Caractérisation microstructurale et mécanique d'aciers à haute résistance sujets à la galvanisation continue

L'amélioration des performances des automobiles nécessite leur allègement. Ceci passe entre autres par l'adoption de nouveaux matériaux pour la structure interne de la carrosserie comme les aciers avancés à haute résistance mécanique en substitution des aciers faiblement allié à haute résistance (HSLA). Pour obtenir les propriétés mécaniques désirées et assurer une protection contre la corrosion, les aciers sont traités dans une ligne de galvanisation en continu. Dans ce procédé, la température du traitement thermique est contrôlée par pyrométrie. Cette méthode utilise les propriétés radiatives du matériau en cours de traitement à travers l'émissivité spectrale qui est sensible à l'état de surface. En raison de leur composition chimique, plus riche en manganèse notamment, les nouveaux aciers développent une oxydation superficielle sélective qui altère l'émissivité et donc qui provoque des erreurs de détermination de la température. Ce mémoire vise à évaluer l'écart de température maximale admissible pour que les propriétés mécaniques des aciers respectent leur norme de référence. Le projet a été mené sur un acier HSLA grade 50 et sur un acier biphasé grade 980 (DP980). Afin de simuler une situation de perte de contrôle de la température, des cycles altérés ont été réalisés à partir des cycles nominaux fournis par les partenaires industriels. La température maximale du revenu intercritique nominale est de 802°C, elle a été altérée de ±25°C et ±50°C pour le DP980 et seulement ±50°C pour le HSLA. Les traitements thermiques ont été réalisés dans le simulateur de galvanisation de McMaster University où la température est contrôlée par thermocouple. Les cycles thermiques ont été arrêtés juste avant l'étape de galvanisation. Les propriétés mécaniques ont été déterminées par des essais de traction uniaxiale selon la norme ASTM E8/A370. Une cartographie de la dureté des coupons traités thermiquement dans le simulateur a permis de définir une zone de température uniforme de ±10°C. Comme prévu, les propriétés mécaniques de l'acier DP980 sont fortement affectées par l'altération de la température. Quand la température dévie de -50°C à +50°C, la limite d'élasticité et la résistance mécanique augmentent respectivement de 540 MPa et 260 MPa. Quelle que soit la déviation de la température, les propriétés mécaniques dépassent les minimums requis par la norme ASTM. Concernant le HSLA, pour des déviations identiques de température, la limite d'élasticité et la résistance mécanique augmentent respectivement de 120 MPa et 40 MPa.

Abstract

The improvement of automotive efficiency involves using better materials such as advanced high-strength steel (AHSS) in substitution to high strength low alloy (HSLA) to lighten the weight of autobody parts. To reach desired mechanical properties and to assure protection from the corrosion, the steel strips are processed in continuous galvanizing lines. During this process, it is observed that the steel strip temperature often deviates from the aimed temperature prior to immersion in the zinc pot. This is often the consequence of erroneous pyrometric measurements, due to variations in spectral emissivity of the steel strip, thereby providing faulty feedback to the soak furnace thermostat. The objective of this research is to quantify the strip temperature tolerance needed to achieve the specified mechanical properties of DP980 (AHSS, dual phase grade 980), in comparison with a HSLA steel grade 50. Based on nominal heat treatment issued by the industrial partners, several altered heat cycles were designed to simulate a deviating temperature control. Maximum intercritical annealing temperature, 802°C, is modified by ±25°C and ±50°C for DP980 and only by ±50°C for HSLA. By design the cycles are interrupted just before the galvanization step. Heat treatments have been performed in the McMaster galvanizing simulator. The coupon temperature is controlled by one thermocouple. A hardness mapping of heat treated coupons has been performed in order to determine the area where temperature is uniform within [0 / -10°C]. After heat treatment, the tensile properties (yield strength, tensile strength and elongation at failure) have been characterized on subsize specimens according to ASTM E8/A370. As expected, the mechanical properties of DP980 are strongly affected by temperature deviation. When the temperature deviates from -50°C to +50°C, the yield stress and ultimate tensile strength increase respectively by 540 MPa and 260 MPa. In the whole range the yield stress and ultimate tensile strength still significantly exceed the minimal values required by ASTM standard. For HSLA, with the same temperature deviation, the yield and ultimate tensile strength only increase respectively by 120 MPa and 40 MPa.