Brevet FR2736933A1 — publié le 19970124

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE BANDE DE TOLE MINCE A EMBOUTISSABILITE AMELIOREE. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une bande de tôle mince à emboutissabilité améliorée ayant une bonne aptitude à la déformation en expansion et à la déformation en rétreint, ainsi qu'une tôle mince à emboutissabilité améliorée obtenue par ce procédé. Les aciers pour emboutissage, soit en rétreint dans le cadre des aciers pour emballage, soit en expansion dans le cadre des aciers par exemple pour automobile, doivent présenter un certain nombre de caractéristiques particulières pour permettre leur mise en forme. Leur limite d'élasticité Re doit être le plus faible possible pour un niveau de résistance à la rupture Rm donné, afin de faciliter la déformation. Le coefficient d'écrouissage n doit être le plus élevé possible. En effet ce coefficient d'écrouissage définit l'aptitude du matériau à se déformer en expansion et, plus ce coefficient est élevé, mieux le matériau se déforme en expansion. Le coefficient d'anisotropie r(p dans la direction o il est le plus faible et le coefficient d'anisotropie moyen ? doivent également être élevés. En effet, les écrouissages à froid importants que subit la bande de tôle lors du laminage se traduisent, après recuit, par la formation de textures cristallographiques conduisant à une anisotropie des propriétés mécaniques. Son influence sur la limite d'élasticité Re, la résistance à la rupture Rm et l'allongement pour cent à la rupture A% est relativement faible, mais il n'en est pas de même pour l'amincissement de la tôle lors des contraintes subies par la tôle au cours de la mise en forme. Pour mesurer cette anisotropie, on utilise le rapport r(p entre la déformation rationnelle en largeur d'une éprouvette, lors d'un essai de traction, et sa déformation rationnelle en épaisseur, ou (p représente l'angle entre la direction de traction de l'éprouvette et la direction de laminage de la tôle. L'anisotropie moyenne d'un acier est déterminée par le coefficient d'anisotropie moyen r, encore appelé coefficient de Lankford r0 + 2r45 + r90 r = ( (p≤ 0 , 45 , 90 ) 4 o r0, r90 et r45 sont les valeurs des coefficients d'anisotropie r dans les directions longitudinale, transversale et oblique à 45 par rapport à la direction de laminage du flan de tôle. Ce coefficient i représente la capacité d'amincissement de la tôle et pour garantir les meilleures conditions d'emboutissage, c'est à dire un bon écoulement du métal dans toutes les directions, il faut un coefficient de Lankford ? le plus élevé possible. Il est également important que le coefficient d'anisotropie r métal ne va pas trop s'amincir. Le caractère élevé de ces deux coefficients rmini et ? traduisent une bonne aptitude de la tôle à la déformation en rétreint. Il est également important que l'allongement pour cent à la rupture A% soit élevé ce qui traduit une ductilité importante du matériau. Enfin, le module de Young doit également être le plus élevé possible, et un acier est d'autant plus emboutissable qu'il développe ces propriétés. Il est connu pour ce type d'application d'utiliser des aciers standards par exemple un acier ayant la composition suivante en millième de pourcent poids: carbone réduction de 1%. Ce type d'acier présente de bonnes caractéristiques d'emboutissage. Il est également connu d'élaborer des aciers de manière très spécifiques pour augmenter encore les propriétés d'emboutissage, en particulier le coefficient de Lankford r. Par exemple, il existe un acier dont le coefficient de Lankford ? est égal à 3, obtenu en élaborant un acier contenant, en millièmes de pour cent: carbone 2 titane 41 manganèse 120 phosphore 1i1 soufre 1i1 aluminium 45 azote 2 le reste étant du fer, et des résiduels. L'acier ainsi élaboré est laminé à chaud, laminé à froid avec un taux de réduction de 50%, puis recuit à 750 C pendant 20 secondes, relaminé à froid avec un taux de réduction de 77% et recuit une seconde fois à 870 C pendant 20 secondes. Ce type de tôle d'acier présente un coefficient de Lankford f élevé mais ne présente pas forcément les autres propriétés nécessaires à un bon emboutissage, et il est extrêmement coûteux à réaliser essenciellement du fait de la faible teneur en carbone necessaire pour obtenir ce coefficient de Lankford, ainsi que des températures élevées des recuits La présente invention a pour but de proposer un procédé de fabrication d'une bande de tôle mince à emboutissabilité améliorée ayant une bonne aptitude aussi bien à la déformation en expansion qu'à la déformation en rétreint, ainsi qu'un allongement à la rupture amélioré, et qui soit économique à réaliser. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'une bande de tôle mince à emboutissabilité améliorée ayant une bonne aptitude à la déformation en expansion et à la déformation en rétreint, caractérisé en ce qu'il consiste à: - élaborer un acier comprenant en millième de pour cent poids une teneur en carbone inférieure à 20, une teneur en silicium inférieure à 500, une teneur en manganèse inférieure à 1000, une teneur en phosphore inférieure à 100, une teneur en soufre inférieure à 50, une teneur en aluminium inférieure à 100, une teneur en azote inférieure à 10 et aucun, un ou plusieurs éléments parmi le titane, avec une teneur inférieure à 150, le niobium, avec une teneur inférieure à 150, le bore avec une teneur inférieure à 5, le reste étant du fer et des résiduels, - réaliser un laminage à chaud, -réaliser un laminage à froid avec un taux de réduction supérieur à 20%, - réaliser un recuit à une température comprise entre la température de restauration de l'acier et 920 C, - réaliser un second laminage à froid avec un taux de réduction supérieur à 20% en imprimant à la bande de tôle une rugosité déterminée, - effectuer un second recuit à une température supérieure à la température de recristallisation de l'acier. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - l'acier élaboré dans la première étape comprend en millième de pour cent poids une teneur en carbone comprise entre 2 et 20, une teneur en silicium comprise entre 100 et 500, une teneur en manganèse comprise entre 0 et 1000, en teneur en phosphore comprise entre 50 et 100, une teneur en soufre comprise entre 0 et 50, une teneur en aluminium comprise entre 0 et 100, une teneur en azote comprise entre 2 et 8, et un ou plusieurs éléments parmi le titane, avec une teneur comprise entre 0 et 150, le niobium, avec une teneur comprise entre 10 et 50, le bore, avec une teneur comprise entre 0 et 2, le reste étant du fer et des résiduels. - le premier recuit est effectué à une température comprise entre la température de restauration de l'acier et sa température de recristallisation. - le taux de réduction du premier laminage à froid est important et le taux de réduction du second laminage à froid est faible. - le taux de réduction du premier laminage à froid est faible et le taux de réduction de second laminage à froid est important. - le taux de réduction du premier laminage à froid est compris entre 35 et 50 % et le taux de réduction du second laminage à froid est compris entre 65 et 75 %. - le taux de réduction du premier laminage à froid est compris entre 65 et 75 % et le taux de réduction du second laminage à froid est compris entre 35 et 50 %. - Pendant le second laminage à froid, on imprime à la bande de tôle une rugosité moyenne Ra comprise entre 0,9 et 1,7 microns. La présente invention concerne également une bande de tôle mince ayant une bonne aptitude à l'emboutissage obtenue par le procédé selon des caractéristiques ci-dessus. Les caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple. L'invention concerne une bande de tôle mince en acier à emboutissabilité améliorée, c'est à dire présentant une limite d'élasticité faible, un coefficient de Lankford élevé supérieur à 2, de préférence 2,4 dans toutes les directions de la tôle, une consolidation importante, une ductilité importante et un module de Young élevé supérieur à 23.000 kg/mm2. Pour obtenir une telle bande de tôle mince, on élabore dans un premier temps, de manière connue, par exemple au convertisseur d'aciérie, un acier dont la composition en millième de pour cent est la suivante: carbone le reste étant du fer et des résiduels issus du procédé d'élaboration. De manière préférentielle, I'acier a la composition suivante, en millième de pour cent: carbone de 2 à 20 silicium de 100 à 500 manganèse de 0 à 1000 phosphore de 50 à 100 soufre de 0 à 50 aluminium de 0 à 100 azote de 2 à 8 et aucun, un ou plusieurs éléments parmi les suivants: titane de 0 à 150 niobium de 10 à 50 bore de 0 à 2 le reste étant du fer et des résiduels issus du procédé d'élaboration. Compte-tenu de la teneur en carbone de cet acier, qui peut aller jusqu'à 20, il est envisageable de l'élaborer par soufflage argon moins coûteux que la technique du dégazage sous vide. L'acier ainsi élaboré est ensuite coulé en brames puis laminé à chaud. La bande laminée à chaud est ensuite laminée à froid avec un taux de réduction supérieur à 20%. La bande ainsi laminée à froid est ensuite soumise à un recuit à une température comprise entre la température de restauration de l'acier et 920 C, de préférence entre la température de restauration de l'acier et sa température de recristallisation. Le recuit peut être indifféremment un recuit base ou un recuit continu. On effectue ensuite un second laminage à froid avec un taux de réduction supérieur à 20% en imprimant à la bande de tôle une rugosité déterminée. Enfin, on effectue un second recuit à une température supérieure à la température de recristallisation de l'acier. La Demanderesse a constaté qu'il est possible d'augmenter la valeur du coefficient de Lankford r de la tôle afin que celui-ci soit supérieur à 2, de préférence 2,4 lorsque la température du premier recuit s'effectue à une température comprise entre la température de restauration de l'acier et sa température de recristallisation, de préférence à une température égale à la température de restauration de l'acier plus 40 à 60 C. Pour obtenir un module d'Young supérieur à 23.000 kg/mm2 et un coefficient de Lankford supérieur à 2, de préférence 2,4, il est nécessaire que, soit la réduction soit importante lors du second laminage à froid alors que la réduction était faible lors du premier laminage à froid, soit la réduction soit faible lors du premier laminage à froid alors que la réduction était importante lors du premier laminage à froid. Deux cas de figure peuvent donc être envisagés. Le premier cas de figure, dans lequel le taux de réduction du premier laminage à froid est faible, tout en étant supérieur à 20%, de préférence de l'ordre de 35 à 50 %, et le taux de réduction du second laminage est important, de préférence de l'ordre de 65 à 75 %. Le second cas de figure, dans lequel le taux de réduction du premier laminage à froid est important, de préférence de l'ordre de 65 à 75 % et le taux de réduction du second laminage à froid est faible, tout en étant supérieur à 20%, de préférence de l'ordre de 35 à 50 %. Pour obtenir les qualités d'emboutissabilité requises, il est également intéressant pendant le second laminage à froid de la tôle, d'imprimer sur celle-ci au moyen des cylindres de laminage une rugosité requise. A titre d'exemple, la rugosité imprimée est telle que la rugosité moyenne Ra est comprise entre 0,9 et 1,7 microns. De préférence, la rugosité moyenne Ra est comprise entre 1,2 et 1,7 pour favoriser l'emboutissage. Mais si on désire obtenir un aspect plus brillant à la tôle, tout en conservant une bonne emboutissabilité, on imprime à la tôle une rugosité moyenne Ra comprise entre 0,9 et 1,4 microns. Cette opération permet en supprimant l'opération de skin-pass de garantir un coefficient de Lankford élevé supérieur à 2, de préférence 2, 4 et une limite d'élasticité faible car l'opération de skin-pass a pour conséquence d'augmenter la limite d'élasticité du métal, et de dégrader le coefficient d'écrouissage h. De plus, le fait de s'affranchir de l'opération de skin-pass permet de supprimer une étape dans la fabrication de la bande de tôle et par conséquent en diminue le coût. Plusieurs essais ont été réalisés avec plusieurs types d'acier dont les compositions sont les suivantes en millième de pour cent, le complément étant du fer: TYPED'ACIER C Si Mn P S AI N i Nb B A 3,9 4 142 13 5 40 3,2 65 B 8 6 187 4 9 30 3,6 109 I I C 3 9 140 8 5 35 3 56 / I Comme on peut le constater, les aciers A et B sont des aciers conformes à l'invention et l'acier C correspond à une composition selon l'état de la technique. La température de restauration de l'acier A, qui a été élaboré avec un premier recuit base, est égale à 450 C et sa température de recristallisation est égale à 680 C. La température de restauration de l'acier B, qui a été élaboré avec un premier recuit continu, est égale à 450 C et sa température de recristallisation est égale à 630 C. Chacun des trois types d'acier a ensuite subi des traitements de laminage et de recuit différents et on a ainsi réalisé plusieurs bandes de tôle d'épaisseur inférieure à 1 mm. Dans chaque tôle, on a prélevé une série d'éprouvettes et réalisé les divers essais pour déterminer les paramètres caractéristiques de cet acier. Le tableau ci-après récapitule ces divers traitements et caractéristiques. Acier Taux de Température 1 erTaux de Température Re Rm A Ag P rT nT dr r n réduction du 1er recuit réduction du 2ème recuit (MPa) (MPa) (%) (%) (%) laminage (%) (C) 2ème laminage (C) A 50 500 70 800 136 307 42,8 25,6 0 2,68 0,256 0,53 2,09 0,256 A 50 560 70 800 136 310 42,5 25,1 0 2,48 0,254 0,45 2,00 0,256 A 50 600 70 800 142 312 44 25,1 O 2,56 0,25 0,29 2,1 0,255 A 50 640 70 800 134 299 44,6 25,7 0 2,6 0,252 0,68 2,02 0,253 A 70 500 50 800 138 307 41,8 25,3 0 2,63 0,254 0,47 2,1 0,255 A 70 560 50 800 135 308 42,8 254 0 2,7 0,254 0,44 2,13 0,256 o A 70 600 50 800 136 306 42,4 24,9 0 2,37 0,248 0,31 2,00 0,254 A 70 640 50 800 132 293 42,1 24,7 0 2,53 0,247 0,51 2,05 0,248 A 50 705 70 705 133 287 46 25,7 O 3,25 0,248 0,8 2,82 0,247 A 50 705 70 800 170 299 42,9 23,8 O 2,9 0,23320,35 2,37 0,232 B 79 800 50 800 105 288 43,3 25,7 O 3,23 0,260 0,09 305 0,254 B 79 800 39 800 103 286 44,4 25,8 0 3,62 0,265 0,23 2,90 0,271 B 79 800 61 800 105 290 45,7 27,6 0 3,650,2781,2 314 0,270 C 80 800 165 306 40,9 23,4 0 2,480,235 2, 09 0,238 r.l:r C ______ _____ 80 800 165 306 40,9 23,4 O 1 0235,0083 Comme on le voit dans ce tableau, l'acier de l'invention permet d'obtenir par rapport à l'acier C de l'état de la technique, un gain significatif en terme de ductilité et en terme d'emboutissabilité. L'avantage d'imprimer une rugosité contrôlée pendant le second laminage à froid permet d'obtenir une limite d'élasticité Re sensiblement plus faible que si on s'abstenait d'imprimer cette rugosité. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une bande de tôle mince à emboutissabilité améliorée ayant une bonne aptitude à la déformation en expansion et à la déformation en rétreint, ainsi qu'un allongement à la rupture amélioré, caractérisé en ce qu'il consiste à: - élaborer un acier comprenant en millième de pour cent poids une teneur en carbone inférieure à 20, une teneur en silicium inférieure à 500, une teneur en manganèse inférieure à 1000, une teneur en phosphore inférieure à 100, une teneur en soufre inférieure à 50, une teneur en aluminium inférieure à 100, une teneur en azote inférieure à 10 et aucun, un ou plusieurs élément parmi le titane, avec une teneur inférieure à 150, le niobium, avec une teneur inférieure à 150, le bore, avec une teneur inférieure à 5, le reste étant du fer et des résiduels, - réaliser un laminage à chaud, - réaliser un laminage à froid avec un taux de réduction supérieur à 20%, - réaliser un recuit à une température comprise entre la température de restauration de l'acier et 920 C, - réaliser un second laminage à froid avec un taux de réduction supérieur à 20% en imprimant à la bande de tôle une rugosité déterminée, - effectuer un second recuit à une température supérieure à la température de recristallisation de l'acier. 2. Procédé de fabrication d'une bande de tôle mince à emboutissabilité améliorée selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acier élaboré dans la première étape comprend en millième de pour cent poids une teneur en carbone comprise entre 2 et 20, une teneur en silicium comprise entre 100 et 500, une teneur en manganèse comprise entre 0 et 1000, une teneur en phosphore comprise entre 50 et 100, une teneur en soufre comprise entre 0 et 50, une teneur en aluminium comprise entre 0 et 100, une teneur en azote comprise entre 2 et 8, et un ou plusieurs éléments parmi le titane, avec une teneur comprise entre 0 et 150, le niobium, avec une teneur comprise entre 10 et 50, le bore, avec une teneur comprise entre 0 et 2, le reste étant du fer et des résiduels. 3. Procédé de fabrication d'une bande de tôle mince à emboutissabilité améliorée selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le premier recuit est effectué à une température comprise entre la température de restauration de l'acier et sa température de recristallisation. 4. Procédé de fabrication d'une bande de tôle mince à emboutissabilité améliorée selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le taux de réduction du premier laminage à froid est important et le taux de réduction du second laminage à froid est faible. 5. Procédé de fabrication d'une bande de tôle mince à emboutissabilité améliorée selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le taux de réduction du premier laminage à froid est faible et le taux de réduction du second laminage à froid est important. 6. Procédé de fabrication d'une bande de tôle mince à emboutissabilité améliorée selon la revendication. 4, caractérisé en ce que le taux de réduction du premier laminage à froid est compris entre 35 et 50 % et le taux de réduction du second laminage à froid est compris entre 65 et 75 %. 7. Procédé de fabrication d'une bande de tôle mince à emboutissabilité améliorée selon la revendication 5, caractérisé en ce que le taux de réduction du premier laminage à froid est compris entre 65 et 75 % et le taux de réduction du second laminage à froid est compris entre 35 et 45 %. 8. Procédé de fabrication d'une bande de tôle mince à emboutissabilité améliorée selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant le second laminage à froid, on imprime à la bande de tôle une rugosité moyenne Ra comprise entre 0,9 et 1,7 microns. 9. Bande de tôle mince à emboutissabilité améliorée ayant une bonne aptitude à la déformation en expansion et o la déformation en rétreint, caractérisé en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon les revendications 1 à 8.