Nous présentons ici les résultats des expertises métallurgiques des tôles issues de la campagne de recuit afin de mettre en évidence les liens paramètres de recuit- microstructure-propriétés mécaniques. Les clichés présentés sont tous réalisés au MEB après attaque Nital.
1) Type de ligne
Nous avons vu précédemment que le type de ligne classait nos tôles en deux groupes de Rm avec une frontière aux environs de 840MPa. La Figure 25 présente les microstructures obtenues avec chacune des lignes pour deux températures de recuit différentes. On constate que, quelle que soit la température de recuit, la ligne courte conduit à la formation de plus de martensite que la ligne longue. Selon la température de recuit la ligne longue va conduire à une transformation bainitique plus importante ou à un grossissement du grain ferritique par rapport à la ligne courte. Nous reviendrons sur cette différence dans le paragraphe suivant consacré à l’impact de la température de recuit. Dans tous les cas, la ligne longue favorise la formation des phases obtenues à haute température par rapport à la martensite. Cela s’explique en comparant les longueurs de ligne situées à haute température pour chacun des profils : la ligne longue compte 200m entre le début du maintien intercritique et la fin du palier galvanisant contre 60m pour la ligne courte. Ces considérations expliquent aussi l’effet secondaire de la vitesse de ligne par rapport au type de ligne car, même à 100m/min sur la ligne longue l’acier restera une fois et demie plus longtemps à haute température que sur la ligne courte à 40m/min.
Le lien entre propriétés mécaniques et microstructure est direct : le classement en Rm des nuances issues des deux lignes est directement lié à la différence de taux de martensite entre les deux types de traitements.
2) Température de recuit
La Figure 26 présente les microstructures obtenues pour un traitement sur ligne courte à 70 m/min avec trois températures de recuit différentes : 780°C, 800°C et 830°C. Les propriétés mécaniques correspondant à ces microstructures sont reportées dans le Tableau 1. On constate, avec l’augmentation de la température de recuit, un effacement progressif de la microstructure d’origine du B85L. Entre 780°C et 800°C on observe essentiellement une croissance du grain ferritique alors que l’échantillon traité à 830°C se démarque par la précipitation importante de bainite. Ces différentes transformations sont visibles sur les courbes dilatométriques correspondant à ces traitements (Figure 27).
Au niveau des propriétés mécaniques, l’allongement à rupture et l’expansion de trou sont légèrement améliorés lorsque l’on passe de 780°C à 800°C. Ceci s’explique par un gain de ductilité lié soit à la croissance du grain ferritique qui s’accompagne d’une réduction des longueurs d’interface soit à la relaxation d’une partie des contraintes résiduelles dues au laminage. On constate que, malgré cette croissance de grain, Rm et Rp02 conservent des niveaux équivalents. Ceci peut s’expliquer par un taux
de martensite sans doute plus élevé du fait du taux d’austénite transformé au recuit plus important à 800°C qu’à 780°C (cf. Figure 18).
Traitements thermiques permettant d’améliorer le comportement à la découpe des aciers dual phase LC Type de ligne LG 830°C Température de recuit 780°C L LT
Figure 25 Comparaison des microstructures obtenues sur lignes longue et courte à haute et basse température de recuit
830°C 800°C
780°C
ST
L
Figure 26 Effet de l'augmentation de la température de recuit sur la microstructure (ligne courte, vitesse de ligne 70 m/min)
Traitements thermiques permettant d’améliorer le comportement à la découpe des aciers dual phase
KWI
T recuit°C Rp02 MPa Rm MPa A% rupture Ac%
780 411 866 16.7 16
800 423 866 17.9 18.5
830 542 837 14.9 25.6
Essai de traction
Tableau 1 Propriétés des tôles en fonction de la température de recuit (ligne courte, 70m/min) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 T (°C) de lt a l (V ) 835 800 780 Droite de refroidissement de l’austénite issue de la Figure 17 T recuit 830°C 800°C 780°C Grossissement du grain ferritique Galvanisation Précipitation bainitique
Figure 27 Courbes de dilatométrie correspondant aux trois structures de la Figure 26
Température de recuit 0 5 10 15 20 25 30 35 40 14 15 16 17 18 A% K W I punc he d hol e ( % ) 780°C 800°C 830°C KWI , Ac%
Figure 28 Résultats des essais d’expansion de trou en fonction de l’allongement à rupture et de la température de recuit
Traitements thermiques permettant d’améliorer le comportement à la découpe des aciers dual phase
Entre 800°C et 830°C, les résultats du Tableau 1 montrent que la précipitation bainitique conduit à une hausse importante de la limite d’élasticité et des résultats en expansion de trou mais réduit drastiquement l’allongement à rupture. En classant l’ensemble des résultats de la campagne en fonction de l’allongement à rupture (Figure 28), on constate qu’il s’agit d’une tendance généralisée. Alors que le grossissement du grain ferritique entre 780°C et 800° C permet d’augmenter l’allongement à rupture, les trois traitements à 830°C, qui présentent les meilleurs résultats en expansion de trou, conduisent aux plus faibles allongements à rupture. De prime abord, il semble étonnant qu’en réduisant la ductilité on améliore l’expansion de trou. Deux hypothèses peuvent expliquer les apports de la bainite :
- En introduisant une phase de dureté intermédiaire dans la microstructure, on peut supposer que les déformations se répartissent mieux entre les différentes phases et limitent ainsi la sollicitation des interfaces. De plus en s’appropriant une part du carbone, la précipitation bainitique conduirait à un adoucissement de la martensite. La matrice obtenue (ferrite+bainite) serait donc plus dure que celle du B85, d’où la baisse de ductilité, mais moins sensible à la décohésion d’interface matrice/martensite, ce qui expliquerait la résistance à la fissuration en expansion de trou.
- La deuxième hypothèse consiste à supposer que, du fait de la ductilité réduite, la déformation au cours de la découpe s’étend sur une zone plus confinée. Comme nous l’avons vu dans la troisième partie, une réduction de la taille de la zone affectée par la découpe (et par conséquent de la taille des petites fissures amorcées aux faibles déformations) retarde grandement la rupture par propagation de fissure.
Cette deuxième hypothèse est supportée par des mesures réalisées sur les petites fissures présentes aux bords des trous en fin d’essai. On constate que la taille de ces petites fissures est plus faible pour les échantillons traités à 830°C (Figure 29). On pourrait supposer que cela est dû à une meilleure ténacité du matériau mais les mesures montrent aussi sur ces échantillons une augmentation de la densité linéique de fissures ce qui prouve leur sensibilité à l’endommagement. Ce point pourrait être tranché en complétant la campagne de caractérisation avec des essais Kahn.
a
b
Figure 29 Fissures amorcées dans la zone affectée par la découpe en cours d’essai KWI : a) tôle traitée à 830°C, b) tôle traitée à 780°C
Traitements thermiques permettant d’améliorer le comportement à la découpe des aciers dual phase