Brevet FR2755150A1 — publié le 19980430

! Acier ferritique à très basse teneur en carbone, doté de propriétés de déformation élevées et d'une excellente résistance à la corrosion. La présente invention concerne un acier ferritique à très basse teneur en carbone, doté de propriétés de déformation élevées et d'une excellente résistance à la corrosion. De nombreux aciers sont développés pour résister à la corrosion atmosphérique. Il s'agit, en général, d'aciers contenant notamment dans leur composition du cuivre, du phosphore, du chrome et des teneurs en io carbone d'environ 0,08%. Il est connu, par exemple, des aciers patinables comme les aciers INDATEN ou CORTEN qui ne résistent cependant qu'à la corrosion atmosphérique lorsque l'atmosphère ne contient pas de polluants agressifs. Dans un autre domaine, il est connu également des aciers qui sont élaborés pour résister à la corrosion marine ou à la corrosion fissurante. D'une autre manière, I'amélioration de la résistance à la corrosion des structures en acier est réalisée par des revêtements métalliques, organiques ou minéraux de plus en plus complexes. La modification de la composition intrinsèque de l'acier reste cependant une voie d'amélioration non négligeable. Le but de l'invention est de proposer un acier contenant dans sa composition une très basse teneur en carbone, et présentant, d'une part, de bonnes propriétés mécaniques, en particulier dans le domaine de l'allongement et, d'autre part, d'excellentes propriétés de résistance notamment à la corrosion perforante et atmosphérique. L'invention a pour objet un acier ferritique à très basse teneur en carbone doté de propriétés de déformation élevées et d'une excellente résistance à la corrosion, caractérisé en la composition pondérale suivante: carbone 8500C, - un refroidissement jusqu'à une température comprise entre 450 C et 650 C, - un bobinage. La description qui suit et la figure annexée, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre l'invention. La figure unique présente des courbes caractéristiques de mesure de dissolution anodique de différents aciers du commerce comparées à celles de deux exemples d'acier de l'invention. Les aciers, pour des pièces de structure, de liaison mécanique, notamment, dans le domaine automobile ou ferroviaire, doivent permettre de répondre aux exigences de plus en plus draconiennes, d'une part, du point de vue de la résistance à la corrosion et, d'autre part, du point de vue de la mise en forme et des caractéristiques mécaniques. L'acier selon l'invention est un acier laminé à chaud à très basse teneur en carbone, contenant du cuivre, doté de propriétés de déformation élevées et d'une excellente résistance à la corrosion, caractérisé en la composition pondérale suivante carbone le reste étant du fer et des impuretés inhérentes à l'élaboration. La composition de l'acier permet d'obtenir une microstructure essentiellement ferritique. L'acier peut contenir en outre au moins un élément d'alliage choisi parmi le niobium, le titane, le molybdène. La limitation de la teneur en carbone évite une détérioration des propriétés mécaniques de l'acier. Selon la teneur en carbone et en niobium, la structure est plus ou moins affinée et peut présenter des Flots de phases carburées. L'acier contient peu de phases carburées du fait de la faible teneur en carbone, ne comporte pas d'hétérogénéités électrochimiques et a une meilleure tenue à la corrosion par dissolution ou corrosion perforante. Le phosphore associé au cuivre génère une couche de rouille dense et étanche qui protège l'acier. Le niobium qui affine les grains et réduit la taille des phases carburées, participe à l'amélioration des caractéristiques mécaniques et de la tenue à la corrosion. En addition, le titane augmente les caractéristiques mécaniques de I'acier et le molybdène améliore la résistance à la corrosion généralisée. Le procédé d'élaboration d'une tôle laminée à chaud à partir de la composition de l'acier comprend - un laminage à chaud à une température de laminage supérieure à 850 C, - un refroidissement jusqu'à une température comprise entre 450 C et 650 C, - un bobinage à une température comprise entre 450 C et 650 C, et de préférence à la température de 550 C. Le laminage à chaud est effectué à une température d'environ C au- dessus du point AR3 qui peut varier entre 800 C et 820 C en fonction de la composition, la température de bobinage étant définie en fonction des épaisseurs de tôles réalisées, épaisseurs comprises généralement entre 1,5 et 6 mm. Du point de vue des caractéristiques mécaniques, les valeurs d'allongement et de coefficient d'écrouissage sont particulièrement élevées. Les caractéristiques mécaniques moyennes sont présentées dans lo le tableau 1 suivant: Tableau 1. Limite élastique Re: de 310 MPa à 440 MPa. limite à la rupture Rm: de 415 MPa à 510 MPa. Allongement à la rupture A%: de 28% à 44%. Coefficient d'écrouissage n: de 0,19 à 0,24. Le tableau 2 suivant présente quatre exemples de composition selon l'invention. Les teneurs sont exprimées en millième de %. Tableau 2. Acier C Mn Si P S AI Cu Ni N Nb A 3 1195 178 83 B 20 1245 289 84 C 3 1240 235 81 D 20 1260 250 53 Le tableau 3 présente les caractéristiques mécaniques respectivement en limite à la rupture, en limite élastique, en allongement et en coefficient d'écrouissage pour les exemples de composition du tableau 2. Tableau 3. Acier Rm(MPa) Re(MPa) Ag(%) A(%) n (4%-Rm) Limite Limite Allongement Allongement Coefficient à la rupture élastique réparti rupture d'écrouissage A 415 320 22 44 0,23 B 440 345 20,5 38 0,24 C 501 439 17 28 0,19 D 503 434 16,5 28 0,19 Du fait de la structure essentiellement ferritique très homogène, et grâce aux teneurs en cuivre et en phosphore, I'acier selon l'invention présente une résistance à la corrosion supérieure à celle des aciers laminés à chaud conventionnels. Le niobium, qui peut être introduit dans la composition de l'acier, améliore la résistance au brouillard salin et à la dissolution anodique. Différents essais de résistance à la corrosion ont été réalisés en comparant l'acier A et B selon l'invention avec des aciers conventionnels référencés HR 45 et INDATEN dont les compositions sont présentées dans le tableau 4. Les teneurs sont exprimées en millième de %. Tableau 4. Acier C Mn Si P S AI Cu Ni N Nb Cr HR45 154 652 6 12 INDATEN 76 520 288 75 6 35 306 120 45 Dans un test de corrosion atmosphérique, des échantillons comportant une surface rectifiée sont exposés pendant six mois en extérieur en zone industrielle. Les pertes de masse due à la corrosion atmosphérique, exprimées en g/m2, sont présentées dans le tableau 5 suivant. Tableau 5 Acier Perte de masse Amélioration comparée par rapport moyenne (g/m2) à la référence HR45 (%) HR45 239 0 INDATEN 175 +27 Acier A 140 +41 Acier B 156 +35 Dans un test de corrosion perforante, corrosion qui se manifeste principalement dans des zones confinées comme des sertissages, des corps creux, des joints de tôles superposées, les échantillons testés sont composés de deux tôles juxtaposées et assemblées par soudage. Les échantillons sont soumis à 14 cycles de corrosion du type 3C Renault, puis désoudés et coupés pour effectuer une analyse micrographique déterminant les profondeurs moyennes d'attaque par corrosion. Le tableau 6 suivant présente les valeurs de la profondeur moyenne et maximale d'attaque par corrosion des aciers A et B selon l'invention, comparées aux valeurs de la profondeur moyenne et maximale d'attaque des échantillons réalisés avec les aciers de référence HR 45 et INDATEN. Tableau 6 Acier Attaque moyenne (pm) Attaque maximale (pm) HR 45 380 880 INDATEN 280 685 Acier A 168 334 Acier B 210 332 On peut remarquer que les aciers selon l'invention résistent bien mieux à la corrosion perforante que les aciers conventionnels. Dans un test de corrosion au brouillard salin, des échantillons sont 0o exposés pendant 600 heures, 1000 heures et 1300 heures dans une enceinte à brouillard salin à une température de 35 C, I'atmosphère contenant 5% de NaCI. Le tableau 7 présente les valeurs moyennes de perte de masse en g/m2 des aciers A; B; C; et D selon l'invention, comparées aux valeurs moyennes de perte de masse des aciers de référence HR 45 et INDATEN, le temps d'exposition des échantillons étant de 1300 heures. Tableau 7. Acier Perte moyenne de masse Amélioration par rapport en g/m2 à l'acier RH 45 (%) RH45 1680 0 INDATEN 1665 +1% Acier A 1050 +37 Acier B 1170 +30 Acier C 880 +48 Acier D 970 +42 Dans un test de dissolution anodique, les échantillons sont traités dans un bain de NaCI à 3% pendant 4 heures sous un potentiel de +350 mV par rapport au potentiel de corrosion. La figure unique présente des courbes d'intensité de dissolution anodique en fonction du temps pour les aciers B et C selon l'invention et pour les aciers de référence. Ces courbes montrent que l'acier de l'invention a un comportement similaire voire supérieur à celui des aciers conventionnels, dits résistants à la corrosion atmosphérique. D'autre part, il présente une résistance remarquable à la corrosion marine et à la corrosion chimique dans le test suivant la norme ASTM G31, test dans lequel la solution d'attaque acide est composée de 11,5% H2S04, 1,2% HCI, 1% CuCI2,1% FeCI3. REVENDICATIONS. 1. Acier ferritique à très basse teneur en carbone, doté de propriétés de déformation élevées et d'une excellente résistance à la corrosion, caractérisé en la composition pondérale suivante carbone en outre moins de 0,08% de niobium. 3. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre moins de 0,05% de titane. 4. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre moins de 0,3% de molybdène. 5. Procédé d'élaboration d'un acier ferritique selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'acier de composition pondérale suivante: carbone 850 C, - un refroidissement jusqu'à une température comprise entre 450 C et 650 C, - un bobinage. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la composition de l'acier comprend en outre moins de 0,08% de niobium. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la composition de l'acier comprend en outre moins de 0,05% de titane. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la composition de l'acier comprend en outre moins de 0,3% de molybdène.