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Procédé pour la fabrication d'une bande d'acier laminée à froid à haute résistance et haute formabilité Domaine technique La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'une bande d'acier laminée à froid à haute résistance et haute formabilité. Elle porte plus précisément sur un procède de traitement thermique d'une bande d'acier laminée à froid, qui permet de former dans l'acier une structure multiphasée, en particulier une structure biphasée ou dual phase, en vue d'obtenir à la fois une haute résistance et une bonne ductilité de la bande d'acier Etat de la technique
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1 D'une manière générale, les bandes d'acier destinées à des opérations de formage, notamment ./.P.M..''.R ene. ! de proDriétés f. avorabtes.
et en particulier une bonne ductilité, pour les opérations envisagées rizr jo, p, r ; ib} 2rs f, a, y, o ties et en particuller une bonne ductilitri, pour les operations envisagées D'une manière générale, ces propriétés sont le résultat de traitements thermiques de recuit et 98 refroidissement bien connus On sait par ailleurs qu'il est possible de produire des aciers présentant d'une part une haute
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résistance et d'autre part une ductilité élevée en leur conférant une structure biphasée, dite aussi structure dual phase.
Cette structure est essentiellement constituée par une matrice ferrittque douce, dans laquelle sont dispersées de fines particules de martensite En schématisant quelque peu, on considère que la matrice ferritlque assure la ductilité de l'acier, tandis que la résistance est donnée par la martenslte, qui est une phase dure obtenue par une opération de
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1.,., :,. Ii. trempe D'un point de vue métallurgiqùe, l'obtention d'une telle structure dual phase est soumise à > ius-J 1... ., l, -il,,. 1.... t.. 1. .. 1 1. 1,.' plusieurs conditions. D'abord, l'acier doit être chauffé et malntenu à une température située dans le domaine de température intercritique, c'est-à-dire entre les points de transformation Ac1 et Ac3 de l'acier.
La structure initiale est ainsi transformée en une matnce de fernte dans laquelle sont dispersées des particules d'austénite Ensuite, le refroidissement de l'acier après
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ce maintien doit être effectué d'une part avec une vitesse supérieure à la vitesse critique de !'. f...'.''ti.,...''-' ! '..'.' '. refroidissement et d'autre part jusqu'à une température inférieure au point Ms de l'atisténite formée au cours du recuit tntercntlque Un refroidissement effectué dans ces condlt) ons entraïne la transformation des particules d'austénite en particules de martensite finement dispersées dans
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la matrtce ferritique.
On peut rappeler que la vitesse cntlque de refroidissement et le niveau du . t., 1. 1.' :., 1., "
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point Ms, c'est-à-dire la température de début de la transformation martensitique, dépendent de la composition de l'acier, et notamment de ses teneurs en carbone et en manganèse.
Dans les lignes de recuit conventionnelles pour des bandes d'acier laminées à froid, le chauffage est généralement effectué dans un four, par exemple un four à flammes nues ou un four à résistances, avec une vitesse de chauffage de l'ordre de 10 C/s, jusqu'à la température de maintien désirée. Après ! e maintien à cette température, le refroidissement primaire est le plus souvent opéré soit au moyen de jets de gaz soit par trempe dans un bain d'eau chaude. Les vitesses de refroidissement atteintes dans ces conditions ne dépassent guère 120 C/s pour une bande de 0. 8 mm d'épaisseur.
Avec des vitesses de refroidissement de cet ordre, une structure dual phase, telle qu'elle a été
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définie plus haut, ne peut être obtenue qu'avec des nuances d'aciers alliés, et donc coûteux, définip,,, presîrltint, pne tp ?, Uf gp, ! plng equivlent Mn., > 1, 2 . 1, yatevr,,. dp. pettg tgneyr n, n equiyaient et çlqnné par la relçitipp :, l, Mn] Z, 67 Mol Laateurj.deceteteneuen.manganèseéquivalent stdonnéeparta, :,..,,. gt., Cr 'efer. teu ; X9 g, q Mnl + 2. 67 l% Mol + 1, 3 [. o Cr] < ",,., < ,...... dans taquette [% MnL [% Mo] et t% Cr] fjeprésentent'respectivement ta teneur pondération Mn.
MaeCrde. t.'acier, ....,,.. ,..... ;.-.. ;....) .., -h. ;-..'t.--. u. I t est cependant bien. eppnu que., notamment pour des raisons économiques, les aciers. destinés en pqids, t u formage sotgénèralement des aciers doux ; il s'agit dès lors d'aciers dont la teneur en carbone est comprise entre 0, 02 et 0, 08 % en poids et la teneur en manganèse entre 0, 1 et 0, 4 % er) RQids, u......,-.. !.... ;.. y.....'..., . !,.'' 1 j, f' l..',. 1.,'). i " t'', 1 ; : L"I.' !'" 1.. : : é. al'\'l',)...,. 4syec, ce, sj ;, acilçrs, do, ux usu, els, le, js lvitesses, qii, e r je, f, ra, idis"sjementl merJitionnées plus haut provoquent la transformation de l'austénite en perlite, et donc l'apparition d'une structure mixte de ferriteper !) te, qu'ne présente pas tes propriétés recherchées.
Par ailleurs, la plupart des lignes de recuit continu actuelles comportent une section de ..... t. !'-. .' !.' ;..'..' ; t ! ;'M'.'. ;"...'.'-'. 'i !)... ;...'.....' ;').'.'... t. '... \ ;.-.....' survieillissement ou de galvanisation après la section de refroidissement primaire. Une telle i'.'..... :..... section de survieillissement ou de galvanisation travaille à une température relativement élevée, de l'ordre de 300 C à 500OC ; cette température est dans tous les cas supérieure au point Ms de t'austénite formée au cours du recutt intercritique, et. cette austénite ne peut dès lors pas se transformer en martensite dans ces conditions.
De telles lignes de recuit continu ne permettent
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donc pas de fabriquer des bandes d'acier présentant la structure dual phase précitée. donc p
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D'un point de vue économique, il n'est cependant pas intéressant de transformer les lignes de recuit continu conventionnelles, par exemple en supprimant ou en n'utilisant pas les sections existantes de survieillissement ou de galvanisation. Des lignes de recuit ainsi modifiées ne seraient en effet utilisées que partiellement, pour la fabrication de types d'aciers particuliers tels que les acier, dual phase.
Il existe donc actuellement dans la technique un besoin d'un procédé, et dès lors aussi d'une installation, permettant de fabriquer, dans des conditions techniques et économiques satisfaisantes, des bandes d'acier laminées à froid présentant la structure dual phase et les propriétés précitées.
Présentation de l'invention yri Procédé La présente invention a pour but de répondre à ce besoin. A cet effet, etle propose un procédé pour la fabrication d'une bande d'acier taminée à froid présentant une structure biphasée qui tui r':;{..;..::"'ti'f.t'.''--.....:'-'.".'.:.'..':''.-'r.'.!'!'''-)n..-;-'.,':'jr"..' confère à ta fois une haute résistance et une ductilité élevée. En particulier, ta bande d'acier doit qUJ 1,,' ; I,' (, ".,. I, LI.,.. I, w ;,'o l'emboutissage. r/ < ) .'. Y'- ! ! !)).' !. t' : .'' !.' ('t' ; H. t')'.'n' :''.''..-. . h.. ? 7''. i :'. .'.. r.. : r..'.."-'. !- à un rapport pour qui n'est pas supérieur à 0, 7 et qui garantit ainsi une bonne aptitude à l'emboutissage. t'emboutissage.
Conformément à l'invention, un procédépourta fabrication d'unebande d'acier laminée à froid à haute résistance pour emboutissage profond, dans lequel on soumet bdite bande laminée à froid à un chauffage et à un refroidissement rapides, est caractérisé en ce que l'on chauffe la ',"i t,, t., bande à une vitesse d'au moins 150 C/s jusqu'à une température située dans le domaine intercritique, en ce que l'on maintient la bande à ladite température pendant au moins 1 seconde et en ce que l'on refroidit ensuite ladite bande jusqu'à une température inférieure au point Ms de t'austénite intercritique, et de préférence jusqu'à la température ambiante, à une vitesse d'au moins 300 C/s. p !'ù- ; i'. ,. !'. ;'-.'"'.''t..
A'. ; ;) : w't- : u !'.'j.. j ! t !) r.' (',,. !... ; :.,) r..'..' La vitesse de chauffage peut être aussi élevée que possible, de façon à réaliser un cycle de id'.'.. < '-'*'. ''. '.') J' i ;) f.'..'..''...'t...) L.. !.''))' t,/'''t : traitement aussi court que possible et ainsi garantir une productivité élevée du procédé. En tnit'''.. y. pratique, la vitesse de chauffage est avantageusement comprise entre 150 C/s et 350 C/s. qui conduisent à des durées de chauffage inférieures à 5 secondes. Dans ce cadre, il est , (ì n' ! I. d" ; !. 'f'l' :,.,',,.'l Il'l'1 l,'.'. : dl'".'. 1 l','. ; -- ; :. " 1 intéressant d'effectuer ce chauffage par induction électromagnétique, de préférence au moyen t h.' : "' l'-. ! \,,'l, l"'.,..,,',, ! ;. \... t..', ¯. II'C\- :'1 d'un inducteur 4 flux longitudinal.
Une vitesse de chauffage supérieure à 350 C/s n'apporterait i : ci,. i' < )... !'..)' ;'-.'''. t.... '.''... .-'. :..'\. ' :.,) r.,.. d'ailleurs pas dé gain de temps appréciable mai. s nécessiterait le recours à des moyens de chauffage inutilement coûteux.
.... 1. " l'1. 1" 1.,
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La température de chauffage et de maintien est située dans le domaine intercritique, c'est-à-dire qu'elle est comprise entre les températures de transformation Ac1 et Ac3 de l'acier. Dans ce domaine de température, la structure de l'acier est composée d'un mélange d'austénite et de ferrite, comme on !'. a rappelé plus haut.
Pour fixer les idées et en fonction de la composition de l'acier, cette température est en général comprise entre 7250C et 8250C environ, et plus précisément entre 7400C et 800 C.
Selon l'invention, cette température est avantageusement choisie de façon à assurer la formation de 20 % en volume au maximum d'austénite dans la matrice de ferrite, afin de conférer à l'acier une résistance élevée sans affecter sensiblement sa ductilité ; cette proportion d'austénite est même de préférence comprise entre 10 % et 15 % en volume.
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) :.'itt) èt.') ; Uf'.'d !- (t) ttiiot.,'t. -.'-.' ;. Ut'. . ! !'..', : i. ! ! :, ! '... c.'j't ! ! ! : :.'. ib'n ;.'.'t. -tir : La durée de maintien à cette température n'est de préférence pas supérieure à 20 secondes, .liu)h.''f.0pr).-.(hr.f.\:. t-.'.'!.r. '.nt/j :..'''0 :. -)'. r"".- ! ') i :'' t-.'/t..." a, fin de PrEserver le cycle court mentionr ; ; é plus h, aut. En pratigjue, la durée, du maintien est choisie en combinaison avec ta température de façon à atteindre la proportion d'austénite désirée dans t'acier. désirée dans l'acier.
Le refroidissement qui suit est effectué en un temps aussi court que possible, donc avec une .''l'it : d : : : \ : : !)'.. t. :'..'''' :''..') ) !. '.''-).'...''"''' !.'. ''.', vitesse aussi élevée que possible, d'une part pour ne pas allonger le cycle de traitement et d'autre part pour figer la structure formée au cours du maintien à la température intercritique.
1 t t,'t, : i z,. ..-l,,,., : .. i
En pratique, la vitesse de refroidissement est de préférence comprise entre 300 C/s et 1000 C/s ; ette peut être obtenue par l'emploi de jets de brouillard d'eau sous pression, bien connus en soi dans la technique.
Ce refroidissement rapide a pour effet d'abaisser la température jusqu'à une température inférieure au point Ms de l'acier Pour fixer les idées et en fonction de la composition de l'acier, en particulier de ses teneurs en carbone et en manganèse, une telle température est en particulier de ses teneurs en carbone et en manganèse, une telle température est généralement inférieure à 350 C.
Selon une caractéristique particulière, la bande peut ensuite être soumise à une opération de
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vieillissement après te refroidissement rapide et rebobinage. Ce vieillissement en bobine 11.,. ; ;, 1 !. I/" I.,'h, I.,,'.'r. l, Il,'11. 1".'.',', \ ; " cpnsiste en un maintien à une température inférieure au point Ms de l'acier, de façon à préserver ta structure duat phase formée antérieurement. Cette température est de préférence comprise entre 120 C et 340"C, de façon à assurer ta transformation désirée de t'austénite intercritique er en martensite.
,.. ; t,. i..,. ., 1"1 *--'j'1-
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La bande est avantageusement maintenue à cette température pendant une durée de 3 min à 15 min, afin d'assurer la précipitation du carbone soluble apparu lors de la transformation de l'austénite en martensite et d'améliorer ainsi certaines propriétés, telles que la stabilité, c'est-àdire la sensibilité au vieillissement, et la ductilité, sans allonger de façon excessive la durée du traitement. Cette amélioration est d'autant plus marquée que le manganèse équivalent Mnqest plus bas.
Le procédé de l'invention offre ainsi un cycle de recuit continu ultra court, qui présente plusieurs avantages tant techniques qu'économiques.
Ce procédé présente en particulier une productivité élevée, en raison précisément de la courte durée du cycle de traitement. D'autre part, l'emploi du chauffage par induction assure une grande flexibilité de régtage des paramètres du recuit. Un têt cyc) e de recuit uttra court ne - : tû. u c-'. T ; ivntaa ?. .-' !.. ? r.) !"n ! te. c'.-ï : n ? r. !'...'.,',/. ' < ; .. r. a- < nrec : [L"f ? :'... i. nécessite en outre que des lignes de recuit compactes, pour tesqueties tes coûts \ :) tfH'd\'" \.... & )... I. I 10,. 1,.. \. ; cVh : tLI.... lJlJ \,, -. t.. \. t h. -,'L,/,., 1 (',. 1... I q"... I. : : t) h'' !'.. 0'.'. d'investissement sont nettement inférieurs à ceux des ! ignes de recuit conventionnettes.
L) tHh'-t :) Mn.'n.. T"' : c ; ='d'' :., i'. '.. U ! h ! c. mt'h'. : ". ; :... .- ti. : -'..). ! "i ! jt/t ! t' : :. :. jt ;- < f ; [.'jn) t.' : tr : 3. i\''i.... :' !' ;. ; (. t.- ('-) d (.. : t) i) < fi.'. : : :....' !..')'.'' ('''.'.'... '\'.'.''.,' ! :/ < i.'t' ; t.-t'))) Exemples tf..) ! tn'.. i't < .'i.'d. t !".)''. 1.)' : : '., -Uh' :.'/ ! '.- ;.' Le procédé de l'invention sera maintenant illustré par quelques exemples de bandes d'acier ex ! amples t Le procédé de l'invention sera maintenant illustré par quelques exemples de bandes d'acier aminées à froid pour emboutissage profond.
Les exemples comparatifs portent sur des bandes ayant subi d'une part le traitement de recuit ultra court de l'invention et d'autre part un traitement L1", j ! (,,', :., d :, : L : ". : \'Jt : I : :, \ \1 \ :' dll :. j) LI :. : ;' 1, ; J..... f..'..'1""" : \,'.'oi,, ! L.. \' : 1 nL,. :., J, Ii j de recuit continu conventionnel.
. J'. i'f :).. t-''.'.. :'h ''-''.. , ., : < Les aciers, numérotés de 1 à 4, présentaient la composition chimique indiquée dans le Tableau 1.
't.''.")'/.'. ir.''. ... ' !''.' :. -''..'..'.','- : u...,)..'.'t Tableau 1 - Composition chimique des aciers (en % en poids) . !.. i.-. . .'' ;",.' !- ; ...--. ,.. r .,./..'. tt.,.,... .
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<tb>
<tb>
Acier <SEP> C <SEP> Mn <SEP> S <SEP> !
<tb> 1 <SEP> 0,12 <SEP> 0,63 <SEP> 0,02
<tb> 2 <SEP> 0, <SEP> 11 <SEP> 1, <SEP> 15''0, <SEP> 03
<tb> 3 <SEP> 0, <SEP> 10 <SEP> 1, <SEP> 12 <SEP> 0,39
<tb> 4 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 1, <SEP> 48. <SEP> 0, <SEP> 02
<tb> @
<tb>
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Le traitement de recuit conventionné ! a consisté en un chauffage à une vitesse de 10 C/s iusqu'à .', f-, h). ! ' !. t !' !'" .'' ;. : < . ; , ..' : : !''.)). -.''.".'') \ ; f',. ;' J'). :'r'. h !.. .'m''' 7, 60 C un maintien à cette température pendant 1 minute et un'refroidissement à une vitesse de 10"C/s jusqu'à la température ambiante.
Le cycle de chauffage-maintien-refroidissement a cenon21pseçpndes,, ,,, ,. , , , ,.
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Pour la mise en oeuvre du traitement de l'invention, on a fait varier les vitesses de chauffage (Vc) et de refroidissement (Vr),'ainsi que les températures et les temps de maintien (Ts, ts) et de vieillissement (Ta, ta).
Les conditions de traitement sont précisées pour chaque acier dans le Tableau 2.
Tableau 2-Conditions du recuit suivant l'invention
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<tb> Acier <SEP> Vc <SEP> Ts <SEP> ts <SEP> Vr <SEP> Ta <SEP> ta
<tb> ( C/s) <SEP> (OC) <SEP> (s) <SEP> ( C/s) <SEP> ( C) <SEP> (min)
<tb> 1 <SEP> 280 <SEP> 758 <SEP> 11 <SEP> 720 <SEP> 305 <SEP> 3, <SEP> 5
<tb> 2 <SEP> 262 <SEP> 764 <SEP> 15 <SEP> 695 <SEP> 270 <SEP> 5, <SEP> 5
<tb> 3 <SEP> 275 <SEP> 755 <SEP> 9 <SEP> 687 <SEP> 270 <SEP> 5, <SEP> 5
<tb> 4 <SEP> 282 <SEP> 768 <SEP> @12 <SEP> 441 <SEP> 235 <SEP> 6,5
<tb>
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t-'-')''')''. !- : t'') < '= : t'.'.''J) : !'.'. ! h' : '.. c)'if'. v''t...) :.'.''. Uf)'.' ! ! ; ! . !'''.-..'. t :-.''. . ;''fi < ' !.''. ''A', d'un e en e d,ue part après) e. recuit conventionnel rappeté plus haut et d'autre part après le traitement de recuit ultra court conforme à l'invention. Dans tous les cas, la durée de celui-ci a été inférieure à 20 secondes.
Les propriétés considérées sont ! a timite d'élasticité (Re). ta charge de rupture (Rm) et l'al ongr) ienttot ; 41,, A. Ç) n i@ également iridiqué les valeurs des paramètres (Rm x A) (Rm) et t'attongernenttota) (A). On a également jpdiqué tes valeurs des paramètres (Rm x A) et (Re/Rm) ainsi que te type de structure obtenue.
'='.' & )'.''. ?.'.. .'..'i - !' : t Les valeurs de ces propriétés sont rassemblées dans le Tableau 3.
Tableau 3 - Propriétés des aciers laminés à froid et recuits j'-'","''','.'. ''''.''/'
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<tb>
<tb> Acier <SEP> Re <SEP> Rm <SEP> A <SEP> Rm <SEP> x <SEP> A <SEP> Re/Rm <SEP> Structure
<tb> (MPa) <SEP> (MPa) <SEP> (%)
<tb>
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1 Recuit conventionnel
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<tb>
<tb> 1 <SEP> 355 <SEP> 410 <SEP> 35 <SEP> 14350 <SEP> 0,87 <SEP> F+P
<tb> @ <SEP> @
<tb> 2 <SEP> 360 <SEP> 447 <SEP> 37 <SEP> 14819 <SEP> 0, <SEP> 81 <SEP> F+P
<tb> @
<tb> 3 <SEP> 316 <SEP> 406 <SEP> 37 <SEP> 14819 <SEP> 0, <SEP> 81 <SEP> F+P
<tb> 4 <SEP> 316 <SEP> 534 <SEP> 28 <SEP> 15112 <SEP> 0,59 <SEP> MP
<tb>
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: ! !. ;'..' !)',.'i.')' : ; .'-. .'',..-.)"t' !' : ;.''.'-' !'f''.,. f.'....', ! :'.. ;..
(. :. ) :'. f'...'. .
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<tb>
<tb> 1 <SEP> 315 <SEP> 553 <SEP> 20 <SEP> 11060 <SEP> 0,57 <SEP> DP
<tb> 2 <SEP> 371 <SEP> 566 <SEP> 28 <SEP> 15848 <SEP> 0,66 <SEP> DP
<tb> 3 <SEP> 310 <SEP> 575 <SEP> 21 <SEP> 12075 <SEP> 0,52 <SEP> DP
<tb> 4 <SEP> @ <SEP> 379 <SEP> 653 <SEP> 20 <SEP> 13256 <SEP> 0,58 <SEP> DP
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Frriteperti...,.,.. ....
1 1 t. ;-.
; MP : multiphasfi,, DPi : duhase,' 1
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Ces résultats montrent une augmentation substantielle de la résistance des aciers laminés à froid traités conformément à l'invention par rapport au traitement de recuit conventionnel. Cette augmentation est clairement due la structure dual phase. Le rapport Re/Rm est inférieur à 0, 7, ce qui traduit une bonne formabilité de ces bandes d'acier.
On constate ainsi que l'on peut fabriquer des aciers à haute résistance à partir d'une nuance d'acier moins coûteuse que dans les procédés de la technique antérieure, tout en conservant une ductilité équivalente ou même améliorée. Ces aciers sont par exemple utilisés pour fabriquer des pièces de faible épaisseur résistant aux déformations locales, pour éviter des fissures par exemple en construction automobile (fonds de caisse, pare-chocs).
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'' :. .'r. :'.. !.. ; t''-.. u'. !'J''' :'.. .. Hl < )''. : i.'' !'. !' :...- :.'. :.,).'.. .'". :'. :,.'-. ; . h. .' !''. '' ; ; j.
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