Aciers Dual Phase et Complex Phase
Aciers à très haute résistance
Présentation

Les aciers Dual Phase se distinguent par un remarquable compromis résistance/emboutissabilité. Celui-ci provient de la microstructure constituée d'une phase dure (martensite ou bainite) dispersée dans une matrice ferritique ductile. La capacité de consolidation de ces aciers est considérable. Cette propriété leur assure non seulement une bonne aptitude à la répartition des déformations permettant une bonne emboutissabilité mais aussi des caractéristiques sur pièces beaucoup plus élevées que sur le métal à plat. C'est le cas, entre autres, de la limite d'élasticité.
Ce niveau élevé de résistance mécanique obtenue sur pièces se traduit par une excellente tenue à la fatigue et une bonne capacité d'absorption d'énergie, ce qui prédispose ces aciers à l'utilisation pour des pièces de structure et de renfort. Leur forte consolidation, combinée à un effet BH prononcé, les rend très performants pour l'allégement des pièces de peau et de structure.

Cependant, dans l'industrie automobile, certaines pièces nécessitant l'emploi d'aciers à très haute résistance, comme par exemple des bavolets ou des renforts de porte, ont des formes simples. Par conséquent l'acier est peu déformé et le bénéfice apporté par l'excellente consolidation des aciers Dual Phase n'est pas atteint. Pour cette raison, ArcelorMittal a développé des versions d'acier Dual Phase modifiées (HY - High Yield Strength - ou encore les grades HHE - High Hole Expansion -, grades à haute valeur d'expansion de trou) offrant de hautes limites d'élasticité à la livraison et d'intéressantes propriétés de déformation en pliage ainsi que sur bords découpés. Ces nouvelles versions correspondent aux qualités Complex Phase développées en particulier sur le marché allemand.
Applications
Compte tenu de leur forte capacité d'absorption d'énergie et de leur bonne résistance à la fatigue, les aciers Dual Phase laminés à froid se prêtent particulièrement bien à la réalisation de pièces de structures et de sécurité pour l'automobile telle que longerons, traverses et renforts.
L'acier Dual Phase 500 permet de réaliser des pièces visibles avec une résistance à l'indentation supérieure de 20 % par rapport aux aciers conventionnels à haute résistance, offrant ainsi un potentiel d'allégement de l'ordre de 15 %.

Grâce à ses propriétés élevées, l'acier Dual Phase 600 laminé à chaud permet d'alléger les structures par une réduction des épaisseurs. Il peut être notamment utilisé dans l'automobile pour :

Pare-choc Dual Phase 1180 HY (ép. : 1,35 mm)

Renfort de pied milieu en Dual Phase 980 LCE Extragal®

Flasque d'assises en Dual Phase 600 HHE (ép. : 1,50 mm)

Roue dont le voile est en Dual Phase 600 laminé à chaud
ArcelorMittal dispose d'un ensemble de données relatives à la mise en forme et aux propriétés d'emploi de toute la gamme d'aciers Dual Phase. Pour intégrer ces aciers 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 de caractérisation.
Désignation et norme
 prEN 10338
(nu)
prEN 10338 + EN 10152
(électrozingué)
EN 10336 :2007
(Extragal®/Galvannealed)
Dual Phase 450HCT450XHCT450X+ZEHCT450X+Z/ZF
Dual Phase 500HCT500XHCT500X+ZEHCT500X+Z
FF280DPHCT500X+Z
Dual Phase 600HCT600XHCT600X+ZEHCT600X+Z/ZF
Dual Phase 600 HHEHCT600CHCT600C+ZE
Dual Phase 780 / Dual Phase 780 LCEHCT780XHCT780X+ZEHCT780X+Z/ZF
Dual Phase 780 HHEHCT780CHCT780C+ZE
Dual Phase 980 LCEHCT980XHCT980X+ZEHCT980X+Z/ZF
Dual Phase 980 HYHCT980CHCT980C+ZE
Dual Phase 980 HHE
Dual Phase 1180 HY
Dual Phase 600HDT580X
 Laminé à chaud     Laminé à froid

FF 280 DP (Full Finished) : grade spécialement développé pour les pièces de peau.

HHE : High Hole Expansion, grade à haute valeur d'expansion de trou. Nous recommandons cette variation en cas de pièce nécessitant une performance en expansion de trou, en cas de pliage particulièrement élevé ou encore dans le cas où la sollicitation du bord découpé peut être élevée.

LCE : Low Carbon Equivalent, grade à bas carbone équivalent pour optimisation des propriétés d'usage.

HY : High Yield Strength, grade avec une haute limite d'élasticité sur le matériau de départ.
Ces correspondances sont données à titre indicatif. Les nuances d'aciers d'ArcelorMittal présentent généralement des garanties de propriétés mécaniques plus étroites (cf. tableau ci-dessous).
Caractéristiques techniques

Propriétés mécaniques

Garanties sur tôles nues sur éprouvette ISO 20x80

ST - Sens Travers (perpendiculaire au sens de laminage) / SL - Sens de Laminage
 Re (MPa)Rm (MPa)A (%)
L0 = 80 mm
e < 3 mm
A (%)
L0 = 5,65 √S0 (mm)
e ≥ 3 mm
nBH2 (MPa)Direction
 Dual Phase 450280 - 340450 - 530≥ 270,1630ST
 Dual Phase 500300 - 380500 - 600≥ 250,1530SL
 FF280DP* (SL)280 - 340≥ 450≥ 250,15SL
 FF280DP* (ST)290 - 350≥ 450≥ 250,15ST
 Dual Phase 600330 - 410600 - 700≥ 210,1430SL
 Dual Phase 600 HHE*360 - 440600 - 700≥ 190,1430SL
 Dual Phase 780450 - 550780 - 900≥ 150,1030SL
 Dual Phase 780 LCE450 - 550780 - 900≥ 150,1030SL
 Dual Phase 780 HHE500 - 650780 - 900≥ 130,1030SL
 Dual Phase 980 LCE600 - 750980 - 1100≥ 1030ST
 Dual Phase 980 HY700 - 850980 - 1100≥ 830SL
 Dual Phase 980 HHE750 - 950980 - 1200≥ 7SL
 Dual Phase 1180 HY900 - 1100≥ 1180≥ 5SL
 Dual Phase 600330 - 460580 - 670≥ 22≥ 2430SL
 Laminé à chaud     Laminé à froid

* Les garanties de ce grade sont susceptibles d'évoluer.

FF 280 DP (Full Finished) : grade spécialement développé pour les pièces de peau. Pour le FF 280 DP d'épaisseur inférieure ou égale à 0,7 mm, les valeurs minimum d'allongement à la rupture garanti doivent être réduites de 2 unités.

Dual Phase 600 HHE : équivalent au CP 600

Dual Phase 780 HHE : équivalent au CP 780

Dual Phase 980 HY : équivalent au CP 980

HHE : High Hole Expansion, grade à haute valeur d'expansion de trou. Nous recommandons cette variation en cas de pièce nécessitant une performance en expansion de trou, en cas de pliage particulièrement élevé ou encore dans le cas où la sollicitation du bord découpé peut être élevée.

LCE : Low Carbon Equivalent, grade à bas carbone équivalent pour optimisation des propriétés d'usage.

HY : High Yield Strength, grade avec une haute limite d'élasticité sur le matériau de départ.
Composition chimique (%)
 CMnSi
 MaxMaxMax
Dual Phase 4500,081,60,40
Dual Phase 5000,141,60,40
FF280DP0,141,60,40
Dual Phase 6000,142,10,40
Dual Phase 600 HHE0,101,60,40
Dual Phase 7800,172,20,60
Dual Phase 780 LCE0,102,00,40
Dual Phase 780 HHE0,102,00,40
Dual Phase 980 LCE0,102,40,60
Dual Phase 980 HY0,182,40,60
Dual Phase 980 HHE0,182,40,60
Dual Phase 1180 HY0,182,40,60
Dual Phase 6000,091,00,25
 Laminé à chaud     Laminé à froid

FF 280 DP (Full Finished) : grade spécialement développé pour les pièces de peau.

Dual Phase 600 HHE : équivalent au CP 600

Dual Phase 780 HHE : équivalent au CP 780

Dual Phase 980 HY : équivalent au CP 980

HHE : High Hole Expansion, grade à haute valeur d'expansion de trou. Nous recommandons cette variation en cas de pièce nécessitant une performance en expansion de trou, en cas de pliage particulièrement élevé ou encore dans le cas où la sollicitation du bord découpé peut être élevée.

LCE : Low Carbon Equivalent, grade à bas carbone équivalent pour optimisation des propriétés d'usage.

HY : High Yield Strength, grade avec une haute limite d'élasticité sur le matériau de départ.
Les aciers Dual Phase laminés à froid nus et revêtus par le procédé d'électrozingage sont produits industriellement depuis 2003 au moyen du procédé de trempe TWICE (Turbulent Water Immersed Cooling Equipment). Ce procédé, caractérisé par des vitesses de refroidissement supérieures à 1000°C par seconde après le maintien à haute température, permet de réaliser des aciers Dual Phase avec des chimies allégées. C'est le cas des produits Dual Phase 600 HHE, Dual Phase 780 HHE et Dual Phase 780 LCE.

Dual Phase 600

Dual Phase 980 HY
Les propriétés d'usage des aciers Dual Phase sont garanties par la maîtrise du process de fabrication. En particulier, le contrôle du cycle de recuit (températures, vitesse de refroidissement) assure l'obtention de la microstructure Dual Phase et la reproductibilité des caractéristiques mécaniques.
Revêtements et états de surface disponibles
 NuEZGalvannealedExtragal®
Dual Phase 450XXXX
Dual Phase 500XX
FF280DPX*
Dual Phase 600XXXX
Dual Phase 600 HHEXX
Dual Phase 780XXOX
Dual Phase 780 LCEXX
Dual Phase 780 HHEXX
Dual Phase 980 LCEOOOX
Dual Phase 980 HYXX
Dual Phase 980 HHEXX
Dual Phase 1180 HYXX
Dual Phase 600X
 Laminé à chaud     Laminé à froid

X état disponible  /  O état en développement

* disponible pour pièce d'aspect

°  nous consulter sur la disponibilité pour pièce d'aspect

FF 280 DP (Full Finished) : grade spécialement développé pour les pièces de peau.

Dual Phase 600 HHE : équivalent au CP 600

Dual Phase 780 HHE : équivalent au CP 780

Dual Phase 980 HY : équivalent au CP 980
N'hésitez pas à nous consulter pour la disponibilité des produits dans les zones en développement ou non renseignées.

HHE : High Hole Expansion, grade à haute valeur d'expansion de trou. Nous recommandons cette variation en cas de pièce nécessitant une performance en expansion de trou, en cas de pliage particulièrement élevé ou encore dans le cas où la sollicitation du bord découpé peut être élevée.

LCE : Low Carbon Equivalent, grade à bas carbone équivalent pour optimisation des propriétés d'usage.

HY : High Yield Strength, grade avec une haute limite d'élasticité sur le matériau de départ.
Conseils d'utilisation et de mise en oeuvre

Mise en forme
Les aciers de la famille Dual Phase présentent un excellent compromis résistance/emboutissabilité. Cela est dû à leur forte ductilité et à leur capacité de consolidation élevée dès le début de la déformation qui assure une répartition homogène des déformations entraînant des amincissements moindres. Ainsi dans le cas d'un acier Dual Phase 500, la limite d'élasticité peut augmenter d'environ 120 MPa après 2 % de déformation plastique en traction uniaxiale (phénomène décrit sous le nom de "Work-Hardening" ou WH2). La limite d'élasticité peut être encore augmentée par "Bake Hardening" après cuisson de peinture (BH2).
L'acier Dual Phase 500 permet aussi de réaliser des pièces de peau grâce à son excellent comportement en expansion et en traction large.
La gamme des aciers Dual Phase peut être emboutie sur des outils classiques moyennant une optimisation des réglages. Ainsi, dans le cas d'un Dual Phase 600, les efforts d'emboutissage seront augmentés d'environ 20 % par rapport à un acier de type micro-allié (HSLA) de même épaisseur. Il est à noter que ces aciers, en particulier les plus hauts grades, sont sensibles au phénomène dit de “retour élastique”. Aussi, la maîtrise de la géométrie des pièces doit être étudiée lors de la conception (faibles rayons de matrice, renforts perpendiculaires aux plis permettant de rigidifier les pièces ouvertes…) et également lors de la définition de la gamme d'emboutissage (surpliage, outil de calibrage, frappe des rayons, application de plus fortes retenues sous serre-flan…).

Sur ces sujets, ArcelorMittal a développé un savoir faire spécifique de maîtrise du retour élastique par le biais du design de pièces et des outils d'emboutissage (méthode OUTIFO).

La gamme des grades Dual Phase est complétée par des qualités HHE (High Hole Expansion). Ces grades sont recommandés en cas de sollicitation de bord ou de trou, que ce soit par expansion ou par pliage ou, encore, dans le cas d'un tombage de bord.

Courbes limites de formage pour la famille des aciers Dual Phase laminés à froid (données typiques)

Nous consulter pour d'autres données relatives à la mise en forme des aciers Dual Phase pour des épaisseurs et des revêtements particuliers.
Soudabilité
En soudage par résistance par points, bien que plus alliés que les aciers HSLA, les aciers Dual Phase se soudent très bien avec les procédés classiques moyennant une adaptation des paramètres dans les conditions industrielles. Exemples de domaines de soudabilité obtenus selon la norme ISO 18278-2 (rupture avec déboutonnage complet) pour les aciers Dual Phase 450, 500, 600, 780 et 980 HY pour différentes épaisseurs et différents revêtements :
 Epaisseur (mm)RevêtementDomaine de soudabilité (KA)
Dual Phase 4501,65Extragal®2,4
Dual Phase 5001,50Extragal®3,3
Dual Phase 6001,50Extragal®2,4
Dual Phase 6001,50Galvannealed2,6
Dual Phase 7801,20Extragal®2,4
 Laminé à chaud     Laminé à froid

Pour les modalités revêtues (galvanisées et galvanisées alliées), les tests de durée de vie des électrodes conduisent à des résultats caractéristiques du type de revêtement considéré. Le substrat Dual Phase n'a pas d'influence sur les durées de vie obtenues.

En soudage à l'arc MAG (Metal Active Gas) en bout-à-bout ou à clin, la dureté maximale de la zone fondue n'excède pas 300 HV pour un Dual Phase 600, quels que soient les paramètres. Les formes de cordons de soudage satisfont à la classe B de la norme ISO 25817. Les produits consommables recommandés sont :

Les aciers Dual Phase présentent d'excellentes tenues mécaniques en soudage laser par recouvrement.  
Sur la base de son expérience (caractérisation de ses produits), ArcelorMittal est en mesure d'apporter une assistance technique pour l'adaptation des paramètres de soudage aux aciers Dual Phase.

Fatigue
La résistance à la fatigue, un des principaux atouts de cet acier, peut être caractérisée par la limite d'endurance (exprimée en contrainte maximale). La tenue en fatigue est encore améliorée par un traitement thermique de cuisson peinture. Voici quelques exemples de limites d'endurance à 5.106 cycles mesurées en traction alternée avec un rapport de charge de RS = 0,1 sur métal état livraison, non cataphorèsé :
 Epaisseur (mm)RevêtementσD A 5.106 CYCLES (Mpa)
en contrainte maximale
Dual Phase 6001,2Nu479
Dual Phase 6001,5Galvannealed468
Dual Phase 7801,5Galvannealed520
 Laminé à chaud     Laminé à froid
A titre d'exemple, il est donné dans le tableau ci-dessous la limite d'endurance à deux millions de cycles du Dual Phase 600 laminé à chaud, mesurée en amplitude de contrainte et obtenue en traction alternée avec le même rapport de charge.
 Epaisseur (mm)RevêtementσD A 2.106 CYCLES (MPa)
en contrainte maximale
Dual Phase 6003,9Nu449
 Laminé à chaud     Laminé à froid
Comme on peut le constater, les aciers Dual Phase présentent un bon comportement en résistance à la fatigue.
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 Dual Phase.
Résistance au choc

Les aciers Dual Phase ont été caractérisés en compression axiale sur structure oméga avec plaque de fermeture soudée par points et en flexion 3 points sur éprouvette à section ouverte. Ces tests ont montré le très bon comportement au choc de ces aciers.

Le graphe suivant donne l'effort ultime avant effondrement des aciers Dual Phase comparés à d'autres nuances à iso épaisseur 1,50 mm, en flexion 3 points. A titre indicatif, le Dual Phase 980 permet un allégement de l'ordre de 29 % par rapport à un acier ArcelorMittal 04.
3-point bending test specimen in Dual Phase 980 following 30 kph crash test
Force maximale lors d'un choc en flexion (ép. : 1,5 mm)