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. CA 02835533 2015-10-02
_
. .
PROCEDE DE FABRICATION D'ACIER MARTENSITIQUE A TRES HAUTE
RESISTANCE ET TOLE OU PIECE AINSI OBTENUE
Le présent mémoire descriptif concerne un procédé de fabrication de tôles ou
de pièces
en acier à structure martensitique, avec une résistance mécanique supérieure à
celle
qui pourrait être obtenue par austénitisation puis simple traitement de
refroidissement
rapide avec trempe martensitique, et des propriétés de résistance mécanique et
d'allongement permettant leur application à la fabrication de pièces à
absorption
d'énergie dans les véhicules automobiles. Dans certaines applications, on
cherche à
réaliser des pièces en acier combinant une résistance mécanique élevée, une
grande
résistance aux chocs et une bonne tenue à la corrosion. Ce type de combinaison
est
particulièrement désirable dans l'industrie automobile où l'on recherche un
allégement
significatif des véhicules. Ceci peut être notamment obtenu grâce à
l'utilisation de
pièces d'aciers à très hautes caractéristiques mécaniques dont la
microstructure est
martensitique ou bainito-martensitique. Des pièces anti-intrusion, de
structure ou
participant à la sécurité des véhicules automobiles telles que : traverses de
pare-choc,
renforts de portière ou de pied milieu, bras de roue, nécessitent par exemple
les
qualités mentionnées ci-dessus. Leur épaisseur est préférablement inférieure à
3
millimètres.
Le brevet EP0971044 divulgue ainsi la fabrication d'une une tôle d'acier
revêtue
d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium, dont la composition comprend en
teneur
pondérale : 0,15-0,5%C, 0,5-3%Mn, 0,1-0,5%Si, 0,011%Cr, Ti<0,2%, Al<0,1%,
P<0,1%, S<0,05%, 0,0005%<B<0,08%, le reste étant du fer et des impuretés
inhérentes à l'élaboration. Cette tôle est chauffée de façon à obtenir une
transformation
austénitique puis emboutie à chaud de manière à réaliser une pièce, celle-ci
étant
ensuite refroidie rapidement de façon à obtenir une structure martensitique ou
martensito-bainitique. De la sorte, on peut obtenir par exemple une résistance
mécanique supérieure à 1500MPa. On cherche cependant à obtenir des pièces avec
une résistance mécanique encore supérieure. On cherche
1
CA 02835533 2013-11-08
WO 2012/153012 2 PCT/FR2012/000153
encore, à niveau donné de résistance mécanique, à diminuer la teneur en
carbone de l'acier de façon à améliorer son aptitude à la soudabilité.
On connaît également un procédé de fabrication appelé ausforming dans
lequel un acier est totalement austénitisé puis refroidi rapidement jusqu'à
une
température intermédiaire, généralement vers 700-400 C, gamme dans
laquelle l'austénite est métastable. Cette austénite est déformée à chaud puis
refroidie rapidement de façon à obtenir une structure totalement
martensitique. Le brevet GB1,080,304 décrit ainsi la composition d'une tôle
d'acier destinée à un tel procédé, qui comprend 0,15-1%C, 0,25-3%Mn, 1-
2,5%Si, 0,5-3%Mo, 1-3%Cu, 0,2-1%V.
De même, le brevet GB 1,166,042 décrit une composition d'acier adaptée à
ce procédé d'ausforming, qui comprend 0,1-0,6%C, 0,25-5%Mn, 0,5-2%Al,
0,5-3%Mo, 0,01-2%Si, 0,01-1%V.
Ces aciers comportent des additions importantes de molybdène, de
manganèse, d'aluminium, de silicium et/ou de cuivre. Celles-ci ont pour but
de créer un domaine de métastabilité plus important pour l'austénite, c'est-à-
dire de retarder le début de la transformation de l'austénite en ferrite,
bainite
ou perlite, à la température à laquelle on effectue la déformation à chaud. La
plupart des études consacrées à l'ausforming ont été menées sur des aciers
présentant une teneur en carbone supérieure à 0,3%. Ainsi, ces compositions
adaptées à l'ausforming présentent l'inconvénient de nécessiter des
précautions particulières pour le soudage, et présentent également des
difficultés particulières dans le cas où l'on souhaite effectuer un revêtement
métallique au trempé. De plus, ces compositions comportent des éléments
d'addition coûteux.
On cherche à disposer d'un procédé de fabrication de tôles ou de pièces
d'acier ne présentant pas les inconvénients ci-dessus, dotées d'une
résistance à la rupture supérieure de plus de 50 MPa à celle que l'on pourrait
obtenir grâce à une austénitisation suivie d'une simple trempe martensitique
de l'acier en question. Les inventeurs ont mis en évidence que, pour des
teneurs en carbone allant de 0,15 à 0,40% en poids, la résistance à la rupture
en traction Rm d'aciers fabriqués par austénitisation totale suivie d'une
simple
trempe martensitique, ne dépendait pratiquement que de la teneur en
= CA 02835533 2015-10-02
,.
carbone et était reliée à celle-ci avec une très bonne précision, selon
l'expression (1) :
Rm (mégapascals) = 3220(C) + 908.
Dans cette expression, (C) désigne la teneur en carbone de l'acier exprimée en
pourcentage pondéral. A teneur en carbone C donnée pour un acier, on cherche
donc
un procédé de fabrication permettant d'obtenir une résistance à la rupture
supérieure de
50 MPa à l'expression (1), c'est à dire une résistance supérieure à 3220(C)+
958 MPa
pour cet acier. On cherche à disposer d'un procédé permettant la fabrication
de tôle à
très haute limite d'élasticité, c'est à dire supérieure à 1300 MPa. On cherche
également
à disposer d'un procédé permettant la fabrication de tôles ou de pièces
utilisables
directement, c'est à dire sans nécessité impérative d'un traitement de revenu
après
trempe. On cherche également à disposer d'un procédé de fabrication permettant
la
fabrication d'une tôle ou d'une pièce aisément revêtable au trempé dans un
bain
métallique.
Ces tôles ou ces pièces doivent être soudables par les procédés usuels et ne
pas
comporter d'additions coûteuses d'éléments d'alliage.
Selon plusieurs aspects, le présent mémoire descriptif vise un procédé de
fabrication
d'une tôle d'acier à structure totalement martensitique, présentant une taille
moyenne
de lattes inférieure à 1 micromètre, le facteur d'allongement moyen des lattes
étant
compris entre 2 et 5, étant entendu que le facteur d'allongement d'une latte
de
dimension maximale Imax et minimale Gin est défini par I , à
limite d'élasticité
1 min
supérieure à 1300 MPa, à résistance mécanique supérieure à (3220(C)+958)
mégapascals, étant entendu que (C) désigne la teneur en carbone en pourcentage
pondéral de l'acier, comprenant les étapes successives et dans cet ordre selon
lesquelles :
- on approvisionne un demi-produit d'acier dont la composition comprend, les
teneurs étant exprimées en poids,
3
CA 02835533 2015-10-02
. ,.
0,15% 5 C 5 0,40%
1,5% _5 Mn 5_ 3%
0,005% 5 Si 5 2%
0,005% 5 Al 5 0,1%,
1,8% 5 Cr 5 4%
0`)/0 5 Mo 5. 2%
étant entendu que
2,7% 5 0,5 (Mn)+(Cr)+3(Mo) 5 5,7%
S 5 0,05%
P 5 0,1%,
et optionnellement:
0% 5 Nb 5 0,050%
0,01 % 5 Ti 5 0,1%
0,0005% 5 B 5 0,005%,
0,0005% 5. Ca 5 0,005%,
le reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés inévitables
résultant
de l'élaboration,
- on réchauffe le demi-produit à une température T1 comprise entre 1050 C et
1250 C,
- on effectue un laminage de dégrossissage du demi-produit réchauffé, à une
température T2 comprise entre 1000 et 880 C, avec un taux de réduction La
3a
CA 2835533 2017-02-27
=
cumulé supérieur à 30% de façon à obtenir une tôle avec une structure
austénitique complètement recristallisée de taille moyenne de grain inférieure
à
40 micromètres, étant entendu que le taux de réduction cumulé La est défini
par
: Ln
eic, désignant l'épaisseur du demi-produit avant le laminage à chaud de
efa
dégrossissage et el-a l'épaisseur de la tôle après le laminage de
dégrossissage,
- on refroidit non complètement la tôle jusqu'à une température T3 comprise
entre 600 C et 400 C dans le domaine austénitique métastable, à une vitesse
VR1 supérieure à 2 C/s,
- on effectue un laminage à chaud de finition à la température T3, de la
tôle non
complètement refroidie, avec un taux de réduction cumulé Lb supérieur à 30%
de façon à obtenir une tôle, étant entendu que le taux de réduction cumulé Lb
est défini par : Ln 521' , eib désignant l'épaisseur de la tôle avant le
laminage à
efb
chaud de finition et efb l'épaisseur de la tôle après le laminage de finition,
puis
- on refroidit la tôle à une vitesse VR2 supérieure à la vitesse critique
de trempe
martensitique.
Selon un aspect, le présent mémoire descriptif vise un procédé de fabrication
d'une
pièce d'acier à structure totalement martensitique présentant une taille
moyenne de
lattes inférieure à 1 micromètre, le facteur d'allongement moyen des lattes
étant
compris entre 2 et 5, étant entendu que le facteur d'allongement d'une latte
de
dimension maximale In,a, et minimale lmin est défini par 1 '111
, comprenant les étapes
successives et dans cet ordre selon lesquelles :
- on approvisionne un flan d'acier dont la composition comprend, les teneurs
étant exprimées en poids,
0,15% 5 C 5. 0,40%
1,5% Mn 3%
3b
CA 02835533 2015-10-02
0,005% 5 Si 2%
0,005% Al 5 0,1 h,
1,8% 5. Cr 5- 4%
0% 5 MO 5 2%
étant entendu que
2,7% 0,5 (Mn)+(Cr)+3(Mo) 5 5,7%
S 5 0,05%
P 5 0, 1 %
optionnellement:
0% 5 Nb 5 0,050%
0,01 /0 5 Ti 5 0, 1 %
0,0005% 5 B 5 0,005%,
0,0005% Ca 0,005%,
le reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés inévitables
résultant
de l'élaboration,
- on chauffe le flan à une température T1 comprise entre Ac3 et Ac3+250 C
de telle
sorte que la taille moyenne de grain austénitique soit inférieure à 40
micromètres,
- on transfère le flan chauffé au sein d'une presse d'emboutissage à chaud ou
d'un
dispositif de mise en forme à chaud,
- on refroidit le flan jusqu'à une température T3 comprise entre 600 C et
400 C, à
une vitesse VRi supérieure à 2 C/s de façon à éviter une transformation de
l'austénite,
- l'ordre des deux dernières étapes pouvant être interverti,
3c
= =
CA 2835533 2017-02-27
=
- on emboutit ou on met en forme à chaud à la température T3 le flan refroidi,
d'une quantité 7 supérieure à 30% dans au moins une zone, pour obtenir une
pièce, étant entendu que la quantité ¨ est définie par ¨ = -2¨ .\ -µ 2 j(e2
+ 2) 17 1 2 ,
EL
où Ei et 2 sont les déformation principales cumulées sur l'ensemble des
étapes
de déformation à la température T3, puis
- on refroidit la pièce à une vitesse VR2 supérieure à la vitesse critique de
trempe martensitique.
Selon un aspect, le présent mémoire descriptif vise une tôle de limite
d'élasticité
supérieure à 1300 MPa d'acier, de résistance mécanique supérieure à
(3220(C)+958)
mégapascals, étant entendu que (C) désigne la teneur en carbone en pourcentage
pondéral de l'acier, obtenue par un procédé selon la revendication 1 ou 2, de
structure totalement martensitique, présentant une taille moyenne de lattes
inférieure
à 1 micromètre, le facteur d'allongement moyen des lattes étant compris entre
2 et 5.
Selon plusieurs un aspect, le présent mémoire descriptif vise un pièce d'acier
emboutie à chaud, ou profilée à chaud dans une série de rouleaux, obtenue par
un
procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, comportant au moins
une
zone de structure totalement martensitique présentant une taille moyenne de
lattes
inférieure à 1 micromètre, le facteur d'allongement moyen des lattes étant
compris
entre 2 et 5, la limite d'élasticité dans ladite au moins une zone étant
supérieure à
1300 MPa et la résistance mécanique étant supérieure à (3220(C)+958)
mégapascals, étant entendu que (C) désigne la teneur en carbone en pourcentage
pondéral de l'acier.
Le présent mémoire descriptif a pour but de résoudre les problèmes évoqués ci-
dessus. Il vise en particulier à mettre à disposition des tôles avec une
limite
d'élasticité supérieure à 1300 MPa, une résistance mécanique exprimée en
mégapascals supérieure à (3220(C)+958) MPa, et de préférence un allongement
total supérieur à 3%.
3d
= '
CA 2835533 2017-02-27
= =
Dans ce but, selon un aspect, l'invention a pour objet un procédé de
fabrication d'une
tôle d'acier à structure totalement martensitique présentant une taille
moyenne de
lattes inférieure à 1 micromètre, le facteur d'allongement moyen des lattes
étant
compris entre 2 et 5, étant entendu que le facteur d'allongement d'une latte
de
dimension maximale Imax et minimale Imin est défini par 1 nia--1
, à limite d'élasticité
supérieure à 1300 MPa, à résistance mécanique supérieure à (3220(C)+958)
mégapascals, étant entendu que (C) désigne la teneur en carbone en pourcentage
pondéral de l'acier, comprenant les étapes successives et dans cet ordre selon
lesquelles :
- on approvisionne un demi-produit d'acier dont la composition comprend, les
teneurs
étant exprimées en poids, 0,15% 5. C 5 0,40%, 1 ,5% 5 Mn 5 3%, 0,005% 5 Si 5
2%,
0,005% 5 Al 5 0,1%, 1 ,8% 5 Cr 5 4%, 0% 5 Mo'5 2%, étant entendu que 2,7% 5
0,5
(Mn)+(Cr)+3(Mo) 5 5,7%, S 5 0,05%, P 5 0,1%, et optionnellement: 0% 5 Nb
0,050%, 0,01 % 5 Ti 5 0,1%, 0,0005% 5 B 5 0,005%, 0,0005% 5 Ca 5 0,005%, le
reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés inévitables
résultant de
l'élaboration,
- on réchauffe le demi-produit à une température T1 comprise entre 1050 C et
1250 C, puis
- on effectue un laminage de dégrossissage du demi-produit réchauffé, à une
température T2 comprise entre 1000 et 880 C, avec un taux de réduction Ea
cumulé
supérieur à 30% de façon à obtenir une tôle avec une structure austénitique
complètement recristallisée de taille moyenne de grain inférieure à 40
micromètres et
préférentiellement à 5 micromètres, le taux de réduction cumulé Ea étant
défini par:
Ln eit, eia désignant l'épaisseur du demi-produit avant le laminage à chaud de
efa
dégrossissage et efa l'épaisseur de la tôle après le laminage de
dégrossissage, puis
- on refroidit non complètement la tôle jusqu'à une température T3 comprise
entre
600 C et 400 C dans le domaine austénitique métastable, à une vitesse VR1
supérieure à 2 C/s, puis
3e
CA 2835533 2017-02-27
= '
- on effectue un laminage à chaud de finition à la température T3, de la tôle
non
complètement refroidie, avec un taux de réduction cumulé Lb supérieur à 30% de
façon à obtenir une tôle, le taux de réduction cumulé Lb défini par : Ln eL) ,
eib
ep
désignant l'épaisseur de la tôle avant le laminage à chaud de finition et efr,
l'épaisseur
de la tôle après le laminage de finition, puis
- on refroidit la tôle à une vitesse VR2 supérieure à la vitesse critique de
trempe
martensitique.
Selon un aspect, le présent mémoire descriptif vise une tôle d'acier de
structure
totalement martensitique dont la composition comprend, les teneurs étant
exprimées
en poids,
0,15% É C É 0,40%
1,5 /0 5 Mn É 3%
0,005% É Si <2%
0,005% 5 Al É 0,1%,
1,8% Cr 4%
0% É Mo 5 2%
étant entendu que
2,7% É 0,5 (Mn)+(Cr)+3(Mo) 5. 5,7%
S 5 0,05%
P 0,1%,
3f
CA 2835533 2017-02-27
= =
et optionnellement:
0% 5 Nb 5 0,050%
0,01 % 5. Ti 5 0,1c1/0
0,0005% 5 B 5 0,005%,
0,0005% 5 Ca 5 0,005%,
le reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés inévitables
résultant
de l'élaboration, la tôle ayant une limite d'élasticité supérieure à 1300 MPa
et une
résistance mécanique Rm supérieure à 1.10*(3220 (C) + 958) Mpa, étant entendu
que (C) désigne la teneur en carbone en pourcentage pondéral de l'acier.
Selon plusieurs aspects, le présent mémoire descriptif vise une pièce d'acier
emboutie à chaud de structure totalement martensitique dont la composition
comprend, les teneurs étant exprimées en poids,
0,15% 5. C 0,40%
1,5% <Mn <3%
0,005% 5 Si 5 2%
0,005% 5 AI 5 0,1%,
1,8% 5 Cr 5 4%
0% 5. Mo 5 2%
étant entendu que
2,7% 5 0,5 (Mn)+(Cr)+3(Mo) 5 5,7%
3g
S 5. 0,05%
P 5 0,1%,
et optionnellement:
0% 5 Nb 5 0,050%
0,01 % 5 Ti 5 0,1%
0,0005% 5 B 5. 0,005%,
0,0005% 5 Ca 5 0,005%,
le reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés inévitables
résultant de l'élaboration, la pièce d'acier ayant une limite d'élasticité
supérieure à 1300 MPa et une résistance mécanique Rm supérieure à
1.10*(3220 (C) + 958) Mpa, étant entendu que (C) désigne la teneur en
carbone en pourcentage pondéral de l'acier.
Le présent mémoire descriptif a également pour objet un procédé de
fabrication d'une pièce d'acier à structure totalement martensitique
présentant
une taille moyenne de lattes inférieure à 1 micromètre, le facteur
d'allongement
moyen des lattes
4
CA 2835533 2017-12-05
cA 02835533 2013-11-08
WO 2012/153012 5 PCT/FR2012/000153
étant compris entre 2 et 5, comprenant les étapes successives et dans cet
ordre selon lesquelles :
- on approvisionne un flan d'acier dont la composition comprend, les teneurs
étant exprimées en poids, 0,15% C 0,40%,1,5% Mn 3%, 0,005% Si
2%, 0,005% Al 0,1%, 1,8% CK 4%, 0% Mo étant entendu que
2,7%0,5 (Mn)+(Cr)+3(MoW5,7%, S 0,05%, 0,1%,
optionnellement:
0 /0_ Nlp0,050%, 0,01% Ti0,1 /0, 0,0005% B 0,005%, 0,0005% Ca
0,005%, le reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés
inévitables résultant de l'élaboration,
lo - on chauffe
le flan à une température T1 comprise entre Ac3 et Ac3+250 C de
telle sorte que la taille moyenne de grain austénitique soit inférieure à 40
micromètres, et préférentiellement à 5 micromètres, puis
- on transfère le flan chauffé au sein d'une presse d'emboutissage à chaud ou
d'un dispositif de mise en forme à chaud, puis
- -on refroidit le flan jusqu'à une température T3 comprise entre 600 C et
400 C, à une vitesse VRi supérieure à 2 C/s de façon à éviter une
transformation de l'austénite,
- l'ordre des deux dernières étapes pouvant être interverti, puis,
- on emboutit ou on met en forme à chaud à la température T3 le flan
refroidi, d'une quantité Cc supérieure à 30% dans au moins une zone, pour
ei6.2 _______________________________________________________ Ei
obtenir une pièce, Ec, étant défini par Ec, où et 2
V3
sont les déformations principales cumulées sur l'ensemble des étapes de
déformation à la température T3, puis,
- on refroidit la pièce à une vitesse VR2 supérieure à la vitesse critique de
trempe martensitique.
Selon un mode préféré, le flan est embouti à chaud de façon à obtenir une
pièce, puis la pièce est maintenue au sein de l'outillage d'emboutissage de
façon à la refroidir à une vitesse VR2 supérieure à la vitesse critique de
trempe martensitique.
Selon un mode préféré, le flan est pré-revêtu d'aluminium ou d'un alliage à
base d'aluminium.
Selon un autre mode préféré, le flan est pré-revêtu de zinc ou d'un alliage à
base de zinc.
Préférentiellement, la tôle ou la pièce d'acier obtenue par l'un quelconque
des
procédés de fabrication ci-dessus, est soumise à un traitement thermique
ultérieur de revenu à une température T4 comprise entre 150 et 600 C pendant
une durée comprise entre 5 et 30 minutes.
L'invention a également pour objet une tôle d'acier non revenu de limite
d'élasticité supérieure à 1300 MPa, de résistance mécanique supérieure à
(3220(C)+958) mégapascals, étant entendu que (C) désigne la teneur en
carbone en pourcentage pondéral de l'acier, obtenue selon un quelconque des
procédés de fabrication ci-dessus, de structure totalement martensitique,
présentant une taille moyenne de lattes inférieures à 1 micromètre, le facteur
d'allongement moyen des lattes étant compris entre 2 et 5.
L'invention a également pour objet une pièce d'acier non revenu obtenue par
l'un quelconque des procédés de fabrication de pièce ci-dessus, la pièce
comportant au moins une zone de structure totalement martensitique
présentant une taille moyenne de lattes inférieure à 1 micromètre, le facteur
d'allongement moyen des lattes étant compris entre 2 et 5, la limite
d'élasticité
dans ladite zone étant supérieure à 1300 MPa et la résistance mécanique
étant supérieure à (3220(C)+958) mégapascals, étant entendu que (C) désigne
la teneur en carbone en pourcentage pondéral de l'acier.
L'invention a également pour objet une tôle ou une pièce d'acier obtenue par
le
procédé avec traitement de revenu ci-dessus, l'acier ayant une structure
totalement martensitique, présentant dans au moins une zone une taille
moyenne de lattes inférieure à 1,2 micromètre, le facteur d'allongement moyen
des lattes étant compris entre 2 et 5.
6
CA 2835533 2017-12-05
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une tôle
d'acier
à structure 100% martensitique, présentant une taille moyenne de lattes
inférieure à 1 micromètre, le facteur d'allongement moyen des lattes étant
compris entre 2 et 5, étant entendu que le facteur d'allongement d'une latte
de
dimension maximale Imax et minimale 'min est défini par ____________ max , à
limite d'élasticité
/ min
supérieure à 1300 MPa, à résistance mécanique supérieure à (3220(C)+958)
mégapascals, étant entendu que (C) désigne la teneur en carbone en
pourcentage pondéral de l'acier, comprenant les étapes successives et dans
cet ordre selon lesquelles :
on approvisionne un demi-produit d'acier dont la composition comprend,
les teneurs étant exprimées en poids,
0,15% É C <0,40%
1,5% É Mn É 3%
0,005% É Si É 2%
0,005% É Al 5. 0,1%,
1,8% 5. Cr 5 4%
0% 5. Mo É 2%
étant entendu que
2,7% É 0,5 (Mn)+(Cr)+3(Mo) É 5,7%
S 5 0,05%
P 5_ 0,1%,
et optionnellement:
0% 5 Nb 5 0,050%
0,01 % Ti 5 0,1%
0,0005% 5 B 0,005%,
0,0005% É Ca É 0,005%,
le reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés inévitables
résultant de l'élaboration,
on réchauffe le demi-produit à une température T1 comprise entre
1050 C et 1250 C,
6a
CA 2835533 2017-12-05
- on effectue un laminage de dégrossissage du demi-produit réchauffé, à une
température T2 comprise entre 1000 et 880 C, avec un taux de réduction Ca
cumulé supérieur à 30% de façon à obtenir une tôle avec une structure
austénitique complètement recristallisée de taille moyenne de grain inférieure
à
40 micromètres, étant entendu que le taux de réduction cumulé Ca est défini
par
: Ln , eia
désignant l'épaisseur du demi-produit avant le laminage à chaud de
efa
dégrossissage et efa l'épaisseur de la tôle après le laminage de
dégrossissage,
- on refroidit non complètement la tôle jusqu'à une température T3 comprise
entre 600 C et 400 C dans le domaine austénitique métastable, à une vitesse
VRi supérieure à 2 C/s,
- on effectue un laminage à chaud de finition à la température T3, de la
tôle non
complètement refroidie, avec un taux de réduction cumulé Eb supérieur à 30%
de façon à obtenir une tôle, étant entendu que le taux de réduction cumulé Lb
est défini par : Ln ff-b- , eib désignant l'épaisseur de la tôle avant le
laminage à
efb
chaud de finition et ert, l'épaisseur de la tôle après le laminage de
finition, puis
- on refroidit la tôle à une vitesse VR2 supérieure à la vitesse critique
de trempe
martensitique.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pièce
d'acier à structure 100% nnartensitique présentant une taille moyenne de
lattes
inférieure à 1 micromètre, le facteur d'allongement moyen des lattes étant
compris entre 2 et 5, étant entendu que le facteur d'allongement d'une latte
de
dimension maximale Imõ et minimale Irn,n est défini par ___________ ,
comprenant les
étapes successives et dans cet ordre selon lesquelles :
- on approvisionne un flan d'acier dont la composition comprend, les
teneurs
étant exprimées en poids,
0,15% C 0,40%
1,5% _5_ Mn 5- 3%
6b
CA 2835533 2017-12-05
0,005% É Si <2%
0,005% Al 5- 0 , 1 %,
1,8% É Cr 5 4%
0% É Mo É 2%
étant entendu que
2,7% É 0,5 (Mn)+(Cr)+3(Mo) É 5,7%
S 5 0,05%
P 0, 1 %
optionnellement:
0% É Nb É 0,050%
0,01 /0 É Ti É 0, 1%
0,0005% .É B 5. 0,005%,
0,0005% 5- Ca _É 0,005%,
le reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés inévitables
résultant de l'élaboration,
- on chauffe le flan à une température T1 comprise entre A.3 et A.3+250 C
de
telle sorte que la taille moyenne de grain austénitique soit inférieure à 40
micromètres,
- on transfère le flan chauffé au sein d'une presse d'emboutissage à chaud
ou
d'un dispositif de mise en forme à chaud,
- on refroidit le flan jusqu'à une température T3 comprise entre 600 C et
400 C,
à une vitesse VRi supérieure à 2 Cis de façon à éviter une transformation de
l'austénite,
- l'ordre des deux dernières étapes pouvant être interverti,
- on emboutit ou on met en forme à chaud à la température T3 le flan
refroidi,
d'une quantité 7 supérieure à 30% dans au moins une zone, pour obtenir une
pièce, étant entendu que la quantité 7, est définie par 7, =
õ/(e12. + e E2 + E), où el et 2 sont les déformation principales cumulées sur
l'ensemble des étapes de déformation à la température T3, puis
6e
CA 2835533 2017-12-05
- on refroidit la pièce à une vitesse VR2 supérieure à la vitesse critique de
trempe martensitique.
L'invention a également pour objet une tôle d'acier de structure 100%
martensitique dont la composition comprend, les teneurs étant exprimées en
poids,
0,15% 5 C 5 0,40%
1,5% 5 Mn 5 3%
0,005% .5 Si <2%
0,005% 5 Al 5 0,1%,
1,8% 5. Cr 5 4%
0% 5 Mo 5 2%
étant entendu que
2,7% 5 0,5 (Mn)+(Cr)+3(Mo) 5 5,7%
S 5 0,05%
P 5 0,1%,
et optionnellement:
0% 5 Nb 5 0,050%
0,01 % 5 Ti 5 0,1%
0,0005% 5 B 5 0,005%,
0,0005% 5. Ca 5 0,005%,
le reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés inévitables
résultant de l'élaboration, la tôle ayant une limite d'élasticité supérieure à
1300
MPa et une résistance mécanique Rm supérieure à 1.10*(3220 (C) + 958)
Mpa, étant entendu que (C) désigne la teneur en carbone en pourcentage
pondéral de l'acier.
L'invention a également pour objet une pièce d'acier emboutie à chaud de
structure 100% martensitique dont la composition comprend, les teneurs étant
exprimées en poids,
6d
CA 2835533 2017-12-05
0,15% 5 C <0,40%
1,5% 5 Mn 5. 3%
0,005% 5 Si 5 2%
0,005% 5 Al 5 0,1%,
1,8% 5 Cr 5 4`)/0
0% 5 Mo 5 2%
étant entendu que
2,7% 5. 0,5 (Mn)+(Cr)+3(Mo) 5. 5,7%
S 5 0,05%
P 5. 0,1%,
et optionnellement:
0% 5 Nb 5 0,050%
0,01 % 5 Ti 5 0,1%
0,0005% 5 B 5 0,005%,
0,0005% 5. Ca 5 0,005%,
le reste de la composition étant constitué de fer et d'impuretés inévitables
résultant de l'élaboration, la pièce d'acier ayant une limite d'élasticité
supérieure à 1300 MPa et une résistance mécanique Rm supérieure à
1.10*(3220 (C) + 958) Mpa, étant entendu que (C) désigne la teneur en
carbone en pourcentage pondéral de l'acier.
Les inventeurs ont mis en évidence que les problèmes exposés ci-dessus
étaient résolus grâce à un procédé d'ausforming spécifique mis en oeuvre sur
une gamme particulière de compositions d'aciers. Contrairement aux études
précédentes qui montraient que l'ausforming requérait l'addition d'éléments
d'alliage coûteux, les inventeurs ont mis en évidence de façon surprenante que
cet effet peut être obtenu grâce à des compositions nettement moins chargées
en éléments d'alliage.
6e
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CA 02835533 2013-11-08
WO 2012/153012 7 PCT/FR2012/000153
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de
la description ci-dessous donnée à titre d'exemple et faite en référence aux
figures jointes suivantes :
La figure 1 présente un exemple de microstructure de tôle d'acier fabriquée
par le procédé selon l'invention.
La figure 2 présente un exemple de microstructure du même acier fabriqué
par un procédé de référence, par chauffage dans le domaine austénitique
puis simple trempe martensitique.
La figure 3 présente un exemple de microstructure de pièce d'acier fabriquée
lo par le procédé selon l'invention.
La composition des aciers mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention va
maintenant être détaillée.
Lorsque la teneur en carbone de l'acier est inférieure à 0,15% en poids, la
trempabilité de l'acier est insuffisante compte tenu du procédé mis en oeuvre
et il n'est pas possible d'obtenir une structure totalement martensitique.
Lorsque cette teneur est supérieure à 0,40%, les joints soudés réalisés à
partir de ces tôles ou de ces pièces présentent une ténacité insuffisante. La
teneur optimale en carbone pour la mise en oeuvre de l'invention est
comprise entre 0,16 et 0,28%.
Le manganèse abaisse la température de début de formation de la martensite
et ralentit la décomposition de l'austénite. Afin d'obtenir des effets
suffisants
pour permettre la mise en oeuvre de l'ausforming, la teneur en manganèse ne
doit pas être inférieure à 1,5%. Par ailleurs, lorsque la teneur en manganèse
dépasse 3%, des zones ségrégées sont présentes en quantité excessive ce
qui nuit à la mise en oeuvre de l'invention. Une gamme préférentielle pour la
mise en uvre de l'invention est 1,8 à 2,5%Mn.
La teneur en silicium doit être supérieure à 0,005% de façon à contribuer à la
désoxydation de l'acier en phase liquide. Le silicium ne doit pas excéder 2%
en poids en raison de la formation d'oxydes superficiels qui réduisent
notablement la revêtabilité dans les procédés comportant un passage en
continu de la tôle d'acier dans un bain métallique de revêtement.
Le chrome et le molybdène sont des éléments très efficaces pour retarder la
transformation de l'austénite et pour séparer les domaines de transformation
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WO 2012/153012 8 PCT/FR2012/000153
ferrito-perlitique et bainitique, la transformation ferrito-perlitique
intervenant à
des températures supérieures à la transformation bainitique. Ces domaines
de transformation se présentent sous forme de deux nez> bien distincts
dans un diagramme de transformation isotherme TTT (Transformation-
s Température-Temps) à partir de l'austénite, ce qui permet la mise en
oeuvre
du procédé selon l'invention.
La teneur en chrome de l'acier doit être comprise entre 1,8% et 4% en poids
pour que son effet de retardement sur la transformation de l'austénite soit
suffisant. La teneur en chrome de l'acier tient compte de la teneur d'autres
lo éléments augmentant la trempabilité tels que la manganèse et le
molybdène :
en effet, compte tenu des effets respectifs du manganèse, du chrome et du
molybdène sur les transformations à partir de l'austénite, une addition
combinée de ces éléments doit être effectuée en respectant la condition
suivante, les quantités respectivement notées (Mn) (Cr) (Mo) étant exprimées
15 en pourcentage pondéral : 2,7%0,5 (Mn)+(Cr)+3(Mo)5,7%.
La teneur en molybdène ne doit cependant pas excéder 2% en raison de son
coût excessif.
La teneur en aluminium de l'acier selon l'invention n'est pas inférieure à
0,005% de façon à obtenir une désoxydation suffisante de l'acier à l'état
20 liquide. Lorsque la teneur en aluminium est supérieure à 0,1% en poids,
des
problèmes de coulée peuvent apparaitre. Il peut également se former des
inclusions d'alumine en quantité ou en taille trop importantes qui jouent un
rôle néfaste sur la ténacité.
Les teneurs en soufre et en phosphore de l'acier sont respectivement limitées
25 à 0,05 et 0,1% pour éviter une réduction de la ductilité ou de la
ténacité des
pièces ou des tôles fabriquées selon l'invention.
L'acier peut contenir optionnellement du niobium et/ou du titane, ce qui
permet d'affiner un affinement supplémentaire du grain. En raison du
durcissement à chaud que ces additions confèrent, celles-ci doivent être
30 cependant limitées à 0,050% pour le niobium et comprises entre 0,01 et
0,1%
pour le titane de façon ne pas augmenter les efforts lors du laminage à
chaud.
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WO 2012/153012 9 PCT/FR2012/000153
A titre optionnel, l'acier peut également contenir du bore : en effet, la
déformation importante de l'austénite peut accélérer la transformation en
ferrite au refroidissement, phénomène qu'il convient d'éviter. Une addition de
bore, en quantité comprise entre 0,0005 et 0,005% en poids permet de se
prémunir d'une transformation ferritique précoce.
A titre optionnel, l'acier peut également contenir du calcium en quantité
comprise entre 0,0005 et 0,005% : en se combinant avec l'oxygène et le
soufre, le calcium permet d'éviter la formation d'inclusions de grande taille,
néfastes pour la ductilité des tôles ou des pièces ainsi fabriquées.
io Le reste de la composition de l'acier est constitué de fer et
d'impuretés
inévitables résultant de l'élaboration.
Les tôles ou les pièces d'acier fabriquées selon l'invention sont
caractérisées
par une structure totalement martensitique en lattes d'une grande finesse : en
raison du cycle thermomécanique et de la composition spécifiques, la taille
moyenne des lattes martensitiques est inférieure à 1 micromètre et leur
facteur d'allongement moyen est compris entre 2 et 5. Ces caractéristiques
microstructurales sont déterminées par exemple en observant la
microstructure par microscopie électronique à balayage au moyen d'un canon
à effet de champ (technique MEB-FEG ) à un grandissement supérieur à
1200x, couplé à un détecteur EBSD ( Electron Backscatter Diffraction ). On
définit que deux lattes contigües sont distinctes lorsque leur désorientation
est supérieure à 5 degrés. La taille moyenne de lattes est définie par la
méthode des intercepts connue en elle-même : on évalue la taille moyenne
des lattes interceptées par des lignes définies de façon aléatoire par rapport
à
la microstructure. La mesure est réalisée sur au moins 1000 lattes
martensitiques de façon à obtenir une valeur moyenne représentative. La
morphologie des lattes individualisées est déterminée par analyse d'images
au moyen de logiciels connus en eux-mêmes : on détermine la dimension
maximale lnax et minimale 'min de chaque latte martensitique et son facteur
d'allongement / max . Afin d'être statistiquement représentative, cette
/min
observation porte sur au moins 1000 lattes martensitiques. Le facteur
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WO 2012/153012 10 PCT/FR2012/000153
d'allongement moyen / maxest ensuite déterminé pour l'ensemble de ces
/ min
lattes observées.
Le procédé selon l'invention permet de fabriquer soit des tôles laminées, soit
des pièces embouties à chaud ou mises en forme à chaud. Ces deux modes
vont être successivement exposés.
Le procédé de fabrication de tôles laminées à chaud selon l'invention
comporte les étapes suivantes :
On approvisionne tout d'abord un demi-produit d'acier dont la composition a
été exposée ci-dessus. Ce demi-produit peut se présenter par exemple sous
to forme de brame issue de coulée continue, de brame mince ou de lingot. A
titre d'exemple indicatif, une brame de coulée continue a une épaisseur de
l'ordre de 200mm, une brame mince une épaisseur de l'ordre de 50-80mm.
On réchauffe ce demi-produit à une température T1 comprise entre 1050 C et
1250 C. La température T1 est supérieure à Ac3, température de
transformation totale en austénite au chauffage. Ce réchauffage permet donc
d'obtenir une austénitisation complète de l'acier ainsi que la dissolution
d'éventuels carbonitrures de niobium existant dans le demi-produit. Cette
étape de réchauffage permet également de réaliser les différentes opérations
ultérieures de laminage à chaud qui vont être présentées : on effectue un
laminage, dit de dégrossissage, du demi-produit à une température T2
comprise entre 1000 et 880 C.
Le taux de réduction cumulé des différentes étapes de laminage au
dégrossissage est noté Ea. Si désigne l'épaisseur du demi-produit avant le
laminage à chaud de dégrossissage et efa l'épaisseur de la tôle après ce
ei,
laminage, on définit le taux de réduction cumulé par Ca = Ln -- . Selon
e f
la
l'invention, le taux de réduction cumulé La lors du laminage de dégrossissage
doit être supérieur à 30%. Dans ces conditions, l'austénite obtenue est
totalement recristallisée avec une taille moyenne de grain inférieure à 40
micromètres, voire à 5 micromètres lorsque la déformation La est supérieure à
200% et lorsque la température T2 est comprise entre 950 et 880 C. On
refroidit ensuite non complètement la tôle, c'est à dire jusqu'à une
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WO 2012/153012 11 PCT/FR2012/000153
température intermédiaire T3, de façon à éviter une transformation de
l'austénite, à une vitesse VRi supérieure à 2 C/s jusqu'à une température T3
comprise entre 600 C et 400 C, domaine de température dans lequel
l'austénite est métastable, c'est à dire dans un domaine où elle ne devrait
pas
être présente dans des conditions d'équilibre thermodynamique. On effectue
alors un laminage à chaud de finition à la température T3, le taux de
réduction
cumulé Lb étant supérieur à 30%. Dans ces conditions, on obtient une
structure austénitique déformée plastiquement dans laquelle n'intervient pas
la recristallisation. On refroidit ensuite la tôle à une vitesse VR2
supérieure à la
lo vitesse de trempe critique martensitique.
Bien que le procédé ci-dessus décrive la fabrication de produits plats (tôles)
à
partir notamment de brames, l'invention n'est pas limitée à cette géométrie et
à ce type de produits, et peut être mise en oeuvre pour la fabrication de
produits longs, de barres, de profilés, par des étapes successives de
déformation à chaud.
Le procédé de fabrication de pièces embouties ou mises en forme à chaud
est le suivant :
On approvisionne tout d'abord un flan en acier dont la composition contient
en poids : 0,15% C 0,40%, 1,5%_ Mn 3%, 0,005% Si 2%, 0,005%
Al 0,1%, 1,8% 4%, Mo ..2c1/o, étant entendu que 2,7%_<1,5
(Mn)+(Cr)+3(Mo)5,7`)/0, S 5_ 0,05%, 0,1%, et optionnellement :
NI:40,050%, TM,1%, 0,0005% B 0,005%, 0,0005% Ca
0,005%.
Ce flan plan est obtenu par découpage d'une tôle ou d'une bobine selon une
forme en rapport avec la géométrie finale de la pièce visée. Ce flan peut être
non-revêtu ou optionnellement pré-revêtu. Le pré-revêtement peut être de
l'aluminium ou un alliage à base d'aluminium. Dans ce dernier cas, la tôle
peut être avantageusement obtenue par passage au trempé en continu dans
un bain d'alliage aluminium-silicium comprenant en poids 5-11% de silicium,
2 à 4% de fer, optionnellement entre 15 et 30 ppm de calcium, le reste étant
de l'aluminium et des impuretés inévitables résultant de l'élaboration.
Le flan peut être également pré-revêtu de zinc ou d'un alliage à base de zinc.
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WO 2012/153012 12 PCT/FR2012/000153
Le pré-revêtement peut être notamment du type galvanisé au trempé en
continu ( GI ) ou galvanisé-allié ( GA )
On chauffe le flan à une température T1 comprise entre Ac3 et Ac3-F250 C.
Dans le cas où le flan est pré-revêtu, on effectue préférentiellement le
chauffage dans un four sous atmosphère ordinaire ; on assiste durant cette
étape à une alliation entre l'acier et le pré-revêtement. Le revêtement formé
par alliation protège l'acier sous-jacent de l'oxydation et de la
décarburation
et se révèle apte à une déformation ultérieure à chaud. On maintient le flan à
la température T1 pour assurer l'homogénéité de la température en son sein.
Selon l'épaisseur du flan, comprise par exemple de 0,5 à 3 mm, la durée de
maintien à la température T1 varie de 30 secondes à 5 minutes.
Dans ces conditions, la structure de l'acier du flan est complètement
austénitique. La limitation de la température à A03+250 C a pour effet de
restreindre le grossissement du grain austénitique à une taille moyenne
inférieure à 40 micromètres. Lorsque la température est comprise entre Ac3
et Ac3+50 C, la taille moyenne de grain est préférentiellement inférieure à 5
micromètres.
- on transfère le flan ainsi chauffé au sein d'une presse d'emboutissage à
chaud ou bien au sein d'un dispositif de mise en forme à chaud : ce dernier
peut être par exemple un dispositif de roll-forming dans lequel le flan
est
déformé progressivement par profilage à chaud dans une série de rouleaux
jusqu'à atteindre la géométrie finale de la pièce désirée. Le transfert du
flan
jusqu'à la presse ou jusqu'au dispositif de mise en forme doit s'effectuer
suffisamment rapidement pour ne pas provoquer de transformation de
l'austénite.
- on refroidit ensuite le flan à une vitesse VRi supérieure à 2 C/s de façon à
éviter la transformation de l'austénite, jusqu'à une température T3 comprise
entre 600 C et 400 C, domaine de température dans lequel l'austénite est
métastable.
Selon une variante, il est aussi possible d'inverser l'ordre de ces deux
dernières étapes, c'est à dire de refroidir d'abord le flan avec une vitesse
VR1
supérieure à 2 C/s, puis de transférer ce flan au sein de la presse
d'emboutissage ou du dispositif de mise en forme à chaud, de telle sorte que
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WO 2012/153012 13 PCT/FR2012/000153
celui-ci puisse être embouti ou mis en forme à chaud de la façon qui suit.
On emboutit ou on met en forme à chaud le flan à une température T3
comprise entre 400 et 600 C, cette déformation à chaud pouvant être
effectuée en une seule étape ou en plusieurs étapes successives, comme
dans le cas du roll-forming mentionné ci-dessus. A partir d'un flan initial
plan,
l'emboutissage permet d'obtenir une pièce dont la forme n'est pas
développable. Quel que soit le mode de mise en forme à chaud, la
déformation cumulée ce doit être supérieure à 30% de façon à obtenir une
austénite déformée non recristallisée. Comme les modes de déformation
Io peuvent varier d'un endroit à un autre en raison de la géométrie de la
pièce et
du mode local de sollicitation (expansion, rétreint, traction ou compression
uniaxiale), on désigne par ec la déformation équivalente définie en chaque
¨ 2 ___________________________
point de la pièce par Ce = NI(E12 12+ , où Cl et 2 sont les
déformations principales cumulées sur l'ensemble des étapes de déformation
à la température T3. Dans une première variante, le mode de formage à
chaud est choisi de telle sorte que la condition cc. >30% soit satisfaite en
tout
endroit de la pièce formée.
Optionnellement, il est également possible de mettre en oeuvre un procédé
de formage à chaud où cette condition ne se trouve remplie qu'à certains
endroits particuliers, correspondant aux zones les plus sollicitées des pièces
où l'on souhaite obtenir des caractéristiques mécaniques particulièrement
élevées. On obtient dans ces conditions une pièce dont les propriétés
mécaniques sont variables, pouvant résulter à certains endroits d'une trempe
martensitique simple (cas de zones éventuelles non déformées localement
lors de la mise en forme à chaud) et résulter dans d'autres zones du procédé
selon l'invention qui conduit à une structure martensitique avec une taille de
lattes extrêmement réduite et des propriétés mécaniques accrues.
Après déformation à chaud, on refroidit la pièce à une vitesse VR2 supérieure
à la vitesse critique de trempe martensitique de façon à obtenir une structure
totalement martensitique. Dans le cas de l'emboutissage à chaud, ce
refroidissement peut être réalisé par maintien de la pièce dans l'outillage
avec
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WO 2012/153012 14 PCT/FR2012/000153
un contact étroit avec celui-ci. Ce refroidissement par conduction thermique
peut être accéléré par refroidissement de l'outillage d'emboutissage, par
exemple grâce à des canaux usinés dans l'outillage permettant la circulation
d'un fluide réfrigérant.
Outre par la composition d'acier mis en oeuvre, le procédé d'emboutissage à
chaud de l'invention diffère donc du procédé usuel qui consiste à débuter
l'emboutissage à chaud dès que le flan a été positionné dans la presse.
Selon ce procédé usuel, la limite d'écoulement de l'acier est la plus faible à
haute température et les efforts requis par la presse sont les moins élevés.
lo Par comparaison, le procédé selon l'invention consiste à observer un temps
d'attente de façon à ce que le flan atteigne un domaine de température
adapté pour l'ausforming, puis à emboutir à chaud le flan à température
nettement plus basse que dans le procédé usuel. Pour une épaisseur de flan
donnée, l'effort d'emboutissage requis par la presse est légèrement plus
élevé mais la structure finale obtenue plus fine que dans le procédé usuel
conduit à des propriétés mécaniques plus importantes de limite d'élasticité,
de résistance et de ductilité. Pour satisfaire un cahier des charges
correspondant à un niveau de sollicitation donné, il est donc possible de
diminuer l'épaisseur des flans et par là même de diminuer l'effort
d'emboutissage des pièces selon l'invention.
De plus, selon le procédé d'emboutissage à chaud usuel, la déformation à
chaud immédiatement après emboutissage doit être limitée, cette déformation
à haute température ayant tendance à favoriser la formation de ferrite dans
les zones les plus déformées, ce que l'on cherche à éviter. Le procédé selon
l'invention ne comporte pas cette limitation.
Quelle que soit la variante du procédé selon l'invention, les tôles ou les
pièces d'acier peuvent être utilisés telles quelles ou soumises à un
traitement
thermique de revenu, effectué à une température T4 comprise entre 150 et
600 C pendant une durée comprise entre 5 et 30 minutes. Ce traitement de
revenu a pour effet d'augmenter la ductilité au prix d'une diminution de la
limite d'élasticité et de la résistance. Les inventeurs ont cependant mis en
évidence que le procédé selon l'invention, qui confère une résistance
mécanique en traction Rm d'au moins 50 MPa plus élevée que celle obtenue
CA 02835533 2016-05-24
après trempe conventionnelle, conservait cet avantage, même après traitement
de revenu
avec des températures allant de 150 à 600 C. Les caractéristiques de finesse
de la
microstructure sont conservées par ce traitement de revenu, la taille moyenne
de lattes étant
inférieure à 1.2 micromètre, le facteur d'allongement moyen des lattes étant
compris entre 2 et
5 5.
A titre d'exemple non limitatif, les résultats suivants vont montrer les
caractéristiques
avantageuses conférées par l'invention.
Exemple 1 :
On a approvisionné des demi-produits d'acier dont les compositions, exprimées
en teneurs
10 pondérales (%), sont les suivantes :
e Acier G hén Si Cr - Mo M S P Nb Ti 13
2.W1.1 .3
Ma
H _________________ -
A ______ 0,105 1M5 0,01 1õ00t0 0,05 0,03 0,X3 0,02 0,01 ton &MU 30
a,24 __________ tOOltTO3 ___ o,00e on ooel __ o.o2 me __ - 2.88
Des demi-produits de 31 mm d'épaisseur ont été réchauffés et maintenus 30
minutes à une
température T-i de 1050 C puis soumis à un laminage de dégrossissage en 5
passes à une
température T2 de 910 C jusqu'à une épaisseur de 6 mm, soit un taux de
réduction cumulé a
15 de 164%. A ce stade, la structure est totalement austénitique et
complètement recristallisée
avec une taille moyenne de grain de 30 micromètres. Les tôles ainsi obtenues
ont été ensuite
refroidies à la vitesse de 25 C/s jusqu'à la température T3 de 550 C où elles
ont été laminées
en 5 passes avec un taux de réduction cumulé b de 60% puis refroidies ensuite
jusqu'à la
température ambiante avec une vitesse de 80 C/s de façon à obtenir une
microstructure
complètement martensitique. Par comparaison, des tôles d'aciers de composition
ci-dessus
ont été chauffées et maintenues 30 minutes à 1250 C puis refroidies par trempe
à l'eau de
façon à obtenir une microstructure complètement martensitique (traitement de
référence)
Au moyen d'essais de traction, on a déterminé la limite d'élasticité Re, la
résistance à la
rupture Rm, et l'allongement total A des tôles obtenues par
CA 02835533 2013-11-08
WO 2012/153012 16 PCT/FR2012/000153
ces différents modes de fabrication. On a également fait figurer la valeur
estimée de la résistance après trempe martensitique simple (3220%(C)+908)
(MPa) ainsi que la différence LIRm entre cette valeur estimée et la résistance
effectivement mesurée.
On a également observé la microstructure des tôles obtenues par
Microscopie Electronique à Balayage au moyen d'un canon à effet de champ
(technique MEB-FEG ) et détecteur EBSD et quantifié la taille moyenne
des lattes de la structure martensitique ainsi que leur facteur d'allongement
moyen / max .
/ min
Les résultats de ces différentes caractérisations sont présentés ci-dessous.
Les essais Al et A2 désignent des essais réalisés sur la composition d'acier
A dans deux conditions différentes, l'essai B1 a été réalisé à partir de la
composition d'acier B.
Taille
3220 moyenne
Essai Température Re Rm ARm / max
A (%) %C+908 de lattes
T3 (oC) (MPa) (MPa) (MPa) /mm
(MPa) (Pm)
A1 550 1588 1889 5,9 1536 353 0,9 3
Invention B1 550 1572 1986 6,5 1681 306 0,8 4
Référence A2 Sans 1223 1576 6,9 1536 40 2 7
Conditions d'essais et résultats mécaniques obtenus
Valeurs soulignées : non conformes à l'invention
La figure 1 présente la microstructure obtenu dans le cas de l'essai Al. Par
comparaison, la figure 2 présente la microstructure du même acier
simplement chauffé à 1250 C, maintenu 30 minutes à cette température et
trempé ensuite à l'eau (essai A2) Le procédé selon l'invention permet
d'obtenir une martensite avec une taille moyenne de lattes nettement plus
fine et moins allongées que dans la structure de référence.
Dans le cas de l'essai A2 (trempe martensitique simple), on observe que la
valeur de la résistance estimée (1536MPa) à partir de l'expression (1) est
voisine de celle déterminée expérimentalement (1576MPa)
Dans les essais Al et B1 selon l'invention, les valeurs de ARm sont de 353 et
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de 306 MPa respectivement. Le procédé selon l'invention permet donc
d'obtenir des valeurs de résistance mécanique nettement supérieures à
celles qui seraient obtenues par une trempe martensitique simple. Cette
augmentation de résistance (353 ou 306 MPa) est équivalente à celle qui
serait obtenue, d'après la relation (1) par une trempe martensitique simple
appliquée à des aciers dans lesquels une addition supplémentaire de 0,11%
ou de 0,09% environ aurait été réalisée. Une telle augmentation de la teneur
en carbone aurait cependant des conséquences néfastes vis-à-vis de la
soudabilité et de la ténacité, alors que le procédé selon l'invention permet
d'atteindre de très hautes valeurs de résistance mécanique sans ces
inconvénients.
Les tôles fabriquées selon l'invention, en raison de leur teneur en carbone
plus faible, présentent une bonne aptitude au soudage par les procédés
usuels, en particulier au soudage par résistance par points.
Des traitements thermiques de revenu ont été ensuite réalisés dans
différentes conditions de température et de durée sur l'acier dans la
condition
B1 ci-dessus : pour une température allant jusqu'à 600 C et une durée allant
jusqu'à 30 minutes, la taille moyenne de lattes martensitiques reste
inférieure
à 1,2 micromètre.
Exemple 2:
On a approvisionné des flans en acier d'épaisseur 3mm de composition
suivante, exprimée en teneurs pondérales (%):
Mo 0,5Mn+
Acier C Mn Si Cr Al S P Nb
Cr+3Mo
13 0,24 1,99 0,01 - 1,86 0,008 0,027 0,003 0,02
0,008 2,88
Les flans ont été soumis à un chauffage à 1000 C (soit Ac3+210 C environ)
pendant 5 minutes. Ceux-ci ont été ensuite :
soit refroidis à 50 Cis jusqu'à la température T3 de 525 C puis
emboutis à cette température avec une déformation équivalente
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g, supérieure à 50%, et enfin refroidis à une vitesse supérieure à la vitesse
critique de trempe martensitique (essai B2)
soit refroidis à 50 C/s jusqu'à la température de 525 C, puis refroidis à
une vitesse supérieure à la vitesse critique de trempe martensitique (essai
63)
Le tableau ci-dessous présente les propriétés mécaniques obtenues :
Taille
3220 IARml moyenne
Essai Température Re Rm /max
%C+908 (MPa) de lattes hm,
T3 ( C) (MPa) (MPa)
(MPa) (Pm)
Invention B2 525 1531 1912 1681 299 0,9 3
Référence B3 1320 1652 1681 29 1 8 5
Conditions d'essais et résultats mécaniques obtenus
Valeurs soulignées : non conformes à l'invention
La figure 3 présente la microstructure obtenue dans la condition 63 selon
l'invention, caractérisée par une taille moyenne de lattes très fine (0,9
micromètre) et un faible facteur d'allongement.
Ainsi, l'invention permet la fabrication de tôles, ou de pièces nues ou
revêtues, à très hautes caractéristiques mécaniques, dans des conditions
économiques très satisfaisantes.
Ces tôles ou ces pièces seront utilisées avec profit pour la fabrication de
pièces de sécurité, et notamment de pièces anti-intrusion ou de
soubassement, de barres de renforcement, de pieds milieu, pour la
construction de véhicules automobiles.
