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hr~cé~é de fa~rioati~n ~9'~ane ~an~e d'acier dual-~ha~~ à sfrc~ctu~-e
~~~~i~~-~r~~~n~ifi:ia~u~, I~mi~è~ ~ ~~-~i~ ~r~ ~an~l~ ~~~~n~ae
s
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 ëtre obtenue par ce procédé, qui est plus particulièrement
destinée à la fabrication de pièces pour automobile par emboutissage
lo 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'ari~élioration de la sécurité qui passe par l'augmentation de
la
is 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
utilises 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
2o 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.
2s Par ailleurs, on connaît des aciers dont la structure est monophasée et
qui présentent un coefficient moyen d'anisotropie r élevé, mais ont des
caractéristiques mécaniques moyennes, avec une résistance à la traction Rm
ne dépassant pas 400 MPa.
~n citera à titre d'exemple les aciers à bas interstitiels, ou les aciers
calmés à l'aluminium et re-phosphorés. Les tentatives d'amplifier les
mécanismes de durcissement classiques pour ces types d'acier ne permettent
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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'arfi antérieur en proposant une bande d'acier apte à
l'emboutissage
s profond, et présentant à la fois d'excellentes caractérisüques mécaniques et
d'excellentes caractéristiques d'anisotropie.
A cet effet, l'invention a pour premier objet un procédé de fabrication
d'une bande d'acier dual-phase à structure ferrito-mariensitique, laminée à
froid caractérisé en ce qu'on lamine à chaud une brame dont la composition
lo chimique comprend, en poids
0,010% < C < 0,100%
0,050% < Mn < 1,0%
0,010% < Cr < 1,0%
0,010% < Si < 0,50%
ls 0,001 % < P < 0,20%
0,010% < AI < 0,10%
N < 0,010%
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration,
ledit procédé comprenant ensuite les étapes consistant à
20 - bobiner la bande â chaud obtenue à une température comprise entre
550 et 850°C, puis
- à laminer à froid la bande avec un taux de réduction compris entre GO
et 90%, puis
- à recuire la bande de façon continue dans le domaine intercritique, et
2s - à la refroidir jusqu'à la température ambiante, en une ou plusieurs
étapes, la vitesse de refroidissement entre 600°C et la température
ambiante étant comprise entre 100°C/s et 1500°C/s,
- et éventuellement à lui faire subir un revenu à une température
inférieure à 300°C,
30 les opérations de recuit et de refroidissement étant menées de telle sorte
que la bande comprenne finalement de 1 à 15% de martensite.
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Dans un mode de réalisation préféré, la composition chimique
comprend en outre, en poids
0,020/~ < C < 0,060%
0,300/~ < fin < 0,500/~
s 0,~~ 0% ~ Cr e ~ ,~~
0,~~ ~/~ < SI < 0,5~/~
0,00% < P < 0,00%
e C C e
lo le reste tant du fer et des s rsultant de l'laboration.
impuret
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,
ls - 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
2o montée en température, puis une phase de maintien à une
température prédéterminée,
- la température de maintien est comprise entre Ac1 et 900°C,
- la température de maintien est comprise entre 750 et 850°C,
- le refroidissement jusqu'à la température ambiante comprend un
2s premier refroidissement lent entre la température de maintien et
600°G,
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 ~ 500°C/s, jusqu'à la température ambiante.
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L'invention a également pour deuxième objet une bande d'acier dual-
phase à structure ferrito-martensitique, laminèe à froid, dont la composition
chimique comprend, en poids
0,010/~ < C < 0,100%
s 0,050% < Mn ~ 1,0%
, ~ < Cr < 1,0~
0,01~% < Si ~ 0,5~~
r ~~ ~ ~ e ~~
0,010/~ < AI < 0,10/~
io N < 0,010/~
le reste tant du fer et des impurets
rsultant de l'laboration, la
bande
comportant en outre entre 1 %
et 15% de martensite.
Dans un mode de ralisation prfr,
la composition de la bande est
la
suivante
1s 0,020% < C < 0,060%
0,300% < Mn < 0,500%
0,010% < Cr < 1,0%
0,010% < Si < 0,50%
0,010% < P < 0,100%
20 0,010% < AI < 0,10%
N < 0,010%
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
La bande selon l'invention peut également comprendre les
caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison
2s - 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 fraction 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.
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Enfin, l'invention a pour troisième objet l'utilisation d'une bande d'acier
selon l'invention, pour la fabrication de pièces pour automobile par
emboutissage profond.
Le procédé selon l'invention consiste à laminer à chaud une brame de
s composition spécifique, puis à bobiner la bande à chaud obtenue à une
température comprise entre 550 efi 350°C.
Ce bobinage à température élevée est en effet favorable au
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
lo de cémentite Fe3C, et de réduire la quantité de carbone remise en solution
lors du recuit, nocive au développement de la texture de recrisfiallisation.
Le procédé consiste ensuite à laminer à froid la bande avec un taux de
réduction compris entre 60 et 90%, puis à la recuire la bande de façon
continue dans le domaine intercritique.
is 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
recristallisation permet de conserver le carbone piégé lors de la
recristallisation et de le libérer une fois que la texture de la ferrite
recristallisée
2o 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
2s 600°C et la tempérafiure ambiante étant comprise entre
100°C/s et 1500°C/s,
et éventuellement à lui faire subir un revenu à une température inférieure à
300°C.
Cette phase de refroidissement rapide permet de former de la
marlensite dans la structure de l'acier, ce qiai permet d'obtenir de très
bonnes
3o caractéristiques mécaniques. Cependant, on veille à ne pas former trop de
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martensite, car celle-ci est isotrope et réduit donc le coefficient moyen
d'anisotropie r.
La trempe a l'eau permet de former des proporüons importantes de
phases carburées par rapport à l'analyse considérée. ~n peut réduire la
s fraction de phase martensitique formëe 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.
~n peut également réduire la différence de dureté entre la matrice
ferritique et la phase martensitique, en refroidissant plus lentement la bande
lo ou en pratiquant un court revenu, de l'ordre d'une minute, de la phase
martensitique formée aprës trempe à l'eau.
II est à noter que ce revenu n'est en aucun cas un traitement de
survieillissement comme on en trouve dans l'art antérieur. En effet, ces
traitements de survieillissement (ou overaging en anglais), qui sont
ls généralement effectués entre 300 et 500°C, ont notamment pour effet
de
supprimer la martensite qui est un élément essentiel de la présente invention.
Le revenu éventuellement pratiqué selon l'invention, consiste à précipiter une
partie du carbone en solution solide piégé dans la martensite, sans diminuer
la proportion de cette martensite. La température maximale de ce revenu est
zo de 300°C, de préférence de 250°C, et de façon plus
particuliërement
préférée, de 200°C.
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
bonnes caractéristiques mécaniques, mais ne doit pas être présent en trop
2s grande quantité, car il génërerait la formation d'une trop grande
proportion de
phase martensitique.
Elle comprend également du manganëse à une teneur comprise entre
0,050°/~ et 1,0°/~. Le manganëse améliore la limite d'élasticité
de l'acier tout en
réduisant fortement sa ductilité, ce pour quoi on limite sa teneur.
3o La composition comprend également du chrome à une teneur comprise
entre 0,010% et 1,0% qui aide à la formation recherchée de martensite.
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La composition comprend également du silicium à une teneur comprise
entre 0,010% et 0,50%. II améliore fortement la limite d'élasticité de l'acier
tout en réduisant faiblement sa ductilité et en détériorant sa revétabilité.
La composition comprend également du phosphore à une teneur
s comprise entre 0,001 °/~ et 0,X0°/~, qui durcit la
microstructure sans affecter sa
texte re.
La composition comprend également de l'aluminium à une teneur
comprise entre 0,010°/~ et 0,10°/~ qui évite le vieillissement
en piégeant
l'azote.
lo
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
ls 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
2o résultant de l'élaboration.
Abréviations employées
Re : limite d'élasticité en MPa
Rm : résistance à la traction en MPa
2s r : coefficient d'anisotropie
P : palier
%m : proportion de martensite
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Après élaboration, les deux nuances ont été austénitisée à 1250°C
pendant une heure, afin d'obtenir une mise en s~lutic~n des nitror~~
d'aluminium. Les brames ont ensuite été laminées à chaud de telle sorte que
s la température de fin de laminage soit supérieure à 900°C, la valeur
de AR3
étant de 870°C environ pour les deux nuances.
Les bandes laminées à chaud ont ensuite été refroidies par trempe à
l'eau, à une vitesse de refroidissement de l'ordre de 25°C/s, jusqu'à
atteindre
la température de bobinage. La nuance A a été bobinée à 720°C, tandis
lo qu'un échantillon de la nuance ~ a été bobiné à 550°C et l'autre à
720°C.
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°C pour certains
échantillons, et
de 800°C pour d'autres. Le refroidissement jusqu'à la température
ambiante
is est alors effectué à une vitesse de l'ordre de 25°C/s, par trempe à
l'eau.
~n mesure ensuite les caractérisfiiques mécaniques et d'anisotropie
des aciers obtenus.
2o Les résultats sont rassemblés dans le tableau suivant
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NuanceTbob TmaintienDirectionRe Rm P r r moyen% m
(~) (fVIPa)(fVIPa)(%)
T 420 711 ,
800 L 405 713 0 1,11 098 14
4~5 425 720 0 0,85
720
T 443 713 0 1,26
750 L 438 717 0 1,13 1 ~ 12
02
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
720
T 454 662 0 2,04
750 L 457 690 0 1,41 1,37 7
B
45 461 677 0 1,01
T 455 677 0 1,47
800 L 446 667 0 1,44 1,21 6
45 472 687 0 0,97
550
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
rT+rL+2(r45°))
r -
4
où rT désigne la valeur de r mesurée dans la direction transversale au sens
de laminage de la bande,
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rL désigne la valeur de r mesurée dans la direction longitudinale au sens de
laminage de la bande,
r45° désigne la valeur de r mesurée à 45° par rapport au sens de
laminage de
la bande.
s Pour une température de bobinage de 720°C, on a représenté en
figure 1, la relation existant entre le coefficient r moyen et le tain de
martensite formé %m pour les nuances A et ~. ~n constate que plus le taux
de markensite augmente, plus l'acier est isotrope.
Par ailleurs, on constate que plus le taux de mariensite est important,
lo 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 720°C, puis recuit à 750°C
pour obtenir
finalement 12% de martensite. ~n y distingue bien la ferrite et la martensite
forme.
