Brevet FR2480311A1 — publié le 19811016

La présente invention est relative à une tôle ou bande d'acier (dési- gunée ci-après simplement par le terme "tôle"), laminée à froid, à faible lirnite'd'allongemlent et haute résistance, cette tôle présentant une excellente aptitude à l'emboutissage profond. Au cours des dernières années, les demandes, en ce qui concerne les tôles d'acier laminées à froid présentant une résistance élevée, ont été de plus en plus importantes, notamment pour la fabrication de carrosseries de véhicules automobiles, étant donné que de telles tôles permettent d'en réduire le poids et contribuent donc aux économies de combustible et à améliorer la sécurité du conducteur. Dans l'industrie automobile, les tôles d'acier lami- nées à froid à résistance élevée sont utilisées non seulement pour réaliser des parties internes des carrosseries, mais également pour fabriquer des parties externes, telles que les capots, les couvercles de coffres et les ailes. Pour ces raisons, de telles tôles doivent en premier lieu présenter une bonne permanence de forn-e après emnboutissage à la presse, et pas seulement une resistance élevée à la rupture, mais égaleraient une faible limite d'ailonge- mnent, particulièrem-ent un faible rapport d'allongement (de l'ordre de 0, 6 ou rnoins). En outre, il est également nécessaire que la tôle présente une valeur Lankford élevée (), non inférieure à 1, 6 environ, propriété qui est exigée afin de prévenir l'apparition de défauts de surface, tels que, notamment, des plis de surface. Parmi les tôles d'acier laminées à froid présentant une résistance élevée qui ont été développées jusqu'Aà maintenant, la résistance désirée, dans certaines d'entre elles, a été obtenue en utilisant un durcissement par solutions solides induit par du carbone, du silicium, dumanganèse, du phos- phore, etc., et, dans d'autres tôles, en mettant en oeuvre un durcissement structural induit par des précipités fins, tels que, notamment, TiC et NbC. Plus récemment, on a mis au point des tôles basées sur une structure de phase double: ferrite et martensite. Cependant, aucune des tôles laminées à froid, à résistance élevée, récemment développées ne permet de satis- faire simultanément les exigences d'un faible rapport d'allongement et d'une valeur r élevée. Dans tous les cas,'il manque l'une ou l'autre de ces exi- gences. A titre d'exemples de ces tôles selon la technique antérieure, on peut mentionner les tôles laminées à froid à résistance élevée décrites dans 2 2480311 les demandes de brevets japonais publiées sous les numéros 31.090/75 et 24. 952/80. La première décrit une tôle d'acier laminée à froid à résistance élevée et limite d'allongement élevée, cette dernière propriété la rendant inapte à des applications exigeant un emboutissage à la presse, alors que la seconde publication porte effectivement sur une tôle d'acier à forte résistance, mais qui est particulièrement sujette à des fissures secondaires. L'invention se propose donc d'apporter une tôle d'acier laminée à froid à forte résistance qui présente à la fois une faible limite d'allongement (0,6 oumoins) et une valeur Lankford (1r) élevée (1, 6 ou plus), et qui pré- sente également des propriétés supérieures d'usinabilité secondaire. Un autre but de cette invention est d'apporter une tôle d'acier laminée à froid, à résistance élevée, qui présente la valeur r élevée d'un acier à très faible teneur en carbone, stabilisé au titanium, à laquelle la résistance élevée est conférée par l'addition de phosphore, et dont l'usinabilité secon- daire est renforcée par l'addition de bore. Bien que le phosphore constitue l'élément le meilleur marché utilisé pour améliorer la résistance des aciers, il présente l'inconvénient critique de tendre à provoquer un accroissement de fragilité, pouvant entrafler la formation de fissures dans des tôles d'acier soumises à de lourdes charges, après un emboutissage profond. En d'autres termes, le phosphore provoque des fissures secondaires, résultant de traitements mécaniques. Plus parti- culièrement, lorsque la teneur en carbone de l'acier est très faible, ces fis- sures secondaires se produisent très facilement, même sous une charge très faible. Par conséquent, jusqu'à maintenant, on a considéré qu'il était parti- culièrement impossible de produire une tôle d'acier à haute résistance, sur une échelle commerciale, en ajoutant du phosphore à un acier à très faible teneur en carbone. La Demanderesse a effectué de nombreux essais et recherches pour améliorer l'usinabilité secondaire d'aciers contenant du titane et à ultra- faible teneur en carbone, en y ajoutant du phosphore. Ces recherches et es- sais ont montré que cette usinabilité secondaire pouvait être améliorée de façon remarquable par l'addition de bore. Une tôle d'acier laminée à froid, à forte résistance, présentant une faible limite d'allongement et une excellente aptitude à un emboutissage pro- 245031 1 fond, contient selon cette invention (en pourcentage en poids) C pas plus de 0,020 % Si: pas plus de 0,8 % Mn: pas plus de 1,5 % P: de 0,03 à 0,14 % AI en solution: pas plus de 0,20 % N: pas plus de 0,008 % Ti/(C + N): 4 à 20 B: pas plus- de 0,0080 % Mo et/ou Cr: pas plus de 1,0 % On décrira maintenant l'invention en détail, en se référant à un certain nombre d'exemples de mise en oeuvre, qui n'ont, bien entendu, aucun carac- tère limitatif,. Une teneur en carbone supérieure à 0,020 % augmente la formation de carbure de titane (TiC), ce qui diminue l'aptitude à l'emboutissage profond et élève la température de recristallisation, rendant ainsi nécessaire l'utilisa- tion de températures de recuit plus élevées. Il en résulte que la limite supé- rieure de la teneur en carbone des tôles d'acier selon l'irnvention est de 0,020%, la teneur en carbone ne devant pas dépasser 0,010 %, de préférence. Le silicium est efficace pour améliorer la résistance de l'acier cependant, une teneur en silicium excédant 0,8 % diminue l'aptitude de la tôle résultante à recevoir de la peinture; une telle teneur doit donc être évitée. Une teneur en silicium de 0,6 % au plus est préférable. Le manganèse est également efficace pour améliorer la résistance de l'acier, mais, s'il est ajouté en une quantité dépassant 1,5 %, il diminue l'aptitude de la tôle à l'emboutissage profond, et il perturbe le traitement de dégazage sous vide de l'acier, étant donné qu'il diminue la température de l'acier en fusion par réaction endothermique, La teneur préférée en manganèse est au plus de 1,0 %. Le phosphore est important pour obtenir une augmentation de la résis- tance de l'acier, conformément à la présente invention. Cependant, une teneur en phosphore inférieure à 0,03 % ne produira pas l'amélioration recherchée de la résistance, et, par ailleurs, une teneur en phosphore supérieure à 0,14 % entraife la formation d'une quantité relativement importante de TiP, 248031 1 en raison de la réaction entre le phosphore et le titane de l'acier, ce qui se traduit par une diminution de l'aptitude à l'emboutissage profond. Enfin, la soudabilité de la tôle d'acier résultante est également dégradée. Selon la présente invention, la gamme de teneurs préférée en phosphore varie de 0,04 à 0,1 %. L'aluminium est nécessaire pour éviter l'apparition de défauts de sur- face dans la tôle d'acier, résultant de la formation de TiO2. Cependant, une teneur excessive en aluminium se traduit par la formation de défauts dûs à la présence de Al 203 Par conséquent, la teneur en-aluminium dissous est limi- tée à 0,20 % au maximum, et de préférence, elle est de 0,10 % ou moins. La teneur en azote doit être de 0,008 % au moins, sinon l'azote aurait une influence néfaste sur l'aptitude à l'emboutissage profond. Le titane réagit facilement avec le carbone, l'azote, l'oxygène et le soufre. Cependant, si la teneur en carbone est limitée comme indiqué ci- dessus, l'oxygène est éliminé par l'aluminium, et les teneurs en azote et en soufre sont les mêmes que les teneurs des aciers produits par des procédés modernes (N e 0,008 %, S fois la teneur totale en carbone et en azote, afin de maintenir l'aptitude dési- rée à l'emboutissage profond. Cependant, une teneur en titane dépassant 20 fois la teneur totale en carbone et en azote n'apporte pas d'avantages spéciaux et ne fait qu'augmen- ter les coûts de production. Un domaine de valeur préférée, pour le rapport Ti, est compris entre 6 et 15. C+ Le bore constitue l'élément le plus important de la tôle selon la pré- sente invention, cet élément étant essentiel pour améliorer l'aptitude à l'usi- nabilité secondaire. Cependant, une teneur excessive en bore entraîne la for- mation de fissures dans la brame d'acier, et la limite supérieure de la teneur en bore est de 0,0080 %. Afin d'obtenir une amélioration supplémentaire de la résistance, tout en conservant les autres effets désirés selon l'invention, on peut ajouter du molybdène et/ou du chrome, selon une teneur ne dépassant pas 1,0 %. La limite supérieure de la teneur de ces éléments a été établie à 1,0 %, afin d'éviter la détérioration de l'aptitude à l'emboutissage profond, provoquée par une addition excessive de ces éléments, La composition d'acier telle que définie'ci-dessus peut être préparée dans un convertisseur ou au four électrique, et elle est sourmise à un traite- !entr de dégazage sous videz puis coulée éventuellement en continu, de ma- nière à obtenir des brarmes d'acier. Il est préférable que l'addition de titane soit faite après désoxydation par l'alumninium, lors du traitement de dégazage sous vide. La brame d'acier est refroidie et laminée à chaud, ou bien encore la brame d'acier laminée à chaud peut dtre directement laminée à chaud sans subir au préalable un re- 1 0 frc-idisse,.nent. Pour le traitement d'égalisation de la br'ame d'acier, il est préférable de choisir une tenmpérature non inférieure à!1001C, afin de maintenir la ten-1pérature de f;nissage désirée, qui est de préférence maintenue au point de transformation (point Ar3) ou plus, afin d'améliorer l'aptitude à l'usinabi- lité. La telmpérature d'enroulernent est maintenue à 700 C ou moins, de pre- ference à 650 Si la température d'enroulerment dépasse 700 C, il se produit upe quantité élcv:e de TiP, résultant de l'effet d'auto-recuit de la bobine laminée a chlaud, et l'aptitude à l'eimboutissage profond est diminuée. Par conséquent, Z0 il con.ient d'éviter une température d'enroulemrent élevée, Ta bobine de t?1le laminée à chaud est ensuite décapée à l'acide et laminée à froid. Afin de maintenir autant que possible l'aptitude désirée à l'emnbout!tissage profond et de promouvoir une recristallisation à température infréAeure et pendant un temips plus court, il est préférable que le rapport de réduction d'épaisseuir par laminage à froid soit de 70 % ou plus. Après le laminage à froid, la bande laminée est recuite à des températures ne dépas- sant pas le point Ar3. Pour le recuit, on peut utiliser soit le procédé par charges, soit le procédé continu; cependant, du point de vue de l'améliora- tion de l'aptitude à l'usinabilité secondaire, il est préférable d'utiliser un recuit continu. Après recuit, la bande est soumise à un laminage d'écrouissage, si necessaire, afin d'obtenir les produits finis. La présente invention peut être appliquée non seulement à une tôle d'acier lamninée à froid, à forte résistance, mais également à l'obtention de substrats pour des tôles d'acier à résistance élevzée dont la surface a été traitée, présentant une faible lirmite d'allongerment et une exceJlente aptitude a l'emboutissage profond, ces tl1es devant Ctre recouvertes de zinc, d'étain, d'aluminium, de c hromne, d'alliage étainplomb, etc. On décrira maintenant divers modes de mrise en oeuvre préférés de l'invention. Un acier présentant la composition chimrique donnée dans le tableau 1 a été laminé à chaud de façon à obtenir une bobine d'une bande laminée à chaud dans les conditions indiquées également dans le tableau 1; cette bobine a été ensuite décapée à l'acide, puis laminée à froid jusqu'à un taux de réduc- tion de 80 %, pour obtenir une bobine:d'une bande laminée à froid présentant une épaisseur de 0,9 mm. La bande a été ensuite soumise à un recuit, par charges, à une température de 750'C, pendant quatre heures, ou à un recuit contnu de recristallisation à 800 C pendant une minute. Ensuite, le laminage d'écrouissage a été réalisé, avec un taux de réduction de 055 a. Les propriétés mécaniques et l'aptitude à l'usinabilité secondaire des produits résultants sont indiquées dans le tableau 2. Pour évaluer l'aptitude à 'usinabilié secondaire, on a réalisé des ébauches en forme de disques à partir de la bande, et on a soumis ces ébauches à un emboutissage primaire, selon différents taux d'ernboutissage, en mettant en oeuvre un emboutissage cvlindr.lue en trois phasesú, Ensuite. chaque oi'ece emboutie a été refroidie à une température de 0 C, et on a appliqué une charge à la partie en forme de coupe ainsi obtenue. On a évalué l'aptitude à l'usinabilité secondaire en recherchant s'il se produisait des fissures ou des criques, dues à une ten- dance à la fragilité, dans la paroi latérale de la coupe lorsque la charge était appliquée, Comme on peut le voir sur le tableau 2, l'acier selon la présente in- vention possède un rapport d'allongement ne dépassant pas 0, 6, et une va- leur r non inférieure à 1', 6, ainsi qu'une aptitude à l'usinabilité secondaire remarquablement améliorée. Par conséquent, la tOle ou la bande d'acier selon cette invention présente un avantage industriel remarquable, car elle possède une permanence de forme excellente maigré sa résistance élevéee, elle est exempte de fissures et de criques d'usinage secondaire, et elle est très facile à emboutir profondément. Il est par ailleurs particulièrement avantageux que l'acier selon cette invention puisse être produit de façon sa- tisfaisante en utilisant un recuit par charges; cependant, d'autres propriétés améliorées peuvent être obtenues par un recuit continu, avec un bas prix de production. Tableau 1 Cr"t Composition chimique (% en poids) Temp. laminage Z-)- T Aurs à chaud ( C) * F44. Ti. Autes remp de T emp.d'e C Si Mn P> S Sol.Al N Ti Ti B mO ___ C jiM I' S ol.A N T (C+N>) elements finissag roulement 1 7 A 0,011 0, 03 0,41 0,062 0,012 0,0460,0034 0,076 5,3 0,0009 - 900 60o 1Y B0,005 0,20 0,60 0,l00 o0,01l 0,044 0,0040 0,100 l 11,1 0,0058 - 910 625 0 C 0o008 0, 24 0,94 0,096 0,013 0,057 0,0043 0,083 6,8 0,0030 Cr 0,50 905 600 D 0,007 o0,42 0,99 0,098 0,012 0,055 0o o0046 0,090 7,8 0,0034 Cr 0.40 910 60o __ _ __ _ _ 0.004 __0 _600 ". _ _. . L3,..o..p E 0,00oo6 o0,02 0,72 0,067 0,012 0,0420,0032 0,081 9, 0 - - 910 595 F P 0,o06 0,03 0,63 0,097 0,012 0,045 0,0043 0,0959,2 - 900 610 G o0,0oo09 0,03 0,75 0,115 0,013 0,036 0o0045 0,120 8.9 0,0030 91o 750 o" N o w> Tableau Z zc: o O B Type de recuit P- oprietes mecanlques Lirnite d'aljR'ésistance Allon- longemnent la traction- gement . _-/..2Il....2,. /.,,...DTD: Valeur r Taux ' di'allon- 1,,n_- I Evaluation de l'usinabi- lité secondaire Taux d'emboutissage _ o _ t xLg/ mmv j nsg/ Ir.l ly j X,) jgement Charges 22,7 40o 7 4; 1, 0,5, 8IX9 Q.{. _. _.À <>B](J ( rJ ( 0OE >0 -.. Continu 23,5 41,4 | 1 I84 0,54 = O (o C ontinu 2 4 04 8 1 77 0, 5 4v Po C do 24P,2 46,e6 38 1,68 0,52 o _. __- - _. _ ___O 0000 X Charges 18.9 37,9 44 1,95 0,50 o X X X X Xo n E.C XX XX X X o > Continu 19,0 38,1. 45 1,93 0,50 O O O O O G do 23,2 45,7 38 1,54 0,51 | o o o x __._..9_0 _ * 0: X: Pas de fissure résultant de la fragilité. Fissures dues à la fragilité. REVENDICATIONS 1 - Tôle d'acier laminée à froid, à haute résistance et apte à subir un emboutis sage - moins de - moins de - moins de - de 0,03à - moins de moins de - moins de le reste étant profond, caractérisée en ce qu'elle contient essentiellement 0,020 % de carbone 0,8 % de silicium 1,5 % de manganèse; 0,14 % de phosphore 0,20 % d'aluminium soluble 0,008 % d'azote et de titane, selon une quantité de l'ordre de 4 à ZO fois celle de (C + N), et, 0,0080 % de bore, constitué par du fer et les impuretés inévitables. 2 - T&le d'acier selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient en outre du molybdène ou du chrome en une quantité ne dépassant pas 1,0 %.