise entre 829 et 8570C. 8. Méthode selon la revendication 7, caractérisée en ce que la bande est chauffée, dans le temps (a), à une température comprise entre 838 et 84800. 9. Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la chauffe au temps (a) est effectuée en pas plus de 5 minutes, et de préfé- rence en pas plus de 2 minutes. 10. Méthode selon l'une des revendications précédents, caractérisée en ce que, dans le temps (e), la vitesse de refroidissement entre 454 C et 343 C n'est pas plus grande que 83 C par minute, et de préférence n'est pas plus grande que 5,56 C par minute. 11. Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, dans le temps (e), la vitesse de refroidissement entre la température T1 et 4540C n'est pas plus grande que 42800 par minute. 12. Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, dans le temps (e), la vitesse de refroidissement entre 3430C et 930C n'est pas plus grande que 55,60C par minute.