FR2790009A1 - HIGH ELASTICITY DUAL-PHASE STEEL - Google Patents
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Abstract
Description
ACIER DUAL-PHASE A HAUTE LIMITE D'ELASTICITE.DUAL-PHASE STEEL WITH HIGH ELASTICITY LIMIT.
La présente invention concerne le domaine des aciers pour application dans le domaine automobile, en particulier des aciers destinés à réaliser des pièces de structure et des pièces de sécurité, par exemple des The present invention relates to the field of steels for application in the automotive field, in particular steels intended to produce structural parts and safety parts, for example
renforts anti-intrusion de portières ou des glissières de sièges. anti-intrusion reinforcements for doors or seat rails.
Pour réaliser certaines pièces de structure, le matériau recherché doit posséder une limite d'élasticité Re élevée, une très bonne To make certain structural parts, the material sought must have a high elastic limit Re, a very good
soudabilité, une formabilité acceptable, ainsi qu'une forte consolidation. weldability, acceptable formability, as well as strong consolidation.
lO Pour réaliser des pièces telles que les renforts de portière destinés à l'absorbtion des chocs, le matériau recherché doit posséder une résistance à la rupture Rm élevée, une grande ductilité et une bonne soudabilité. Dans un soucis d'allégement des pièces, on recherche de plus en plus à augmenter la limite d'élasticité Re des aciers utilisés afin de pouvoir, à résistance mécanique équivalente, diminuer l'épaisseur de ces pièces, sans toutefois dégrader les autres propriétés du matériau, en particulier son lO To produce parts such as door reinforcements intended for shock absorption, the material sought must have a high breaking strength Rm, high ductility and good weldability. In a concern of lightening of the parts, one seeks more and more to increase the elastic limit Re of the steels used in order to be able, with equivalent mechanical resistance, to reduce the thickness of these parts, without however degrading the other properties of the material, especially its
allongement à la rupture A%.elongation at break A%.
Il est actuellement connu d'utiliser deux types d'aciers pour ces applications automobile: - les aciers ferritiques à haute limite d'élasticité élaborés à partir de nuances microalliées au titane et/ou au niobium et/ou au vanadium, pour ne citer que les éléments de microalliage les plus courants, durcis par la présence de précipités fins dispersés; les aciers à très haute résistance de type dual-phase, durcis principalement par la présence de phases dures telles que la bainite et/ou la martensite. Ces deux familles d'aciers, ainsi que leurs propriétés sont par exemple décrits dans le document: " High-Strength Automotive Sheet Steels For Weight Reduction And Safety Applications - Proceedings Of The Symposium On High-Strength Sheet Steels For The Automotive Industry Baltimore, 16-19 octobre 1994 - pages It is currently known to use two types of steel for these automotive applications: - ferritic steels with a high yield strength produced from grades microalloyed with titanium and / or niobium and / or vanadium, to name only the most common microalloy elements, hardened by the presence of fine dispersed precipitates; very high strength steels of the dual-phase type, hardened mainly by the presence of hard phases such as bainite and / or martensite. These two families of steels, as well as their properties, are for example described in the document: "High-Strength Automotive Sheet Steels For Weight Reduction And Safety Applications - Proceedings Of The Symposium On High-Strength Sheet Steels For The Automotive Industry Baltimore, 16 -October 19, 1994 - pages
-77 ".-77 ".
Les aciers microalliés ferritiques sont des aciers à haute limite Ferritic microalloyed steels are high limit steels
d'élasticité Re, celle-ci pouvant aller de 280 MPa à 500 MPa selon la gamme. elasticity Re, which can range from 280 MPa to 500 MPa depending on the range.
Cette haute limite d'élasticité est obtenue par l'ajout d'une petite quantité d'éléments de microalliage encore appelés dispersoldes, dont les plus courants sont le niobum, le titane, le vanadium et le bore. Ces éléments possedent une forte affinité pour le carbone et l'azote, ce qui va permettre la formation de précipités de carbures très fins et dispersés dans la structure, lesquels vont provoquer le durcissement. Ainsi selon la quantité de carbone et d'éléments de microalliage dans l'acier, il est possible de réaliser différentes This high elastic limit is obtained by adding a small amount of microalloy elements also called dispersoldes, the most common of which are niobum, titanium, vanadium and boron. These elements have a strong affinity for carbon and nitrogen, which will allow the formation of precipitates of very fine carbides and dispersed in the structure, which will cause hardening. Thus, depending on the quantity of carbon and microalloy elements in the steel, it is possible to produce different
gammes d'acier avec des limites d'élasticité Re de 280 MPa à 500 Mpa. steel ranges with elastic limits Re from 280 MPa to 500 Mpa.
Quelques exemples d'aciers ferritiques microalliés au niobium sont récapitulés dans le tableau 1 ci-après, dans lequel la teneur des Some examples of ferritic steels microalloyed with niobium are summarized in Table 1 below, in which the content of
différents constituants est donnée en 10-3 % poids. different constituents are given in 10-3% by weight.
Réf. C Si Mn P S N AI Autre Re Rm Re/Rm A% acier _ _(MPa) (MPa) A1 50 10 100 15 15 3 40 Nb 350 410 0,85 22 A2 60 400 1200 15 5 3 40 Nb 500 570 0,88 12 A3 70 10 600 20 15 3 40 Nb 350 420 0,83 22 A4 120 400 1500 15 5 3 40 Nb 500 570 0,88 10 Ref. C Si Mn PSN AI Other Re Rm Re / Rm A% steel _ _ (MPa) (MPa) A1 50 10 100 15 15 3 40 Nb 350 410 0.85 22 A2 60 400 1200 15 5 3 40 Nb 500 570 0, 88 12 A3 70 10 600 20 15 3 40 Nb 350 420 0.83 22 A4 120 400 1500 15 5 3 40 Nb 500 570 0.88 10
Tableau 1Table 1
Ces aciers ont été élaborés par laminage à chaud avec une température de fin de laminage de l'ordre de 875 OC, bobinage à 600 C, laminage à froid, recuit continu et skin-pass. Les aciers A3 et A4 ont également fait l'objet d'un recuit de galvanisation et d'une opération de galvanisation. Par rapport aux mêmes aciers sans éléments de microalliage, ces aciers présentent un niveau de limite d'élasticité Re plus élevé, et un These steels were produced by hot rolling with an end of rolling temperature of around 875 OC, coiling at 600 C, cold rolling, continuous annealing and skin-pass. The A3 and A4 steels were also subjected to galvanizing annealing and a galvanizing operation. Compared to the same steels without microalloy elements, these steels have a higher yield strength level Re, and a
rapport typique Re/Rm de l'ordre de 0,85. typical Re / Rm ratio of around 0.85.
Ces aciers présentent également une capacité de durcissement lors de la cuisson de la peinture, couramment appelée bake-hardening, qui These steels also have a hardening capacity when the paint is cured, commonly called bake-hardening, which
est d'environ 25 MPa.is around 25 MPa.
Mais ces aciers présentent un allongement à la rupture A% dégradé, et présentent également un palier de limite d'élasticité important après recuit, que ce dernier soit un recuit en continu, un recuit sur base ou un recuit de galvanisation. En général, ce palier n'est pas totalement effacé par I'opération de skin-pass afin de minimiser la dégradation de l'allongement à la rupture due à l'écrouissage. Ceci conduit à une dispersion des caractéristiques mécaniques relativement importante à l'intérieur de la bobine But these steels have an elongation at break A% degraded, and also have a high yield strength plateau after annealing, whether the latter is a continuous annealing, a base annealing or a galvanizing annealing. In general, this bearing is not completely erased by the skin-pass operation in order to minimize the degradation of the elongation at break due to work hardening. This leads to a relatively large dispersion of the mechanical characteristics inside the coil
ou entre différentes bobines.or between different coils.
Ces aciers microalliés sont également très sensibles aux conditions de dénatutation à chaud et plus particulièrement à la composition chimique et à la température de bobinage. Ceci rend leur fabrication complexe et conduit également à une dispersion des caractéristiques These microalloyed steels are also very sensitive to the conditions of hot denatutation and more particularly to the chemical composition and to the winding temperature. This makes their manufacture complex and also leads to a dispersion of the characteristics
mécaniques importante.important mechanical.
Ainsi, ces aciers présentent une anisotropie de caractéristiques 1o mécaniques dans le plan de la tôle très importante. Par exemple, la limite d'élasticité varie de plus de 20 MPa selon la direction de mesure par rapport à Thus, these steels have an anisotropy of mechanical characteristics 1o in the plane of the sheet very important. For example, the yield strength varies by more than 20 MPa depending on the direction of measurement compared to
la direction de laminage.the rolling direction.
Enfin, ces aciers microalliés nécessitent des recuits relativement chauds et longs pour assurer une recristallisation complète à cause des éléments de microalliage présents dans l'acier. Ceci diminue la productivité des lignes de recuit et contribue à l'augmentation de la dispersion des Finally, these microalloyed steels require relatively hot and long anneals to ensure complete recrystallization because of the microalloy elements present in the steel. This decreases the productivity of the annealing lines and contributes to the increase in the dispersion of the
caractéristiques mécaniques dans la bobine et entre différentes bobines. mechanical characteristics in the coil and between different coils.
Les aciers dual-phase sont des aciers qui permettent de réaliser une gamme de résistance Rm très variée, allant de moins de 500 Mpa à plus Dual-phase steels are steels which make it possible to achieve a very varied resistance range Rm, going from less than 500 Mpa to more
de 1400 MPa.1400 MPa.
Ces aciers dual-phase se caractérisent par la présence de phases dures de martensite et/ou de bainite, qui leur confèrent une résistance élevée, et d'une phase ferritique ductile qui assure leur ductilité. Les niveaux de limite d'élasticité Re et de resistance Rm dépendent de la quantité de phases dures et de la dureté de ces phases, et la proportion de ces phases These dual-phase steels are characterized by the presence of hard martensite and / or bainite phases, which give them high strength, and a ductile ferritic phase which ensures their ductility. The limits of elasticity Re and resistance Rm depend on the quantity of hard phases and the hardness of these phases, and the proportion of these phases
dépend du couple " composition chimique - conditions de fabrication ". depends on the couple "chemical composition - manufacturing conditions".
Trois exemples d'aciers dual-phase sont récapitulés dans le tableau 2 ciaprès, dans lequel la teneur des différents constituants est Three examples of dual-phase steels are summarized in Table 2 below, in which the content of the various constituents is
donnée en 10-3 % poids.given in 10-3% by weight.
L'acier B1 est un acier dual-phase non microallié, et les aciers B1 steel is a non-microalloyed dual-phase steel, and steels
B2 et B3 sont des aciers dual-phase microalliés au niobium. B2 and B3 are dual-phase steels microalloyed with niobium.
C Si Mn P S N AI Re Rm Re/Rm A% _._ __ __ (Mpa) (Mpa) C Si Mn P S N AI Re Rm Re / Rm A% _._ __ __ (Mpa) (Mpa)
B1 100 200 700 50 5 3 40 350 600 0,58 16 _ B1 100 200 700 50 5 3 40 350 600 0.58 16 _
B2 120 400 1500 15 5 3 40 400 800 0,50 8 B2 120 400 1500 15 5 3 40 400 800 0.50 8
B3 150 500 1500 15 5 3 40 600 1000 0,60 5 B3 150 500 1500 15 5 3 40 600 1000 0.60 5
Tableau 2Table 2
Si on compare un acier dual-pase à un acier ferritique microallié en termes de caractéristiques mécaniques, on constate deux différences fondamentales: d'une part un rapport Re/Rm plus faible, de l'ordre de 0, 60 pour un acier dual phase contre 0,85 pour un acier microallié, et d'autre part un allongement à la rupure nettement plus faible pour un acier dual-phase If we compare a dual-pass steel to a microalloyed ferritic steel in terms of mechanical characteristics, we note two fundamental differences: on the one hand a lower Re / Rm ratio, of the order of 0.60 for a dual phase steel against 0.85 for a microalloyed steel, and on the other hand a much lower elongation at break for a dual-phase steel
que pour un acier microallié, à niveau de limite d'élasticité équivalent. than for microalloyed steel, at an equivalent yield strength level.
On constate également que pour obtenir un niveau de limite d'élasticité équivalent à celui d'un acier microallié, il est nécessaire d'utiliser un acier beaucoup plus chargé en éléments d'addition, ce qui est néfaste pour son aptitude au soudage et sa ductilité. Par exemple, si on compare les aciers A1 et B1 qui présentent chacuns un niveau de limite d'élasticité égal à 350 MPa, on voit que les teneurs en carbone, silicium, manganèse et phospore sont plus que doublées dans le cas de l'acier dual-phase, ce qui se traduit par une ductilité dégradée pour cet acier dual-phase B1 (A% = 16% It is also noted that to obtain a level of elastic limit equivalent to that of a microalloyed steel, it is necessary to use a steel much more loaded with additives, which is harmful for its weldability and its ductility. For example, if we compare steels A1 and B1 which each have an elastic limit level equal to 350 MPa, we see that the contents of carbon, silicon, manganese and phospore are more than doubled in the case of steel dual-phase, which results in degraded ductility for this dual-phase steel B1 (A% = 16%
contre 22% pour l'acier microallié A1). against 22% for microalloyed steel A1).
Le but de l'invention est double.The object of the invention is twofold.
D'une part il est de proposer un acier qui, à niveau de limite d'élasticité Re équivalent, présente une meilleure ductilité que les aciers microalliés et les aciers dual-phase, c'est à dire un allongement à la rupture supérieur. D'autre part, il est de proposer plusieurs gammes d'acier en termes de caractéristiques mécaniques, à partir d'une même tôle à chaud, et même à partir d'une même tôle à froid sortie recuit, et ceci pour tous les aciers dual-phase, du dual-phase DP 450 (Rm > 450 MPa) au dual-phase DP On the one hand, it is to propose a steel which, at an equivalent elastic limit level, has better ductility than microalloyed steels and dual-phase steels, that is to say a higher elongation at break. On the other hand, it is to offer several ranges of steel in terms of mechanical characteristics, from the same hot sheet, and even from the same cold sheet annealed, and this for all steels dual-phase, from dual-phase DP 450 (Rm> 450 MPa) to dual-phase DP
1200 (Rm > 1200 MPa).1200 (Rm> 1200 MPa).
A cet effet, I'invention a pour objet un acier dual-phase comportant en poids entre 0,05 et 0,4 % de carbone, entre 1,0 et 2,0 % de manganèse, entre 0,1 et 0,8 % de silicium, entre 0,02 et 0,1 % d'aluminium, entre 0 et 0,08 % de molybdène, moins de 0,01 % de niobium, moins de 0,02 % de titane, et moins de 0,01 % de vanadium, le reste étant du fer et des impuretés résiduelles inévitables dont moins de 0,004 % de soufre, moins de 0,02 % de phosphore, moins de 0,007 % d'azote, obtenu par laminage à froid d'une bande à chaud et recuit continu de la bande à froid, et en ce qu'il comporte une phase martensitique en quantité suffisante pour être exempt de palier de limite d'élasticité à l'état recuit, et en ce que la bande à froid sortie du recuit est soumise à une opération de skin-pass, avec un taux de réduction To this end, the invention relates to a dual-phase steel comprising by weight between 0.05 and 0.4% of carbon, between 1.0 and 2.0% of manganese, between 0.1 and 0.8 % of silicon, between 0.02 and 0.1% of aluminum, between 0 and 0.08% of molybdenum, less than 0.01% of niobium, less than 0.02% of titanium, and less than 0, 01% vanadium, the rest being iron and unavoidable residual impurities including less than 0.004% sulfur, less than 0.02% phosphorus, less than 0.007% nitrogen, obtained by cold rolling a strip with hot and continuous annealing of the cold strip, and in that it comprises a martensitic phase in an amount sufficient to be free of yield strength in the annealed state, and in that the cold strip leaving the annealing is subject to a skin-pass operation, with a reduction rate
compris entre 1 et 5 %.between 1 and 5%.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, -il comporte au moins 10 % de phase martensitique à l'état recuit; -il comporte au moins 5 % de phase martensitique à l'état recuit; - il contient entre 0,01 et 0,6 % de chrome; - le recuit continu est effectué à une température supérieure à la température de transformation perlitique A1, suivi d'un refroidissement rapide à une vitesse supérieure ou égale à la vitesse de trempe de l'acier, jusqu'à une température inférieure ou égale à 500 C; - le cycle de recuit continu présente un palier de surveillissement According to other characteristics of the invention, it comprises at least 10% of martensitic phase in the annealed state; it comprises at least 5% of martensitic phase in the annealed state; - it contains between 0.01 and 0.6% chromium; - continuous annealing is carried out at a temperature higher than the pearlitic transformation temperature A1, followed by rapid cooling at a speed greater than or equal to the quenching speed of the steel, to a temperature less than or equal to 500 VS; - the continuous annealing cycle has a monitoring level
à une température inférieure ou égale à 360 C. at a temperature less than or equal to 360 C.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un acier dualphase à caractéristiques mécaniques améliorées, selon lequel: - on élabore une tôle à chaud comportant en poids entre 0,04 et 0,4 % de carbone, entre 1,0 et 2,0 % de manganèse, entre 0,1 et 0,8 % de silicium, entre 0,02 et 0,1 % d'aluminium, entre 0 et 0,08 % de molybdène, moins de 0,01 % de niobium, moins de 0,02 % de titane, et moins de 0,01 % de vanadium, le reste étant du fer et des impuretés résiduelles inévitables dont moins de 0,004 % de soufre, moins de 0,02 % de phosphore, moins de 0,007 % d'azote; - on effectue un laminage à froid de ladite tôle à chaud pour l'amener à l'épaisseur souhaitée; - on soumet la tôle laminée à froid à un recuit continu à une température supérieure à la température de transformation perlitique A1, suivi d'un refroidissement rapide à une vitesse supérieure ou égale à la vitesse de trempe de l'acier, jusqu'à une température inférieure ou égale à 500 C, en s'assurant de la formation d'une phase martensitique en quantité suffisante pour que l'acier soit exempt de palier de limite d'élasticité à l'état recuit; - on soumet la tôle à froid recuite à une opération de skin-pass à taux contrôlé, compris entre 1 et 5 %, fonction des caractéristiques mécaniques recherchées. Selon une autre caractéristique du procédé, le cycle de recuit continu présente un palier de surveillissement à une température inférieure ou The invention also relates to a process for manufacturing a dualphase steel with improved mechanical characteristics, according to which: - a hot plate is produced comprising by weight between 0.04 and 0.4% of carbon, between 1.0 and 2 , 0% manganese, between 0.1 and 0.8% silicon, between 0.02 and 0.1% aluminum, between 0 and 0.08% molybdenum, less than 0.01% niobium, less than 0.02% titanium, and less than 0.01% vanadium, the remainder being inevitable iron and residual impurities including less than 0.004% sulfur, less than 0.02% phosphorus, less than 0.007% nitrogen; - cold rolling of said sheet is carried out to bring it to the desired thickness; - the cold-rolled sheet is subjected to continuous annealing at a temperature above the pearlitic transformation temperature A1, followed by rapid cooling at a speed greater than or equal to the quenching speed of the steel, to a temperature less than or equal to 500 ° C., ensuring that a martensitic phase is formed in a sufficient quantity so that the steel is free from an elastic limit plateau in the annealed state; - the annealed cold sheet is subjected to a skin-pass operation at a controlled rate, of between 1 and 5%, depending on the mechanical characteristics sought. According to another characteristic of the process, the continuous annealing cycle has a monitoring level at a lower temperature or
égale à 360 C.equal to 360 C.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la The characteristics and advantages of the invention will become apparent on
io suite de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en io following the description which follows, given solely by way of example, made in
référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente l'incidence des teneurs en carbone, manganèse, silicium et chrome sur la résistance Rm des aciers dual-phase recuits en continu; - les figures 2a et 2b représentent l'incidence de la température de recuit respectivement sur la résistance Rm de l'acier et sur son allongement à la rupture A%; les figures 3a et 3b représentent l'incidence de la température de début de refroidissement rapide respectivement sur la résistance Rm de l'acier et sur son allongement à la rupture A%; - les figures 4a et 4b représentent l'incidence de la température de surveillissement respectivement sur la résistance Rm de l'acier et sur son reference to the appended drawings in which: - Figure 1 shows the incidence of carbon, manganese, silicon and chromium contents on the resistance Rm of dual annealed steels continuously; - Figures 2a and 2b show the incidence of the annealing temperature respectively on the resistance Rm of the steel and on its elongation at break A%; Figures 3a and 3b show the impact of the rapid cooling start temperature respectively on the resistance Rm of the steel and on its elongation at break A%; - Figures 4a and 4b show the impact of the monitoring temperature respectively on the resistance Rm of the steel and on its
allongement à la rupture A%.elongation at break A%.
L'invention dont il s'agit, et qui permet d'une part de réaliser plusieurs gammes de tôles à froid finales à partir d'une même tôle à froid sortie recuit, et d'autre part de réaliser une tôle à froid finale qui, à niveau de limite d'élasticité Re équivalent, présente une meilleure ductilité que les aciers microalliés et les aciers dual-phase habituels, est un acier dual-phase de type connu, dont on aura pris soin d'éviter tout élément de microalliage, dont on aura pris soin de lui conférer une phase martensitique suffisante pour que cet acier soit exempt de palier de limite d'élasticité en sortie du recuit, et que l'on soumet après recuit, à un skin-pass avec un taux de réduction The invention in question, which allows on the one hand to produce several ranges of final cold sheets from the same cold sheet annealed outlet, and on the other hand to produce a final cold sheet which , at equivalent elastic limit level Re, has better ductility than microalloyed steels and the usual dual-phase steels, is a dual-phase steel of known type, of which care has been taken to avoid any microalloy element, which we will have taken care to give it a martensitic phase sufficient for this steel to be free from a limit of elastic limit at the outlet of the annealing, and which we submit after annealing, to a skin-pass with a reduction rate
supérieur à 1 %, de préférence compris entre 1 et 5 %. greater than 1%, preferably between 1 and 5%.
Ainsi, on prendra soin de limiter la teneur en niobium à moins de 0,01 %, la teneur en titane à moins de 0,02 %, la teneur en vanadium à moins de 0,01 % et la teneur en soufre à moins de 0,004 %, pour ne citer que ces Thus, care will be taken to limit the niobium content to less than 0.01%, the titanium content to less than 0.02%, the vanadium content to less than 0.01% and the sulfur content to less than 0.004%, to name a few
quatre principaux éléments de microalliage. four main microalloy elements.
On prendra également soin de réaliser une tôle à froid sortie recuit présentant au moins 5 % de phase martensitique, de préférence 10 %, afin de s'assurer que tôle à froid sortie recuit obtenu ne présente pas de Care will also be taken to produce a cold annealed outgoing sheet having at least 5% martensitic phase, preferably 10%, in order to ensure that the cold annealed outgoing sheet obtained does not have any
palier de limite d'élasticité.yield point.
C'est le taux de skin-pass qui permet de contrôler en final le niveau de la limite d'élasticité Re, ce qui permet ainsi de réaliser par exemple quatre tôles à froid différentes, chacune d'elle satisfaisant aux cibles des io quatre gammes mentionnées dans le tableau 6, à partir d'une même tôle à It is the skin-pass rate which ultimately controls the level of the elastic limit Re, which thus makes it possible for example to produce four different cold sheets, each of them meeting the targets of the io four ranges mentioned in table 6, from the same sheet to
froid sortie recuit.cold annealed outlet.
La Demanderesse s'est rendue compte et a montré que les caractéristiques mécaniques d'un acier dual-phase dépendent relativement peu de la composition chimique et de la plupart des conditions de dénaturation à chaud et à froid. En revanche, les paramètres de fabrication les plus importants sont: - la température de maintien au recuit en continu, - la température de surveillissement si le cycle de recuit présente un palier, The Applicant has realized and has shown that the mechanical characteristics of a dual-phase steel depend relatively little on the chemical composition and on most of the conditions for hot and cold denaturation. On the other hand, the most important manufacturing parameters are: - the continuous annealing maintenance temperature, - the monitoring temperature if the annealing cycle has a plateau,
- et comme indiqué précédemment le taux de skin-pass. - and as previously indicated, the skin-pass rate.
Ainsi, la température de maintien agit essentiellement sur Thus, the holding temperature essentially acts on
l'allongement à la rupture et la valeur optimale se situe entre 780 et 820 C. the elongation at break and the optimum value is between 780 and 820 C.
La température de surveillissement conditionne la nature et la dureté des constituants de l'acier. La valeur optimale de situe entre 320 et 360 C. Quand celle-ci augmente, le niveau de résistance à la rupture Rm diminue, I'allongement à la rupture A% augmente, le compromis résistance/ductilité reste satisfaisant. Le palier de limite d'élasticité apparaît The monitoring temperature conditions the nature and hardness of the steel components. The optimal value is between 320 and 360 C. When this increases, the level of breaking strength Rm decreases, the elongation at break A% increases, the resistance / ductility compromise remains satisfactory. The yield point appears
en sortie de recuit si cette température est de 400 ou 450 C. at the annealing outlet if this temperature is 400 or 450 C.
Ces constatations peuvent être montrées, par exemple à partir d'un acier dual-phase du type dual-phase 600 (Rm > 600 Mpa), dont la composition chimique en 10-3 % est la suivante: c Mn Si Cr Mo P N AI S Zr These observations can be shown, for example from a dual-phase steel of the dual-phase 600 type (Rm> 600 Mpa), whose chemical composition in 10-3% is as follows: c Mn Si Cr Mo PN AI S Zr
121 1488 361 225 62 8 4,8 89 9 91121 1488 361 225 62 8 4.8 89 9 91
Tableau 3Table 3
Cette composition chimique est une composition typique des aciers dualphase 600, et est similaire à celle de l'acier B2 du tableau 2, This chemical composition is a typical composition of dualphase 600 steels, and is similar to that of B2 steel in Table 2,
excepté l'absence de niobium dans cette composition. except for the absence of niobium in this composition.
A partir de l'élaboration de cet acier, celui-ci a été dénaturé selon quatre routes métallurgiques différentes, que l'on retrouve dans le From the development of this steel, it was denatured along four different metallurgical routes, which are found in the
tableau 4.table 4.
Référence Temp. Temp. fin Temp. Epaisseur Taux LAF Epaisseur bobine début LAC LAC bobinage tôle à chaud tôle à froid ( C) ( C) ( C) (mm) (mm) (mm) Bob. 1 1089 915 640 2,20 67 0,70 Bob.2 1102 887 655 4,20 67 1,5 Bob. 3 1098 912 720 2,20 62 0,70 Bob.4 1115 891 725 4,2 64 1,5 Tableau 4 Nous pouvons remarquer que l'acier est chargé en carbone et manganèse, ce qui induit un point de transformation Ar3 assez bas, calculé à 776 C. En conséquence, le laminage à chaud a été réalisé bien au dessus Reference Temp. Temp. end Temp. Thickness Rate LAF Coil thickness start LAC LAC winding hot sheet cold sheet (C) (C) (C) (mm) (mm) (mm) Bob. 1 1089 915 640 2.20 67 0.70 Bob. 2 1102 887 655 4.20 67 1.5 Bob. 3 1098 912 720 2.20 62 0.70 Bob. 4 1115 891 725 4.2 64 1.5 Table 4 We can notice that the steel is loaded with carbon and manganese, which induces a fairly low transformation point Ar3 , calculated at 776 C. As a result, the hot rolling was performed well above
du point de transformation Ar3.of the transformation point Ar3.
Ces différentes tôles à chaud ont été laminées à froid, recuites These different hot sheets were cold rolled, annealed
et ont été soumises à une opération de skin-pass. and were subjected to a skin-pass operation.
Les caractéristiques mécaniques ont été mesurées sur des The mechanical characteristics were measured on
éprouvettes ISO 12,5x50.ISO 12.5x50 test tubes.
Incidence de la composition chimique Parmi les éléments contenus dans l'acier, les éléments les plus Impact of the chemical composition Among the elements contained in steel, the most
significatifs sont le carbone, le manganèse et le silicium. significant are carbon, manganese and silicon.
Le chrome n'y figure qu'au titre d'élément trempant, ce qui permet d'obtenir la structure dual-phase avec des vitesses de refroidissement Chromium is only present as a quenching element, which makes it possible to obtain the dual-phase structure with cooling rates.
moins élevées que pour un même acier ne contenant pas de chrome. lower than for the same steel containing no chromium.
Si on se réfère à la figure 1 annexée, on voit l'influence des éléments tels le carbone, le manganèse et le silicium sur la résistance Rm de l'acier. Ainsi par exemple, une variation de 10.10-3 % dans la teneur en carbone ou de 50.10-3 % dans la teneur en manganèse ne conduira qu'à une If we refer to Figure 1 attached, we see the influence of elements such as carbon, manganese and silicon on the resistance Rm of steel. So for example, a variation of 10.10-3% in the carbon content or 50.10-3% in the manganese content will only lead to a
variation de 12 Mpa environ sur le niveau de résistance Rm. variation of around 12 Mpa on the resistance level Rm.
L'incidence des autres éléments chimiques, à l'exception du soufre, tels que le phosphore ou l'aluminium par exemple, est peu The incidence of other chemical elements, except sulfur, such as phosphorus or aluminum for example, is low
significative sur le niveau de résistance Rm de l'acier. significant on the resistance level Rm of the steel.
Il n'est donc pas nécessaire de définir des fourchettes It is therefore not necessary to define ranges
analytiques particulièrement sérrées pour les constituants de l'acier. particularly tight analytical for the constituents of steel.
o0 Incidence des conditions de laminage à chaud Indépendamment de l'épaisseur de la tôle (0,7 et 1,5 mm), la température de bobinage a une incidence modérée sur les caractéristiques mécaniques de la bande à froid obtenue en sortie du recuit. En effet, la Is diminution de la température de bobinage de 720 C (bobinage chaud) à 640 C (bobinage tiède), conduit, par exemple après recuit continu à 800 C avec palier se survieillissement, à une augmentation de la résistance Rm comprise entre 17 et 27 Mpa, le reste des caractéristiques mécaniques n'évoluant quasiment pas, en particulier l'allongemant à la rupture A% et o0 Effect of hot rolling conditions Regardless of the thickness of the sheet (0.7 and 1.5 mm), the winding temperature has a moderate impact on the mechanical characteristics of the cold strip obtained at the end of the annealing. Indeed, the reduction of the winding temperature from 720 C (hot winding) to 640 C (warm winding), leads, for example after continuous annealing to 800 C with over-aging bearing, to an increase in the resistance Rm between 17 and 27 Mpa, the rest of the mechanical characteristics hardly changing, in particular the elongation at break A% and
I'allongement réparti Ag%.Distributed stretching Ag%.
Réf. Ep. Temp. Temp. Re Rm Ag A P Re/Rm Bobine (mm) surveil. bobinage (Mpa) (Mpa) (%) (%) -= = Bob. 3 0,70 350 C 720 C 355 624 14,6 20,1 0 0,57 Bob.1 0,70 350 C 640 C 317 651 14,4 20,0 0 0,49 Bob. 4 1,50 400 C 725 C 399 591 14,4 24,6 0,8 0,67 Bob. 2 1,50 400 C 655 C 433 608 15,2 24,7 0 0,71 Ref. Ep. Temp. Temp. Re Rm Ag A P Re / Rm Coil (mm) monitoring winding (Mpa) (Mpa) (%) (%) - = = Bob. 3 0.70 350 C 720 C 355 624 14.6 20.1 0 0.57 Bob. 1 0.70 350 C 640 C 317 651 14.4 20.0 0 0.49 Bob. 4 1.50 400 C 725 C 399 591 14.4 24.6 0.8 0.67 Bob. 2 1.50 400 C 655 C 433 608 15.2 24.7 0 0.71
Tableau 5Table 5
Les autres conditions de laminage à chaud ont peu d'incidence Other hot rolling conditions have little impact
sur les caractéristiques mécaniques de la tôle à froid sortie du recuit. on the mechanical properties of the cold sheet after annealing.
Incidence des conditions de recuit Le recuit des aciers dual-phase se fait dans le domaine biphasé ou austénitique afin de permettre la transformation de I'austénite en Impact of annealing conditions Annealing of dual-phase steels is done in the two-phase or austenitic domain in order to allow the transformation of austenite into
constituants durs au cours du refroidissement. hard constituents during cooling.
L'étude de l'incidence de la température de recuit sur les caractéristiques mécaniques de la bande à froid en brut de recuit conduisent à une ductilité maximale entre 775 et 820 C. Concernant la résistance, il n'y a pas d'incidence significative de la température de recuit, si ce n'est une légère augmentation de la résistance Rm au delà de 800 C, de l'ordre de 0,5 MPa par degré Celcius. Si on considère le meilleur compromis résistance/ductilité, c'est dans la gamme de température entre 775 et 8500C io que le produit Rm x A% est le plus élevé, et donc que ce compromis est le meilleur. La figure 2 montre le résultat des essais expérimentaux avec l'acier considéré dans l'exemple du tableau 1. La ductilité maximale est The study of the incidence of the annealing temperature on the mechanical characteristics of the cold strip in the annealing stock leads to a maximum ductility between 775 and 820 C. Regarding the resistance, there is no significant impact the annealing temperature, if not a slight increase in the resistance Rm beyond 800 C, of the order of 0.5 MPa per degree Celcius. If we consider the best compromise strength / ductility, it is in the temperature range between 775 and 8500C io that the product Rm x A% is the highest, and therefore that this compromise is the best. Figure 2 shows the result of the experimental tests with the steel considered in the example in Table 1. The maximum ductility is
obtenue après recuit à 800 C.obtained after annealing at 800 C.
L'étude de l'incidence de la température de refroidissement lent, entre 620 et 680 C, sur les caractéristiques mécaniques de la bande à froid brut de recuit d'un acier dual-phase bobiné chaud et recuit à 800 C, ne met pas en évidence d'incidence significative de la température de fin de refroidissement lent, qui correspond à la température de début de The study of the impact of the slow cooling temperature, between 620 and 680 C, on the mechanical characteristics of the raw cold annealing strip of a hot-wound dual-phase steel annealed at 800 C, does not evidence of significant incidence of the end of slow cooling temperature, which corresponds to the start temperature of
refroidissement rapide.rapid cooling.
La figure 3 montre l'incidence de la trempérature de fin de refroidissement lent (ou de début de refroidissement rapide) sur la résistance Figure 3 shows the effect of the end of slow cooling (or early cooling) temperature on the resistance
Rm et l'allongement à la rupture A% de l'acier du tableau 1. Rm and the elongation at break A% of the steel in table 1.
L'étude de l'incidence de la vitesse de refroidissement rapide montre qu'une diminution de la vitesse de la ligne de fabrication n'a pas d'incidence importante sur les caractéristiques mécaniques. Ainsi par exemple une réduction de la vitesse de la ligne de moitié, ce qui se traduit par une réduction de moitié des vitesses de chauffe et de refroidissement rapide et un doublement des durées de mainten et s'il y a lieu de survieillissement, conduit à une diminution de la limite d'élasticité Re d'environ 10 Mpa environ, une diminution de la résistance Rm de 15 Mpa environ, et une petite The study of the incidence of the rapid cooling rate shows that a decrease in the speed of the production line has no significant effect on the mechanical characteristics. Thus, for example, a reduction in the speed of the line by half, which results in a reduction in half of the rapid heating and cooling speeds and a doubling of the maintenance times and, if necessary, over-aging, leads to a reduction in the elastic limit Re of approximately 10 Mpa, a reduction in the resistance Rm of approximately 15 Mpa, and a small
augmentation de la ductilité.increased ductility.
Concernant l'incidence de la température du palier de surveillissement, celle-ci est très importante sur la résistance Rm, Regarding the impact of the temperature of the monitoring level, this is very important on the resistance Rm,
I'allongement à la rupture A% et le palier de limite d'élasticité P%. The elongation at break A% and the elastic limit bearing P%.
Si on se réfère à la figure 4, on constate que: Il - une diminution de 50 C de la température de surveillissement conduit à une augmentaion de la résistance de 40 MPa et une diminution de l'allongement à la rupture de 1,7%; - le compromis résistance/ductilité, représenté par le produit Rm x A% est satisfaisant dans tous les cas; - le palier de limite d'élasticité est absent pour des températures If we refer to Figure 4, we see that: II - a decrease of 50 C in the monitoring temperature leads to an increase in resistance of 40 MPa and a decrease in elongation at break of 1.7% ; - the strength / ductility compromise, represented by the product Rm x A% is satisfactory in all cases; - the elastic limit bearing is absent for temperatures
de surveillissement inférieures à 350 C et apparait à partir de 400 C. monitoring below 350 C and appears from 400 C.
Du point de vue métallurgique, l'incidence de la température de surveillissement s'explique du fait que la température de ce palier de surveillissement peut être considérée commme étant la température de trempe, et il y aura formation de martensite à partir de l'austénite seulemennt si la température de surveillissement est inférieure à la température de transformation Austénite -> Martensite, soit environ 360 C. Ainsi, dans le cas o la température de surveillissement est inférieure à 360 C,, il y aura formation de martensite au cours du refroidissement rapide et le palier de From a metallurgical point of view, the impact of the monitoring temperature is explained by the fact that the temperature of this monitoring level can be considered as the quenching temperature, and there will be formation of martensite from austenite. only if the monitoring temperature is lower than the transformation temperature Austenite -> Martensite, that is to say approximately 360 C. Thus, in the case where the monitoring temperature is lower than 360 C, there will be formation of martensite during cooling fast and the landing of
limite d'élasticité ne sera pas observable à l'état recuit. yield strength will not be observable in the annealed condition.
Incidence du taux de skin-pass L'étude de l'incidence du taux de skin-pass montre que le niveau de limite d'élasticité Re augmente de manière très significative avec le taux Impact of the skin-pass rate The study of the incidence of the skin-pass rate shows that the elastic limit level Re increases very significantly with the rate
de skin-pass.skin pass.
Le tableau 7 ci-après montre que grâce à l'invention, il est possible, à partir de la même tôle à froid sortie recuit, en adaptant correctement le taux de skin-pass, de réaliser par exemple les quatre gammes d'acier les plus représentatives et les plus demandées dans le Table 7 below shows that, thanks to the invention, it is possible, from the same cold sheet annealed outlet, by correctly adapting the skin-pass rate, to produce for example the four ranges of steel the most representative and most requested in the
domaine automobile.automotive field.
Ces quatre gammes sont regroupées dans le tableau 6. These four ranges are grouped in Table 6.
Re (MPa) Rm (MPa) A % Gamme 1 > 340 600 > 20 Gamme2 420 - 500 600 > 18 Gamme3 460 - 540 > 600 > 16 Gamme4 500 - 580 600 > 14 Re (MPa) Rm (MPa) A% Range 1> 340 600> 20 Range2 420 - 500 600> 18 Range3 460 - 540> 600> 16 Range4 500 - 580 600> 14
Tableau 6Table 6
Réf. Ep Temp. Temp. Temp. Taux Re Rm A% Ag% P% bobine (mm) bob. recuit surveil. skin-pass (Mpa) (Mpa) _____( c> ( C) (Oc) (%) Bob.3 0,70 720 800 350 0 355 624 20,1 14,6 0 Ref. Ep Temp. Temp. Temp. Rate Re Rm A% Ag% P% coil (mm) bob. annealed surveillance. skin-pass (Mpa) (Mpa) _____ (c> (C) (Oc) (%) Bob.3 0.70 720 800 350 0 355 624 20.1 14.6 0
1 453 643 20,4 14,0 01,453,643 20.4 14.0 0
2 513 649 18,6 12,6 02,513,649 18.6 12.6 0
3 541 634 17,8 11,5 03,541,634 17.8 11.5 0
4 572 648 15,9 10,4 04,572,648 15.9 10.4 0
572 641 15,9 9,7 0572,641 15.9 9.7 0
6 590 645 14,1 8,2 06,590,645 14.1 8.2 0
7 600 651 13,4 7,4 07,600,651 13.4 7.4 0
615 663 9,2 4,5 0615 663 9.2 4.5 0
Bob.3 0,70 720 800 400 0 407 595 21,3 14,6 1,1 Bob. 3 0.70 720 800 400 0 407 595 21.3 14.6 1.1
1 434 592 20,2 13,6 01,434,592 20.2 13.6 0
2 491 603 18,3 12,1 02,491,603 18.3 12.1 0
3 523 603 17,6 10,9 03,523,603 17.6 10.9 0
4 556 617 17,3 9,9 04,556,617 17.3 9.9 0
577 622 14,4 8,2 0577 622 14.4 8.2 0
6 588 626 13,0 6,9 06,588,626 13.0 6.9 0
7 599 635 12,3 5,2 07,599,635 12.3 5.2 0
616 646 8,3 3,8 0616,646 8.3 3.8 0
Bob. 4 1,50 725 800 400 0 399 591 24,6 14,4 0,8 Bob. 4 1.50 725 800 400 0 399 591 24.6 14.4 0.8
1 407 601 24,1 13,0 01,407,601 24.1 13.0 0
2 461 608 20,9 11,2 02,461,608 20.9 11.2 0
3 493 613 19,9 9,9 03,493,613 19.9 9.9 0
4 512 618 19,6 10,2 04,512,618 19.6 10.2 0
527 627 18,5 8,5 0527 627 18.5 8.5 0
6 541 628 17,3 7,7 06,541,628 17.3 7.7 0
7 553 635 16,4 7,3 07,553,635 16.4 7.3 0
582 645 13,2 4,2 0582,645 13.2 4.2 0
Bob. 1 0,70 640 800 350 0 317 651 20,0 14,4 0 Bob. 1 0.70 640 800 350 0 317 651 20.0 14.4 0
1 434 647 18,4 13,0 01,434,647 18.4 13.0 0
2 501 647 18,2 11,9 02,501,647 18.2 11.9 0
3 536 660 16,6 10,7 03,536,660 16.6 10.7 0
4 556 679 16,0 10,1 04,556,679 16.0 10.1 0
574 669 15,1 9,1 0574,669 15.1 9.1 0
6 582 671 14,1 7,0 06,582,671 14.1 7.0 0
7 599 673 12,7 5,5 07,599,673 12.7 5.5 0
628 672 8,3 4,0 0628 672 8.3 4.0 0
Bob. 1 0,70 640 800 400 0 421 614 21,8 14,2 1,1 Bob. 1 0.70 640 800 400 0 421 614 21.8 14.2 1.1
1 422 626 19,5 13,3 01,422,626 19.5 13.3 0
2 481 629 18,8 12,1 02,481,629 18.8 12.1 0
3 517 638 17,7 11,1 03,517,638 17.7 11.1 0
4 554 645 16,3 9,6 04,554,645 16.3 9.6 0
570 648 16,0 8,8 0570,648 16.0 8.8 0
6 587 651 14,5 6,9 06,587,651 14.5 6.9 0
7 603 654 13,4 5,3 07,603,654 13.4 5.3 0
618 656 10,3 3,7 0618,656 10.3 3.7 0
Bob.2 1,50 655 800 400 0 433 608 24,7 15,2 0 Bob. 2 1.50 655 800 400 0 433 608 24.7 15.2 0
1 426 616 23,4 13,5 01,426,616 23.4 13.5 0
2 470 622 19,9 11,7 02,470,622 19.9 11.7 0
3 491 628 18,4 10,2 03,491,628 18.4 10.2 0
4 515 641 18,4 9,3 04,515,641 18.4 9.3 0
532 637 17,5 8,7 0532,637 17.5 8.7 0
6 540 645 17,0 7,9 06,540,645 17.0 7.9 0
7 554 645 16,1 6,9 07,554,645 16.1 6.9 0
580 646 13,5 4,7 0580 646 13.5 4.7 0
Tableau 7Table 7
On constate que pour le même acier de base, par exemple I'acier de la bobine 3 recuite à 800 C avec un palier de surveillissement à 350 C, il est possible, simplement en contrôlant le taux de skin pass, de proposer toute une gamme d'aciers dont la résistance Rm est supérieure à 600 MPa, d'un acier dont le rapport Re/Rm est égal à 0,57 et dont l'allongement est égal à 20,1% (acier non skin-passé), jusqu'à un acier plus i0 résistant (Re = 572 MPa), dont le rapport Re/Rm est égal à 0,89, et dont It can be seen that for the same base steel, for example the steel of coil 3 annealed at 800 C with a monitoring level at 350 C, it is possible, simply by controlling the skin pass rate, to offer a whole range steels whose resistance Rm is greater than 600 MPa, steel whose ratio Re / Rm is equal to 0.57 and whose elongation is equal to 20.1% (steel not skin-passed), up to '' to a more resistant steel (Re = 572 MPa), whose Re / Rm ratio is equal to 0.89, and whose
l'allongement A% n'est pas trop dégradé et est égal à 15,9 (5% de skin pass). the elongation A% is not too degraded and is equal to 15.9 (5% of skin pass).
Ainsi, I'incidence de la température de surveillissement et du taux de skin-pass est très interessante, spécifiquement dans le cas des lignes de recuit continu car: - il permet l'ajustement du niveau des caractéristiques mécaniques d'une qualité à partir d'un seul paramètre de fabrication qui peut être contrôlé avec précision: la température de surveillissement; - il est possible de développer plusieurs gammes de produits à partir d'une même nuance d'acier avec un minimum de paramètres variables; - et il garantit une robustesse importante vis-à-vis des Thus, the incidence of the monitoring temperature and of the skin-pass rate is very interesting, specifically in the case of continuous annealing lines because: - it allows the adjustment of the level of the mechanical characteristics of a quality from '' a single manufacturing parameter that can be precisely controlled: the monitoring temperature; - it is possible to develop several ranges of products from the same steel grade with a minimum of variable parameters; - and it guarantees significant robustness with regard to
paramètres de fabrication et de la composition chimique. manufacturing parameters and chemical composition.
Ces constatations, démontrées en détail dans l'exemple de These findings, demonstrated in detail in the example of
réalisation qui vient d'être décrit, à partir d'un acier de base de type dual- realization which has just been described, starting from a basic steel of type dual-
phase 600, sont également valables pour les autres types d'acier dualphase, les aciers dual-phase 450, les aciers dual-phase 750, et les aciers dual-phase 1200. L'application de l'invention à ces autres aciers dual-phase ne nécessite que d'adapter la composition de l'acier de base, dont les phase 600, are also valid for the other types of dualphase steel, dual-phase 450 steels, dual-phase 750 steels, and dual-phase 1200 steels. Application of the invention to these other dual- steels phase only requires adapting the composition of the base steel, the
compositions type sont indiquées dans le tableau 8 suivant en 10-3%. Typical compositions are indicated in Table 8 below in 10-3%.
e >\\ p DP 450 DP 600 DP 750 DP1200 Elément Carbone 50 - 80 100 - 150 120 - 180 300 - 400 Manganèse 1100 - 1300 1300 - 1500 1800 - 2000 1000 - 2000 Silicium 100 - 200 250 - 400 150 - 250 400 - 800 Molybdène 0-80 Chrome 400 - 600 100 - 300 150 - 250 0 - 500 Aluminium 20- 100 20- 100 20- 100 20100 Soufre < 4 (résiduel) < 4 (réésiduel) < 4 (résiduel) < 4 (rsiduel) Phosphore < 20 (résiduel) < 20 (résiduel) < 20 (résiduel) < 20 (résiduel) Azote <7 (résiduel) <7 (résiduel) < 7 (résiduel) < 7 (résiduel) e> \\ p DP 450 DP 600 DP 750 DP1200 Carbon Element 50 - 80 100 - 150 120 - 180 300 - 400 Manganese 1100 - 1300 1300 - 1500 1800 - 2000 1000 - 2000 Silicon 100 - 200 250 - 400 150 - 250 400 - 800 Molybdenum 0-80 Chromium 400 - 600 100 - 300 150 - 250 0 - 500 Aluminum 20- 100 20- 100 20- 100 20 100 Sulfur <4 (residual) <4 (residual) <4 (residual) <4 (residual ) Phosphorus <20 (residual) <20 (residual) <20 (residual) <20 (residual) Nitrogen <7 (residual) <7 (residual) <7 (residual) <7 (residual)
Tableau 8Table 8
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