Brevet FR2836930A1 — publié le 20030912

Acier laminé à chaud à très haute résistance et de faible densité. L'invention concerne un acier laminé à chaud, à très haute résistance et de faible densité, issu d'un train de laminage à bande. L'allègement des véhicules automobiles devient une nécessité de par l'imposition de diminuer les émissions de C02 à 140g/Km en 2008. Cet allègement ne peut être réalisé qu'en augmentant le niveau de résistance mécanique des aciers pour compenser la diminution d'épaisseur des tôles. Il est donc nécessaire d'augmenter les caractéristiques mécaniques tout en réduisant les épaisseurs des tôles avec lesquelles sont réalisées les pièces utilisées. Cette démarche trouve ses limites avec la diminution de la rigidité des pièces et l'apparition de vibrations et de bruits rédhibitoires dans les applications visées du domaine de l'automobile où le bruit est un élément d'inconfort. Dans le domaine des aciers plats laminés à chaud, dont les caractéristiques mécaniques sont obtenues par laminage contrôlé sur train à large bande, le niveau de résistance le plus élevé est obtenu avec les aciers THR de structure bainitique, qui permettent d'atteindre un niveau de résistance mécanique compris entre 800 MPa et 1000 MPa, mais leur densité est celle d'un acier courant, c'est-à-dire une densité de 7,8 g/cm3. Il est par ailleurs possible d'obtenir un acier de plus faible densité en utilisant un élément d'addition tel que l'aluminium, acier dans lequel un ajout de 8,5% d'aluminium permet d'abaisser la densité jusqu'à 7g/cm3. Cette solution ne permet pas d'atteindre des niveaux de résistance mécanique supérieure à 480 MPa. L'ajout d'autres éléments d'addition comme le chrome, le vanadium et le niobium, à des teneurs allant respectivement jusqu'à 1%, 0,1%, 0,4%, ne permet pas de dépasser en résistance mécanique un niveau de 580 MPa. Dans cette démarche, le gain en densité est annihilé par la faiblesse des caractéristiques en résistance mécanique obtenues. Le but de l'invention est de proposer aux utilisateurs de tôles d'acier laminées à chaud une tôle de faible densité et comportant des niveaux de résistance comparables aux tôles d'acier à haute résistance mécanique actuellement utilisé voire d'un niveau supérieur, et cela, afin de cumuler les deux avantages de faible densité et de résistance mécanique élevée. L'invention a pour objet un acier laminé à chaud à très haute résistance et de faible densité, caractérisé en la composition générale pondérale suivante : 0, 001% carbone 0, 3% 0,05% pouvant contenir les éléments de durcissement : 0,01 % niobium 0, 1% 0, 01% # titane # 0, 2% 0,01 vanadium : g 0,2%, pris seul ou en combinaison, et/ou les éléments agissant sur les températures de transformation, 0,0005% 0,05% # nickel # 2% 0,05% chrome 2% 0,05% 2% # silicium # 10%, 1% # aluminium # 10%. Sous une forme de l'invention, l'acier comporte dans sa composition pondérale, 0, 001 % carbone 0,05% manganèse 2% Sous une autre forme de l'invention, l'acier comporte dans sa composition pondérale, 0,004% 0,08% manganèse 2% # silicium # 6%, 1% # aluminium # 6% en condition de laminage austénitique. La description qui suit et la figure annexée fera bien comprendre l'invention. La figure unique est une courbe présentant l'évolution de la densité d'un acier en fonction de la teneur en silicium, en aluminium et/ou silicium plus aluminium. L'acier laminé à chaud sur train à bande selon l'invention comporte une caractéristique en résistance mécanique élevée et une faible densité obtenue par l'utilisation d'éléments d'alliage de basse densité intrinsèque et ayant du point de vue métallurgique un effet durcissant par solution solide. L'acier à la composition générale pondérale suivante : 0, 001 % carbone 0,05% manganèse 0, 01 % smob) um 2% : silicium s 10%, 1% s aluminium s 10%. L'élément durcissant essentiel est le silicium. # allie à lui seul, les propriétés de résistances mécaniques élevées et sa très faible densité. Le durcissement peut être renforcé par addition d'élément de micro alliage comme le niobium, le titane, le vanadium, les deux derniers, moins denses que le fer. L'acier selon l'invention peut atteindre des niveaux de résistance mécanique dépassant 1000 MPa et des densités jusqu'à 7 g/cm3 suivant les teneurs en élément silicium et en éléments d'addition. L'ajout en silicium dans des teneurs pouvant aller jusqu'à 10% pour des caractéristiques mécaniques élevées, associé à l'ajout d'aluminium élément léger, permet de réaliser des aciers selon l'invention ayant une densité voisine de 7 g/cm3 ou encore plus faible comme le montre la figure unique. Le silicium, élément durcissant en solution solide, permet d'atteindre des niveaux de résistance élevés, l'aluminium étant un élément d'allègement, son effet n'étant pas très significatif sur le niveau de résistance mécanique. Selon une forme de l'invention, l'acier se caractérise en ce qu'il comporte dans sa composition pondérale : 0, zu carbone s 0, 006% 0, 05% : : ; manganèse Le laminage est réalisé entièrement dans le domaine ferritique, c'est-à-dire à une température inférieure à AR3. Cet acier présente une anisotropie de caractéristique mécanique entre le sens de laminage et le sens travers. Il peut être utilisé pour la réalisation de pièces obtenues, par exemple, par profilage. Selon une autre forme de l'invention l'acier se caractérise en ce qu'il comporte dans sa composition pondérale : 0,004% 0,08% 2% : : ; silicium : : ; 6%, 1% aluminium Le couple carbone-manganèse est choisi afin d'avoir une température de transformation AR3 inférieure à la température de laminage pour garantir un laminage entièrement austénitique. Le tableau 1 suivant, présentant différentes analyses selon l'invention, montre l'avantage du silicium et de l'aluminium du point de vue de la densité de l'acier. Il présente également de manière comparée, l'influence du silicium et de l'aluminium. TABLEAU 1. C% Mn% Si% AI% Rm Densité Remarques (MPa) A 0,24 2,46 1,83 0, 1 1423 7,74 Laminage austénitique B 0,23 2,53 3,06 1,28 902 7,54 Laminage austénitique C 0, 12 2,55 4,09 0, 1 1296 7,55 Laminage austénitique D 0, 07 2,67 5, 28 5 1400 7,14 Laminage austénitique E 0,068 1,29 3,23 1,423 750 7,52 Laminage austénitique F 0,079 1,21 1,44 3,25 587 7,44 Non conforme Rm trop faible. G 0,042 1,37 3,27 1,43 760 7, 51 Laminage austénitique H 0,204 2,62 0, 1 8,05 673 7, 02 Non conforme Rm trop faible. 1 0, 048 0,53 3,19 1, 1 750 7, 56 Laminage ferritique J 0, 0036 0,13 3,2 0,9 769 7,57 Laminage ferritique Les données, présentées que le tableau 1, montrent que l'aluminium seul ne permet pas d'obtenir à la fois une faible densité de l'acier et un haut niveau de résistance dudit acier. Les niveaux de résistance les plus élevés sont obtenus pour un acier en condition de laminage austénitique. Le niveau de résistance mécanique peut être ajusté par des teneurs en carbone et manganèse et/ou d'autres éléments d'addition comme présentés ci-dessus. Certaines opérations, comme par exemple un re laminage ou recuit, peuvent être utilisées pour modifier ou ajuster le niveau des propriétés mécaniques. Les données du tableau 1 montrent que le silicium permet une diminution de la densité de manière comparable à l'aluminium mais permet aussi d'obtenir un niveau de résistance mécanique bien supérieur. Du point de vue du procédé d'élaboration : Dans le cas d'un laminage ferritique, les conditions de refroidissement visent à éviter un durcissement trop important et une recristallisation de grain ferritique. La température de laminage doit être inférieure à AR3 et elle est comprise entre 900 C et 800 C. La température de bobinage est de l'ordre de 800 C. La vitesse de refroidissement est supérieure à 5 C/seconde et de préférence comprise entre 20 C/seconde et 60 C/seconde. Dans l'exemple de l'acier référencé J, la température de laminage est de 860 C, la température de bobinage de 690 C, et la vitesse de refroidissement de 40 C/ seconde, ce qui donne à l'acier une résistance mécanique de 769 MPa. Dans le cas d'un laminage austénitique, la température de laminage doit être supérieure à la température AR3 afin d'obtenir une transformation complète de la structure. Cette température, celle du bobinage et la vitesse de refroidissement, sont ajustées en fonction du niveau de résistance demandé. Dans l'exemple de l'acier référencé E, la température de laminage est de 895 C, et la température de bobinage de 600 C, avec une vitesse de refroidissement de 49 C/seconde, ce qui donne à l'acier une résistance mécanique de 750 MPa. L'abaissement de la température de bobinage permet d'augmenter le niveau de résistance mécanique. C'est le cas de l'exemple de l'acier référencé B, la température de bobinage est de 20 C avec une vitesse de refroidissement de 5 C/seconde, permettant d'atteindre un niveau de résistance mécanique de 902 MPa. Si on augmente la vitesse de refroidissement pour un acier référencé C réalisé avec un laminage à une température de 870 C, un bobinage à une température de 1200C et une vitesse de refroidissement de 130 C, on obtient un acier avec une résistance mécanique de 1296 MPa. Selon l'invention, l'acier proposé répond à deux besoins contradictoires du domaine des aciers laminés à chaud d'une part, des propriétés mécaniques élevées et d'autre part, une faible densité. Les solutions existantes pour réaliser des aciers de très hauts niveaux de résistance mécanique sont basées sur l'utilisation d'éléments d'addition ne permettant pas une forte variation de la densité, et les solutions existantes pour réaliser des aciers de faible densité sont basées surrutilisation d'éléments d'addition ne permettant pas d'atteindre de haut niveau de résistance mécanique. L'acier de l'invention combine ces deux propriétés, à savoir, un haut niveau de résistance mécanique et une très faible densité pour un allègement de pièce utilisable dans l'automobile. REVENDICATIONS. 1. Acier laminé à chaud à très haute résistance et de faible densité caractérisé en la composition générale pondérale suivante : 0,001 % # carbone # 0, 3% 0,05% # manganèse # 3% pouvant contenir les éléments de durcissement : 0,01 % # niobium # 0, 1 % 0, 01% titane # 0, 2% 0,01 # vanadium 0,0005% # bore # 0,005% 0,05% # nickel # 2% 0,05% # chrome # 2% 0,05% # molybdène 2%, pris seul ou en combinaison, le reste étant du fer et des éléments inhérents à l'élaboration, caractérisé en ce qu'il comporte : 2% # silicium # 10%, 1% # aluminium # 10%. 2. Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte : 0, 001 % s carbone s 0, 006% 0,05% # manganèse # 0,8% 2% # silicium 10%, 1 % # aluminium # 10% en condition de laminage ferritique. 3. Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte : 0,004% # carbone 0, 08% : : ; manganèse 2% : silicium idum