FR3144624A1

FR3144624A1 - Procédé de fabrication d’une tôle en alliage 6xxx avec une excellente qualité de surface.

Info

Publication number: FR3144624A1
Application number: FR2214736A
Authority: FR
Inventors: Laurent BOISSONNET; Olivier PETER; Julia OLSZEWSKA
Original assignee: Constellium Neuf Brisach SAS
Current assignee: Constellium Neuf Brisach SAS
Priority date: 2022-12-31
Filing date: 2022-12-31
Publication date: 2024-07-05
Also published as: WO2024141728A1

Abstract

La présente invention divulgue un procédé de fabrication d’une tôle à l’état T4 en alliage 6xxx comprenant Fe de 0,10% à 0,40%, Mn de 0,05% à 0,20% et Cr de 0,01% à 0,04%. Le procédé comprend un refroidissement après l’homogénéisation, un laminage à chaud en deux étapes, une recristallisation intermédiaire pendant le laminage à froid. La tôle selon l’invention obtient un compromis entre le pliage et l’ondulation de la surface pour obtenir une qualité après peinture améliorée. Figure d’abrégé : 1

Description

Procédé de fabrication d’une tôle en alliage 6xxx avec une excellente qualité de surface.

L’invention concerne le domaine des tôles en alliage d’aluminium destinées à la fabrication par emboutissage de pièces de carrosserie de la caisse en blanc des véhicules automobiles.

ART ANTERIEUR

Les alliages d’aluminium sont utilisés de manière croissante dans la construction automobile pour réduire le poids des véhicules et ainsi diminuer la consommation de carburant et les rejets de gaz à effet de serre.

Les alliages d’aluminium sont utilisés en particulier pour réaliser des pièces de carrosserie et en particulier des pièces de carrosserie visible. Les pièces de carrosserie visible sont soumises à des spécifications techniques afin que ces pièces après peinture aient l’aspect requis pour satisfaire les automobilistes.

La demande EP1967598 divulgue une tôle d'un alliage d'aluminium de type 6000 contenant du Si et du Mg comme principaux composants d'alliage et ayant une excellente aptitude au formage suffisante pour permettre un pliage à plat, une excellente résistance au bosselage, et une bonne aptitude au durcissement pendant la cuisson des peintures. La demande divulgue un procédé de production de la tôle en alliage d'aluminium, qui consiste à soumettre un lingot à un traitement d'homogénéisation, à le refroidir à une température inférieure à 350°C à une vitesse de refroidissement de 100°C/h ou plus, éventuellement à la température ambiante, à le chauffer à nouveau à une température de 300 à 500°C et à le soumettre à un laminage à chaud, à laminer à froid le produit laminé à chaud, et à soumettre la tôle laminée à froid à un traitement de mise en solution à une température de 400°C ou plus, suivi d'une trempe,

La demande EP3485055 divulgue un procédé de production d'une tôle d'aluminium de série 6xxx comprenant les étapes d'homogénéisation d'un lingot en alliage d'aluminium de série 6XXX ; de refroidissement du lingot homogénéisé à une vitesse de refroidissement comprise entre 150 °C/h et 2 000 °C/h directement jusqu'à la température de départ du laminage à chaud ; de laminage à chaud du lingot à une épaisseur finale de laminage à chaud et d'enroulement à l'épaisseur finale de laminage à chaud avec des conditions telles qu'au moins 50 % de recristallisation soit obtenue ; de laminage à froid pour obtenir une tôle laminée à froid. Le procédé selon l'invention est particulièrement utile pour fabriquer des tôles pour l'industrie automobile qui combinent une résistance à la traction élevée et de bonnes propriétés de formabilité appropriées pour des opérations d'estampage à froid, ainsi qu'une qualité de surface élevée et une résistance à la corrosion élevée avec une productivité élevée.

Une nouvelle exigence émerge qui est l’ondulation de la surface de la tôle à l’état T4. Si la tôle à l’état T4 a trop d’ondulation, il apparait sur la pièce de carrosserie peinte un effet de miroir déformant susceptibles de déplaire aux automobilistes les plus exigeants.

PROBLEME A RESOUDRE

Le problème à résoudre est de développer une tôle en alliage de la série 6xxx qui vise un excellent compromis entre :

Une ondulation inférieure ou égale à 0,54µm de la tôle à l’état T4,
Un angle de pliage de la tôle à l’état T4 après 6 mois de maturation supérieur ou égale à 125°.

Un objet de l’invention est un procédé de fabrication d’une tôle laminée en alliage d’aluminium de la série 6xxx comprenant les étapes successives :

Elaboration d’un alliage d’aluminium de la série 6xxx comprenant :
1. Fe de 0,10% à 0,40%,
2. Mn de 0,05% à 0,20%,
3. Cr de 0,01% à 0,04%,
Coulée de l’alliage d’aluminium en une plaque, préférentiellement par coulée verticale semi continue,
Homogénéisation de la plaque à une température d’homogénéisation, comprise de 540°C à 580°C, préférentiellement supérieure à 550°C, suivi d’un refroidissement, préférentiellement forcé, soit jusqu’à une température de début de laminage à chaud de 400 à 510°C soit jusqu’à une température inférieure à la température de début de laminage à chaud,
Premier laminage à chaud de la température de début de laminage à chaud à une température de fin du premier laminage à chaud de 370 à 450°C,
Second laminage à chaud de la température de fin du premier laminage à chaud à la température de fin de laminage de 250 à 380°C en une bande dans des conditions telles que la microstructure de la bande est recristallisée ou non recristallisée après le second laminage à chaud,
Laminage à froid de la bande, avec optionnellement avec un recuit sur un four continu, et sans recuit statique,
Mise en solution puis trempe, préférentiellement à l’air, de la bande en une tôle,
Préférablement, pré revenu à une température de pré revenu de 50 à 120°C pendant une durée de 2 à 16 heures, préférentiellement obtenue par bobinage puis refroidissement jusqu’à la température ambiante,
Maturation de 72 heures à 6 mois,

dans lequel au moins une recristallisation intermédiaire se produit dans les étapes e et/ou f suivie par une réduction par laminage à froid d’au moins 60%.

Un autre objet de l’invention est une tôle obtenue avec le procédé selon l’invention.

Un autre objet de l’invention est une pièce de carrosserie, préférentiellement visible, d’un véhicule obtenue par un procédé comprenant la mise en forme, préférentiellement un emboutissage, puis une cuisson des peintures de la tôle selon l’invention.

DESCRIPTION DES FIGURES

: Cette figure montre une microstructure d’une bande à l’état T4.
: Cette figure montre une microstructure de grains déformés.
: Cette figure montre une microstructure de grains restaurés.
: Cette figure montre une microstructure de grains recristallisés allongés.
: Cette figure montre une microstructure de gros grains recristallisés équiaxes.
: Cette figure montre une microstructure de petits grains recristallisés équiaxes.
: Cette figure montre une microstructure partiellement recristallisé ou mixte.
: Cette figure montre une microstructure d’une bande recristallisée après laminage à chaud.
: Cette figure montre une microstructure d’une bande recristallisée après un recuit sur un four continu.
: Cette figure montre une microstructure d’une bande recristallisée après un recuit statique.
: Cette figure montre des exemples d'échantillons soumis à un une caractérisation de lignage, de classe 1, 2 et 3 (1 moyen - 3 excellent).

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION

Tous les alliages d'aluminium dont il est question ci-après sont désignés, sauf mention contraire, selon les règles et désignations définies par l’«Aluminum Association » dans les « Registration Record Series » qu'elle publie régulièrement. Sauf mention contraire, les compositions sont exprimées en % en poids. L’expression 1,4 Cu signifie que la teneur en cuivre exprimée en % en poids est de 1,4%.

Les groupes d’alliages, également appelés séries, sont définies dans l’EN 573-1 (2005).

Les états métallurgiques dont il est question sont désignés selon la norme européenne EN-515.

Les caractéristiques mécaniques statiques en traction, en d’autres termes la résistance à la rupture Rm, la limite d’élasticité conventionnelle à 0.2% d’allongement Rp0.2, l’allongement à striction Ag% et l’allongement à la rupture A%, sont déterminées par un essai de traction selon la norme NF EN ISO 6892-1, le prélèvement et le sens de l’essai étant définis par la norme EN 485-1.

Les angles de pliage, appelés alpha norm, sont déterminés par essai de pliage 3-points selon la norme NF EN ISO 7438 et les procédures VDA 238-100 et VDA 239-200 version 2017.

Les tailles de grains sont mesurées avec la norme ASTM E112 – 12 (2021).

Sauf mention contraire, les définitions de la norme EN 12258 s’appliquent.

Le lignage est mesuré de la façon suivante. Une bande mesurant environ 270 mm (dans le sens transversal) par 50 mm (dans le sens du laminage) est découpée dans la tôle mince. Une prédéformation de traction de 15 %, perpendiculaire au sens du laminage, c’est à dire dans le sens de la longueur de la bande, est ensuite appliquée. La bande est ensuite soumise à l'action d'un papier abrasif de type P800 afin de révéler le lignage. Ce dernier est alors évalué visuellement et traduit par classification sur une échelle de 1 (lignage important) à 3 (absence totale de lignage). Des exemples de lignage correspondant aux valeurs 1 à 3 sont illustrés sur la .

L’ondulation (waviness) Wsa (1-5) de la surface est mesurée avec la norme SEP1941 de mai 2012. Les mesures d’ondulation Wsa (1-5) sont réalisées sur une tôle à l’état T4 après une déformation de 15 % selon le sens travers de laminage. L’ondulation est la moyenne de 14 mesures sur une longueur de 30mm, chaque longueur mesurée est à 2,5mm d’au moins une autre longueur mesurée.

L'aluminium et les alliages d'aluminium sont des matériaux polycristallins dont les caractéristiques et les dispositions peuvent être modifiées par déformation du métal (par exemple, laminage, extrusion ou forgeage) ou par application de chaleur (par exemple, recuit). Pendant la déformation d'un alliage d'aluminium, l'énergie libre du matériau cristallin peut être augmentée, par exemple, par un glissement cristallographique. Le glissement cristallographique implique le mouvement des dislocations dans certains plans et directions dans chaque cristal. L'apparition du glissement cristallographique pendant la déformation plastique augmente la densité des dislocations et la rotation des cristaux dans le matériau. La rotation des cristaux accompagnant la déformation est l'une des raisons pour lesquelles les textures, ou les orientations non aléatoires des cristaux, également appelés grains, se développent dans un matériau polycristallin. Les dislocations sont donc des imperfections du cristal d’un grain.

La microstructure d'un matériau polycristallin, tel qu'un alliage d'aluminium, varie en fonction de son histoire thermo mécanique. Par exemple, les alliages d'aluminium peuvent avoir une microstructure déformée après déformation, une microstructure restaurée après un recuit de restauration, et une microstructure recristallisée après un recuit de recristallisation, décrit plus en détail ci-dessous. Un exemple de microstructure comprenant des grains déformés est illustré sur la . Dans l'exemple illustré, la microstructure 2 comprend une pluralité de grains déformés 12, chaque grain ayant un joint de grain 10. En raison de la déformation, les zones internes des grains déformés 12 comprennent une forte densité de dislocation, représentée sur la par un ombrage 14.

Pour réduire l'énergie libre d'un matériau déformé, celui-ci peut être recuit. Le recuit consiste à chauffer le matériau déformé à une température élevée. Il existe généralement deux types de recuits utilisés pour traiter les alliages d'aluminium : les recuits de restauration et les recuits de recristallisation. Dans le cas d'un recuit de restauration, un alliage d'aluminium est chauffé à une température telle que le joint de grain du grain déformé est généralement maintenu, mais les dislocations à l'intérieur des grains déformés se déplacent vers des configurations de plus faible énergie. Ces configurations d'énergie inférieure à l'intérieur des grains sont appelées sous-grains ou cellules. Ainsi, les grains produits par un recuit de restauration sont généralement appelés grains restaurés. Un exemple de microstructure comprenant des grains restaurés est illustré sur la . Dans l'exemple illustré, la microstructure restauré 3 comprend des grains restaurés 22. Les grains restaurés 22 ont généralement la même limite de grain 10 que les grains déformés 12, mais, en raison du recuit de restauration, des sous-grains 16 se sont formés à l'intérieur des grains restaurés 12.

Lors d’un recuit de recristallisation, l'alliage d'aluminium est chauffé à une température qui produit de nouveaux grains à partir des grains déformés 12 et/ou des grains restaurés 22. Ces nouveaux grains sont appelés grains recristallisés. Un recuit de recristallisation aboutit à la production d'un matériau ayant des grains recristallisés. Des exemples de microstructures comprenant des grains recristallisés sont illustrés sur les . et . Dans les exemples illustrés, la microstructure 4 contient des grains recristallisés allongés 32c ( ), la microstructure 5 contient de gros grains recristallisés équiaxes 32d ( ), et la microstructure 6 contient de petits grains recristallisés équiaxes 32e ( .).

Dans certaines circonstances, un recuit peut produire un matériau partiellement recristallisé ou mixte, dont un exemple est illustré à la . Dans l'exemple illustré, la microstructure partiellement recristallisée ou mixte 7 comprend un mélange de grains restaurés 22 et de grains recristallisés 32.

La température ambiante est toute température compatible avec le travail des humains de 5 à 35°C.

Procédé

L’invention repose sur la constatation faite par la demanderesse qu’il est tout à fait possible grâce à une composition et un procédé de fabrication adaptés de produire des tôles avec une excellente qualité de surface après peinture tout en conservant une excellente aptitude au pliage.

Le procédé de fabrication d’une tôle selon l’invention comporte l’élaboration d’un alliage d’aluminium de la série 6xxx comprenant :

Fe de 0,10% à 0,40%,
Mn de 0,05% à 0,20%,
Cr de 0,01% à 0,04%,

Le Mn et le Cr précipitent pendant le procédé de fabrication. Ils doivent préférablement précipiter sous forme de dispersoïdes qui sont de petits précipités, de dimension moyenne typique de 0,1 à 0,3µm par rapport à la taille des grains. Ces dispersoïdes contribuent au contrôle des différentes recristallisations qui ont lieu pendant le procédé de fabrication et qui influent sur l’ondulation de la tôle. Le Fe précipite également et contribue également au contrôle des différentes recristallisations. La teneur pour ces éléments est un compromis qui doit être en adéquation avec le procédé de fabrication.

En cas d’excès en teneur de Mn et Cr, les recristallisations ne se produiront pas correctement pendant le procédé de fabrication, ce qui dégrade l’ondulation. La teneur maximum en Mn est de 0,20% ; préférablement 0,19%, préférablement 0,18%, plus préférablement 0,17%, plus préférablement 0,16% plus préférablement 0,15%. La teneur maximum en Cr est de 0,04%, préférablement 0,03%, plus préférablement 0,02%. En cas d’insuffisance de la teneur de ces éléments, l’alliage aura tendance à recristalliser sous forme de gros grains lors de la mise en solution, ce qui dégrade également l’ondulation. La teneur minimum en Mn est de 0,05%. La teneur minimum en Cr est de 0,01%.

Une teneur trop basse en Fe rend l’alliage particulièrement couteux. L’ajout de Fe, qui forme des précipités insolubles, contribue également au contrôle des recristallisations mais un excès de Fe dégrade le pliage de la tôle à l’état T4. Une teneur maximum élevée en Fe rend avantageusement l’alliage tolérant à l’utilisation de produits recyclés lors de l’élaboration de l’alliage selon l’invention. Le minimum de Fe est de 0,10%, préférentiellement 0,15%, plus préférentiellement 0,19%. Le maximum en Fe est de 0,40%, préférablement 0,39%, préférablement 0,38%, préférablement 0,37%, préférablement 0,36%, préférablement 0,35%, plus préférablement 0,34%, plus préférablement 0,33%, plus préférablement 0,32%, plus préférablement 0,31%, plus préférablement 0,30%.

Préférablement, le Si est au maximum de 1,05% pour améliorer la qualité de surface caractérisée par le lignage.

Dans un mode de réalisation, l’alliage d’aluminium de la série 6xxx comprend en outre :

Si : 0,30% -1.5%, préférablement 0,30%-1,05%,
Cu <=0,25%,
Mg 0,25% -0,8%,
Zn <= 0,25%,
Ti <= 0,15%,
optionnellement V 0,05%-0,20%,
autres éléments chaque <=0,05%, total <=0,15%,
reste Al,

Si : 0,5% -1.5%, préférablement 0,5%-1,05%, Cu <=0,20%, Mg 0,25% -0,6%, Zn <= 0,20%, Ti <= 0,15%, autres éléments chaque <=0,05%, total <=0,15%, reste Al,
ou Si : 0,6% -0,9%, Cu <=0,10%, Mg 0,40% -0,6%, Zn <= 0,10%, Ti <= 0,10%, autres éléments chaque <=0.05%, total <=0,15%, reste Al,
ou Si : 0,8% -1,5%, préférablement 0,8%-1,05%, Cu 0.01%-0.11%, Mg 0,45% -0,7%, Zn <= 0,25%, Ti <= 0,10%, autres éléments chaque <=0.05%, total <=0,15%, reste Al,
ou Si : 0,30% -0,6%, Cu <=0,25%, Mg 0,40% -0,8%, Zn <= 0,10%, Ti <= 0,10%, V 0,05%-0,20%, autres éléments chaque <=0.05%, total <=0,15%, reste Al,
ou Si : 0,50% -0,9%, Cu 0.20 -0,8%, Mg 0,40% -0,7%, Zn <= 0,20%, Ti <= 0,10%, V 0,05%-0,20%, autres éléments chaque <=0.05%, total <=0,15%, reste Al.

Préférablement, la teneur en Si est au maximum 1,05% pour améliorer le lignage.

Préférablement, l’alliage de la série 6000 a la composition suivante pour les autres éléments que Fe, Mn et Cr:

Si : 0,80% -1,05%,
Cu : 0,05 - 0,20%,
Mg 0,30% -0,50%,
optionnellement Zn <= 0,25%,
Ti 0,01% -0,10%,
autres éléments chaque <=0,05% max, total <=0,15%,
reste Al.

Si : 0,80% -1,05%,
Cu : 0.05% - 0,11%,
Mg 0,30% -0,50%,
optionnellement Zn <= 0,25%,
Ti 0,01% - 0.10%
autres éléments chaque <=0,05%, total <=0,15%,
reste Al,

Préférablement, la teneur en Si de cette composition est au maximum 1,05% pour améliorer le lignage.

Si et Mg forment des précipités Mg₂Si qui permettent d’obtenir les caractéristiques mécaniques après la cuisson des peintures. L’excès de Si (soustraction de la teneur en Mg à la teneur en Si) améliore la formabilité à l’état T4.

Le Cu contribue aux propriétés mécaniques à l’état T4 et T6. Un excès de Cu peut détériorer la tenue à la corrosion. Préférentiellement, le Cu est au maximum de 0,15%, plus préférentiellement 0,10%.

Le Zn peut être ajouté optionnellement pour faciliter le recyclage mais sans excès pour éviter le phénomène de corrosion.

Le Ti a un rôle pour affiner les grains. La teneur maximum en Ti est préférentiellement 0,10%.

L’alliage d’aluminium est ensuite coulé en une plaque, préférentiellement par coulée semi continue verticale. Les dimensions préférentielles des plaques selon l’invention sont de 200mm à 600mm d’épaisseur, de 1000 à 3000 mm de largeur et de 2000 à 8000 mm de longueur.

Avantageusement, la tôle fabriquée est monolithique. Ce qui est moins couteux qu’une tôle plaquée.

La plaque est ensuite homogénéisée à une température d’homogénéisation, comprise de 540°C à 580°C, préférentiellement supérieure à 550°C, suivi d’un refroidissement, préférentiellement forcé, soit jusqu’à une température de début de laminage à chaud de 400 à 520°C, soit jusqu’à une température inférieure à la température de début de laminage à chaud. La température d’homogénéisation est au-delà de la température de solvus de l’alliage, tout en évitant une fusion locale ou la brûlure. La température d’homogénéisation est préférentiellement au maximum de 580°C, préférentiellement 570°C, et au minimum de 540°C, préférentiellement au minium 550°C. Une température trop forte ou trop faible dégrade les propriétés mécaniques de la tôle après revenu. Une homogénéisation insuffisante en température ou en durée peut dégrader l’ondulation en ne mettant pas suffisamment en solution le Mg₂Si dont les précipités ultérieurs n’auront pas la taille optimale. La durée de la l’homogénéisation est préférentiellement supérieure à 1 heure. Une durée d’homogénéisation trop courte dégrade les propriétés mécaniques de la tôle après revenu.

L’homogénéisation de la plaque est suivie d’un refroidissement, préférentiellement forcé, soit jusqu’à une température de début de laminage à chaud de 400 à 510°C soit jusqu’à une température inférieure à la température de début de laminage à chaud. Refroidir la plaque après l’homogénéisation permet d’obtenir des précipités de taille optimale de Mg₂Si qui permettent ensuite de contrôler les recristallisations nécessaires dans les étapes ultérieures pour obtenir l’ondulation souhaitée. Laminer à chaud directement à la température d’homogénéisation par soucis de productivité aboutit à des précipités de Mg₂Si qui provoqueront des recristallisations à gros grains dans les étapes ultérieures qui dégradent l’ondulation. Préférablement, le refroidissement est forcé pour éviter une croissance excessive des précipités de Mg₂Si qui vont détériorer la mise en solution du Mg₂Si, et donc les propriétés mécaniques.

Dans un mode de réalisation, la plaque homogénéisée est directement refroidie à la température de début de laminage à chaud. Ce refroidissement est préférentiellement forcé avec une vitesse de refroidissement directe d’au moins 150°C par heure. Avantageusement la vitesse de refroidissement directe est d’au maximum 500°C/h. Ce refroidissement peut typiquement être effectué par une machine telle que celle décrite par la demande WO2016012691. La vitesse minimum de 150°C est un compromis entre la cinétique de précipitation et la productivité. Une vitesse de refroidissement au-delà de 500°C/h provoque des hétérogénéités de température dans la plaque qui peuvent provoquer des hétérogénéités de précipitations du Mg₂Si qui peuvent provoquer une microstructure mixte lors des recristallisations ultérieures. Une microstructure mixte provoque une ondulation inadéquate.

Dans un autre mode de réalisation, la plaque homogénéisée est refroidie puis réchauffée à la température de début de laminage à chaud. Préférentiellement, ce refroidissement est forcé avec des ventilateurs qui propulsent de l’air à la température ambiante sur la plaque homogénéisée pour la refroidir plus rapidement que naturellement à la température ambiante. Ce refroidissement a lieu préférentiellement jusqu’à une température inférieure à 300°C à une vitesse préférentielle de 60 à 120°C/h, plus préférentiellement 70 à 90°C/h. Préférentiellement la plaque finit de refroidir naturellement jusqu’à la température ambiante. Poursuivre le refroidissement en dessous de la température de début de laminage à chaud est avantageux car il permet de poursuivre la cinétique de précipitation du Mg₂Si qui favorise les recristallisations lors des étapes ultérieures nécessaires à l’ondulation. La plaque est ensuite réchauffée à la température de début de laminage à chaud.

Un premier laminage à chaud de la température de début de laminage à chaud à une température de fin du premier laminage à chaud de 370 à 450°C est effectué. Ce premier laminage à chaud est préférentiellement réalisé successivement sur un laminoir, deux ou plusieurs laminoirs réversibles à chaud. L’épaisseur de fin du premier laminage à chaud est de 30 à 50 mm. Ce premier laminage à chaud est préférentiellement réalisé de telle sorte que la plaque ne se réchauffe pas à chaque passe de laminage à chaud. Préférablement, le refroidissement entre la température de début de laminage à chaud et la température de fin de premier laminage à chaud est au minimum de 0°C et au maximum de 90°C, préférablement 50°C, plus préférablement 30°C. Ce procédé de laminage à chaud permet de contrôler la poursuite de la précipitation du Mg₂Si en particulier lorsque la plaque a été refroidie directement à la température de laminage à chaud. Cette gamme de température de premier laminage à chaud contribue au contrôle des recristallisations dans les étapes ultérieures de la fabrication. Limiter la valeur maximum du refroidissement pendant le premier laminage à chaud permet en outre de simplifier le procédé car cela contribue à ne pas avoir besoin d’un recuit intermédiaire ultérieurement.

Un second laminage à chaud est ensuite effectué de la température de fin du premier laminage à chaud à la température de fin de laminage de 250 à 380°C en une bande dans des conditions telles que la microstructure de la bande est recristallisée ou non recristallisée après le second laminage à chaud. C’est-à-dire que la microstructure ne comprend pas des zones recristallisées et des zones non recristallisées. Une structure mixte après laminage à chaud va perturber les recristallisations ultérieures et dégrader l’ondulation de la tôle à l’état T4. Ce second laminage à chaud est préférentiellement réalisé sur un laminoir à chaud en tandem comportant 2, 3, 4, 5, 6 ou plus laminoirs à chaud. La bande obtenue est ensuite bobinée. Préférentiellement la bobine refroidit naturellement jusqu’à la température ambiante. Préférentiellement aucun refroidissement forcé ou trempe n’est effectué pendant le second laminage à chaud. Préférentiellement la microstructure est caractérisée après le refroidissement à la température ambiante de la bande.

Dans un mode de réalisation, la température de fin de laminage à chaud est supérieure à 330°C, préférentiellement supérieure à 340°C, plus préférentiellement, supérieure à 350°C. Une température élevée en fin de laminage à chaud permet d’obtenir une recristallisation à grains moyens qui est favorable pour la recristallisation finale pour obtenir une ondulation inférieure à 0,50 µm. Cette température élevée permet de simplifier le procédé de fabrication en n’ayant pas besoin d’un recuit intermédiaire.

Dans un autre mode de réalisation, la température de fin de laminage à chaud est inférieure à 330°C, préférentiellement inférieure à 325°C, plus préférentiellement inférieure à 320°C. Une température basse en fin de laminage à chaud permet d’obtenir une microstructure non recristallisée qui est favorable pour obtenir les recristallisations ultérieures pour obtenir une ondulation inférieure à 0,50µm.

La bande est ensuite laminée à froid, avec optionnellement avec un recuit intermédiaire sur un four continu, et sans recuit statique. Un recuit statique est réalisé dans un four dans lequel la bande mise en bobine subit un traitement thermique de recuit. Aucun recuit statique n’est effectué avant, pendant ou après l’étape de laminage à froid. Un recuit statique ne permet pas d’obtenir le compromis entre la qualité de surface ou l’aptitude au pliage car la durée de ce traitement thermique aboutit à des gros grains.

Préférentiellement, la réduction totale à froid est au moins de 75%. La réduction totale à froid est la réduction entre l’épaisseur de fin de laminage à chaud et l’épaisseur finale. Cette réduction contribue à obtenir une ondulation inférieur ou égale 0,50µm.

Préférentiellement, le recuit sur un four continu est un recuit de recristallisation. Dans un mode de réalisation, le recuit sur four continu se fait avec un PMT (peack metal temperature) inférieure à la température de solvus de l’alliage. Dans un autre mode de réalisation, le recuit sur un four continu réalise aussi une mise en solution avec une température supérieure au solvus et inférieure à la température de brulure. Préférentiellement, le PMT est choisi élevé pour minimiser la durée au-dessus de 350°C afin d’obtenir une recristallisation à grains moyens. Une recristallisation sur four continu signifie qu’un laminage à froid a lieu avant la mise en solution.

L’épaisseur de la bande après laminage à froid est de 0,8 à 1,2mm. Une épaisseur trop mince n’est pas utilisable car la pièce de carrosserie n’a pas la rigidité suffisante. Une épaisseur trop épaisse rend la pièce de carrosserie trop lourde pour son utilisation.

Au moins une recristallisation intermédiaire se produit dans les étapes de second laminage à chaud et / ou de laminage à froid suivie par une réduction par laminage à froid d’au moins 60%. Une recristallisation s’est produite pendant l’étape du second laminage à chaud lorsque la micro structure de la bande après laminage à chaud est recristallisée. La recristallisation dans l’étape de laminage à froid est préférentiellement obtenue avec un recuit sur un four continu. La recristallisation intermédiaire est suivie par un laminage à froid dont la réduction d’au moins 60% déforme les grains recristallisés afin d’obtenir une recristallisation à grains fins lors de la mise en solution nécessaire à l’ondulation. Cette réduction d’au moins 60% est la réduction entre l’épaisseur de recristallisation intermédiaire et l’épaisseur finale.

L’absence de recristallisation intermédiaire selon l’invention provoquent soit un pliage insuffisant soit une qualité de surface caractérisé par un lignage inadapté pour des pièces de carrosserie visible. La recristallisation intermédiaire selon l’invention combinée avec le laminage à froid entre la recristallisation intermédiaire et la mise en solution permet de contrôler la recristallisation finale qui a lieu pendant la mise en solution et d’obtenir l’ondulation souhaitée. Préférentiellement, les grains moyens obtenus par cette recristallisation intermédiaire sont des grains allongés de dimension de longueur dans le sens long de laminage de 70 à 200µm comme montré sur la . Le rapport de la longueur sur l’épaisseur des grains recristallisés est de 2 à 5. La longueur est mesurée suivant le sens long de laminage. L’épaisseur est mesurée suivant le sens travers court. Les grains recristallisés obtenus après laminage à chaud ont cette dimension à mi épaisseur comme montré sur la . Des grains trop longs laissent une hérédité aux grains issues de la recristallisation finale réalisée avec la mise en solution, cette hérédité provoquera une ondulation inappropriée. C’est le cas des grains obtenus par recristallisation avec un recuit statique comme montré sur la .

La réduction du laminage à froid entre la recristallisation intermédiaire et la mise en solution est au moins de 60% afin de déformer suffisamment la bande pour obtenir la recristallisation finale lors de la mise en solution nécessaire pour obtenir l’ondulation.

La tôle est ensuite mise en solution à une température de mise en solution au-delà de la température de solvus de l’alliage, tout en évitant une fusion locale ou la brûlure puis trempée, préférentiellement dans un four continu. La température de mise en solution est préférentiellement au maximum de 580°C, préférentiellement 570°C, et au minimum de 540°C, préférentiellement au minium 550°C. Une mise en solution trop froide et/ou une mise en solution trop courte dégradent les propriétés mécaniques mécanique de la tôle par une mise en solution insuffisante. Une mise en solution trop chaude provoque des brulures dégradant les propriétés mécaniques. Une mise en solution trop longue dégrade la productivité.

La mise en solution provoque également une recristallisation finale. Préférentiellement, il s’agit d’une recristallisation à grains fins dont la longueur moyenne est de 10 à 50µm comme montré sur la . Préférablement, les grains recristallisés ont un rapport de longueur sur épaisseur d’au plus 2 comme montré sur la . Les grains sont mesurés en longueur selon le sens de laminage et en épaisseur selon le sens travers court. Des grains plus gros ou qui sont plus allongés détériorent l’ondulation. Cette microstructure n’est pas modifiée par le pré revenu et la maturation.

La température de mise en solution est préférentiellement au minimum de 540°C, préférentiellement 550°C , et au maximum de 570°C. Préférentiellement, il n’y a pas de maintien à la température de mise en solution pour éviter le grossissement des grains.

La trempe est réalisée préférentiellement à l’air pour limiter les défauts de planéité.

Préférablement, la tôle est pré revenue. Préférablement la tôle est réchauffée pour réaliser un pré revenu à une température de pré revenu de 50°C à 120°C, préférentiellement de 65 à 90°C pendant une durée de 2 à 16 heures. Le réchauffage est utile lorsque la tôle subit entre la trempe et le pré revenu un traitement de surface dont la température est inférieure à du pré revenu. Préférentiellement le pré revenu est obtenu par réchauffage sans maintien à la température de pré revenu puis bobinage puis refroidissement jusqu’à la température ambiante, préférentiellement pendant au moins 40 heures. Le pré revenu permet de stabiliser le vieillissement naturel et d’améliorer la réponse à la cuisson des peintures qui est la différence entre la limite d’élasticité à l’état T4 et la limite d’élasticité après la cuisson des peintures.

La tôle mature jusqu’à l’état T4 à la température ambiante entre 72 heures et 6 mois. Cette étape est une contrainte liée au stockage avant la mise en forme. La tôle est alors à l’état T4.

La tôle selon l’invention peut être obtenue par le procédé selon l’invention.

Préférablement, la tôle selon l’invention est caractérisée par la dimension moyenne des grains recristallisés est de longueur de 10 à 50µm, préférablement de 20µm à 40µm et/ou par le rapport de la longueur dans le sens long sur l’épaisseur dans le sens travers court des grains recristallisés est inférieure ou égale à 2.

Préférablement, la tôle selon l’invention est caractérisée par une ondulation inférieure à 0,54µm, préférablement 0,50µm, plus préférablement 0,48µm. Diminuer l’ondulation améliore la qualité de la surface après la mise en peinture.

Une pièce de carrosserie, préférentiellement visible, d’un véhicule peut être produite avec la tôle selon l’invention. Le procédé de production comprend une mise en forme, préférentiellement par emboutissage, puis la cuisson des peintures. La cuisson des peintures, connue de l’homme du métier, correspond à un traitement thermique de 10 à 30 minutes à une température entre 170 et 195°C.

Mode de réalisation 1

Dans un premier mode de réalisation, la plaque homogénéisée est directement refroidie à la température de début de laminage à chaud selon la description ci-dessus.

La température de début de laminage à chaud est de 450 à 520°C, préférentiellement de 470 à 510°C, plus préférentiellement 470 à 400°C. La température de fin de laminage à chaud est inférieure à 330°C, préférentiellement inférieure à 325°C, plus préférentiellement inférieure à 320°C. Une température trop élevée est susceptible de provoquer une recristallisation. Une température trop basse induit des efforts de laminage à chaud trop important. Cette plage de température permet d’obtenir une microstructure non recristallisée de la bande après laminage à chaud qui recristallise à grains moyens lors du recuit intermédiaire pour obtenir l’ondulation.

Un recuit intermédiaire sur four continu est réalisé pendant l’étape de laminage à froid. Ce recuit intermédiaire est une recristallisation selon la description ci-dessus. Cette combinaison d’une structure non recristallisée après laminage à chaud avec un recuit sur un four continu permet l’obtention de grains plus fins que par rapport à une structure recristallisée après laminage à chaud.

Mode de réalisation 2

Dans un second mode de réalisation, la plaque homogénéisée est refroidie puis réchauffée à la température de début de laminage à chaud selon la description ci-dessus.

La température de début de laminage à chaud est inférieure à 450°C, préférentiellement 440°C, plus préférentiellement 430°C, plus préférentiellement 420°C. Limiter la température de début de laminage à chaud permet de diminuer le refroidissement pendant le premier laminage à chaud. La température de fin de laminage à chaud est supérieure à 330°C, préférentiellement supérieure à 340°C, plus préférentiellement, supérieure à 350°C. La microstructure de la bande est recristallisée à grains moyens après le laminage à chaud. Une température plus élevée en fin de laminage à chaud améliore la recristallisation intermédiaire puis la recristallisation finale pour obtenir une ondulation inférieure à 0,50 µm.

L’étape g ne comporte préférentiellement aucun recuit intermédiaire sur un four continu, ce qui est avantageux pour la productivité d’autant plus qu’il s’agit souvent d’équipement couteux et dimensionnant pour la capacité de production des usines qui en disposent.

La réduction à froid est préférentiellement supérieure à 75%, préférablement supérieur à 80% afin d’améliorer la recristallisation et obtenir une meilleure ondulation. La réduction à froid est la réduction entre l’épaisseur de fin de laminage à chaud et l’épaisseur finale.

Mode de réalisation 3

Dans un troisième mode de réalisation, la plaque homogénéisée est directement refroidie à la température de début de laminage à chaud selon la description ci-dessus.

La température de début de laminage à chaud est inférieure à 450°C, préférentiellement 440°C, plus préférentiellement 430°C, plus préférentiellement 420°C. Limiter la température de début de laminage à chaud permet de diminuer le refroidissement pendant le premier laminage à chaud. La température de fin de laminage à chaud est supérieure à 330°C, préférentiellement supérieure à 340°C, plus préférentiellement, supérieure à 350°C. La microstructure de la bande est recristallisée à grains moyens après le laminage à chaud. Une température plus élevée en fin de laminage à chaud améliore la recristallisation intermédiaire puis la recristallisation finale pour obtenir une ondulation inférieure à 0,50µm.

La réduction à froid est préférentiellement supérieure à 75%, préférablement supérieur à 80% afin d’améliorer la recristallisation et obtenir une meilleure ondulation.

EXEMPLES

La divulgation est encore plus illustrée par les exemples suivants. Ces exemples ne sont destinés qu'à illustrer l'invention et non à la limiter.

Des plaques de différentes compositions ont été coulées selon les alliages du tableau 1. Ces plaques ont été coulées par coulée verticale semi continue. Les exemples selon l’invention correspondent aux plaques A, B, C, D, E et F.

	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Ti
A	0.92	0.21	0.09	0.14	0.42	0.02	0.03
B	0.92	0.21	0.09	0.14	0.41	0.01	0.03
C	0.91	0.29	0.09	0.14	0.43	0.02	0.03
D	0.93	0.19	0.09	0.07	0.41	0.01	0.03
E	0.93	0.19	0.09	0.07	0.41	0.01	0.03
F	0.89	0.26	0.09	0.17	0.41	0.04	0.02
G	1.30	0.14	0.08	0.07	0.32	0.01	0.03
H	0.94	0.20	0.09	0.08	0.42	0.01	0.03
I	0.92	0.21	0.09	0.14	0.41	0.01	0.03
J	1.07	0.23	0.09	0.14	0.44	0.04	0.03
K	0.90	0.24	0.09	0.17	0.41	0.04	0.03
L	0.95	0.28	0.04	0.18	0.45	0.03	0.03

Ces plaques ont été homogénéisée à la température de 560°C pendant 3 heures à l’exception des plaques D et E qui ont été homogénéisées pendant 12 heures à la température de 560°C. Les plaques D et E ont été refroidis avec des ventilateurs jusqu’à 300°C à une vitesse de refroidissement de 87°C/h puis ces plaques ont refroidi jusqu’à la température ambiante puis ont été réchauffées à la température de début de laminage à chaud. Les autres plaques ont été refroidis directement à la température de début de laminage à chaud avec une vitesse de refroidissement de 150 à 500°C/h.

Un premier laminage à chaud est ensuite effectué sur un laminoir réversible à chaud. Les températures de début de laminage à chaud et de fin de premier laminage à chaud sont données au tableau 2. L’épaisseur après ce premier laminage à chaud est comprise entre 30 et 50 mm. Un second laminage à chaud est ensuite effectué sur un laminoir tandem à 4 laminoirs. La température de fin du laminage à chaud est donnée au tableau 2. Les bandes bobines ont ensuite refroidi naturellement jusqu’à la température ambiante. Les microstructures ont ensuite été analysées. Les bandes après laminage à chaud A, B, C, D, E et H sont recristallisées. Les grains sont allongés de longueur dans le sens long de laminage de 70 à 200µm. Le rapport de la longueur sur l’épaisseur des grains recristallisés est de 2 à 5. Les bandes F, G, I, J, K et L ne sont pas recristallisées après laminage à chaud.

	Température de début de laminage à chaud (°C)	Température de fin de premier laminage à chaud (°C)	Température de fin de laminage à chaud (°C)	Epaisseur de fin de laminage à chaud [mm]
A	409	402	365	6
B	410	390	353	6
C	403	403	374	6,5
D	403	380 /400	353	5
E	400	380 /400	347	4
F	470-490	373	280-320	5
G	483	402	300	6,2
H	408	368	368	6,5
I	477	371	309	7,3
J	470-490	458	280-320	2,8
K	470-490	380 /400	280-320	7,3
L	470-490	380 /400	280-320	7,3

Les bandes sont ensuite laminées à froid selon le tableau 3 qui précise également les bandes qui ont subi un recuit intermédiaire de recristallisation. Les microstructures ont ensuite été analysées. La bande F a recristallisé après le recuit intermédiaire. Les grains des bandes sont allongés de longueur dans le sens long de laminage de 70 à 200µm. Le rapport de la longueur sur l’épaisseur des grains recristallisés est de 2 à 5. Les bandes I, K et L ont recristallisé avec des grains plus que 200µm.

	recuit intermédiaire	épaisseur de recuit intermédiaire (mm)	réduction à froid	réduction finale à froid	épaisseur final (mm)
A	N/A	N/A	84%		0,99
B	N/A	N/A	84%		0,99
C	N/A	N/A	82%		1,15
D	N/A	N/A	77%		1,15
E	N/A	N/A	71%		1,15
F	continu	2,74	80%	64%	1,00
G	continu	2,80	81%	59%	1,15
H	N/A	N/A	85%		1,00
I	statique	4,00	86%	75%	1,00
J	N/A	N/A	71%		0,80
K	statique	4,5	84%	74%	1,15
L	statique	4,5	84%	74%	1,15

Les bandes sont ensuite mise en solution avec une température de 560°C (PMT). Les bandes A, B, C D et F ont recristallisé à grains fins dont la dimension moyenne est 10 à 50µm et avec un rapport de longueur sur épaisseur d’au plus 2.

Les tôles ont ensuite pré revenu puis ont maturé pendant 180 jours et sont à l’état T4. Les tôles ainsi obtenues ont été caractérisées et les résultats sont au tableau 4.

	Ondulation (µm)	lignage	Pliage T.T normalisé à 1 mm (°)
A	0,41	2	129
B	0,43	2	124
C	0,44	2	132
D	0,46	>=2	134
E	0,51	>=2	134
F	0,40	>=2
G	0,55	2	114
H	0,55	>=2	128
I	0,65	2	136
J	0,44	1
K	0,71	>=2
L	0,41	>=2	114

Le procédé de fabrication permet d’obtenir des tôles avec les propriétés souhaitées.

Claims

Procédé de fabrication d’une tôle comprenant les étapes successives :
Elaboration d’un alliage d’aluminium de la série 6xxx comprenant :

Fe de 0,10% à 0,40%,

Mn de 0,05% à 0,20%,

Cr de 0,01% à 0,04%,

Coulée de l’alliage d’aluminium en une plaque, préférentiellement par coulée verticale semi continue,

Homogénéisation de la plaque à une température d’homogénéisation, comprise de 540°C à 580°C, préférentiellement supérieure à 550°C, suivie d’un refroidissement, préférentiellement forcé, soit jusqu’à une température de début de laminage à chaud de 400 à 520°C, soit jusqu’à une température inférieure à la température de début de laminage à chaud,

Premier laminage à chaud de la température de début de laminage à chaud à une température de fin du premier laminage à chaud de 370 à 450°C,

Second laminage à chaud de la température de fin du premier laminage à chaud à la température de fin de laminage de 250 à 380°C en une bande dans des conditions telles que la microstructure de la bande est recristallisée ou non recristallisée après le second laminage à chaud,

Laminage à froid de la bande, avec optionnellement avec un recuit sur un four continu, et sans recuit statique,

Mise en solution puis trempe, préférentiellement à l’air, de la bande en une tôle,

Préférablement, pré revenu à une température de pré revenu de 50 à 120°C pendant une durée de 2 à 16 heures, préférentiellement obtenue par bobinage puis refroidissement jusqu’à la température ambiante,

Maturation de 72 heures à 6 mois,
dans lequel au moins une recristallisation intermédiaire se produit dans les étapes e et/ou f suivie par une réduction par laminage à froid d’au moins 60%.
Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’alliage d’aluminium de la série 6xxx comprend en outre :
Si : 0,30% -1,5%, préférablement 0,30%-1,05%,

Cu <=0,25%,

Mg 0,25% -0,8%,

Zn <= 0,25%,

Ti <= 0,15%,

optionnellement V 0,05%-0,20%,

autres éléments chaque <=0,05% maximum, total <=0,15%,

reste Al,
Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’alliage de la série 6xxx comprend en outre :
Si : 0,5% -1,5%, préférablement 0,5%-1,05%, Cu <=0,20%, Mg 0,25% -0,6%, Zn <= 0,20%, Ti <= 0,15%, autres éléments chaque <=0,05%, total <=0,15%, reste Al,

ou Si : 0,6% -0,9%, Cu <=0,10%, Mg 0,40% -0,6%, Zn <= 0,10%, Ti <= 0,10%, autres éléments chaque <=0,05%, total <=0,15%, reste Al,

ou Si : 0,8% -1,5%, préférablement 0,8%-1,05%, Cu 0,01%-0,11%, Mg 0,45% -0,7%, Zn <= 0,25%, Ti <= 0,10%, autres éléments chaque <=0,05%, total <=0,15%, reste Al,

ou Si : 0,30% -0,6%, Cu <=0,25%, Mg 0,40% -0,8%, Zn <= 0,10%, Ti <= 0,10%, V 0,05%-0,20%, autres éléments chaque <=0,05%, total <=0,15%, reste Al,

ou Si : 0,50% -0,9%, Cu 0,20 -0,8%, Mg 0,40% -0,7%, Zn <= 0,20%, Ti <= 0,10%, V 0,05%-0,20%, autres éléments chaque <=0,05%, total <=0,15%, reste Al.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la teneur en Si de ces compositions est au maximum 1,05%.
Procédé selon la revendications 1 caractérisé en ce l’alliage de la série 6xxx comprend en outre :
Si : 0,80% -1,05%,

Cu : 0,05 - 0,20%,

Mg 0,30% -0,50%,

optionnellement Zn <= 0,25%,

Ti 0,01% -0,10%,

autres éléments chaque <=0,05% max, total <=0,15%,

reste Al.
Procédé selon l’un des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le refroidissement entre la température de début de laminage à chaud et la température de fin de premier laminage à chaud est au minimum de 0°C et au maximum de 90°C, préférablement 50°C, plus préférablement 30°C.
Procédé selon l’un des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la réduction totale à froid est au moins de 75%.
Procédé selon l’une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que
le refroidissement de l’étape c est préférentiellement un refroidissement directement de la température d’homogénéisation à la température de début de laminage,

la température de début de laminage à chaud est de 450 à 520°C,

la température de fin de laminage à chaud est inférieure à 330°C, préférentiellement inférieure à 325°C,

la microstructure de la bande après de l’étape e est non recristallisée,

l’étape f comporte un recuit intermédiaire sur un four continu qui réalise une recristallisation de la bande,
Procédé selon l’une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que
le refroidissement de l’étape c est un refroidissement jusqu’à une température inférieure à la température de début de laminage à chaud qui est inférieure à 450°C,

la température de fin de second laminage à chaud est supérieure à 340°C, préférablement supérieure à 350°C,

la microstructure de la bande après l’étape e est recristallisée,

l’étape f ne comporte préférentiellement aucun recuit intermédiaire
Procédé selon l’une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que
Le refroidissement de l’étape c est un refroidissement direct de la température d’homogénéisation à la température de début de laminage à chaud qui est inférieure à 450°C,

la température de fin de second laminage à chaud est supérieure à 340°C, préférablement supérieure à 350°C,

la microstructure de la bande après l’étape e est recristallisée,

l’étape f ne comporte préférentiellement aucun recuit intermédiaire
Tôle à l’état T4 obtenue par le procédé selon l’une quelconque des revendication 1 à 9.
Tôle selon la revendication 10 caractérisé en ce que la dimension moyenne des grains recristallisés est de longueur de 10 à 50µm, préférablement de 20µm à 40µm et/ou le rapport de la longueur dans le sens long sur l’épaisseur dans le sens travers court des grains recristallisés est inférieure ou égale à 2,
Tôle selon la revendication 10 ou 11 caractérisé en ce que l’ondulation est inférieure à 0,54µm, préférablement inférieure à 0,50µm, plus préférablement inférieure à 0,48µm.
Pièce de carrosserie, préférentiellement visible, d’un véhicule obtenue par un procédé comprenant la mise en forme, préférentiellement un emboutissage, puis une cuisson des peintures de la tôle selon l’une des revendications 10 à 13,