Qu'est-ce que l'acier à haute résistance

Les aciers à haute résistance traditionnels sont principalement renforcés par une solution solide, une précipitation et un raffinement du grain, tandis que les aciers à haute résistance avancés (AHSS) désignent des aciers qui sont renforcés par transformation de phase. et/ou austénite retenue, comprenant principalement les aciers à double phase (DP), les aciers à plasticité induite par transformation (TRIP), les aciers martensitiques (M), les aciers à phase complexe (CP), les aciers pour formage à chaud (HF) et les aciers à plasticité induite par transformation (TWIP) .

La résistance et la plasticité de l'acier à haute résistance avancé sont meilleures que celles de l'acier à haute résistance ordinaire, et il a à la fois une résistance élevée et une bonne formabilité, en particulier l'indice d'écrouissage élevé, ce qui est propice à l'amélioration de l'absorption d'énergie pendant le processus de collision. , ce qui assure une réduction de poids et en même temps. La sécurité est très bénéfique.

La force de l'AHSS est comprise entre 500MPa et 1500MPa, et il a une bonne absorption d'énergie. Il joue un rôle très important dans la réduction du poids des automobiles et l'amélioration de la sécurité. Il a été largement utilisé dans l'industrie automobile, principalement utilisé dans les pièces structurelles automobiles, les pièces de sécurité et les pièces de renforcement telles que les piliers A/B/C, les seuils de porte, les pare-chocs avant et arrière, les poutres anti-collision de porte, les poutres, les poutres longitudinales, rails de siège et autres pièces; L'acier DP a été produit en série pour la première fois par la Suède SSAB Steel Plate Co., Ltd. en 1983.
Développement et progrès de la recherche sur l'acier avancé à haute résistance

Tous les aciers rapides sont élaborés en maîtrisant la vitesse de refroidissement de la phase austénite ou de la phase austénite plus ferrite, soit par meulage à chaud sur la surface périphérique (comme les produits laminés à chaud) soit par refroidissement local dans un four de recuit continu (Continuous Recuit ou Produits revêtus par immersion à chaud).

Les aciers martensitiques sont produits par trempe rapide qui transforme la majeure partie de l'austénite en phase martensite. Les aciers ferritiques et martensitiques biphasés sont produits en contrôlant la vitesse de refroidissement de sorte que la phase austénite (comme dans les aciers laminés à chaud) ou la phase ferrite + martensite biphasée (comme on le voit dans l'acier à recuit continu et revêtement par immersion à chaud) une partie de la l'austénite retenue est transformée en ferrite avant un refroidissement rapide en martensite.

Les aciers TRIP doivent généralement être maintenus dans des conditions isothermes modérées pour produire de la bainite. La teneur plus élevée en carbone de silicium fait que l'acier TRIP contient trop d'austénite retenue dans la microstructure finale. Les aciers multiphasés suivent également un schéma de refroidissement similaire, mais dans ce cas, l'ajustement des éléments chimiques produit très peu d'austénite retenue et forme de fines précipitations pour renforcer les phases martensite et bainite.

L'acier à haute résistance pour automobiles est divisé en produits laminés à chaud, laminés à froid et galvanisés à chaud, et ses caractéristiques technologiques sont toutes renforcées par la transformation de phase. De plus, il existe une sorte d'acier à ultra haute résistance trempé et durci par des moules de formage à chaud, qui a été largement utilisé dans l'industrie automobile en Europe.

Alors que les besoins en matière de sécurité et d'économie de carburant augmentent, l'industrie automobile exige de plus en plus des matériaux légers et à haute résistance. En raison de la légèreté des automobiles, la proportion d'alliages d'aluminium, d'alliages de magnésium, de plastiques et d'autres composants utilisés dans les automobiles a augmenté d'année en année, et la position dominante de l'acier dans les matériaux automobiles a également été menacée. Afin d'améliorer la sécurité des automobiles et de répondre aux défis des autres matériaux, le développement des matériaux sidérurgiques se concentre actuellement sur les aciers à haute résistance.

-1- Acier Duplex

L'acier biphasé est obtenu à partir d'acier bas carbone ou d'acier microallié bas carbone par traitement thermique ou laminage contrôlé et refroidissement contrôlé dans la zone biphasée, et sa microstructure est principalement constituée de ferrite et de martensite. Les aciers ordinaires à haute résistance affinent les grains par laminage contrôlé et renforcent la matrice par la précipitation de carbonitrures d'éléments de microalliage, tandis que les aciers à double phase sont dispersés dans des joints de grains de ferrite pure ou des grains avec des particules relativement dures. phase martensitique, de sorte que sa résistance et sa ténacité sont bien coordonnées.

La résistance de l'acier biphasé est principalement déterminée par la proportion de la phase martensitique dure, qui varie de 5 à 30 . Les propriétés mécaniques en traction sont caractérisées par :

①La courbe contrainte-déformation est lisse et arquée, et il n'y a pas d'extension de limite d'élasticité ;

② a un taux d'écrouissage élevé, en particulier le taux d'écrouissage initial ;

③ Faible limite d'élasticité et résistance élevée à la traction, les composants formés ont une résistance élevée à l'écrasement, une énergie d'absorption des chocs et une résistance élevée à la fatigue ;

④ Grand allongement uniforme et allongement total. L'acier biphasé est idéal pour une résistance élevée et une bonne formabilité pour les automobiles.
-2- Acier à plasticité induite par transformation

L'acier à plasticité induite par transformation fait référence à l'acier à structure multiphasée dans l'acier. Ces phases sont généralement de la ferrite, de la bainite, de l'austénite résiduelle et de la martensite.
Au cours du processus de déformation, la transformation de l'austénite retenue stable en martensite provoque un renforcement par transformation de phase et une croissance plastique. Pour cette raison, l'austénite retenue doit avoir une stabilité suffisante pour réaliser une transformation progressive.
D'une part, il renforce la matrice D'autre part, il améliore l'allongement uniforme et atteint l'objectif d'augmentation simultanée de la résistance et de la plasticité. La plage de performances de l'acier TRIP est la suivante : limite d'élasticité 340-860 MPa, résistance à la traction 610-1080 MPa, allongement 22 - 37 %.

Ces dernières années, l'acier TRIP s'est développé rapidement. L'acier TRIP est principalement utilisé pour fabriquer des ailes d'automobiles, des pièces de châssis, des jantes de roue et des poutres d'impact de porte. De plus, les tôles d'acier TRIP peuvent être utilisées comme substrats pour la galvanisation à chaud et l'électrozingage Zn-Ni pour produire des tôles galvanisées à haute résistance, haute plasticité, gonflement élevé et haute résistance à la corrosion.
Le sud-coréen Posco a développé avec succès des aciers TRIP de nuances 800MPa et 1000MPa.
La formabilité de la plaque d'acier est très bonne et elle peut être transformée en formes complexes de pièces automobiles. Actuellement, ils travaillent au développement de l'acier TRIP dans la nuance 1200MPa. Au Japon, Mitsubishi Motors a coopéré avec Nippon Steel, Sumitomo Metal et Kobe Steel pour développer des tôles d'acier à haute résistance TRIP pour les pièces de châssis automobiles. Plus de 80 types de tôles d'acier TRIP pour les pièces de châssis ont été fabriquées dans ses nouveaux modèles.

De nombreux résultats de recherche montrent que l'acier TRIP à haute teneur en silicium a une meilleure ductilité et résistance à la traction que l'acier faiblement allié à haute résistance, et ses séries de composition sont : C—Mn—Si—N—V, C—Mn—Si -Ti et Si- Nb, etc. Cependant, une teneur élevée en silicium entraînera la formation de tartre d'oxyde rouge à la surface de la bande et la détérioration des performances de galvanisation à chaud.
Ces dernières années, certains chercheurs ont commencé à se concentrer sur le remplacement partiel du silicium par d'autres éléments (tels que l'aluminium, le phosphore, etc.) pour réduire la teneur en silicium de l'acier, améliorer les propriétés du revêtement et améliorer les performances du revêtement en ajoutant des éléments tels que le niobium. , vanadium, titane et molybdène. Résistance de l'acier TRIP.
-3- Acier phase complexe

La structure de l'acier multiphasé est similaire à celle de l'acier TRIP, et sa structure principale est constituée de ferrite fine et d'une forte proportion de phases dures (martensite, bainite), contenant des éléments tels que le niobium et le titane.
Grâce à l'action composite de la martensite, de la bainite et du renforcement des précipitations, la résistance de l'acier CP peut atteindre 800 ~ 1000MPa, avec une énergie d'absorption élevée et des performances d'expansion des trous, particulièrement adaptées aux pare-chocs de porte d'automobile, aux pare-chocs et aux pièces de sécurité B telles que les montants.
Selon la conception de la composition de l'alliage, le micro-alliage, la technologie de laminage et de refroidissement contrôlés et la technologie de recuit continu, les bandes à haute résistance laminées à chaud et à froid peuvent obtenir différentes microstructures, telles que la structure biphasée ferrite + bainite, ferrite + martensite structure biphasée, structure multiphase ferrite + bainite + austénite retenue et structure martensite, la résistance de l'acier peut être augmentée de 500MPa à plus de 1000MPa, et même atteindre 1200MPa.

La pratique a montré qu'en raison de la teneur plus élevée en éléments de microalliage dans l'acier, la résistance à la déformation lors du laminage contrôlé dans la zone non recristallisée augmente, ce qui entraîne une plus grande charge du laminoir. Dans le processus de laminage contrôlé et de refroidissement contrôlé, l'élément en titane est très sensible à la température de chauffage et à la température d'enroulement. Les fluctuations de la température de chauffage de la brame et de la température de bobinage après laminage entraînent facilement des fluctuations très importantes des propriétés de la bobine telles que la limite d'élasticité et la résistance à la traction.

Pour les aciers de construction à haute résistance laminés à froid, des structures complexes ferrite + bainite + martensite avec différents rapports volumiques peuvent être obtenues grâce au processus de traitement thermique complexe pendant le processus de recuit continu.
Cet acier multiphase laminé à froid possède de bonnes propriétés mécaniques globales, et a une ténacité et une plasticité plus élevées sous la même résistance que l'acier martensitique trempé conventionnel, il a donc un large marché d'application dans l'industrie automobile.
-4- Acier martensitique

La production d'acier martensitique se fait par trempe rapide de la structure austénitique à haute température pour la transformer en structure de martensite à lattes, qui peut être réalisée par laminage à chaud, laminage à froid, recuit continu ou recuit après formage, et sa résistance maximale peut atteindre 1600MPa, ce qui est the current La classe de résistance la plus élevée des tôles d'acier à haute résistance du commerce.
Par conséquent, lors de la production de produits en forme de plaque, en raison de la limite de formabilité, seules des pièces de formes simples peuvent être produites par profilage ou emboutissage, qui sont principalement utilisées pour des pièces telles que des pare-chocs de porte avec de faibles exigences de formage pour remplacer les pièces tubulaires. coût de fabrication.

L'acier d'emboutissage à chaud (acier MnB) est une méthode de Nippon Steel qui permet d'obtenir une formabilité élevée et une résistance extrêmement élevée par trempe après formage à chaud. La méthode spécifique de formage à chaud est la suivante : chauffage de la plaque d'acier (880 à 950 °C), emboutissage (traitement de trempe dans la matrice de la machine d'emboutissage), grenaillage (élimination de la calamine d'oxyde de fer) et produit fini (1500 XNUMX MPa).
L'ensemble du processus d'estampage à chaud prend 15 à 25 secondes.
Afin de résoudre le problème de formation facile de tartre d'oxyde de fer lors du travail à chaud d'une tôle d'acier, il est généralement nécessaire d'effectuer un traitement d'aluminisation sur la surface d'une tôle d'acier à ultra-haute résistance. Les tôles d'acier MnB à très haute résistance sont principalement utilisées pour la fabrication de pièces anti-collision.
-5- Acier à double plasticité induite

Acier à plasticité induite par double : la deuxième génération d'acier automobile avancé à haute résistance, dont la microstructure à température ambiante est une austénite monophasée. La plupart des aciers austénitiques, tels que les aciers inoxydables austénitiques et les aciers à haute teneur en manganèse, ont des énergies de défaut d'empilement faibles à modérées et ont donc tendance à former des défauts d'empilement étendus, des macles et des structures de dislocation planes.
Lorsque C ou Al et Si sont ajoutés à un acier à haute teneur en manganèse, une large gamme de macles mécaniques peut être trouvée. Lorsque w(Mn) atteint 25 %, w(Al) > 3 % et w(Si) est compris entre 2 % et 3 %, il y a une grande surface de macles mécaniques dans l'acier. La même situation se produit lorsque le carbone est très faible en temps. Ces aciers ont une ductilité très élevée, jusqu'à 80 %.

Ils ont introduit des aciers à plasticité induite jumelle pour nommer ces nuances d'acier, appelés aciers TWIP. Les excellentes propriétés mécaniques de l'acier TWIP proviennent de la plasticité induite par le maclage, et le rôle du maclage dans la déformation est complètement différent du concept traditionnel. On pense généralement que dans les matériaux avec une symétrie de structure cristalline relativement faible et relativement peu de systèmes de glissement, le maclage se produit dans certaines concentrations de contraintes lorsque le taux de déformation est important, ou lorsque la force est appliquée dans le cas d'une orientation de glissement défavorable.

Les métaux cubiques à faces centrées ne sont pas sujets au maclage et le maclage mécanique ne peut se former qu'à des températures extrêmement basses. La quantité de déformation générée par le maclage étant faible, il ne joue qu'un rôle d'ajustement de l'orientation lorsque le glissement est difficile, afin que le glissement puisse pouvoir se poursuivre. Mais dans l'acier TWIP, il peut être formé en austénite cubique à faces centrées lorsque la température de déformation est de -70 ~ 400 ℃, et le taux de déformation peut être aussi bas que 10-4/s.
Au cours du processus de déformation, des macles se forment dans la région à forte contrainte et les limites des macles empêchent le glissement dans cette région, ce qui favorise le glissement d'autres régions à faible contrainte. À l'heure actuelle, la France, la Chine et d'autres pays ont commencé la production d'acier TWIP.
Développement de la technologie. Bien que le TWIP présente d'excellentes propriétés mécaniques, les problèmes de fusion, de coulée continue, de retard, de rupture, de sensibilité à l'entaille et d'aptitude au revêtement de l'acier sont des difficultés techniques qui entravent l'application à grande échelle de cet acier dans l'industrie automobile. .

Actuellement, les aciéries et les instituts de recherche travaillent sur une nouvelle génération d'acier TWIP, l'acier FeMnA1, également appelé acier TRIPLEX. L'acier FeMnAl ne présente pas d'effets TRIP et TWIP. Au cours de la déformation, les dislocations glissent pour former des bandes de cisaillement, ce qui entraîne une grande plasticité, c'est-à-dire des effets SIP plastiques induits par les bandes de cisaillement. Jusqu'à présent, son application dans les automobiles a été largement reconnue.
-6- Acier de distribution trempé

Ces dernières années, J. g. Speer et al. a proposé un nouveau processus - la trempe et la séparation. Ce procédé peut être utilisé pour produire des nuances austénitiques retenues riches en carbone, appelées aciers Q&P. Ce mécanisme de procédé est basé sur une nouvelle connaissance et compréhension de la loi de diffusion du carbone dans la structure mixte martensite/austénite. L'acier Q&P appartient à la troisième génération d'AHSS, et les propriétés mécaniques qui peuvent être obtenues se situent dans la plage de résistance à la traction de 800 à 1500 et d'allongement de 15 % à 40 %.
Tout d'abord, la matrice est rapidement refroidie à la température de trempe (TQ) entre M et Mf après avoir été maintenue à la zone d'austénite ou à la température de la zone critique (TA) pendant une période de temps, et isotherme pendant une courte période pour générer une quantité appropriée de martensite, puis chauffée à la température de partage (T) et traitée pendant une période de temps pour assurer l'achèvement du processus riche en carbone de l'austénite retenue.

Bien que le mécanisme thermodynamique de la formation de la martensite dans le procédé Q&P et le procédé Q&T traditionnel soit le même, le mécanisme d'évolution et la composition finale de la microstructure sont complètement différents. Dans le procédé Q&T, lors de la formation de martensite tempérée, une partie du carbone est consommée par la formation de cémentite et l'austénite retenue est décomposée. Cependant, le procédé Q&P inhibe intentionnellement la précipitation des composés Fe-C et stabilise l'austénite retenue sans se décomposer. Par conséquent, inhiber efficacement la précipitation des composés est la clé de ce processus.
Tendance de développement de l'acier avancé à haute résistance

Les fabricants de produits sidérurgiques sont confrontés à des exigences de qualité plus strictes pour les produits existants des utilisateurs, ce qui nécessite d'accélérer le développement de nouveaux matériaux en acier pour garantir que les nouveaux procédés de fabrication de produits répondant aux besoins des utilisateurs doivent être fiables et peu coûteux.
Une autre idée de développement pour les matériaux automobiles est de réduire la masse volumique de l'acier en conservant les avantages de l'acier lui-même, à savoir la résistance, la ténacité, l'usinabilité, la durée de vie, la réduction du bruit et la recyclabilité. L'une de ces méthodes consiste à ajouter des éléments d'alliage de métaux légers tels que Al et Si à l'acier. Ces aciers ont été développés à un stade précoce avec une résistance plus élevée, une densité apparente plus faible et une résistance à la corrosion améliorée, et jusqu'à présent, ils ont un grand potentiel de développement, avec un potentiel supplémentaire de réduction de poids.

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