Brevet FR2850671A1 — publié le 20040806

Réf. USI 02/003 Procédé de fabrication d'une bande d'acier dual-phase à structure ferritomartensitique, laminée à froid et bande obtenue La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une bande d'acier dual-phase à structure ferrito-martensitique, laminée à froid, et la bande pouvant être obtenue par ce procédé, qui est plus particulièrement destinée à la fabrication de pièces pour automobile par emboutissage 10 profond. Les aciers à très haute résistance ont été développés ces dernières années, notamment afin de répondre aux besoins spécifiques de l'industrie automobile, qui sont en particulier la réduction du poids et donc de l'épaisseur des pièces, et l'amélioration de la sécurité qui passe par l'augmentation de la 15 résistance à la fatigue et de la tenue aux chocs des pièces. Ces améliorations ne doivent en outre pas détériorer l'aptitude à la mise en forme des tôles utilisées pour la fabrication des pièces. Ainsi, on a développé des aciers dits dual-phase, dont la structure est ferrito-martensitique et qui permettent d'atteindre des résistances à la traction 20 Rm de plus de 400 MPa, mais qui ne présentent pas de bonnes caractéristiques d'emboutissabilité, car leur coefficient d'anisotropie r moyen est proche de 1. Par ailleurs, leur aptitude à la galvanisation est mauvaise, car ils contiennent de fortes quantités de silicium ou d'autres éléments néfastes au bon mouillage de la surface de la bande par le zinc en fusion. Par ailleurs, on connaît des aciers dont la structure est monophasée et qui présentent un coefficient moyen d'anisotropie F élevé, mais ont des caractéristiques mécaniques moyennes, avec une résistance à la traction Rm ne dépassant pas 400 MPa. On citera à titre d'exemple les aciers à bas interstitiels, ou les aciers 30 calmés à l'aluminium et re-phosphorés. Les tentatives d'amplifier les mécanismes de durcissement classiques pour ces types d'acier ne permettent pas d'améliorer sensiblement leurs caractéristiques mécaniques. En outre, cet acier doit être apte à la galvanisation. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des aciers de l'art antérieur en proposant une bande d'acier apte à l'emboutissage 5 profond, et présentant à la fois d'excellentes caractéristiques mécaniques et d'excellentes caractéristiques d'anisotropie. A cet effet, I'invention a pour premier objet un procédé de fabrication d'une bande d'acier dual-phase à structure ferrito-martensitique, laminée à froid caractérisé en ce qu'on lamine à chaud une brame dont la composition 0io chimique comprend, en poids: 0,010% Dans un mode de réalisation préféré, la composition chimique comprend en outre, en poids: 0,020% Le procédé selon l'invention peut également comprendre les caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison: - on lamine la bande à chaud à une température supérieure à 850 C, - on bobine la bande à chaud à une température comprise entre 550 et 750 C, - on lamine à froid la bande avec un taux de réduction compris entre 70 et 80%, - le recuit continu de la bande laminée à froid comprend une phase de 20 montée en température, puis une phase de maintien à une température prédéterminée, la température de maintien est comprise entre Acd et 900 C, - la température de maintien est comprise entre 750 et 850 C, - le refroidissement jusqu'à la température ambiante comprend un 25 premier refroidissement lent entre la température de maintien et 600 C, au cours duquel la vitesse de refroidissement est inférieure à 50 C/s, puis un second refroidissement à une vitesse plus élevée et comprise entre 100 C/s et 1500 C/s, jusqu'à la température ambiante. L'invention a également pour deuxième objet une bande d'acier dualphase à structure ferrito-martensitique, laminée à froid, dont la composition chimique comprend, en poids: 0,010% Dans un mode de réalisation préféré, la composition de la bande est la suivante: 0,020% La bande selon l'invention peut également comprendre les caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison: - elle présente une résistance à la traction Rm supérieure à 450 MPa, - elle présente une résistance à la traction Rm supérieure à 500 MPa, - elle présente une résistance à la traction Rm supérieure à 600 MPa, - elle présente un coefficient d'anisotropie moyen r supérieur à 1,1, - elle présente un coefficient d'anisotropie moyen r supérieur à 1,3, 30 - elle comporte en outre entre 1% et 10% de martensite, - elle comporte en outre entre 5% et 8% de martensite. Le procédé selon l'invention consiste à laminer à chaud une brame de composition spécifique, puis à bobiner la bande à chaud obtenue à une température comprise entre 550 et 8500C. Ce bobinage à température élevée est en effet favorable au 5 développement de ce que l'on appelle une texture, c'est à dire une structure anisotrope. Un tel bobinage permet en effet de faire coalescer la précipitation de cémentite Fe3C, et de réduire la quantité de carbone remise en solution lors du recuit, nocive au développement de la texture de recristallisation. Le procédé consiste ensuite à laminer à froid la bande avec un taux de 10 réduction compris entre 60 et 90%, puis à la recuire la bande de façon continue dans le domaine intercritique. Le recuit intercritique permet de re-dissoudre la majorité des phases carburées formées lors du bobinage après la recristallisation. Le fait que l'austénitisation et la dissolution des phases carburées intervienne après la 15 recristallisation permet de conserver le carbone piégé lors de la recristallisation et de le libérer une fois que la texture de la ferrite recristallisée est développée. La texture ne sera donc pas affectée par le carbone en solution solide, comme dans le cas d'un bobinage à basse température, mais uniquement altérée par le caractère isotrope de la martensite formée. Le procédé consiste ensuite à refroidir la bande jusqu'à la température ambiante, en une ou plusieurs étapes, la vitesse de refroidissement entre 6000C et la température ambiante étant comprise entre 1000C/s et 15000C/s, et éventuellement à lui faire subir un revenu à une température inférieure à 3000C. Cette phase de refroidissement rapide permet de former de la martensite dans la structure de l'acier, ce qui permet d'obtenir de très bonnes caractéristiques mécaniques. Cependant, on veille à ne pas former trop de martensite, car celle-ci est isotrope et réduit donc le coefficient moyen d'anisotropie r. La trempe a l'eau permet de former des proportions importantes de phases carburées par rapport à l'analyse considérée. On peut réduire la fraction de phase martensitique formée en abaissant la température de maintien vers des valeurs plus basses dans le domaine intercritique, ou bien encore en pratiquant un refroidissement lent avant trempe. On peut également réduire la différence de dureté entre la matrice 5 ferritique et la phase martensitique, en refroidissant plus lentement la bande ou en pratiquant un court revenu, de l'ordre d'une minute, de la phase martensitique formée après trempe à l'eau. La composition selon l'invention comprend du carbone à une teneur comprise entre 0,010% et 0,100%. Cet élément est essentiel à l'obtention de io bonnes caractéristiques mécaniques, mais ne doit pas être présent en trop grande quantité, car il générerait la formation d'une trop grande proportion de phase martensitique. Elle comprend également du manganèse à une teneur comprise entre 0,050% et 1,0%. Le manganèse améliore la limite d'élasticité de l'acier tout en 15 réduisant fortement sa ductilité, ce pour quoi on limite sa teneur. La composition comprend également du chrome à une teneur comprise entre 0, 010% et 1,0% qui aide à la formation recherchée de martensite. La composition comprend également du silicium à une teneur comprise entre 0,010% et 0,50%. Il améliore fortement la limite d'élasticité de l'acier 20 tout en réduisant faiblement sa ductilité et en détériorant sa revêtabilité. La composition comprend également du phosphore à une teneur comprise entre 0,001% et 0,20%, qui durcit la microstructure sans affecter sa texture. La composition comprend également de l'aluminium à une teneur 25 comprise entre 0,010% et 0,10% qui évite le vieillissement en piégeant l'azote. Exemples A titre d'exemple non limitatif, et afin de mieux illustrer l'invention, deux nuances d'acier ont été élaborées. Leur composition, en millièmes de pourcent est donnée dans le tableau suivant: C Mn Cr Si P AI N A 60 600 70 70 20 56 5 B 43 373 76 13 22 56 5,7 Le reste des compositions est constitué de fer et d'impuretés inévitables 10 résultant de l'élaboration. Abréviations employées Re: limite d'élasticité en MPa Rm: résistance à la traction en MPa 15 r: coefficient d'anisotropie P: palier %m: proportion de martensite Après élaboration, les deux nuances ont été austénitisée à 1250'C 20 pendant une heure, afin d'obtenir une mise en solution des nitrures d'aluminium. Les brames ont ensuite été laminées à chaud de telle sorte que la température de fin de laminage soit supérieure à 9000C, la valeur de AR3 étant de 8700C environ pour les deux nuances. Les bandes laminées à chaud ont ensuite été refroidies par trempe à 25 l'eau, à une vitesse de refroidissement de l'ordre de 250C/s, jusqu'à atteindre la température de bobinage. La nuance A a été bobinée à 720'C, tandis qu'un échantillon de la nuance B a été bobiné à 5500C et l'autre à 7200C. Les différents échantillons ont ensuite été laminés à froid jusqu'à atteindre un taux de réduction de 75%, puis ont été soumis à un traitement de recuit à une température de maintien de 750 0C pour certains échantillons, et de 800 C pour d'autres. Le refroidissement jusqu'à la température ambiante est alors effectué à une vitesse de l'ordre de 25 0C/s, par trempe à l'eau. On mesure ensuite les caractéristiques mécaniques et d'anisotropie des aciers obtenus. Les résultats sont rassemblés dans le tableau suivant: Nuance Tbob Tmaintien Direction Re Rm P r r moyen % m ( C) (OC) (MPa) (MPa) (%) T 420 711 0 1,10 800 L 405 713 0 1,11 0,98 14 45 425 720 0 0,85 A 720 A 720 T 443 713 0 1,26 750 L 438 717 0 1,13 1,02 12 45 451 736 0 0,84 T 432 656 0 1,46 800 L 430 697 0 1,60 1,27 8 45 436 668 0 1,01 T 454 662 0 2,04 B750 L 457 690 0 1,41 1,37 7 B 45 461 677 0 1,01 T 455 677 0 1,47 800 --12 800 L 446 667 0 1,44 1,21 6 45 472 687 0 0,97 T 475 680 0,3 1,46 750 L 463 668 0,4 1,25 1,09 5 45 482 697 0,3 0,83 L'anisotropie globale d'un acier est déterminée par le coefficient d'anisotropie normale r moyen: r rT+rL+2(r450)) o rT désigne la valeur de r mesurée dans la direction transversale au sens de laminage de la bande, rL désigne la valeur de r mesurée dans la direction longitudinale au sens de laminage de la bande, io r450 désigne la valeur de r mesurée à 45 par rapport au sens de laminage de la bande. Pour une température de bobinage de 7200C, on a représenté en figure 1, la relation existant entre le coefficient r moyen et le taux de martensite formé %m pour les nuances A et B. On constate que plus le taux 15 de martensite augmente, plus l'acier est isotrope. Par ailleurs, on constate que plus le taux de martensite est important, plus les caractéristiques mécaniques sont élevées. A titre d'illustration, on a fait figurer en figure 2 la microstructure obtenue avec la nuance A, bobinée à 7200C, puis recuit à 750'C pour obtenir 20 finalement 12% de martensite. On y distingue bien la ferrite et la martensite formée. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une bande d'acier dual-phase à structure ferritomartensitique, laminée à froid caractérisé en ce qu'on lamine à chaud une brame dont la composition chimique comprend, en poids 0,010% 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que la composition chimique de l'acier comprend: 0,020% 3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on lamine la bande à chaud à une température supérieure à 8500C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en 15 ce que l'on bobine la bande à chaud à une température comprise entre 550 et 7500C. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on lamine à froid la bande avec un taux de réduction compris entre 70 et 80%. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le recuit continu de la bande laminée à froid comprend une phase de montée en température, puis une phase de maintien à une température prédéterminée. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la température de 25 maintien est comprise entre Acd et 9000C. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en outre en ce que la température de maintien est comprise entre 750 et 8500C. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le refroidissement jusqu'à la température ambiante comprend un 30 premier refroidissement lent entre la température de maintien et 6000C, au cours duquel la vitesse de refroidissement est inférieure à 50'C/s, puis un second refroidissement à une vitesse plus élevée et comprise entre 100 C/s et 1500 C/s, jusqu'à la température ambiante. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le second refroidissement est réalisé par trempe à l'eau. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le refroidissement est effectuée en une seule opération, à une vitesse de refroidissement comprise entre 1 00 C/s et 1500 C/s. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le refroidissement est réalisé par trempe à l'eau. , 13. Bande d'acier dual-phase à structure ferrito-martensitique, laminée à froid, dont la composition chimique comprend, en poids: 0,010% 14. Bande d'acier selon la revendication 13, caractérisée en ce que sa composition chimique comprend en outre: 0,020% 15. Bande d'acier selon l'une ou l'autre des revendications 13 ou 14, caractérisée en ce qu'elle présente une résistance à la traction Rm supérieure à 450 MPa. 16.Bande d'acier selon la revendications 15, caractérisée en ce qu'elle présente une résistance à la traction Rm supérieure à 500 MPa. 17. Bande d'acier selon la revendication 16, caractérisée en outre en ce qu'elle présente une résistance à la traction Rm supérieure à 600 MPa. 18. Bande d'acier selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisée en ce qu'elle présente un coefficient d'anisotropie moyen r supérieur à 1,1. 19. Bande d'acier selon la revendication 18, caractérisée en outre en ce qu'elle présente un coefficient d'anisotropie moyen r supérieur à 1,3. 20. Bande d'acier selon l'une quelconque des revendications 13 à 19, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre entre 1% et 10% de martensite. 21. Bande d'acier selon la revendication 20, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre entre 5% et 8% de martensite.