Brevet FR2486101A1 — publié le 19820108

L'invention concerne une t8le d'acier laminée à froid, de solidité élevée, facilement formable par pressage, de structure à deux phases (ferrite + martensite) ayant une résis- tance à la tension de l'ordre de 40 à 50 kg/xm et un bas point de flexion; et la production de cette tôle. Pour offrir la sécurité aux passagers et dimi- nuer la consommation d'essence, la demande pour des tôles d'acier laminées à froid, de grande solidité pour l'utilisation dans certaines parties d'automobile, a rapidement augmenté ces der- nières années. Avec la technique courante de formage par pres- sage, la plupart des panneaux intérieurs et extérieurs des auto- mobiles sont faits de t8les laminées à froid, ayant une résis- tance à la traction de 35 à 50 kg/mm2, et l'on considère comme très difficile de fabriquer ces parties avec des t8les laminées à froid ayant une résistance à la tension de 60 kg/mm2 ou plus. Des t8les d'acier laminées à froid, de solidité élevée, rendues résistantes par solution solide ou précipita- tion, ont été développées pour l'utilisation dans les t8les intérieures et les revêtements extérieurs, mais leur solidité élevée est inévitablement accompagnée d'un point de flexion plus élevé qui non seulement rend difficile le formage par pressage, mais aussi augmente la tendance à l'élasticité ce qui diminue l'aptitude à garder la forme conférée par le pres- sage. Pour résoudre ce problème, il a été proposé une t8le d'acier laminée à froid, de structure à deux phases, de solidité élevée, ayant une phase ferrite et une phase martensite. Une forme recuite de cette t8le d'acier ne subit pas d'allongement au point de flexion, possède un faible taux de flexion et présente une bonne ductilité, et répond ainsi aux exigences actuelles de l'industrie automobile. Il est assez facile d'ob- tenir un produit ayant une résistance à la traction supérieure à 50 kg/mm à partir de cette tle d'acier de structure à deux phases, mais il n'est pas facile d'obtenir une tôle d'acier laminée à froid, de structure à deux phases et de faible résis- tance à la traction, du type prévu par la présente invention, c'est-àdire une tôle d'acier ayant une résistance à la traction de l'ordre de 40 à 50 kg/mm et un taux de flexion faible. Nous avons à cet effet étudié le développement d'une tôle d'acier laminée à froid, de structure à deux phases, de solidité élevée, ayant un taux de flexion faible et une 2 2486101 résistance à la traction de l'ordre de 40 à 50 kg/mm2, et dont le point de flexion est inférieur à celui des tMles d'acier mou laminées à froid courantes, de l'ordre de 20 à 30 kg/mm2. Comme résultat, nous avons produit avec succès une nouvelle t5le d'acier laminée à froid, de grande solidité, d'une structure biphasée (phases ferrite et martensite), obtenue à partir d'un système faiblement allié comprenant du C, Mn, B et des traces de Si, et qui est exempte des défauts du produit traditionnel. La tôle d'acier de l'invention présente la composition suivante: 0,02 - 0, 2 % de C, moins de 0,1 % de Si, 1 - 2 % de Mn, 0,005 - 0,1 % de Al soluble dans les acides, plus de 0,000 3 % de B et moins de 0,005 % de B exprimé par B - 0,7 x N, à condi- tion que B/C soit supérieur à 0,03, moins de 0,006 % de N, le reste étant constitué par du fer et des impuretés accidentelles. Le procédé pour la production de cette t8le d'acier, selon l'invention, se caractérise en ce qu'il comprend le laminage à chaud à une température finale supérieure au point de transformation Ar3 d'une plaque d'acier de la composi- tion indiquée plus haut; le refroidissement de la bande chaude à une vitesse de 10 à 1500C/sec, l'enroulement de la bande à une température inférieure à 730'C, passivation et pressage a froid de l'enroulement, trempe de la bande laminée à froid à une température de recuit comprise entre le point de transforma- tion Ac1 et 800'C, et le refroidissement de la bande à une vitesse supérieure à 30C/sec; la durée de la trempe est de l'ordre de 20 secondes à 5 minutes; la température et la durée de la trempe sont comprises entre 730 et 780'C et entre 60 secondes et 120 secondes, respectivement; la vitesse de refroi- dissement est comprise entre 10 et 500C/sec. L'invention sera mieux comprise à l'aide du dessin annexé, qui est un graphique représentant la relation entre B-0,7 x N et les propriétés mécaniques des t8les d'acier. Les procédés classiques pour la production de tÈle d'acier laminée a froid, de structure complexe et de grande solidité contenant du B, sont décrits dans les brevets japonais n0 2 1811/79 et américain n0 3 951 696. La première référence décrit une t8le d'acier laminée à froid, d'une grande solidité, ayant une résistance à la traction d'environ 50 à 90 kg/mm et une bonne aptitude à l'allongement. Comme on peut voir dans les exemples, la t8le d'acier a un point de flexion plus élevé, que 39 kg/mm 2. La tôle est destinée à 9tre utilisée comme matériau de renforcement de pare-choc, ou comme structure de renforcement pour l'intérieur des portes. Pour absorber un maximum d'énergie de collision, la t8le a une grande résistance à la traction et un point de flexion élevé. La seconde référence décrit une t8le d'acier laminée à froid formable par pressage, ayant une résistance à la traction de 45 à 90 kg/mm et un point de flexion de 35 à 75 kg/mm2. Pour obtenir le produit voulu, on augmente la concentration en carbone d'une bande d'acier, en la faisant recuire à une température comprise entre les points de transformation A1 et A3, de sorte qu'une phase dure de grande solidité ou une structure complexe soit formée par refroidissement. Le procédé décrit dans cette référence utilise l'aptitude de Si d'augmenter la concentration en carbone, de sorte que le produit résultant contient jusqu'à 0,7 % de Si. Le produit décrit dans la première référence présente également une teneur élevée en Si pour obtenir une résistance à la trac- tion et un point de flexion élevés. L'invention a pour objectif de proposer une t8le d'acier laminée à froid, de grande solidité ayant une résistance à la traction moins élevée et un point de flexion beaucoup moins élevé que ceux des produits de la technique anté- rieure décrits dans les deux références citées. Afin d'atteindre cet objectif, l'invention réduit la teneur en Si autant que possible, et en fixant les teneurs en B et C, et contrôlant la relation entre B et N, la production de bainite, troostite, sorbite et autres carbures qui élèvent le point de flexion, est maintenue au minimum, afin de produire ainsi une t8le d'acier constituée essentiellement d'une phase martensite et d'une phase ferrite. A cet effet, l'invention se caractérise en ce qu'elle contr8le la composition d'une bande d'acier et les conditions de son laminage à chaud pour produire une t8le d'acier laminée à froid de structure à 2 phases, de solidité élevée et formable par pressage. Les limites critiques des teneurs respectives en composants de l'acier selon l'invention sont expliquées ci-dessous: Le carbone doit être présent dans une propor- tion plus élevée que 0,02 % pour obtenir la phase martensite par 4 2486101 refroidissement à partir de la zone de température à deux phases (c+ TY). Un acier ayant une teneur excessive en carbone conduit à une t8le d'acier difficile à former et à souder. Pour cela, la limite supérieure de la teneur en carbone est de 0,20 %. De préférence, la teneur en carbone est comprise entre 0,03 et 0,10 %. Généralement, le silicium expulse le carbone aux limites de grain et facilite la formation d'une structure à 2 phases. Mais si l'on ajoute du Si à l'acier selon l'inven- tion, le bore concentré aux limites des grains réagit avec le carbone expulsé durant le refroidissement suivant le recuit à la température de phases (bc>+ Y), et il en résulte, que la quantité de bore dans la solution solide, qui est le plus impor- tant pour l'invention, est réduite, rendant difficile la forma- tion de la structure à 2 phases voulue. En conséquence, le pro- duit résultant a un point de flexion élevé, donc un taux de flexion élevé. De plus, le silicium est un des éléments ayant une grande aptitude à rendre l'acier solide, et son addition en faible proportion permet l'obtention d'une solidité accrue. Pour cette raisons le silicium n'est pas nécessaire pour obtenir la solidité d'acier prévue par l'invention. - Le manganèse est un élément qui permet l'obten- tion d'une phase gamma stable et facilite la formation d'une structure transformée après refroidissement, et au moins 1 % de Mn est nécessaire pour atteindre le but de cette invention. Mais si cette teneur est trop élevée, la fabrication de l'acier devient difficile, et le produit résultant présente une mauvaise aptitude au soudage. Pour cette raison, la limite supérieure de la teneur en Mn est de 2 %. De préférence, la teneur en Mn est comprise entre 1,2 et 1,6 %. L'aluminium est un élément désoxydant nécessaire pour permettre au bore de développer son action (décrite plus loin) complètement. Au moins 0,005 % d'aluminium est nécessaire sous forme d'aluminium soluble dans les acides (appelé dans la suite sol. Al). Si cette teneur est trop élevée, il se forme des conglomérats d'alumine, ce qui détériore l'état de surface de la tÈle d'acier résultante, et l'aptitude au formage. Pour cette raison, la limite supérieure à la teneur en Al est de 0,1 %. Le bore est également un élément important dans l'optique de l'invention. Le bore peut être présent dans l'acier -5 2486101 sous forme de nitrure, carbure, oxyde et solution solide. Pour atteindre l'objectif de l'invention à savoir une t8le d'acier laminée à froid de structure à 2 phases, de grande solidité, ayant un faible taux de flexion, le bore doit être présent sous la forme d'une solution solide. Mais le bore réagit facilement avec l'azote à une température de phase gamma, et la formation de nitrure de bore (BN) est inévitable. Pour cette raison, la teneur en bore dans la solution solide est représentée par B-0,7 x N, c'est-à-dire la teneur totale en B, moins la propor- tion qui réagit avec N, et pour atteindre l'objectif de l'in- vention, 0,0003 % de bore est nécessaire en termes de B-0,7 x N. Si la teneur en B est trop élevée, il peut se produire des fis- sures dans la surface de la bande. Il s'ensuit que la limite supérieure pour la teneur en B, exprimée par B - 0,7 x N, est de 0,005 %. La figure 1 montre la relation entre B - 0,7 x N et les propriétés mécaniques des tôles d'acier laminées à froid préparées suivant un procédé de laboratoire qui comprend le laminage à chaud des bandes d'acier constituées de 0,05 à 0,06 % de C, 0,01 à 0,02 % de Si, 1,5 à 1,6 % de Mn, 0,02 à 0,04 % de sol. AI, 0,004 à 0,0045 % de N et de 0 à 0,008 % de B, le lami- nage à froid des bandes, leur trempage à 7750C pour 2 minutes et le recuit des bandes en continu, avec une vitesse de refroi- dissement de 20'C/sec. Lorsque B - 0,7 x N correspondant à la teneur de B en solution solide excède 0,0003 %, il en résulte des t0les d'acier ayant un point de flexion nettement faible. En raison de ceci, il est entendu que l'important n'est pas la valeur absolue de la teneur en B, mais la teneur en B en solu- tion solide, pour produire une t8le d'acier laminée à froid d'une grande solidité ayant un point de flexion bas et une aptitude élevée au formage. Pour assurer la formation du bore en solution solide, la formation d'oxydes de bore doit être empêchée en désoxydant l'acier fondu de façon appropriée avec de l'aluminium, avant l'addition du bore. Il est très difficile d'éliminer complètement la formation de carbure de bore. Suivant notre étude, pour assurer une certaine proportion de bore en solution solide, en présence d'une proportion assez grande de carbone, et produire une tôle d'acier laminée à froid, de structure à 2 phases, de grande solidité, avec un faible taux de flexion, 6 2486101 le rapport de B à C (B/C), en pourcent en poids, doit être au moins de 0O03 et plus. L'azote réagit avec le bore pour former le nitrure de bore et ceci au détriment de la formation de bore en solution solide. Pour cette raison, la limite supérieure de la teneur en N est de 0,006 %, de préférence de 0,004 %. Parmi les impuretés accidentelles, on compte le soufre et le phosphore, La présence de soufre est nocive pour la formation d'une t8le d'acier aisément formable à froid, O10 et donc la teneur en soufre sera de préférence inférieure à 0,015 %. Le phosphore est un élément efficace pour former une solution solide forte, de sorte que pour l'obtention d'une t8le d'acier de grande solidité, on peut incorporer moins de 0,08 % de P, mais pour obtenir une tôle d'acier facile à former, la teneur en P est maintenue de préférence au minimtunm. Outre les éléments mentionnés ci-dessus, les Cr, Mo et autres éléments qui facilitent la formation de marten- site sont incorporés dans une proportion de 0O2 à 1 %. Ces éléments peuvent 9tre utilisés soit seuls, soit en combinaison. Il est également efficace pour l'obtention d'une grande étira- bilité, d'ajouter du Ca. des terres rates, du Zr, et d'autres éléments qui commandent la forme des sulfures. Les spécifications du procédé selon l'invention sont décrites ci-dessous. De l'acier fondu ayant la composition définie ci-dessus et préparé dans un four électrique, un con- vertisseur, etc, est soumis à des processus de formation de lingot ou de coulée continue pour former une plaque. La plaque est alors laminée à chaud, à une température de finition plus élevée que le point de transformation Ar3, refroidie à une vitesse de 10 à 150 C/sec, et enroulée à une température infé- rieure à 730 C. Si la température de finition est inférieure au point de transformation Ar3, la structure à 2 phases voulue est difficile à obtenir. Si la vitesse de refroidissement après le laminage à chaud est insuffisante, une grande proportion de carbure de bore est formée et l'on n'obtient pas une t8le lami- née à froid, de structure à 2 phases ayant un faible taux de flexion et une grande solidité. En raison de ceci, la limite inférieure pour la vitesse de refroidissement est de 10 C/sec. Si la vitesse de refroidissement est trop grande, la tole lami- née à chaud présente une structure saturée bainitique et une 7 248610 1 structure de ferrite aciculaire, et ces structures conduisent à une t8le laminée à froid ayant un point de flexion élevé et une assez mauvaise ductibilité. En conséquence, la limite supérieure pour la vitesse de refroidissement est de 1500C/sec Si la température d'enroulement est supérieure à 7300C, il se forme une propor- tion élevée de carbure de bore et l'objectif de l'invention n'est pas réalisée. La bobine laminée à chaud est alors passivée, laminée à froid, trempée à une température de recuit comprise entre le point de transformation Ac1 et 8000C, et refroidi alors en continu avec une vitesse de refroidissement supérieure à 30C/sec. Si la température de recuit est inférieure à la température de transformation Ac1, on n'obtient pas une struc- ture en deux phases constituée par les phases de ferrite et de martensite. Il s'en suit que la limite inférieure pour la tem- pérature de recuit est le point de transformation Acl. Si la température de recuit excède 800C, la proportion volumique de la phase de ferrite est diminuée, et la structure obtenue, bien qu'elle présente deux phases, ne comporte pas le taux de flexion bas désiré. Si la durée de la trempe est inférieure à 20 secon- des, on n'obtient pas la structure en deux phases souhaitée, et si la durée excède 5 minutes, il se forme des ilots grossiers de la phase gamma (martensite) pour réduire la ductibilité du produit résultant. De préférence, le recuit est effectué à une température comprise entre 730 et 7800C, avec une durée de 60 à secondes. Si les conditions ci-dessus concernant la compo- sition et le procédé sont remplies, la phase martensite désirée est obtenue en refroidissant la bande à une vitesse supérieure à 30C/sec. Plus la vitesse de refroidissement est grande, plus il est produit de phase martensite, et plus la solidité est élevée. Mais si le refroidissement est trop rapide, une grande proportion de martensite est formée aux limites de grains, ce qui devient une source de concentration de tensions dans la déformation plastique et donne naissance à un produit de faible ductilité. Un bon équilibre entre la solidité et la ductilité est obtenu dans une certaine zone de vitesse de refroidissement, qui est comprise entre 10 et 500C/sec pour l'invention. La vitesse de refroidissement est définie ici comme la vitesse de 8 2486104 refroidissement moyenne jusqu'à 3000C. Dans l'invention, réduire le traitement à une moyenne est désavantageux et devra 9tre évité. L'invention sera décrite plus en détail à l'aide de l'exemple non limitatif suivant. emple: Des plaques d'acier ayant les compositions chi- miques indiquées dans le tableau 1 ont été laminées à chaud à une température finale de 8800 et enroulées à une température de 580 à 6500C à une épaisseur de t8le de 3 mm. Les bandes ont été conservées et laminées à froid jusqu'a une épaisseur de 0,8 mm. Les bandes laminées à froid ont été soumises à un recuit en continu suivant les conditions indiquées dans le tableau 1. Le tableau 1 représente les propriétés mécaniques des t8les d'acier obtenues. On a vérifié la résistance à la corrosion des t8les. Les résultats sont également rassemblés dans le tableau 1. Les échantillons de A à F selon l'invention ont un point de flexion compris entre 23 et 26 kg/mm2, ce qui est aussi faible que celui de la t6le d'acier laminée à froid formable classique. Ils ont une résistance à la traction de 40 à 55 kg/mm 2, présen- -tant un taux de flexion de moins de 0,60 Les échantillons de contr8le G, I et J dont la composition sort des spécifications de l'invention, ont une résistance à la traction de 41 et 53 kg/mm2. Comme ils ont un point de flexion élevé, leur taux de flexion l'est aussi. L'échantillon de contr8le H, qui est également en dehors des spécifications de l'invention, n'a meme pas une résistance à la traction de 40 kg/mm En raison de la teneur élevée en Si, de nombreuses piq res se sont développées sur l'échantillon I, après vérification de sa résistance à la corrosion. Comme discuté précédemment, l'invention permet de produire une t8le d'acier laminée à froid de grande solidité, ayant un point de flexion et un taux de flexion faibles, et qui est donc facile à former. En conséquence, elle peut âtre uti- lisée pour des panneaux intérieurs ou extérieurs d'automobiles. Une t6le d'acier laminée à chaud de grande stabilité, ayant une- bonne aptitude au formage par pressage, peut atre produite à partir d'une t8le d'acier laminée à chaud, en soumettant celle- ci à un recuit continu comme décrit plus haut, à condition que sa composition.neutre dans les spécifications. Selon un autre 9 24,86101 mode de r6alisationL une t8le d'acier traitée en surface, telle qu'une tale d'acier plaquée zinc, de grande solidité, peut être produite à partir d'une bande chaude ou froide selon l'inven- tion, à l'aide d'un appareil continu d'immersion à chaud dans le zinc. TABLEAU 1 I Àb 4J o Composition chimique (%.en poids) .............. z. _ _ B-0. 7xN o 0 C Si Mn P S N B A 0 A 0.027 0.02 1.64 0.013 0.010 0.046 0.0030 0.0034.13 : ___ ___ I._ _ _ _ _._ _ B 0.057 0.02 1.58 0.011 0.012 0.035 0.0021 0.0018 0.0003 *4 - l ____-____ _. i _ IJ C 0.055 0.03 1.20 0.012 0.011 0.024 0.0042 0.0045 0.0016 D 0.081 0,02 1.43 0,012 0.013 0.060 0.0044 0.0047 0.0017 E 0.10, 0.03, 1.30 0.014 0.011 0.039 0.0035 0.0045 0.0023 F 0.11 0.02 1.63 0.012 0.010 0.019 0.0030 0.0037 0,0020 ! I l i i i i i i. irié -i i-i G 0.070 0,.02.1.36 0.014 0.012 0.040 0.0032 - H 0.042 0.02 0.82 0,013 0.010 0,036 0,0037 0.0029. 0.0003 H@,,, _ _, i ,,-, ,., I 0.060 0.46 1.33 0:012 0.012 0.032 0.0036 0.0040 0.0015 o - _________ _ 0.02_ 1._0 0.012..010 0,030 0.0024 0.0032........... J 0.150 0.02 1.60 0,012 0.010 0.030 0.0024 0.0032 0.0015 H r'> Co co'. TABLEAU.i (suite) conditions Cniin d conditionsConitions:de' Propriétés mécaniques de lamina- recuit.continu ge à chaud - TeQp d. I; In Vitiie0 À Temps d'en-., Vitesse/de Point de Résistance I roulement refroidis- flexion à la. trac-Allon- Taux Corrosion à B/C À (%) ( C) Trempe sement (kg/mm2) tion gement de la *C (:C/sec). (kg/3 flexion résistance --' A 775 Cx A 620 *2 mn 20i' 23.5 ' 43.2 40, 054 bonne 0.126 0. o B a 580..'. ' 100 23.9 ' 48.2 4. 0.49 " 0.032 > C 650 " 1000 24.5: 35.1 29 0.44 " 0.082 Zc. i . . . , . D 600 ". ' 30: 24.1 46.4 36 0.52 " 0.058 . . ' . E0 " ",,.10 25.4, 49.0 30 0.52 0.045 ol.. ..' F 630 ". '. '8.: 26.2 " 52.3, 30 0.50 " 0,034 G 610.' 10:32.8,' ' 4.1.0., 38 0.80.. " H 650 " 10 24.7 33.9 42 0.73 0.069 ro..... ' 'qres d&ve- o. I- REVENDICATIONS 1 ) Tôl81e d'acier laminée à froid, de structure à deux phases, de solidité élevée, formable par pressage, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée à partir d'acier constitué par 0,02 -0,V% de C, moins de 0O1% de Si, i - e/o de Mn, 0,005-0,1% de A1 soluble dans les acides, plus de 0, 0003% de B et moins de 0,005% de B exprimé par B - 0,7 xN, a condition que B/C soit supérieur & 0,03, moins de 0,006% de N, le reste étant constitué par du fer et des impuretés accidentelles. 2 ) Procédé pour la production de tôle d'acier laminée à froid, de structure à deux phases, de grande solidité, formable par pressage, comprenant le laminage à chaud à une température finale supérieure au point de transformation Ar3 d'une plaque d'acier constituée par 0,02 - 0, 2% de C, moins de 0,1% de Si, 1 - 2% de Mn, 0,005 - 0,1% d'Al soluble dans les acides, plus de 0,0003% de B et moins de 0,005% de B exprimé par B 0,7 x N, a condition que B/C soit supérieur à 0,03, moins de 0,006% de N, le reste étant du fer et des impuretés accidentelles; le refroi- dissement de la bande chaude à une vitesse de 10 à 150 C/sec, l'enroulement de la bande à une température inférieure à 730 C, passivation et pressage à froid de l'enroulnement, trempe de la bande laminée à froid à une température de recuit comprise entre le point de transformation Ac1 et 800 C, et le refroidissement de la bande à une vitesse supérieure à 3 C/sec. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la durée de la trempe est de l'ordre de 20 secondes à miinutes. 4 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température et la durée de la trempe sont comprises entre 730 et 780 C et entre 60 secondes et 120 secondes, respectivement. ) Procédé selon la-revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse de refroidissement est comprise entre O10 et C/sec.