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Aciers TRIP (TRansformation Induced Plasticity)

Présentation

Les aciers TRIP se différencient par un compromis entre résistance et ductilité particulièrement élevé qui résulte de leur microstructure. Ils sont ainsi très bien adaptés pour des pièces de structure et de renfort de formes complexes. Cette microstructure, composée d'une matrice ferritique ductile dans laquelle se trouvent des îlots de phase bainitique dure et d'austénite résiduelle, permet d'obtenir des allongements plus importants du fait de la transformation de l'austénite en martensite sous l'effet de la déformation plastique (effet TRIP : "TRansformation Induced Plasticity"). Cet effet TRIP confère à ces aciers un excellent compromis entre résistance et ductilité.

La capacité de consolidation de cet acier est considérable. Lui assurant une bonne aptitude à la répartition des déformations et par conséquence une excellente emboutissabilité.

Lors des étapes de fabrication des pièces, la résistance à la limite d'élasticité de l'acier TRIP augmente fortement par rapport à sa valeur de référence sur le métal à plat, à la fois sous l'effet des déformations locales d'emboutissage et de l'effet BH (Bake Hardening) lors de la mise en peinture. Ces effets peuvent être mis à profit pour optimiser la conception de la pièce, notamment son comportement au crash. Voir plus bas.

Applications

En raison de sa forte capacité d'absorption d'énergie et de sa bonne résistance à la fatigue, la gamme d'acier TRIP est particulièrement adaptée pour les pièces de structure et de sécurité telles que traverse, longeron, renfort de pied milieu, bavolet ou encore renfort de pare-chocs.

ArcelorMittal dispose d'un ensemble de données relatives à la mise en forme et aux propriétés d'emploi de la famille TRIP. Pour intégrer cet acier dès la conception, une équipe d'experts est en mesure de réaliser des études spécifiques soit à partir de modélisation, soit à partir d'essais expérimentaux.

  • Renfort de pied milieu en CR450Y780T-TR-EG (ép. : 1,2 mm)

  • Traverse de pare chocs en CR450Y780T-TR-EG (ép. : 1,6 mm)

Designation et norme

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Dénomination ArcelorMittal Nom générique Euronorms VDA 239-100 JFS ABNT NBR
CR400Y690T-TR TRIP700 HCT690T (+ZE,+Z) CR400Y690T-TR (-UNC,-EG,-GI) TRIP700
CR450Y780T-TR TRIP800 HCT780T (+ZE, +ZF) CR450Y780T-TR (-UNC,-EG,-GA) JSC780T TRIP800
  • Euronorms

    Nu (EN 10338 : 2015) : Désignation nuance
    Electrozingué (EN 10338 : 2015 + EN 10152 : 2017) : Désignation nuance+ZE
    Galvannealed (EN 10346 : 2015) : Désignation nuance+ZF
    Extragal® (EN 10346 : 2015) : Désignation nuance+Z

  • VDA 239-100

    Nu : Désignation nuance-UNC
    Electrozingué : Désignation nuance-EG
    Galvannealed : Désignation nuance-GA
    Extragal® : Désignation nuance-GI

Caractéristiques mécaniques

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Dénomination ArcelorMittal Nom générique Direction Résistance de limite élastique Rp0,2 (MPa) Résistance à la rupture Rm (MPa) Type 1 Min. A50mm (%) Type 2 Min. A80mm (%) Type 3 Min. A50mm (%) Min. BH2 MPa n10-20/Ag
CR400Y690T-TR TRIP700 RD 400 - 520 690 - 800 25 24 26 40 0,19
CR450Y780T-TR TRIP800 RD 450 - 570 780 - 910 22 21 23 40 0,16

A80mm %: Allongement à rupture (en %) sur base d’un échantillon de longueur utile L0 = 80 mm (ISO 6892-1 type 2 (EN20x80))
A50mm %: Allongement à rupture (en %) après fracture sur base d’un échantillon de longueur utile L0 = 50 mm (ISO 6892-1 type 1 (ASTM12.5x50) or type 3 (JIS25x50))
A%: Allongement à rupture (en %) sur base d’un échantillon proportionnel de longueur utile L0 = 5,65 (So)1/2
Ag % : Allongement uniforme (en %)
BH2 : Augmentation de la limite élastique entre une référence mesurée après 2% de pré-déformation et cette même condition ayant subi un traitement thermique (170°C- 20 minutes)

  • Microstructure typique du CR450Y780T-TR-EG (proportion d'austénite résiduelle d'environ 18 %)

  • Microstructure typique du CR400Y690T-TR-GI (proportion d'austénite résiduelle d'environ 10 %)

Composition chimique

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Dénomination ArcelorMittal Nom générique Max. C (%) Max. Si (%) Max. Mn (%) Max. P (%) Max. S (%) Al (%) Max. Cu (%) Max. B (%) Max. Ti + Nb (%) Max. Cr + Mo (%)
CR400Y690T-TR TRIP700 0,24 2,0 2,2 0,05 0,01 0,015 - 2,0 0,2 0,005 0,2 0,6
CR450Y780T-TR TRIP800 0,25 2,2 2,5 0,05 0,01 0,015 - 2,0 0,2 0,005 0,2 0,6

Disponibilité globale


En développement     En essais clientèle     Commercial en aspect non-visible     Commercial pour pièce d'aspect non visible et visible (Z)    

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Dénomination ArcelorMittal Nom générique Nu (-UNC) Extragal® (-GI) Galvannealed (-GA) Electrozingué (-EG) Jetgal® (-ZV)
CR400Y690T-TR TRIP700
CR450Y780T-TR TRIP800
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Dénomination ArcelorMittal Nom générique Nu (-UNC) Extragal® (-GI) Electrozingué (-EG) Jetgal® (-ZV)
CR400Y690T-TR TRIP700
CR450Y780T-TR TRIP800
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Dénomination ArcelorMittal Nom générique Extragal® (-GI) Galvannealed (-GA)
CR400Y690T-TR TRIP700
CR450Y780T-TR TRIP800
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Dénomination ArcelorMittal Nom générique Extragal® (-GI)
CR400Y690T-TR TRIP700
CR450Y780T-TR TRIP800
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Dénomination ArcelorMittal Nom générique
CR400Y690T-TR TRIP700
CR450Y780T-TR TRIP800
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Dénomination ArcelorMittal Nom générique
CR400Y690T-TR TRIP700
CR450Y780T-TR TRIP800

Mise en forme

Les aciers TRIP présentent une forte ductilité par rapport à leur niveau de résistance à la traction. Par exemple, le CR450Y780T-TR présente un allongement réparti comparable à celui d'un grade d'emboutissage profond de type CR3.

La figure ci-dessous donne un exemple de courbe limite de formage pour les aciers CR400Y690T-TR et CR450Y780T-TR de 1,5 mm d'épaisseur. Celles-ci montrent une formabilité supérieure à un acier CR330Y590T-DP de résistance inférieure.

Courbe limite de formage des aciers CR400Y690T-TR-GI et CR450Y780T-TR-EG (ép. : 1,5 mm) (Modèle ArcelorMittal pour l'Europe)

Courbe limite de formage des aciers CR400Y690T-TR-GI et CR450Y780T-TR-EG (ép. : 1,5 mm) (Le modèle de Keeler pour l'Amerique du Nord)

N'hésitez pas à nous consulter pour des données relatives à la mise en forme de la gamme des aciers TRIP.

Soudabilité

Soudage par points

Les aciers TRIP sont soudables avec les procédés classiques moyennant une adaptation des conditions de soudage.

A titre indicatif, voici un exemple de données de soudage par points sur des aciers CR400Y690T-TR-GI et CR450Y780T-TR-EG sur la base de combinaisons homogènes selon la norme ISO 18278-2 :

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Dénomination ArcelorMittal Revêtement Epaisseur (mm) Diamètre soudure (mm) Effort en traction pure (kN) Effort en traction cisaillement (kN)
CR400Y690T-TR Extragal® 1,0 6,5 6,7 13
CR450Y780T-TR Electrogalvanised 1,0 6,7 5,5 13,7

Soudage à l'arc MAG

Le soudage à l'arc MAG (Metal Active Gas) met en oeuvre un fil d'apport fusible sous protection gazeuse active. Il peut être utilisé pour des épaisseurs supérieures à 0,8 mm. La soudabilité en MAG du CR450Y780T-TR a été évaluée à partir de CMOS (Caractérisation de Mode Opératoire de Soudage basée sur la norme EN 288 et EN 25817) sur assemblage bout à bout en 1,5 mm d'épaisseur. L'énergie de soudage utilisée est de l'ordre de 2 kJ/cm.

La composition chimique du CR450Y780T-TR conduit à un Ceq typique relativement élevé de l'ordre de 0,50. Néanmoins, aucune précaution particulière n'est à prendre vis-à-vis des risques de fissuration à froid. En effet, les faibles épaisseurs mises en oeuvre (2 mm) minimisent les contraintes de bridage lors du soudage.

La combinaison la plus appropriée pour le soudage MAG du CR450Y780T-TR dans la gamme d'épaisseur de l'ordre de 1,5 mm est la suivante :

  • Fil d'apport de type G3Si1 selon EN 440
  • Gaz de protection argon + 8 % de CO2
  • (M21 selon EN 439)

Les CMOS montrent que le comportement global de la soudure est satisfaisant vis-à-vis des critères de tenue mécanique imposés par les normes en ce sens que :

  • Les pliages sont bons à 120° et fissurent côté envers à 180°,
  • Lors des essais de traction, toutes les ruptures sont localisées dans le métal de base grâce à la dilution métal de base / métal d'apport, et ceci même avec le fil G3Si1.

Soudage laser

Les tests menés en soudage laser n'ont pas signalé de difficultés particulières. Le soudage laser par recouvrement est particulièrement bien adapté aux assemblages TRIP/TRIP.

Sur la base d'une longue expérience pour la caractérisation de ses produits, ArcelorMittal est en mesure d'apporter une assistance technique pour l'adaptation des paramètres de soudage pour tout produit de la gamme TRIP.

Résistance à la fatigue

Compte tenu de leur résistance mécanique élevée, les aciers TRIP offrent des propriétés de résistance à la fatigue très intéressantes comparées à celles des aciers courants.

A titre d'exemple, les deux graphes ci-dessous montrent les courbes de Wöhler de différents aciers TRIP. Celles-ci sont exprimées en terme de contrainte maximale en fonction du nombre de cycles appliqués. Elles sont obtenues suivant deux rapports de charge, soit en traction alternée symétrique R=-1, soit en traction répétée R=0,1.

Le graphe ci-dessous représente les courbes oligo-cycliques ou courbes EN de ces mêmes aciers. Celles-ci s 'expriment en amplitude de déformation en fonction du nombre d'alternances (un cycle correspond à 2 alternances). D'autres données de fatigue à grand ou faible nombre de cycles sont disponibles sur demande.

ArcelorMittal est en mesure de mettre à la disposition de ses clients une base de données reprenant les performances en fatigue des aciers de la gamme TRIP.

Résistance au choc

Du fait de leurs charges à la rupture très élevées, les aciers TRIP sont particulièrement performants pour des pièces devant absorber de l'énergie lors d'un choc.

Les aciers TRIP ont été caractérisés en compression axiale sur structure oméga avec plaque de fermeture soudée par points à une vitesse d'impact de 56 km/h. Ces tests ont montré le très bon comportement au choc de ces aciers.

Potentiel d'allègement par rapport à un acier CR340LA (référence)

Potentiel d'allègement par rapport à un acier CR340LA (référence)

Ces résultats sont obtenus pour des éprouvettes fabriquées par pliage. La consolidation lors de l'emboutissage a un effet très bénéfique sur le potentiel d'absorption d'énergie de cette qualité. Afin d'utiliser au mieux les potentialités des aciers TRIP, il convient, lors de la conception des pièces, de prendre en compte les caractéristiques du métal après mise en forme (consolidation) et non celles sur métal non déformé. Des essais d'écrasement sur éprouvettes embouties ont montré une augmentation des performances de 9 % de l'énergie absorbée par rapport à une solution pliée.

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