Brevet FR2470164A1 — publié le 19810529

1. La présente invention concerne des procédés de fabrication de tôles d'acier laminé à froid de haute résis- tance à la traction, ayant une excellente aptitude à la peinture, à la soudabilité et au façonnage. Dans la descrip- tion donnée ci-après on appelera "tôles" des bandes d'acier ainsi que des tôles d'acier découpé. Ces dernières années, on a utilisé de plus en plus de tôles d'acier laminé à froid à résistance à la traction élevée dans la construction des caisses des véhicules automo- biles. Dans la fabrication des tôles d'acier laminées à froid à résistance à la traction élevée, des procédés utili- sant un recuit en continu ont surtout été adoptés. Cependant, dans ces procédés de fabrication, une grande quantité d'élé- ments tels que C, Mn, Si, P et Cr, doivent être ajoutés pour améliorer la résistance mécanique. Lorsque ces éléments, par exemple C, M4n et Si, sont présents dans l'acier sous une teneur élevée, la soudabilité de l'acier se trouve influencée de façon néfaste par ces élé- ments, de telle sorte que la résistance à la traction de la partie soudée se trouve détériorée ou que la fatigue de cette partie est plus importante. En outre, des teneurs excessives de ces éléments ont également un effet indésirable sur l'ap- titude à-la peinture (adhérence de la peinture) de l'acier 2. lorsqu'un revêtement de peinture est appliqué aux produits fi- naux obtenus à partir de cet acier. Pour toutes ces raisons, il s'est avéré de plus en plus nécessaire de développer de nouvelles techniques qui permettent d'obtenir des tôles d'acier laminé à froid à ré- sistance à la traction élevée qui aient une excellente apti- tude au formage avec des teneurs moins importantes en-ces éléments. Par conséquent, le principal objet de la présente invention est de prévoir un procédé de fabrication de tôles d'acier laminé à froid ayant une haute résistance à la traction,qui puissent satisfaire les exigences précédentes, et la caractéristique technique fondamentale.de la présente invention est que l'addition d'éléments améliorant la résis- tance à la traction, dont l'effet sur la soudabilité et l'ap- titude à la peinture est néfaste, est ramenée à la valeur la plus faible possible, et que le refroidissement primaire après maintien à la température d'homogénéisation dans un processus final de recuit en continu est exécuté avec une vitesse de refroidissement contrôlée, en particulier par l'adoption du procédé de refroidissement par vapeur-liquide. Selon le procédé de la présente invention, divers inconvénients des procédés de l'art antérieur peuvent être résolus avantageusement et en même temps, et il est possible d'obtenir une tôle d'acier laminé à froid ayant une résis- tance élevée à la traction de 1 'ordre de 49 à 78 bats -, tout en bénéficiant d'un bon équilibre entre résistance à la traction et ductilité. La présente invention sera maintenant décrite en détail. Le carbone,le silicium et le manganèse permettent chacun de conférer à l'acier une bonne résistance à la trac- tion, et le carbone et le manganèse, en particulier, doivent être présents suivant des teneurs supérieures à 0,05 % pour le carbone et à 0,7 % pour le manganèse. Cependant, des teneurs excessives de ces éléments ont des effets néfastes sur la soudabilité et l'aptitude à la 3. peinture de l'acier résultant et pour cette raison, les limi- tes supérieures de ces éléments sont établies à 0,12 % pour le carbone, 1,2 % pour le silicium et 1,5 % pour le manganè- se, respectivement. Le phosphore est l'élément le plus souhaitable pour conférer une bonne résistance à la traction à l'acier, car il peut le faire sans produire d'effets néfastes importants sur la soudabilité et l'aptitude à la peinture, contrairement au carbone, au manganèse et au silicium. Cependant, des teneurs en phosphore inférieures à 0,04 % ne permettront pas d'obte- nir la résistance à la traction souhaitée. Par conséquent, la teneur en phosphore doit être d'au moins 0,04 %. D'autre part, lorsque la teneur en phosphore est excessive, l'équilibre en- tre la résistance à la traction et la ductilité est détério- ré et en même temps la soudabilité est abaissée, bien que l'effet néfaste ne soit pas si grand. Par conséquent, la li- mite supérieure de la teneur en phosphore est établie à 0,15 %. L'aluminium est nécessaire pour la désoxydation de l'acier et une teneur inférieure à 0,01% d'aluminium ne suffit pas à atteindre cet objectif, mais il n'est pas né- cessaire d'ajouter de l'aluminium avec des teneurs supérieu- res à 0,10 %. En ce qui concerne les autres éléments, une teneur plus petite est préférable, mais on peut les ajouter si cela s'avère nécessaire. Des brames en acier ayant la composition chimique définie précédemment sont préparées par le procédé classique de coulage en continu ou par le procédé de rupture de lingot, et ces brames sont laminées à chaud, laminées à froid, puis soumises au processus de recuit en continu de la présente invention. En ce qui concerne la température de bobinage de l'étape de laminage à chaud, une température élevée est pré- férable, et il est souhaitable d'adopter une température de bobinage, par exemple, de 6500C ou plus pour obtenir l'équi- libre souhaité entre la résistance à la traction et la duc- tilité. 4. On trouvera ci-après une description détaillée des conditions du processus de recuit en continu de la présente invention. Le processus de recuit en continu selon la présen- te invention comprend l'un des deux cycles thermiques sui- vants. Le premier cycle est constitué des étapes suivantes chauffage - maintien à la température d'homogénéisation - re- froidissement rapide, et-le second cycle: chauffage - main- tien à la température d'homogénéisation - refroidissement ra- pide jusqu'à la température de traitement de coalescence - traitement de coalescence. - Dans le premier cycle thermique, un chauffage rapi- de est souhaitable sur le plan de la productivité, etc. et dans ce but, un système de chauffage par jet de vapeur est des plus souhaitables. En ce qui concerne-le maintien à la température d'homogénéisation, cette étape est exécutée à une température comprise entre 730 et 8500C pendant une durée comprise entre secondes et 2 minutes, car si la température est inférieu- re à 7300C et la durée à 20 secondes, une recristallisation et une croissance de grain peu satisfaisantes sont obtenues et, par conséquent, la ductilité souhaitée ne peut être as- surée. D'autre part, lorsque la température de maintien à la température d'homogénéisation est supérieure à 8500C, celle- ci est excessivement élevée et l'équilibre résistance à la traction-ductilité est rompu. Le temps de maintien à la tem- pérature d'homogénéisation peut être plus long, mais un temps excessivement long nécessite un four de grande longueur, ce qui présente des inconvénients sur le plan économique. Par conséquent, la limite supérieure de ce temps est établie à 2 minutes. A l'issue du maintien à la température d'homogénéi- sation, la tôle est soumise à un refroidissement rapide. La vitesse de refroidissement optimum est comprise entre 30 et 3000C par seconde, et avec une vitesse de refroidissement in- férieure à 300C par seconde, la quantité des éléments d'allia- ge cités précédemment doit être augmentée pour obtenir la 5. résistance à la traction souhaitée de l'acier résultant. Ce- pendant, cette quantité plus grande d'éléments d'alliage in- duit une détérioration de la soudabilité et de l'aptitude à la peinture. D'autre part, lorsque la vitesse de refroidisse- ment est supérieure à 300'C par seconde, la quantité de mar- tensite formée par le refroidissement rapide croît, ce qui détériore l'équilibre résistance à la traction-ductilité. Pour toutes ces raisons, la vitesse de refroidissement de l'étape de refroidissement rapide suivant la période de main- lO tien à la température d'homogénéisation est limitée à une valeur comprise entre 30 et 3000C par seconde. De cette fa- çon, en combinaison avec la composition spécifique de l'acier une tôle d'acier laminée à froid à haute résistance à la traction avec un bon équilibre entre résistance à la trac- tion et ductilité et ayant une excellente soudabilité et ap- titude à la peinture peut être obtenue d'une façon très éco- nomique. La vitesse de refroidissement définie ci-dessus est difficile à obtenir avec un procédé de refroidissement classique, tel que par immersion dans l'eau, application de jet de gaz et d'eau, mais peut être facilement effectuée par soufflage d'un mélange vapeur-liquide sur la tôle d'acier. L'avantage de cette méthode de refroidissement est qu'un re- froidissement uniforme de la largeur de la bande d'acier peut être obtenu malgré un refroidissement rapide, de sorte que la forme de la bande d'acier peut être améliorée et une qua- lité uniforme du matériau être assurée. Un autre avantage de cette méthode de refroidissement est qu'il est possible d'obtenir comme point terminal du refroidissement une tempé- rature souhaitée de la tôle. Cela est très avantageux pour exécuter le second cycle thermique. Dans l'application du cycle thermique du premier type lorsque la tôle après le maint-ien à la température d'homogénéisation est lentement refroidie depuis la températu- re d'homogénéisation comprise entre 730 et 850'C jusqu'à une température comprise entre 720 et 6500C avec une vitesse de refroidissement ne dépassant pas 200C par seconde, puis est 6. refroidie avec une vitesse de refroidissement comprise en- tre 30 et 3000C par seconde, un meilleur équilibre entre ré- sistance à la traction et ductilité peut être obtenu bien que la résistance à la traction soit légèrement plus faible. Le traitement de coalescence dans la gamme de tem- pérature comprise entre 500 et 3000C du second cycle ther- mique a pour but de précipiter le carbone en solution solide dans l'acier et d'en améliorer la ductilité. Selon la pré- sente invention, le refroidissement rapide à une vitesse com- prise entre 30 et 3000C par seconde, à l'issue de l'étape de maintien à la température d'homogénéisation, se termine à la température de coalescence, de sorte que la tôle est consécutivement soumise au traitement de coalescence sans avoir à la réchauffer. De cette façon, le cycle "refroidissement jusqu'à la température ambiante-réchauffage" peut être évité de sor- te que la distribution de précipités de carbone est remarqua- blement améliorée et de fins précipités de carbone n'apparais- sent pas dans les grains de ferrite, mais des précipités rela- tivement gros de carbone apparaissent dans les frontières des grains. Dans ces conditions, une ductilité satisfaisante peut être obtenue grâce au traitement de coalescence. Dans l'application du cycle thermique du second type, lorsque la tôle est lentement refroidie depuis la tem- pérature d'homogénéisation comprise entre 730 et 850'C jus- qu'à une température comprise entre 720 et 6500C avec une vitesse de refroidissement ne dépassant pas 200C par seconde, puis est refroidie jusqu'à la température de coalescence com- prise entre 500 et 3000C avec une vitesse de refroidissement comprise entre 30 et 300çC, on peut obtenir un meilleur équi- libre résistance à la traction-ductilité, bien que la résis- tance à la traction soit légèrement réduite. Comme cela a été décrit précédemment, les deux ty- pes de cycle thermique peuvent être adoptés dans la présente invention. Lorsqu'une plus grande importance est donnée à l'obtention d'un rapport limite élastique/résistance à la traction de faible valeur, le premier type de cycle thermique 7. est utilisé, et lorsqu'une plus grande importance est attri- buée à l'équilibre résistance à la traction-ductilité, le second type de cycle est exécuté. En ce qui concerne la durée du traitement de coa- lescente, celle-ci peut être la même que dans l'art antérieur et une valeur comprise entre 30 secondes et 5 minutes est convenable. La présente invention sera mieux comprise à la des- cription de ses modes de réalisation ci-après. Des brames én acier ayant la composition indiquée dans le tableau I sont préparées et laminées à chaud pour être transformées en bandes d'acier laminé à chaud de 2,5 mm d'épaisseur, puis laminées à froid pour donner des bandes de tôle laminée à froid de 0,7 mm d'épaisseur. Les bandes d'acier laminées à froid ainsi obtenues sont soumises à un processus de recuit en continu, suivant différentes vitesses de refroidissement avec ou sans traitement de coalescence, comme cela est indiqué dans le tableau II. Dans le cas o le traitement de coalescence a été exécuté, dans un groupe le refroidissement après maintien à la température d'homogénéisation a été effectué jusqu'à la température ambiante, et après réchauffement le traitement de coalescence a été effectué, et dans un autre groupe, le refroidissement après maintien à la température d'homogénéi- sation s'est terminé à la température de coalescence et le traitement de coalescence a été effectué sans réchauffage préalable. La soudabilité et l'aptitude à la peinture des tôles d'acier résultantes sont indiquées dans le tableau I. Dans le tableau I, les aciers A et B ont une com- position chimique similaire, mais le point de terminaison du refroidissement est contrôlé et le traitement de coalescence (e) est exécuté pour la tôle A, et le traitement de coales- cence (d) est effectué après réchauffage pour l'acier B. Com- me le montre clairement la comparaison de l'acier A et de l'acier B,, l'acier A a une limite élastique plus basse et un plus grand allongement que l'acier B. Cela montre que le contrôle du point de terminaison du refroidissement est des - DU.JW0WATA, 8. plus avantageux. Dans le cas des aciers C et D, la composition est ajustée de façon à obtenir une résistance à la traction de 58,8 bars, respectivement, après refroidissement à une vites- se de 30OC/seconde (b), et par immersion dans l'eau (h); l'acier C a une limite élastique et un allongement supérieurs à l'acier D. Dans le cas des aciers E et F, la composition est ajustée de façon à obtenir une résistance à la traction de 68,5- bars, respectivement, après refroidissement lent à 100C/ seconde (a) et refroidissement rapide à 1000C/seconde (c). Comme une quantité plus grande d'éléments d'allia- ge est nécessaire dans le-processus de recuit en continu (a); l'aptitude à la peinture et l'aptitude à la soudure sont toutes deux mauvaises. Enfin, dans le cas des aciers G et H, l'acier G a été refroidi rapidement à une vitesse de 3000C par seconde et l'acier H à une vitesse de 3500C par seconde (g). On voit que l'allongement est faible pour l'acier H, par suite d'une vitesse de refroidissement beaucoup trop élevée. Les aciers I et J représentent les aciers obtenus par la présente invention, o les tôles après l'étape de maintien à la température d'homogénéisation sont refroidies lentement jusqu'à la température de commencement du refroidis- sement rapide de 6900C avec une vitesse-de refroidissement de C par seconde, et les tôles d'acier résultantes I et J présentent une meilleure ductilité et un meilleur équilibre - résistance à la traction-ductilité par rapport aux aciers A et E qui représentent également des aciers de la présente in- vention,bien que leur résistance à la traction soit légèrement plus basse. Comme on le comprendra à l'examen des caractéristi- ques des aciers A, C, E, G, I et J obtenus par le procédé de la présente invention, une tôle d'acier laminée à froid ayant un bon équilibre entre résistance à la traction et ductilité et d'excellentes aptitudes à la peinture et à la soudabilité peut être obtenue grace au procédé de la présente invention. TABLEAU I Compositions d'acier et résultats d'essai Composition (%) Cycle Caractéristiques mécaniques Aptitu- Souda- -. -_ |thermi- de à la bilité C Si Mn P Ail que ap L.E. R.T.! L.E./ Ai. peinture xx sol. pliqué (bars)Y (bars)i R.T. (%) x Présente invention A 0, 062 0,05 1,02 0,06 0,03 e 33,9 51,5 0,66 33,0' 0 0 Art an- térieur B " d 35,7 52,1 0,68 29,0 0 0 Présente invention C 0,070 0,60 1, 46 0,10 0,050 b 31,5 59,3 0,53 29,8 0 0 Art antérieur D 0,050 0,30 1,20 0, 05 0,044 h 40,8 60 0,68 21,3 0 0 Présente invention E 0,100 0,92 1,25 0, 06 0,028 c 31,9 70,'6 0,45.29,0 0 0 Art antérieur F 0,066 0,02 1,75 0,01 0,042 a 32,8 70,1 0,47 23,0 Présente invention G 0,107 1,02 1,30 0,05 0, 033 f 39 78,4 0,50 19,3 0 0 Art antérieur H 0,099 0,95 1,46 0,01 0,028 g 41,2 77,7 0,53 16,1 Q Q Présente invention I 0,100 0,92 1,25 0,06 0,029 i 30,4 68,4 0,44 30,5 0 J 0,062 0,05 1,02 0,06 0,030 j 32,7 50,7 0,65 34,2 Q r renrgee te une sou.abente - x reri sentc une m Iuvaisecudahlite - %-.# ---r __- _ -_ __-- _ --" ----- --r -- - Xm La soudabilité a été essayée dans le test de résistance à la traction transversale à la partie soudée par points. 0.__-représente une résistance à la traction satisfaisante, x représente une résistan- ce à la traction non satisfaisante. U_ s ru %o Ot C Ol Q> LIsi 10. TABLEAU II Processus de recuit en continu Maintien Refroidis- Températu- Coalescence à la tem- sement re termi- Réchauffa- Température pérature; ( C/sec.) nale de ge ( C) x Durée d'homo- refroidis- (sec.) généisa- sement ( C) tion (OC)! x Durée (sec.): i ,, a, (sc)10 Températu- -i - jt l re ambian- - te b 30 " - - C 100 d 100 " effectué 400 x 60 e 750 x 60 100 400 non 400 x 60 f 300 Températu- - re ambian- te 9 i 350 h Immersion 20 dans l'eau >690OC/10 Températu- i re ambian- te >690 C/10 j. 400 non 400 x 60 La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 11. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une tôle d'acier lami- né à froid de résistance à la traction élevée ayant une excellente aptitude à la peinture et au soudage, caractérisé en ce qu'il comprend le laminage à chaud d'une tôle comprenant entre 0,05 et 0,12 % de carbone, moins de 1,2 % de silicium, en- tre 0,7 et 1,5 % de manganèse, entre 0,04 et 0,15 % de phos- phore, entre 0,01 % et 0,10 % d'aluminium en solution, le reste étant constitué de fer et des impuretés inévitables; - le laminage à froid de la tôle d'acier laminée à chaud; et - la soumission de la tôle d'acier laminé à froid à un processus de recuit en continu comprenant une phase de maintien à la température d'homogénéisation à une températu- re comprise entre 730 et 8500C pendant une durée comprise entre 20 secondes et 2 minutes, et le refroidissement rapide à une vitesse de refroidissement comprise entre 30 et 3000C par seconde. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un traitement de coalescence à une température comprise entre 300 et 5000C après refroidissement rapide. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le refroidissement rapide est effectué jusqu'à une température comprise entre 500 et 3000C. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un refroidissement-lent de la tôle d'acier homogénéisée jusqu'à la température de départ de l'étape de refroidissement rapide entre 720 et 6500C à une vitesse de refroidissement ne dépassant pas 200C par seconde. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre le refroidissement lent de la tôle d'acier homogénéisée jusqu'à la température de départ du re- froidissement rapide entre 720 et 6500C avec une vitesse de refroidissement ne dépassant pas 20'C par seconde et le re- froidissement rapide de la tôle d'acier refroidie lentement 12. jusqu'à une température comprise entre 500 et 3000C avec une vitesse de refroidissement comprise entre 30 et 3000C par seconde, et la soumission de la tôle d'acier refroidie rapidement à un traitement de coalescence à une températu- re comprise entre 300 et 5000C.