Brevet FR2311096A1 — publié le 19761210

La présente invention concerne la fabrication de tôles minces à limite d'élasticité élevee et susceptibles de subir un emboutissage profond. L'obtention de tôles possédant ces caractéristiques est actuellement possible par laminage à chaud et ne pose pas de gros problèmes. Toutefois, on ne peut véritablement parler de tôles minces car le laminage à chaud ne permet pas d'obtenir couramment des tôles d'une épaisseur inférieure à deux millimetres. De plus, ces tôles présentent un état de surface peu satisfaisant et une emboutissabilité médiocre. Or, dans certaines applications, le but recherche par l'utilisation de ce type de tôles est avant tout un gain de poids qui ne peut être obtenu qu'en réduisant l'épaisseur des tôles tout en conservant bien entendu les mêmes caractéristiques mécaniques.Par ailleurs, pour certaines utilisations, notamment dans le cadre de l'industrie automobile, lorsqu'il s'agit de realiser des éléments de carrosserie, il importe que ces tôles présentent un bel état de surface et soient susceptibles de supporter un emboutissage de mise en forme. La nécessité d'obtenir un bel état de surface impose, comme tout métallurgiste le sait, que la fabrication comporte une étape finale de laminage à froid. En résumé, on exige de ces tôles qu'elles soient minces, épaisseur inférieure à un millimètre, qu'elles possèdent une limite élastique Re élevée, supérieure ou égale à 350 N/mm2, une grande emboutissabilité, c'est-a-dire un coefficient d'écrouissage n et un coefficient d'anisotropie r également élevés. En fait, l'augmentation de la limite d'élasticité conduit généralement à une dégradation du coefficient d'écrouissage n, donc on cherche en première approximation, à obtenir des tôles ayant un coefficient d'anisotropie et une limite d'élasticité élevés. Si l'on examine les facteurs favorables, d'une part à 1 'aug- mentation de la limite élastique et, d'autre part à l'augmentation du coefficient d'anisotropie, on s'aperçoit qu'ils sont contradictoires. C'est notamment le cas de l'état de recristallisation, de la taille de grain, du taux de laminage ... Tout métallurgiste comprendra donc que l'obtention de ces tôles résultera d'un compromis, tant en ce qui concerne la composition chimique qu'en ce qui concerne les paramètres de fabrication. Parmi les solutions proposées, l'une consiste à utiliser des aciers C-Mn-Si (0,05 4 C s 0,1 % - Mn 6 2,5 % - Si 6 1,5 %), les tôles subissant ensuite un recuit de recristallisation à une tem pérature comprise entre celles des points A1 et A3, suivi d'un refroidissement lent. Si la limite d'élasticité parait convenable (supérieure ou égale à 350 N/mm2), le coefficient d'anisotropie est trop bas. Une autre solution consiste à utiliser des compositions d'acier comportant des additions de niobium, titane, vanadium, qui permettent d'obtenir, outre un durcissement par précipitation, un durcissement complémentaire par affinement de la taille du grain. Un recuit continu permet ensuite d'améliorer les caractéristiques de ces nuances.Selon une autre technique, on utilise des compositions comportant des additions importantes de titane ou de niobium. L'obtention des propriétés est obtenu par précipitation d'une partie du titane sous forme de TiC au cours du bobinage et de la précipitation du reste au cours d'un recuit de recristallisation. Cependant, si certaines de ces methodes permettent d'approcher ou d'atteindre des valeurs de Re correctes, c'est au prix de traitements complexes difficiles à contrôler ou au prix d'additions coûteuses, et la valeur de r moyen reste toujours inférieure à ce qui serait souhaitable pour effectuer un emboutissage profond. Le but de la présente invention est de fournir les moyens pour réaliser des tôles minces à haute limite d'élasticité et à coefficient d'anisotropie élevé pour emboutissage profond. A cet effet, l'objet de l'invention est un procédé de fabrication de tôles minces à hautes caracteristiques à partir d'ébauches laminées et bobinées à chaud réalisées dans des nuances d'acier doux contenant du cuivre. On fait ensuite subir à cette ébauche, par laminage à froid, une déformation correspondant à une réduction d'épaisseur de 50 à 80 % puis, après mise en bobine expansée, un recuit de recristallisation à une température comprise entre 700 et 900"C pendant 2 à 10 h suivi d'un refroidissement accéléré pour atteindre une température d'environ 300"C. Ce recuit de recristallisation est suivi d'un recuit de durcissement à une'température de 500"C environ pendant 2 à 20 h suivi d'un refroidissement jusqu'à l'ambiante. Selon une caractéristique de l'invention, la vitesse de chauffage lors des deux recuits est d'environ 100"C par heure. Selon une autre caractéristique de l'invention, le refroidissement après le recuit de recristallisation est réalisé dans le four de recuit par soufflage d'un gaz chimiquement inerte vis- -vis de l'acier. La vitesse de refroidissement après le recuit de cristallisation est réalisée en 4 heures au plus. L'invention concerne également des aciers renfermant 0,01 à 0,1 % de carbone, 0,5 à 2 X de cuivre et 0,1 à 1 % de manganèse qui sont particulièrement aptes a être traités selon le orocédé. Outre ces éléments d'addition, ces aciers peuvent renfermer soit du titane soit du niobium à une concentration de 0,05 à 0,5 X. Enfin, on peut éventuellement leur adjoindre du nickel à une teneur de 0,2 à 1 %. Comme on le comprend, l'invention vise à associer une phase de laminage a froid permettant d'obtenir un bel état de surface et la faible épaisseur à un traitement thermique en deux phases qui apporte à l'acier les valeurs de r et de Re compatibles avec l'utilisation prévue de ces tôles. L'obtention de ces propriétés par traitement thermique est due a la présence d'un élément d'addition, le cuivre en l'occurence, susceptible de donner un compose intermétallique relativement soluble dans le fer a à haute température. Les précipités ainsi formés au cours du premier recuit permettent de contrôler la formation de la texture de recristallisation. Ce recuit est effectue à température assez élevée pour que la recristallisation se termine et que le compose intermétallique se dissolve.L'addition d'un peu de titane ou de niobium (de 0,05 à 0,5 t) permet, de fixer une partie du carbone, donc d'une part, d'élever le point de transformation AC1 et aussi d'élever la température possible de recuit et mettre plus de cuivre en solution dans la phase a, et d'autre part de limiter le grossissement du grain de ferrite. Ce premier recuit suivi d'un refroidissement rapide permet de contrôler la recristallisation apres le laminage à froid et d'obtenir une structure cristalline qui confère au métal un coefficient final d'anisotropie moyen r élevé égal ou supérieur a 1,4. Le second recuit a pour but de provoquer le durcissement du métal par precipitation du composé intermétallique a base de cuivre. Ce durcissement provoque un relèvement important de la limite d'élasticité du métal, relèvement qui croit avec la quantité de cuivre introduite dans le métal. C'est ainsi que dans les conditions de traitement indiqué, le relèvement de la limite d'élasticité peut atteindre 200 N/mm2 à partir de 1 % de cuivre environ. Par ailleurs, selon la proprete de l'acier et son mode d'éla boration, il peut être nécessaire d'ajouter du nickel en petite quantité (jusqu'à I %)pour faciliter le laminage à chaud. I1 est donc possible d'obtenir des tôles minces, c'est-à-dire ayant une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm, presentant un bel état de surface et ayant de par leur structure une limite d'élas ticité élevée et une grande capacité d'emboutissabilité,- surtout si elles sont travaillées par rétreint. Cependant, en raison même de leur faible épaisseur, de telles tôles doivent présenter une bonne résistance a la corrosion. La présence de cuivre leur apporte pour la majorité des utilisations la résistance à la corrosion nécessaire, mais il est egalement possible, lorsque cela s'avère indispensable, d'accroftre encore cette résistance par l'addition de chrome dans l'acier. On va maintenant donner quelques exemples de traitements d'aciers à diverses teneurs en cuivre ainsi que leurs caractéris- tiques mécaniques qui ont été regroupes dans le tableau I. Il est à noter que dans tous les cas, on maintient la teneur en carbone assez faible inférieure a 0,1 %, afin de préserver, en particulier, l'aptitude au soudage et, notamment, au soudage électrique par points. En ce qui concerne les essais consignés dans le tableau, ils ont été effectués sur des tôles laminées a chaud dont l'épaisseur apres décapage était de 3 mm. Conformément au procédé, ce produit de depart, que l'on peut qualifier d'ebauche, a été lamine à froid et a subi une déformation qui l'a amené a une épaisseur de 0,9 mm. Dans le cas présent, le taux de réduction a été de 70 %. Plusieurs nuances d'aciers ont été traitées dont les compositions étaient les suivantes Essai 1 - C = 0,04 X Mn = 0,28 X Ti = O % Cu = 1 I Essai s 2/3 - C = 0,034 X Mn = 0,29 X Ti = 0,2 % Cu = 0,8 X Essai 4 - C = 0,031 X Mn = 0,29 X Ti = 0,2 X Cu = 1,2 % Essai 5 - C = 0,035 X Mn = 0,27 X Ti = 0,2 % Cu = 1,8 X Les teneurs en éléments residuels, notamment N, O, At, étaient du même ordre de grandeur et respectivement voisines de 0,002 %, 0,003 X et 0,025 X. Les éprouvettes ont ensuite ete soumises, conformement au procedé, a un recuit de recristallisation, puis a un recuit de durcissement et leurs propriétés mécaniques finalement déterminées. A titre de comparaison, on a traité de la même façon des éprouvettes témoins ayant'unie teneur en Cu Re = 123 n = 0,204 r = 1,34 ar = 0,44 On voit immédiatement qu'un tel produit est inemployable pour l'usage prévu car sa limite d'élasticité est très faible, de même que son coefficient d'anisotropie. Ces résultats traduisent une résistance mécanique insuffisante et une médiocre qualité d'em boutissabilité. Par contre, on voit en se référant au tableau, qu'avec des teneurs en cuivre plus élevées, il apparat un relèvement tres prononcé de Re qui se situe alors aux environs de 350 N/mm2 et plus, et parallèlement un relèvement de r qui atteint des valeurs d'au moins 1,4. Ces deux criteres montrent que l'on a affaire à des produits presentant une haute limite d'élasticité et, de surcroît (r élevé), susceptibles de supporter un emboutissage profond. En conclusion, on constate que le procédé, objet de la présente invention, permet d'obtenir par l'utilisation de nuances d'acier doux contenant du cuivre des tôles minces à hautes caractéristiques mécaniques et susceptibles d'être façonnées par emboutissage. Ces propriétés sont aisément obtenues par un traitement thermique en deux phases consistant en un recuit de recristallisation qui permet d'élever le coefficient d'anisotropie moyen r, puis en un recuit de durcissement par précipitation d'un composé intermétallique à base de cuivre qui permet d'élever E. De plus, la phase preliminaire de laminage à froid permet, non seulement d'obtenir un bel état de surface, mais également de régler la qualité de cet état de surface par un choix approprié des cylindres de laminage. il est évident que ces tôles présentent un intérêt particulier dans le cadre de la construction automobile en permettant un gain de poids appréciable sur les véhicules. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de tôles minces à hautes caractéristiques à partir d'ébauches, laminées et bobinées à chaud, réalisées dans des nuances d'acier doux contenant du cuivre caractérisé en ce que l'on fait subir à cette ébauche, par laminage à froid, une déformation correspondant à une réduction d'épaisseur de 50 à 80 %, que l'on soumet cette tôle à un recuit de recristallisation à une température comprise entre 700 et 900 C, pendant 2 à 20 h, que l'on soumet la tôle à un refroidissement accéléré et que l'on applique à la tôle un recuit de durcissement à une température de l'ordre de 500 C pendant 2 h a 10 h, suivi d'un refroidissement jusqu'à l'ambiante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de chauffage lors des deux recuits est de l'ordre de 100 C par heure. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement après le recuit de cristallisation est réalisé dans le four de recuit par soufflage d'un gaz chimiquement inerte vis-à-vis de l'acier. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le refroidissement apres le recuit de recristallisation pour atteindre 300 C est réalisé en un temps egal ou inférieur à 4 h. 5. Acier pour la fabrication de tôles minces selon le procédé de la revendication 1 caractérisé en ce qu'il contient 0,01 à 0,1 % de carbone, 0,5 à 2 % de cuivre 0,1 à 1 % de manganèse. 6. Acier selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il contient 0,05 à 0,5 % de titane. 7. Acier selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il contient 0,05 à 0,5 % de niobium. 8. Acier selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce qu'il contient de 0,2 à 1 % de nickel. TABLEAU I Composition et Traitement Propriétés Mécaniques N Composition Recuit de Recuit de Re( N/mm) n # #r Essai recristallisation durcissement 1 Cu 1 % 750 C 500 C 6 h 377 0,167 1,49 0,59 2 Cu 0,8 % - Ti 0,2 % 800 C 500 C 6 h 345 0,171 1,53 0,51 3 Cu 0,8 % - Ti 0,2 % 850 C 500 C 6 h 340 0,165 1,74 0,27 4 Cu 0,8 % - Ti 0,2 % 800 C 500 C 6 h 464 0,144 1,59 0,51 5 Cu 0,8 % - Ti 0,2 % 850 C 500 C 6 h 539 0,134 1,40 0,15