Brevet FR2502178A1 — publié le 19820924

PROCEDE DE FABRICATION DE TOLES FORTES EN ACIER L'invention concerne la fabrication de tôles épaisses en acier utilisables pour toutes applications, et en particulier de tôles dites "à tube". Parmi les procédés de fabrication de tôles fortes mis en oeuvre jusqu'à présent, on peut citer le procédé de laminage contrôlé à plusieurs phases, par exemple à trois phases. Ce procédé consiste à chauffer des brames d'acier à une température de 1 100"C à 1 250"C, à effectuer ensuite trois phases de laminage, interrompues par deux temps d'arrêt pendant lesquels on laisse refroidir le produit. La température de fin de laminage, les taux de réduction de l'épaisseur du produit (taux de corroyage) au cours des différentes phases de laminage, et les temps d'arrêt pour refroidissement sont choisis en fonction de la composition de l'acier de départ et des caractéristiques mécaniques que l'on veut obtenir.Selon le procédé rappelé cidessus, si la deuxième phase de laminage est bien placée à la fois du point de vue température et du point de vue taux de réduction, le produit est constitué, au début de la troisième phase de laminage, d'austénite fine et homogène qui sera fortement écrouie lors de la troisième phase de laminage ce qui entraîne la formation de ferrite fine lors du refroidissement naturel du produit après la troisième phase de laminage. Toutefois, ce procédé ne permet pas toujours d'obtenir un affinement des grains ferritiques suffisamment important, et ne conduit donc pas toujours à un compromis de propriétés mécaniques tout à fait satisfaisant. Dans le but d'améliorer la résilience, d'autres procédés de fabrication de tôles épaisses ont été mis au point récemment. L'un d'entre eux consiste à chauffer dans un four les brames initiales, à la température habituelle de 1 1000C à 1 2500C, puis à laminer ces brames sur une cage de laminage pour obtenir une certaine réduction de l'épaisseur du produit ; l'ébauche ainsi obtenue est ensuite amenée sur un refroidissoir avec arrosage par eau pulvérisée effectué de façon à obtenir un refroidissement faiblement accéléré jusqu'à une température d'environ 6000C ; on met ensuite l'ébauche dans un four de normalisation dans lequel elle subit une chauffe régulière et homogène vers 900"C ; on la fait repasser ensuite dans la cage de laminage pour terminer le laminage jusqu'à l'épaisseur finale désirée. Les températures de fin de laminage sont de 7300C à 7000C.Ce procédé présente plusieurs inconvénients : en effet, s'il permet d'améliorer la température de transition de la résilience des tôles obtenues, il semble que ce soit au détriment de la limite d'élasticité. De plus, l'étape de réchauffage intermédiaire dans le four de normalisation nécessite des dépenses d'énergie importantes et des investissements considérables tôle le procédé est donc extrêmement coûteux. Le but de la présente invention est justement de fournir un procédé de fabrication de tôles fortes qui permet d'obtenir, dans des conditions économiques intéressantes, des tôles présentant de bonnes caracteristiques de résilience et de limite d'élasticité. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de tôles épaisses en acier, consistant à réchauffer dans un four des brames d'acier à une température d'au plus 1 0500C, et de préférence comprise entre 1 050C et 9000 C, puis à laminer les brames ainsi réchauffées, directement en sortie du four, jusqu'à une température de 7000C environ. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on réchauffe les brames à une température la plus basse possible dans le domaine choisi, soit à une température de 950"C à 900 C. Comme on le comprend, les études du demandeur ltont amené à découvrir qu'un réchauffage des brames à basse température (1 0509C au plus) dès le depart, suivi d'un laminage approprié, permettait d'obtenir, avec des compositions chimiques judicieusement choisies, la microstructure nécessaire (grains de ferrite très fins) pour que les tôles d'acier ainsi fabriquées présentent de bonnes caractéristiques mécaniques (basse température de transition de la résilience, limite d'élasticité et résistance à la rupture élevées), tout en évitant les inconvenients du procedé rappelé ci-dessus On sait que les bonnes caractéristiques de résilience sont liées à la finesse des grains de ferrite obtenue, la finesse de ces grains de ferrite dépendant de la finesse des grains d'austénite précédemment formée.Or, le fait que l'on chauffe les brames à basse température, selon le procédé de l'invention, permet d'obtenir, lors du laminage, des grains d'austénite très fins et homogènes dans toute 11 épaisseur du produit. Selon une variante de l'invention, les brames que l'on introduit dans le four de réchauffage sont des brames, obtenues au slabbing ou par coulée continue, que l'on n'a laissé refroidir que jusqu'à ce que leur température moyenne soit de 6500C à 5500C. Comme on le comprend, la mise en oeuvre de cette variante du procédé permet une économie d'énergie appréciable lors de l'étape de réchauffage des brames. Bien entendu, on peut également introduire dans le four de réchauffage des brames, obtenues au slabbing ou par coulée continue, que l'on a laissé refroidir jusqu'à la température ambiante. Les caractéristiques et avantages du procédé de l'invention ressortiront de façon claire à la lecture des exemples suivants. Exemple I On place, pendant 30 minutes environ, des brames d'acier dont ltépais- seur est de 70 mm à 50 mm dans un four chauffant à 910 C. Puis, on sort les brames du four et on les soumet immédiatement à un premier laminage avec une cage trio de type classique ; ce laminage comporte une ou deux passes (suivant l'épaisseur des brames au départ) ; les ébauches obtenues présentent une épaisseur de 40 mm et leur température moyenne est de 8800C à 8600C. On laisse alors ces ébauches se refroidir pendant 150 secondes environ jusqu'à ce que leur température moyenne soit de 730 C. Puis, on fait subir aux ébauches un deuxième laminage qui comprend quatre passes et amène leur épaisseur à 20 mm ; la température de fin de laminage est de 7000C. Cet exemple de fabrication de tôles selon le procédé de l'invention a été réalisé à partir de brames en quatre aciers différents (référencés NV, FR, FB, GH) dont la composition (en 10 3 % en poids) est donnée dans le tableau I ci-après. Epaisseur d'origine C Mn S P Si Al N2 Nb V Mo (mm) NV 70 94 1 512 4 19,5 270 40 9,5 52 57 FR 62 88 1 416 6 - 210 48 6 46 - 175 FB 60 140 1 280 10 16,6 210 60 6,3 32,5 - - GH 50 132 1 398 16 19 280 58 5,1 41,5 - - TABLEAU I On a fait subir aux tôles fabriquées, à partir de ces quatre aciers et selon le mode de réalisation décrit ci-dessus, des essais mécaniques en long et en travers. Les résultats des essais mécaniques relatifs à la traction pour chacune de ces tôles (limite d'élasticité supérieure et inférieure ReH et ReL, palier, résistance Rm, allongement A, striction Z), sont donnés dans le tableau II ci-après. Acier Sens ReH ReL Palier Rm A Z Re/Rm (N/mm) (N/mm) (%) (N/mm) (%) (%) NV long 494,5 447 3,15 536,5 28,05 80,3 0,833 travers 480,5 441 3,15 538 31,2 79,5 0,820 FR long 571,5 543 3,8 611 24,6 76 0,889 travers 581,5 549 2,7 626,5 26 72 0,876 FB long 455,5 433,5 2,85 539,5 29 75 0,806 travers 479,5 430,5 3,00 539 29,15 54,5 0,799 GH long 502 451,5 2,4 559,5 27,35 74,5 0,807 travers 478 442,5 2,7 552 27,15 60,5 0,802 TABLEAU II Les résultats des essais mécaniques relatifs à la résilience pour chacune de ces tôles (niveau ductile ND, température de transition de la résilience au niveau 28J : TK28J, température de transition de la résilience à 50 % du niveau ductile : TK 50% NDs température de transition de la résilience à 50 % de la cristallinité : TK 50% crist.), sont donnés dans le tableau III ci-après. Acier Sens # NJ TK 28J TK 50% ND TK 50% crist. (J) ( C) ( C) ( C) NV long 240 - 130 - 110 - 125 travers 220 - 95 - 70 - 90 FR long 190 - 145 - 70 - 140 travers 105 - 110 - 80 - 90 FB long 160 - 75 - 70 - 75 travers 50 - 70 - 75 - 70 GH long 130 - 80 - 75 - 75 travers 50 - 85 - 85 - 85 TABLEAU III On remarque, d'après les tableaux II et III, que les tôles fabriquées selon le procédé de l'invention présentent de bonnes caractéristiques mécaniques. Plus particulièrement, les tôles en acier NV et FR présentent une bonne température de transition de la résilience ; ces deux nuances étant les moins chargees en carbone, ce sont elles qui ont subi le plus fort corroyage dans le domaine biphasé. Les figures 1 et 2 illustrent le compromis entre une limite d'élasticité élevée et une température de transition de la résilience basse existant pour chacune des tôles fabriquées selon l'invention. En effet, on a reporté sur la figure 1 les points donnant TK 50% crist. en fonction de ReL, en long (L) et en travers (T), correspondant aux résultats des essais mécaniques décrits précédemment pour chacune des nuances NV, FR, FB, GH. Sur la figure 2, on a reporté de la même façon les points donnant TK 28J en fonction de ReL. On remarque, sur ces figures 1 et 2, que les tôles obtenues selon l'invention présentent de bonnes caractéristiques mécaniques, plus particu lièrement les tôles NV et FR pour lesquelles la température de transition de la résilience est voisine de - 1000C en travers et inférieure à - 1000C en long, alors que la limite d'élasticité est assez élevée (de 450 à 550 N/mm2). Pour illustrer les avantages du procédé conforme à l'invention, on a comparé les propriétés mécaniques d'une tôle d'acier FR fabriquée selon l'exemple I (tôle I), avec les propriétés mécaniques d'une tôle d'acier FR fabriquée selon le procédé classique de laminage contôlé à trois phases (tôle Il). La tôle II a té fabriquée de la façon suivante : chauffage d'une brame d'acier FR à 1 2500C ; premier laminage jusqu a une épaisseur de 55,2 mm (4,6 fois l'épaisseur finale) ; arrêt ; deuxième laminage jusqu'à une epaisseur de 36 mm (3 fois l'épaisseur finale) ; arrêt ; troisième laminage jusqu'à une epaisseur de 12 mm, la température de fin de laminage etant de 775 C. Sur la figure 3 jointe, on a reporté les points donnant les valeurs de TK 50% crist. en fonction de ReL, en long (L) et en travers (T), mesurées d'une part pour la tôle I, d'autre part pour la tôle II. On voit, sur cette figure 3, que la tôle d'acier FR fabriquée selon l'invention (tôle I) présente à la fois des caractéristiques de résilience et des caractéristiques de limite d'élasticité nettement supérieures à celles de la tôle fabriquée selon le procédé de laminage contrôlé à trois phases (tôle II). Exemple II On introduit dans un four chauffant à 9100C une brame en acier NV de dimensions (en mm) 200 x 1 990 x 2 200. Quand on la sort du four, la température moyenne de la brame est de 9040C. Trente secondes après son défournement, on la soumet à un premier laminage dans une cage quarto de type classique pendant 82 secondes ; ce laminage comporte 14 passes ; l'ébauche obtenue présente une épaisseur de 60 mm et sa température moyenne est de 8710C. On laisse alors l'ébauche se refroidir pendant environ six minutes jusqu'à ce que sa température moyenne soit de 727"C. Puis, on lui fait subir, pendant 40 secondes environ, un deuxième laminage qui comprend 9 passes et qui amène son épaisseur à 30 mm. Les dimensions (en mm) de la tôle obtenue sont 30 x 4 000 x 7 250. Sur la figure 4 jointe, on donne les microstructures (avec ur. grossissement de 8GO), en coeur (C) et en peau (P), de la tôle d'acier NV ainsi fabriquée selon l'invention. On voit qu'il s'agit de ferrite écrouie qui est hyperfine et que la structure est homogène du coeur à la peau. Cette microstructure montre donc que la tôle doit présenter d'excellentes propriétés. A titre de comparaison, on donne, sur la figure 5 jointe, les microstructures en coeur (C') et en peau (P') d'une tôle d'acier NV fabriquée selon le procédé classique de laminage contrôlé à trois phases, de la façon suivante : chauffage à 1 1400C d'une brame d'acier NV d'épaisseur 250 mm premier laminage jusqu'à une épaisseur de 180 mm ; arrêt à 1 123"C ; deuxième laminage à 1 0000C jusqu a une épaisseur de 90 mm ; arrêt ; troisième laminage débutant à 7430C jusqu'à une épaisseur de 30 mm, la température de fin de laminage étant de 7000C.On voit, sur la figure 5, que la tôle en acier NV ainsi obtenue présente une structure de ferrite écrouie mais que cette structure n'est pas homogène entre le coeur et la peau, et est donc moins favorable que la structure obtenue par le procédé de l'invention. Ainsi, grâce au procédé selon l'invention, on réalise des tôles fortes qui présentent de bonnes caractéristiques mécaniques, et plus particulièrement des températures de transition de la résilience basse, dans des conditions économiques avantageuses. La mise en oeuvre du procédé ne nécessite pas d'équipements spéciaux, le laminage pouvant s'effectuer dans des cages quarto de type classique et le réchauffage des brames à basse température pouvant être réalisé dans les fours de réchauffage utilisés actuellement, à condition qu'ils soient équipés de brûleurs spéciaux. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits, l'essentiel étant que le réchauffage des brames au départ se fasse à basse température. Le procédé de l'invention s' applique à la fabrication de tôles fortes à partir d'aciers calmés qui contiennent des teneurs suffisantes en éléments tels que l'azote et l'aluminium ou en éléments à dispersoldes tels que Nb, V, Ti, etc..., susceptibles de former des composés empêchant le grossissement des grains lors du réchauffage des brames et capables éventuellement de donner des précipités fins au cours du refroidissement. A titre indicatif, on signal que ces aciers calmés peuvent contenir de 15.10 % à 70.10 % d'aluminium, de 4.10 % à 10.10 % d'azote, jusqu'à 80.10- % de Nb, jusqu'à 150.10- % de V, jusqu'à 150.10- % de Ti. REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication de tôles fortes en acier, caractérisé en ce que l'on réchauffe dans un four des brames d'acier à une température d'au plus 1 0500C, et de préférence comprise entre 1 050 C et 9000C, puis on lamine les brames ainsi réchauffées, directement en sortie du four, jusqu'à une température de 700 C environ. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réchauffe les brames à une température de 950 C à 900 C. 3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les brames introduites dans le four de réchauffage sont des brames que l'on n'a laissé refroidir, après leur élaboration, que jusqu a ce que leur température moyenne soit de 650 C à 550 C. 4) Application du procédé selon l'une des revendications I à 3, à la fabrication de tôles fortes à partir d'aciers calmés qui contiennent des teneurs suffisantes en éléments tels que l'azote et l'aluminium ou en élé- ments à dispersoides, susceptibles de former des composés empêchant le grossissement des grains lors du réchauffage des brames et capables, éventuellement, de donner des précipités fins au cours du refroidissement. 5) Application selon la revendication 4 à la fabrication de tôles fortes à partir d'aciers calmés qui contiennent de 15.10- % à 70.10 3 z d'alumi- nium, de 4.10-3 % à 10.10- % d'azote, jusqu'à 80.10- % de Nb, jusqu'à 150.10- % de V, jusqu'à 150.10- % de Ti.