Brevet FR2492843A1 — publié le 19820430

i Procédé de recuit en continu pour la production d'une tôle d'acier doux laminée à froid présentant une aptitude à l'em- boutissage profond et une résistance au vieillissement ex- cellentes. Comme tôle d'acier doux laminée à froid destinée aux car- rosseries d'automobileson utilise principalement de l'acier calmé à l'aluminium recuit en cloche à cause des problèmes posés par le formage à la presse et en ce qui concerne la résistance au vieillissement (apparition d'une contrainte élastique et autres,du fait du vieillissement). Du fait que le recuit en cloche est basé sur un chauffage et un refroi- dissement lents, il nécessite une durée considérablement longue et assure une productivité insuffisante. En raison de ces circonstances, on a récemment mis en oeuvre un procédé de recuit en continu fournissant la qualité d'emboutissage demandée et ce procédé est caractérisé par une productivité élevée. En général, le recuit en continu est caractérisé par un 2 2492843' chauffage et un refroidissement rapides. Cependant, du fait du refroidissement rapide, beaucoup de carbone en solution subsiste après le recuit en continu par comparaison au recuit en cloche à refroidissement lent. En conséquence, le produit final présente l'inconvénient d'être dur et d'avoir une résis- tance au vieillissement inférieure. Comme mesure pour diminuer la teneur en carbone-en solution restante, le procédé de recuit en continu soumet l'acier chauffé et maintenu en température à un refroidissement rapide (les refroidissements disponibles sont la trempe à l'eau, la trempe par laminage, la trempe à l'eau bouillante ou le refroidissement par un jet de gaz) et maintient ensuite l'acier à une température comprise entre 300 et 5001C pendant une période de temps déterminée pour faire précipiter le carbone à l'état sursaturé. En dépit de ce refroidissement rapide et de ce traitement de vieillis- sement accéléré, du carbone en solution reste inévitablement dans le produit final parce que le refroidissement est effectué rapidement après le traitement de vieillissement accéléré et ceci provoque un mauvais vieillissement. A savoir, bien que l'acier recuit en continu présente, juste après sa produc- tion, les mêmes propriétés mécaniques que l'acier calmé à l'aluminium recuit en cloche, il présente souvent, lors d'un emboutissage après plusieurs mois, des défauts d'emboutissage tels que des criques, des défauts de surface ou des contraintes d'étirage dus à une détérioration par le vieillissement ou à la récupération de l'allongement à la limite élastique. Des propositions ont été faites pour contrôler ces défauts du procédé de recuit en continu. Par exemple, une de ces propositions consiste à réduire considérablement la teneur en carbone de l'acier fondu (Brevet japonais publié NO 58333/80) ou une autre de ces propositions consiste à ajouter un agent donnant un carbure ou un nitrure tel que le titane ou le zirconium (Brevets japonais publiés NI 31531/75 et N0 3884/77). Cependant ces procédés présentent encore des problèmes en ce qui concerne la production en série dans leur substitution à l'acier calmé à l'aluminium recuit en cloche en raison du coût élevé ou d'autres facteurs pour la production stable d'acier de haute qualité à très faible teneur en carbone et de l'addition d'agents donnant un carbure ou un nitrure. La présente invention a été développée à la vue des circons- tances ci-dessus pour assurer la production d'acier doux laminé à froid par un procédé de recuit en continu, acier qui présente une aptitude à l'emboutissage profond et une résistance au vieillissement excellentes comme l'acier calmé à l'aluminium recuit en cloche usuel,en combinant le contrôle de la composition chimique et le réglage du cycle de chauffage du recuit en continu. La présente invention sera maintenant décrite en détail avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: La figure 1 est un graphique représentant la relation en fonction des températures de recuit en continu entre la teneur en carbone, la limite élastique (YP) et l'indice de vieillissement (AI) et la figure 2 est un graphique représentant les modifications des propriétés mécaniques suite à des essais d'accélération du vieillis- sement à la température de 38WC entre des aciers conformes à la présente invention et des aciers usuels. L'objet de la présente invention consiste à mettre sous forme d'un brame ou à réaliser un brame par coulée en continu d'un acier fondu qui contient des teneurs contrôlées de 0,01 à 0,03% de carbone, 0,05 à 0,30% de manqanëse, 0,020 à 0,100 % d'aluminium soluble et pas plus de 0,0050 %d'azote, à soumettre le brame à un laminage à chaud de finition à des températures supérieures à 8301C, à effectuer un traitement de décalaminage après l'avoir bobiné à une température supérieure à 650WC, à effectuer un laminage à froid avec un taux de réduction à froid supérieur à 60% et ensuite,dans la ligne de recuit en continu,à maintenir en température l'acier laminé à froid 4 2492843 à des températures comprises entre une température au-dessus du point de transformation Ai et une température en dessous du point de transformation A3 pendant plus de 10 secondes, à le refroidir à partir d'une température au-dessus de 6500C avec une vitesse de refroidissement supérieure à 2001C par seconde et à soumettre la tôle d'acier à un traitement de vieil- lissement accéléré. De plus, on ajoute 0,0005 à 0,0050% de bore à l'acier fondu et le recuit en continu est effectué selon le même cycle de chauffage. On se référera aux raisons qui définissent la composition chimique: teneur en carbone comprise entre 0,01 et 0,03%: ceci est un élément important de même que la température de départ de refroidissement rapide dans le recuit en continu. La figure 1 représente la relation entre la teneur en carbone, la limite élastique et l'indice de vieillissement du produit final. Dans la limite de 0,01 à 0,03%, la limite élastique est minimale et l'indice de vieillissement diminue rapidement avec une teneur en carbone supérieure ou égale à 0,01% et devient constant. Cependant le carbone est entièrement en solution avec une teneur en carbone inférieure à 0,01% et si l'acier était trempé à une température supérieure à 600'C, la martensite ne serait pas engendrée et le carbone en solution à l'état supersaturé serait faible par comparaison avec une teneur en carbone supérieure ou égale à 0,01%, et si le traitement de vieillissement accéléré était effectué, le carbone en solution supersaturée ne serait pas entièrement précipité de sorte que la résistance au vieillissement est très mauvaise et la limite élastique est élevée. Avec une teneur en carbone supérieure à 0,03% si l'acier était trempé à l'eau à partir de la température élevée, la martensite serait bien engendrée de sorte que la résistance au vieil- lissement est améliorée, mais le niveau de la résistance augmente rapidement et la ductilité diminue de manière désa- ventageuse. En conséquence, en prenant en considération la résistance au vieillissement et les propriétés mécaniques après production, la gamme préférable pour la teneur en carbone est celle comprise entre 0,01 et 0,03% dans laquelle la mar- tensite présente la quantité qui convient le mieux-pour les deux caractéristiques. teneur en manganèse comprise entre 0,05 et 0,30%: une teneur aussi basse que possible est meilleure pour fournir un matéria, doux, mais la limite inférieure est de 0,05% pour les proprié- tés de surface et fragilité à chaud. Une teneur en manganèse supérieure à 0,30% donne un acier dur et une aptitude à l'emboutissage profond inférieure. teneur en aluminium soluble comprise entre 0,020 et 0,100% ceci est la teneur d'un acier calmé à l'aluminium usuel. Si la teneur en aluminium soluble était inférieure à 0,020% la précipitation d'AlN serait retardée et le développement du grain de ferrite ne serait pas satisfaisant. Si une pré- cipitation se produisait, la dimension du grain de ferrite serait fine. D'autre part une teneur en aluminium soluble supérieure à 0,100% entraîne un coût élevé et donne un produi final très dur en raison de la trempe en solution solide. teneur en azote inférieure à 0,005% * la teneur la plus basse est la meilleure et sa valeur maximale est de 0,005%. Avec une teneur supérieure à 0,005%, AlN précipite beaucoup et durcit le matériau. teneur en bore comprise entre 0,0005 et 0,0050%: le bore est ajouté pour régler les grains lors du laminage à chaud. Une addition de bore dans cette gamme agit pour entraver le développement des grains par une précipitation de bore fin et donne aux grains dans la tôle laminée à chaud les diamètres préférentiels pour l'aptitude à l'emboutissage profond du produit final. Avec une teneur inférieure à 0, 0005' l'efficacité du bore n'apparaîtra pas et avec une teneur supérieure à 0,0050%, il entraine une fragilité et donne des criques sur les bords du brame, le produit final étant dur et sa ductilité étant plus mauvaise. L'invention donne un brame d'acier fondu dont la composition 6 2492843' chimique a été contrôlée pour se trouver à l'intérieur de la composition chimique mentionnée ci-dessus. Dans le laminage à chaud, la température de finition est supérieure à 8300C, et, si elle était inférieure à cette température, la valeur r serait abaissée.La température de laminage est supérieure à 6500C pour obtenir la précipitation de AlN et une cohésion. La bobine laminée à chaud est soumise à un laminage à froid avec un taux de réduction à froid supérieur à 60% après le nettoyage à l'acide ou le décalaminage mécanique. Le recuit en continu-chauffe l'acier jusqu'à la gamme (a+y) qui est supérieure au point de transformation A1 mais inférieure au point de transformation A3, l'y maintient pendant 10 secondes afin d'achever la recristallisation, le refroidit rapidement à partir de la température supérieure à 650'C à une vitesse de refroidissement supérieure à 2000C par seconde et effectue un vieillissement accéléré de la tôle en la main- tenant à des températures comprises entre 300 et 5000C pendant plus de 30 secondes de manière à précipiter le carbone en solution supersaturée. Le recuit en continu objet de la pré- sente invention est caractérisé en ce que l'on produit de la martensite en effectuant le refroidissement rapide à partir de la gamme ("+y). Il est connu à partir d'exemples de tôles d'acier de résistance à la traction élevée que la coexistence de ferrite et de martensite supprime considérablement le vieillissement à la température ambiante. Dans la présente invention,on a trouvé qu'en combinant une gamme optimale pour la teneur en carbone et la température de départ du refroidissement rapide, la martensite est distribuée convena- blement de sorte que le produit présente une résistance au vieillissement satisfaisante et d'excellentes propriétés mécaniques. La raison pour donner une température de départ supérieure à 6500C et une vitesse de refroidissement supérieure à 2000C par seconde est que si elles se trouvaient en dehors de ces gammes pour la gamme de teneur en carbone de la présente invention, la martensite ne serait pas engendrée. En ce qui concerne les températures de chauffage et de maintien en température du recuit en continu, si elles sont au-dessus du point de transformation A3, la texture est faite au hasard,ce qui diminue rapidement l'aptitude à l'embou- tissage profond et l'allongement total et,si elles sont en- dessous du point de transformation A3, la dimension du grain de ferrite devient très grande pour la partie des températures très élevées, ce qui adoucit les matériaux et augmente, en conséquence, l'aptiture à l'emboutissage profond. En ce qui concerne la température de départ, si un refroidissement rapide à lieu à partir d'une température inférieure à 6500C, la martensite n'apparaît pas et la microstructure est une microstructure ferrite plus perlite, de sorte qu'on ne peut pas assurer une amélioration de la résistance au vieillis- sement. Si elle est supérieure à 650WC, la martensite apparaît et la résistance au vieillissement peut être améliorée et si le refroidissement commence à partir de températures élevées telles que 7500C, le matériau devient plus ou moins dur. En conséquence, la gamme préférable pour la température de départ du refroidissement rapide est comprise entre 6500C et 7501C. EXEMPLE 1 Des aciers présentant les compositions chimiques représentées dans le Tableau 1 ont été mis sous forme de brames par l'in- termédiaire d'une coulée en continu. Dans le laminage à chaud, le brame a été soumis à un laminage de finition à 8701C et mis sous forme d'une bande de tôle de 2,8 mm d'épaisseur et bobiné à 7000C. L'échantillon à été prélevé dans la position milieu du feuillard chaud et a été décalaminé par décapage à l'acide chlorhydrique au laboratoire puis réduit par un laminage à froid jusqu'à une épaisseur de 0,8 mm (réduction à froid de 71,4%) avec un laminoir de laminage à froid de laboratoire. Un essai de simulation d'un recuit en continu a été effectué dans un bain de sel. Le cycle de recuit en continu consistait à chauffer l'échantillon à 8500C, à l'y maintenir pendant 1 minute 5, à le sortir du bain de sel, à le refroidir à l'air, à le tremper dans un jet de vapeur d'eau à partir des températures suivantes: (A): 7500C, (B): 650 C et (C): 550 C, à le soumettre à un vieillissement accé- léré à une température de 350 C pendant 2 minutes et à un laminage d'écrouissage superficiel avec un taux de réduction de 1% avec le laminoir de laminage à froid du laboratoire. Des essais ont été effectués sur les propriétés mécaniques et la figure 1 donne le résultat des essais. Tableau I Composition chimique (poids %) C Si Mn _ P S N Ai Sol 1 0,003 0,02 0,21 0,012 0,016 0,0033 0,063 2 0,006 0,02 0,27 0,014 0,016 0,0037 0,036 3 0,009 0,01 0,22. 0,012. 0,013. 0,0041 0,045 -4 0,012 0,02 0,20 0,013 0,014 0,0048 0,045 Iuinvention 0,013 0,02 0,23 0,015 0,013 0,0028 0,035 6 0,018 0,01 0,18 0,011 0,021 0,0029 0,042 7 0,020 0,01 0,16 0,010 0,010 0,0020 0,"68 8 0,023 0,02 0,26 0,010 0,021 0,0033 0,052 9 0,030 0,01 0,20 0,011 0,020 0,0034 0,062 0,040 0,02 0,15 0,014 0,017 0,0037 0,044 _ _004 EXEMPLE 2: Des aciers présentant les compositions chimiques représentées dans le Tableau 2 ont été mis sous forme de brames par l'inter- médiaire d'une coulée en continu. Le brame a été soumis à un laminage à chaud sous les conditions suivantes: tempéra- ture de finition 8700C, et température de bobinage 700 C (épaisseur de finition 2,8 mm) puis a été bobiné. La bobine laminée à chaud a été décalaminée par décapage à l'acide chlorhy- drique et laminée à froid jusqu'à une épaisseur de 0,8 mm avec un laminoir en tandem. Le recuit en continu a été effectué sous les conditions représentées dans le Tableau 3. La vitesse de la ligne de passe était de 100 m par minute. Après le chauffage et le maintien en température l'acier a été trempé dans de l'eau à partir des températures de recuit représentées dans le Tableau 3. Après décapage, neutralisation, lavage et séchage, le traitement de vieillissement accéléré a été effectué entre 400 C et 300'C suivi d'un laminage d'écrouissage superficiel avec un taux de réduction de 0,8 à 1,0%. Le ma- tériau a été échantillonné et les résultats des essais sont représentés dans le Tableau 3. TABLEAU 2 - QComposition chimique (poids%)! N?. C si Mn P S N A1 Sol B -. .._ . +. Il 0,005 0,01 0,17 0,012 0,015 0,0028 0,048 - _ _ -.... Acier 12 0,015 0,02 0,15 0,014 0,018 0,0025 0,037 - de r' inven tion 13 0,022 0,01 0,20 0,010 0,015 0,0031 0,053 - _ 14 0,044 0,01 0,14 0,011 0,012 0,0027 0,050 - 0,025 0,01 0,41 0,019 0,017 0,0027 0,044 - 16 0,0i8 0,02 0,18 0,012 0,018 0,0058 0,056 - Acier 17 0,020 0,02 0,15 0,011 0,020 0,0033 0,61,0022 e ,0203 I 0,061 002 vn inven- t-Lon_ TABLEAU 3 A: Conditions du recuit en continu. B: Temperatures de chauffage. C: Températures de trempe. EXEMPLE 3: Afin d'examiner l'allure du vieillissement dans les échan- tillons de l'Exemple 2, des essais d'accélération du vieillis- sement à 38 C ont été effectués pour 11A, 12A, 13A, 13B dans le tableau 3. La figure 2 représente les modifications des YP TS E1 AI A 6 6 6 - N A l O6pa 106pa 10 6pa r B C % 1 A 850 C 650 C 174,4 289,1 50,3 56,8 1,78 IB 750 C 650 C 180,3 295,9 50,5 54,8 1,64 12A 850 C 750 C 181,3 307,7 48,5 15,6 1;75 Acier de l'invention 12B 850 C 650 C 175,4 304,7 49,2. _16,6 1,73 " 13A 850QC 650 C 177,3.306,7. 48,8 13,7 1,75 " 13B 750 C 650 C 183,3 _313,6. 48,1..15,6 1,67 13C 700 C 5500C 199,2. 321,4 46,2: 40,1 1,52 14A 850 C 650 C 210,7 339.43,3. 12,7 1,48 A 850%C 650 C 198,9 330. 45,8 17,6 1,54 16A 8500C 6500C 20i1,8 329,2 44,7.!9,6 1,57 17A 850 C 650 C 172,4 300,8 47,8 18,6 1,69 Acier de 8 i......... l'invention 1l propriétés mécaniques dues aux essais d'accélération du vieil- lissement à 380C. Comme on peut le voir d'après l'Exemple 1, les propriétés mécaniques après le laminage d'écrouissage superficiel sont bien meilleures pour une teneur en carbone comprise entre 0,01 et 0,03%. Avec une teneur en carbone supérieure ou égale à 0,01%, l'indice de vieillissement permettant d'appré- cier la résistance au vieillissement présente une valeur faible. En te qui concerne le cycle de chauffage du recuit en continu, l'indice de vieillissement est apparemment diminué pour un chauffage au-dessus du point de transformation A1 et un refroidissement rapide à partir de celui-ci. En fonction d'une gamme convenable pour la teneur en carbone et d'un cycle de chauffage convenable pour le recuit en continu, il se confirme qu'une tôle d'acier laminée à froid présentant les mêmes propriétés mécaniques que l'acier calmé à l'aluminium recuit en cloche peut être actuellement produite par l'intermédiaire d'un procédé de recuit en continu en ce qui concerne les produits fabriqués dans ce domaine de travail, comme représenté dans l'Exemple 2. Les matériaux recuits en continu obtenus par la présente invention ne pré- sentent pas la récupération de l'allongement à la limite élastique dans les résultats des essais de l'accélération du vieillissement à une température de 380C pendant 16 jours (381C pendant 16 jours correspond environ à une température de 200C pendant 4 mois) et,en conséquence,de tels-aciers peuvent être jugés comme ayant réellement une propriété de non vieillissement. Revendications 1. Un procédé de recuit en continu pour produire une tôle d'acier doux laminée à froid présentant une aptitude à l'embou- tissage profond et une résistance au vieillissement excellentes caractérisé en ce que l'on fabrique un brame contenant de 0,01 à 0,03% de carbone, de 0,05 à 0,30% de manganèse, de 0,020 à 0,100% d'aluminium soluble, pas plus de 0,0050% d'azote, le reste étant du fer et des impuretés inévitables, on lamine à chaud le brame à des températures supérieures à 8300C, on lamine à froid après bobinage l'acier laminé à chaud et, dans la ligne de recuit en continu, on maintient l'acier à une température comprise entre les points de trans- formation A1 et A3 pendant plus de 10 secondes, on le refroidit à partir de températures supérieures à 6500C à une vitesse de refroidissement supérieure à 2000C par seconde et on effectue un vieillissement accéléré en le maintenant à des températures comprises entre 300 et 500WC pendant plus de secondes. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute de 0,0005 à 0,0050% de bore audit acier.