Brevet FR2544333A1 — publié le 19841019

PROCEDE POUR L'OBTENTION DE TOLES LAMINEES A FROID ET RECUITES La présente invention se rapporte à la fabrication de tôles minces d'acier laminées à froid et recuites, destinées à être deformées à froid, notamment par emboutissage profond ou très profond. Plus précisément, l'invention concerne la partie du processus d'élaboration du métal qui va de la brame, issue du slabbing ou de la coulée continue, à la tale finale livrable à la clientèle. On rappelle que cette partie du processus d'laboration regroupe plusieurs opérations successives qui sont schématiquement et dans l'ordre chronologique - un réchauffage de la brame (à partir soit de l'ambiante, soit d'une température intermédiaire) jusqu'à 11000 - 13000C environ pour la rendre apte à subir le laminage, - le laminage, qui comprend lui-même deux étapes, à savoir un premier laminage à chaud jusqu'à 2 ou 3 mm d'épaisseur selon le cas, suivi, après bobinage à chaud et retour de la tôle à la température ambiante, par un laminage à froid jusqu'à l'épaisseur finale désirée, laquelle peut atteindre des valeurs de 0,8 mm et moins pour les tôles très fines utilisées par exemple dans la construction automobile ;; - enfin, une opération de recuit de recristallisation, dont le but est d'effacer les effets de l'écrouissage do au laminage à froid, en conférant à la tale une texture et une qualité de grain qui la rendent apte à la déformation à la presse à froid. Cette opération de recuit est, de nos jours, mise en oeuvre sous deux formes : le recuit classique, dit "recuit base" qui s'opère par un chauffage lent des bobines empilées dans des fours-cloches, et, plus récemment, le recuit de la bande en défilé continu, généralement appelé "recuit continu" et qui, grâce à une vitesse de chauffage élevée et un temps de maintien court à température permet d'améliorer de beaucoup les cadences de production par rapport au recuit base. On connait cependant les difficultés à mener à bien le recuit continu, liées en particulier à l'azote inévitablement présent dans le métal. On s'est vite rendu compte, en effet, du râle néfaste que pouvait jouer cet élément qui, lorsqu'il est à l'état libre dans le métal au départ du recuit, précipite ensuite en nitrures ou en carbonitrures (généralement du nitrure d'aluminium en raison de l'uti lisation courante de cet élément en tant qu'agent de désoxydation). Cette précipitation, qui se produit au cours du chauffage, a lieu en recuit continu après la recristallisation des grains ferritiques, empêchant ainsi ces derniers de croître et de se développer normalement selon une direction préférentielle qui permettrait d'aboutir au taux acceptable d'anisotropie caracterisant la texture adéquate recherchée. On sait que ces difficultés, lesquelles en règle générale ne se posent pas au cours du chauffage lent propre au recuit base (les nitrutres précipitent dans ce cas avant ou pendant la recristallisation), pourraient néanmoins être fortement atténuées, sinon éliminées, si ces nitrures étaient présents à l'état de pr6cioités déjà au départ du recuit continu. Dans la pratique actuelle, on tente d'y parvenir, au niveau du bobinage à chaud, par un contrôle approprié de la loi thermique de refroidissement de la tâle à la sortie du train de laminage a' chaud. Cette pratique consiste schématiquement, après arrosage, à bobiner la tôle à température élevée (de l'ordre de 7500C et même au-delà) et à laisser refroidir lentement la bobine pour permettre la précipitation du nitrure d'aluminium. On sait que cette opération dans la "chaude1, de laminage requière de la part de l'opérateur un contrôle rigoureux des paramètres de refroidissement. En outre, elle n'est pas toujours pleinement efficace et présente de nombreux inconvénients, tels que une formation importante de calamine (laquelle, entre-autres, conduit à des difficultés accrues au décapage avant recuit), des phénomènes de collage interspires, ou des risques de dégradation des caractéristiques géométriques de la tôle, lors des manutentions par exemple, en raison de la relative mollesse des bobines chaudes. La présente invention a précisément pour but un conditionnement particulier du métal assurant la présence des précipités de nitrures au départ du recuit tout en évitant les difficultés de la pratique habituelle connue. Un autre but est d'améliorer la fiabilité des recuits pour l'obtention de la texture de la tâle finale par rapport à cette pratique connue. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé pour l'obtention de tales minces d'acier laminées à froid et recuites, selon lequel on soumet la brame initiale à un réchauffage en vue du laminage, puis on opère ledit laminage en effectuant une première étape 1, n de laminage à chaud suivie, après bobinage à chaud et retour de la tale à la température ambiante, par une étape de laminage sa froid" jusqu'à l'épaisseur finale voulue, puis on traite thermiquement la tâle par une opération de recuit destinée à lui conférer une bonne aptitude à sa mise en forme ultérieure, procédé-caractérisé en ce que l'on réchauffe la brame avant laminage jusqu'à une température sensiblement plus basse que dans la pratique habituelle, à savoir jusqu'à une température située dans l'intervalle de valeurs défini inférieurement par la valeur AC de fin de transformation de phase de l'acier considéré, et 3 supérieurement par celle de la mise en solution des prEcipités, tels que des nitrures ou carbonitrures, d'éléments habituellement présents riens l'acier liquide, ou que l'en ajoute à cet effet dans le cas contraire.On rappelle que ces éléments sont habituellement des agents d'addition ou de désoxydation, comme le bore, le titane, le zirconium, le avoium et surtout l'aluminiut (qui est le désoxydant le moins coûteux, donc le plus utilisé) pour ne citer que les plus courants et qui sont bien connus des métallurgistes pour leur capacité à se combiner à l'azote dissous dans le métal. Bien entendu,-les bornes de l'intervalle de températures défini ci-avant peuvent varier en fonction de la composition des aciers pour ce qui concerne AC3, et, pour ce qui concerne la borne supérieure, en fonetion de la teneur et de la nature des pr6cipités de nitrures (par commodité, on convient d'englober dans ce terment les carbonitrures), c'est-à-dire, en fait, de leur facilité de mise en solution dans l'austénite. Toutefois, pour la majorité des aciers destinés à la fabrication de tales minces (aciers extra doux calmés) cet intervalle est de 8500 à 10500C environ, à savoir comme on l'aura observé, de l'ordre de 500C et plus en deça des températures minimales de réchauffage pratiquées traditionnellement. Par ailleurs, la condition de non-mise en solution des précipités au réchauffage ne doit pas être interprétée de façon trop rigoureuse comme étant le point de départ précis (d'ailleurs difficilement définissable) de leur mise en solution, mais plutôt comme traduisant une courte plage de températures dans laquelle on conserve de 100 à 90 S environ en poids de ces précipités. A titre d'exemple, pour fixer les idées, un acier extra doux calmé à l'aluminium, comprenant (en poids) 0,01 DD environ de C,.0,12 OD de Mn, 0,04 S d'Al et 0,007 S-d'azote, présente une température AC3 de 8900C et la mise en solution des précipités de nitrures d'aluminium commence à devenir sensible à 1000 C (95 en poids de l'azote restent à l'état de nitrure à cette température). Comme on l'aura sans doute déjà compris, l'invention consiste donc, dans ses caractéristiques essentielles, à prendre des dispositions assurant la présence des précipités de nitrures déjà dans la brame réchauffée avant le laminage, moyennant quoi, ces précipités se retrouvent naturellement dans la tôle que l'on passera au recuit. Ces précipités, en outre, se présentent avec une taille et une répartition non gênante et qui peut même être favorable pour la recristallisation. Ainsi, l'invention roide en on conditionnement du métal er vue du recuit, non pas après le laminage à chaud, mais au contraire déjà au niveau du réchauffage avant laminage, conférant ainsi à cette opération une double fonction : le chauffage du produit à une température suffisante pour permettre le laminage et, en même temps, le piégeage, une fois pour toutes, de l'azote sous forme de nitrures précipités, de sorte que le produit soit plus apte, après recuit, à avoir des propriétés d'emploi adéquates. selon l'invention Le réchauffage à basse température /comporte en outre deux avantages immédiats et déterminants qui s'additionnent l'un à l'autre D'une part, le réglage thermique au bobinage à chaud est simplifié et rendu beaucoup moins contraignant.De plus, les inconvénients mentionnés ci- avant (calamine, collage, ...) sont pratiquement éliminés, puisqu'on peut bobiner la tôle dans la chaude de laminage à une température plus basse. D'autre part, une économie de temps et d'énergie est réalisée au stade même du réchauffage, puisque le produit y est porté à une température très sensiblement inférieure à celle pratiquée traditionnellement. A cet égard, les premiers travaux effectués ont permis aux inventeurs de chiffrer la réduction des dépenses en énergie à près de 30 m. Bien entendu, le lamineur saura adapter selon ses besoins ou nécessités, les paramètres de marche du laminoir à chaud à ces nouvelles dispositions. En particulier, si le respect des températures en fin de laminage l'impose, il prévoiera par exemple un appoint thermique à un moment donné au cours du laminage, ou tout autre mesure pour limiter les pertes thermiques, comme la mise en place de tunnels thermo-isolants ou même chauffants, ou le maintien du produit à une épaisseur plus importante que dans la pratique courante le plus longtemps possible au début du laminage. En toute circonstance, le lamineur prendra évidemment soin de ne pas détruire l'effet recherché par le réchauffage modéré initial par des remontées en température telles qu'une remise en solution de l'azote soit à craindre. Ceci étant, la mise en oeuvre de l'invention ne présente aucune difficulté non maîtrisable Les fours de réchauffage des brames peuvent être concus ou même adaptés (fours préexistants) pour fonctionner à des températures de chauffe plus basses que celles pratiquées habituellement. A cet égard d'ailleurs, il devient possible d'alimenter les brûleurs avec des combustibles pauvres, tels que du gaz de hauts fourneaux (dans le cas des usines intégrées par exemple). Ceci représente, comme on le comprend, un autre aspect fort avantageux de l'invention. En outre, conformément à une variante de l'invention, les brames à réchauffer peuvent être enfournées déjà chaudes, en provenance directe d'une installation de coulée continue par exemple et qui, comme on le sait, peut délivrer des produits à 5000 - 6000C et même bien au-delà. Pour illuster ce qui vient d'être dit, on va donner maintenant quelques indications chiffrées issues d-'essais comparatifs effectués au laboratoire. On se réfèrera pour cela au tableau de la page 7 accompagné de sa légende explicative. Pour les besoins de la comparaison, tous les essais ont été effectués sur la même nuance d'acier qui est celle précédemment indiquée. Le tableau est organisé en deux parties superposées : une partie supérieure relative aux essais de référence menés selon la pratique habituelle de réchauffage à haute température (ici l2600C), et une partie inférieure correspondant aux essais selon l'invention avec une température de réchauffage de 9650C. Le tableau est également organisé en trois groupes côte à côte, à savoir, à partir de la gauche, un groupe d'indications générales relatives aux différentes températures-temps de bobinage à chaud retenues et repérées par les codes de la ike colonne ; un groupe de résultats relatifs aux essais de recuit continu, effectués d'abord par. un maintien de 2 minutes à 6300C correspondant à la température.ae fin de recristallisation, puis réalisés par un maintien de 2 minutes à 800 C ; enfin un groupe de résultats relatifs aux essais en recuit base, également différenciés en deux séries : d'une part des recuits jusqu'à la température de fin de recristallisation, d'autre part des recuits jusqu'à 700 C, ces deux séries d'essais ayant ets menées avec un chauffage lent à 30 C/h. Les températures de fin de recristallisation ont ete dans ce cas de 670 C pour ies essais avec réchauffage traditionnel à 1280 C et de 570 C pour les essais effectués conformément à l'invention. à temp. de fin RECUIT CONTINU à temp. de fin Morph. à 630 C à 800 C après recuit à 700 C des de recristallt grains sation Rep. T.rech T.bob après a( m) N(AIN) F a( m) N(AIN) F Morph. esssis ( C) ( C) recuit (ppm) (ppm) des N(AIN) [/1( m) F [/E( m) F grains (ppm) ED2 500(1h) 9 0 1,25 11 50 1,15 36/15 1,65 42/16 1,8 ED1 1280 700(1h) 11 15 1,35 15 50 1,25 allongé 33/14 1,65 33/15 n.d. ED6 700(4h) équiaxe 11 30 1,50 11 60 1,3 65 31/14 1,55 29/14 1,65 ED4 500(1h) 10,5 1,25 27 1,65 10 1,3 25,5 1,85 ED3 965 700(1h) 12,5 69 1,45 22 65 1,65 équiexe 12,5 1,5 19 1,7 FD8 700(4h) 11 1,6 19 1,65 n.d. n.d. 19,5 1,7 (e) (c) (b) (F) (d) (a) (i) (j) (h) (g) Légende - lère Col. : codes de repèrage des essais en fonction de la température de bobinage à chaud de la tôle, 2ème Col. : températures du réchauffage du produit laminage, 3ème Col. : températures de bobinage à chaud de la tôle. d ( m) : diamètre moyen des grains de type "équiaxe" (col. e, f, j et h), [/g ( m) : Fapport dimensionnel entre le qrand axe et le petit axe de l'ellipse moyenne représentative d'un grain de morphologie "allongé" (col. j et h), N(AIN)(ppm) : quantité d'azote pr6ciopité en nitrutes d'aluninium après recuit (dosaqe chimique de AIN par méthode de leboratoire), @@ : coefficient d'anisokropie moyen. Les valeurs élevées vont dans le sens d'une amélioration des caractéristiques d'emboutissage. Au vu de ce tableau, les observations suivantes s'imposent immediatement : - en recuit continu, l'invention améliore très sensiblement le coefficient d'anisotropie (col. repérée à la base par la lettre a) et les valeurs obtenues à cet égard semblent indifférentes aux conditions de bobinage à chaud. L'amélioration s'observe également, quoique moins sensible, juste en fin de recristallisation (col. b). Par ailleurs, le coefficient d'anisotropie s'améliore avec la température du recuit dans le cas de l'invention (passage col. b à col. a) alors qu'au contraire elle se dégrade dans la pratique habituelle. Cette observation très importante en faveur de I'invention a été confirmée par des essais ultérieurs dont les résultats sont illustrés par les courbes de la figure unique annexée ou l'on a porté en abscisse la température du produit au cours du recuit et en ordonnée la valeur du coefficient d'anisotropie. Cette figure montre bien une détérioration progressive de ce coefficient dans le cas du réchauffage traditionnel à haute température, et ceci quelles que soient les conditions du bobinage à chaud (diagramme du haut), alors qu 'au-contraire ce même coefficient croit largement dans les mêmes conditions grâce à la mise en oeuvre de l'invention (diagramme du bas). Ces résultats favorables obtenus par l'invention doivent être reliés au fait que pratiquement tout le nitrure d'aluminium est à l'état précipité dès le départ du recuit, alors que, dans la pratique habituelle, il y a très peu de nitrure précipité jusqu' la température de fin de recristallisation (voir col. c) > ce-qui ne pénalise donc pas trop le coefficient d'anisotropie (col. b) . Mais au cours de la poursuite du chauffage la quantité de précipité augmente alors de façon importante (voir col. d) avec pour conséquence une détérioration du coefficient d'anisotropie dans la tôle finale (col. a). Dans le cas de l'invention, l'amélioration très sensible de ce coefficient quand on monte de 6300 à 8000C se reflète dans l'augmentation corrélative de la taille du grain (passage col. e à f), laquelle précisément n'est pas empêchée ou freinée par la précipitation des nitrures, comme cela est clairement le cas dans la pratique habituelle. - en recuit base, on observe que la pratique traditionnelle conduit à de bonnes valeurs pour le coefficient d'anisotropie dans la tôle finale (col. q). Toutefois, les valeurs correspondantes obtenues par la mise en oeuvre de l'invention sont tout aussi bonnes, sinon meilleures dans certains cas (col. g). Si l'on considère les résultats en fin de recristallisation les indications du tableau semblent exprimer un intérêt moindre de l'invention (col. j) En fait, à ce niveau la comparaison est faussé par l'influence de la température, laquelle, on le rappelle, est très différente en fin de recristallisation entre la pratique habituelle et l'invention (plus Xlevsse de IpoDC dans le cas de la pratique habituelle). Comme on vient de le voir, ces résultats dans leur ensemble traduisent l'excellence du procédé selon l'invention. Outre les avantages déjà soulignés auparavant, l'invention présente de nombreux autres avantages parmi lesquels, on peut brièvement mentionner les suivants : - Le procédé conduit au niveau des fours de réchauffage à une perte au feu moindre, donc à une meilleure mise au mille, que dans la pratique habituelle.De plus, les réactions en surface du produit au contact de l'atmosphère sont réduites, ce qui conduit notamment à une pollution et à une décarburation superficielles amoindries ; - La température modérée qu'il faut atteindre au réchauffage, conformément à l'invention, s'accorde parfaitement, non seulement avec les fours de réchauffage classiques à brOleurs, mais également avec un chauffage purement é-lectrique ou avec des techniques plus récentes, dites de chauffage mixte," qui associent un chauffage électrique à un chauffage par combustion ;; - On peut encore signaler une disparition du vieillissement des aciers due à l'absence d'azote libre dans le produit fini, puisque cet azote est piégé dès l'origine par l'aluminium, ou, selon les nuances d'acier, par d'autres éléments tels que le-niobium, le titane, le zirconium, etc.) et le reste tout au long du procédé. - Il faut également souligner que les précipités de nitrures au sein de la brame réchauffée selon l'invention sont plus grogs que ceux obtenus par la pratique habituelle au niveau du bobinage à chaud. Ceci, en principe, est de nature à favoriser la recristallisation. De plus, dans le cas de l'invention, les précipités se localisent dans les joints austéniques, alors que dans la pratique habituelle la précipitation a lieu aux joints ferritiques. Cette autre différence va également dans le sens d'une recristallisation favorisée par la mise en osuvr de l'invention. I1 va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux exemples décrits ci-avant, mais s'étend à de multiples variantes ou équivalents cans la mesure où sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revéndications jointes. En particulier, l'invention, bien que d'application préférentielle aux processus de fabrication par recuit continu, est parfaitement applicable dans le cas du recuit base également, corme en témoignent les indications fournies précédemment. De même, l'invention peut être applicable, en combinaison tant avec le recuit continu de type connu qu'avec un recuit continu "direct", c'est-à-dire en ligne avéc la sortie du laminage à froid et le décapage. REVENDICATIONS 1) Procédé pour l'obtention de tôles minces d'acier laminées à froid et recuites, selon lequel on soumet la brame initiale à un rechauffage en vue du laminage, puis en opère ledit laminage en effectuant une première étape de laminage à chaud suivie, après bobinage à chaud et retour de la tôle à la température ambiante, par une étape de laminage à froid jusqu'à l'épaisseur finale vouluèpuis on traite thermiquement la tôle par une opération de recuit destinée à lui eonfOrer une bonne aptitude à sa mise en forme ultdrieure, procédé caractérisé en ce que l'on réchauffe la brame avant laminage jusqu'à une température sensiblement plus basse que dans la pratique habituelle, à savoir jusqu'à une température située dans l'intervalle de valeurs défini inférieurement par la valeur AC3 de fin de transformation de phase de l'acier considéré, et supirieurement par celle de la mise en solution des précipités, tels des nitrures- ou carbonitrures d'éléments habituellement présents dans l'acier liquide ou que l'on ajoute à cet effet dans le cas contraire. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments présents formant des précipités de nitrures sont pris dans le groupe formé par : aluminium, bore, titane, zirconium,niobium. 3) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit intervalle de valeurs est de 850 à 1O500C environ. 4) Procédé selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la brame à réchauffer est issue directement d'une installation de coulée continue. 5) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de recuit de la tôle est du type "recuit continu0,. 6) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'opération de recuit de la tôle est du type "recuit base". 7) Procédé selon les revendications 1, 3 ou 4 caractérisé en ce que le réchauffage de la brame est opéré au moins en partie dans des fours de réchauffage alimentés en combustibles pauvres tels que du gaz de haut fourneau par exemple.