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Procédé pour l'amélioration des propriétés des aciers de construction.
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La présente invention est relative à un procédé pour ''amélioration des propriétés des aciers de construction.
On 3ait qu'il est possible d'améliorer les propriétés .,iers de construction gràce à une précipitation contrôlée de ; 1,:cs particules très dispersées dans la phase austénitique stable \î' r:.6 tastable de ces aciers.
D'une façon plus précise on connaît un procédé dans lequel on provoque une précipitation de composés ntables ou métras- tables très fins ou très dispersés dans un acier contenant d.! fdi-
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bles teneurs en éléments d'insertions habituels, t,l5 '1u.:J le car- bonnet l'azote ou le bore et du moins un é1,%".==i= "h;LJ.':"l\)u; Y.1: tendance à former avec les dits élé .n:s r.Je. =,;#ipos4s ',:>;;:5 '"lue carbures, nitrures, carbo-nitrures ou brrur--5, 1.,i précipitation des composas ayant 'Lieu en majeure part if èdflS ::'.\ x.:'.'': des ":amp- ratures où la phase austénitique d1 1"acie# '.:.j > =.1.'.": ou !:\";':.:,-:..3.- ble avant que ne soit achevée la trans:or:na::: Io tropique y - a.
Parmi les éléments connus qui sont aptes à précipiter des carbures et/ou des nitrures fins, on peut cit'jr 10 vanadium, le niobium, le molybdène, etc...
Le but et le résultat de ces pr2c ipi':.v :c;: .i<>1;t {1'ob- tenir une structure favorable à une dumentdtion Je. fii<:<,,1<it,1.; mécaniques.
La présente invention a pour objet un procudd de trai-' tement d'acier permettant de préciser davantapr lec conditions sous lesquelles on peut obtenir les structures Ll\ll):,,,b1,.. ci- dessus nentionnées.
Ce procédé est applicable dux aciers .'r: ' ..".i..'.' dont la composition de base contient 0,25 de ,.;.:.; e 4- ,,lu. e--t jusqu'à 2 de manganèse et 1 % de silicium. 1. , , :.aa. d'ob- tenir une amélioration des propriétés mécaniques :.:o!11 .i ; l.i:::at laminé qu'à l'état norinalise ou normalisé et revenu, jar la piro- duction d'une précipitation adéquate de carbures et/ou de nitrures et le contrôle de la distribution de ces précipités. Ces i1ci<:t's peuvent être effervescents, seni-calrés ou calmes.
Parmi les éléments aptes à précipiter dans la fCr't'it..: dg2s fins carbures et/ou nitrures, on peut citer par x';p.: : le zirconium, le vanadium, le niobium, le béryllium, la tantl'.
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le lanthane, le cerium, le hafnium et le titane.
Il est par ailleurs connu, comme déjà dit plus haut, que la présence de petites particules dispersées dans la ferrite accroît la résistance à la déformation de cette même ferrite ; toutefois, il existe une relation entre le durcissement (c'est-à- dire, l'accroissement de la résistance à la déformation) et la taille, la forme, la distribution et la nature des particules précipitées.
La présente invention a également pour objet de préci- ser ces relations, dans le cas d'une précipitation de carbures et/ou de nitrures, de déterminer leurs valeurs les plus favorables ainsi que les procédés permettant de les obtenir.
Le procédé objet de la présente invention consiste essentiellement à appliquer un traitement à chaud pouvant être- soit une normalisation, soit un travail de déformation à chaud, tel que par exemple un laminage, un forgeage, à un acier dont la composition de base est la suivante :
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<tb> 0,02 <SEP> % <SEP> # <SEP> C <SEP> # <SEP> 0,25 <SEP> %
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<tb> N <SEP> # <SEP> 0,025 <SEP> %
<tb>
<tb> Mn# <SEP> 2 <SEP> %
<tb>
<tb> Si# <SEP> 1 <SEP> %
<tb>
<tb> S <SEP> # <SEP> 0,04 <SEP> %
<tb>
<tb> P <SEP> # <SEP> 0,04 <SEP> %
<tb>
at comportant en outre au moins un des éléments suivante :
niobium, tantale, zirconium, béryllium, lanthane, cerium, titane, hafnium le dit traitement étant appliqué en vuo d'obte- nir dans la ferrite des précipites de carburas et/ou de nitruren
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dont les dimensions et la distribution sont sensiblement homo- gènes dans les grains de fer a .
On a constaté d'une part que ce traitement parme: d'augmenter la limite élastique de l'acier et d'autre part que l'obtention de précipités fins agit aussi sur la taille du grain ferritique et éventuellement du grain austénitique, si la préci- pitation intervient déjà en phase y . Il se produit un affine- ment du grain qui est favorable à l'augmentation de la résistance et de la résilience.
Suivant une variante avantageuse du procédé de l'inven- tion, le traitement de normalisation est effectué à des tempéra- tures comprises entre les points de transformation A3et (A3 + 100 C).
Les précipités ont alors la taille la plus favorable o (50 - 200 A) et une inter-distance moyenne comprise entre 0,1 et 1 micron, c'est-à-dire optimale pour qu'à la limite élastique re-
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levée, soient également associés un allongement à la rSyr,:rc maxi- mum et la courbe de transition de la résilience é:;a.l<":1cr.,: 1 r:l\J3 favorable.
Il est remarquer que dans le cas d .U;-i\.... ,..:.sa. cion une élévation de la température de normalisation al ::..¯' , .!e A3 t 100 C avec un maximum de 1200 (', produit un affine'T1":',( '.:., la pré- cipitation sensiblement proportionnel à la températui<. l<1 n.,rm,11 i. sation. Ainsi le durci!,cEJTn(!nt maximum par précipitat.",!1 r.1 carba- les et/ou nitrures eat obtenu parce que les pr6cipitéG ont uri.* taille inf6rieure 50 Â et que leur distance moyenne fat dlOI"J do l'ordre de 0,01 0,1 micron. Généralement toutefoLa, daru. (:,3 cas, on obaorva un effet d±favoi,.it>1.o sur Ion allon3mnnta à 1'1 1"0 111onoe.
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Suivant une autre variante avantageuse du procédé de l'invention, le travail à chaud est caractérisé par une rempérature de début dans laquelle il n'existe pas de précipites dans l'acier, c'est-à-dire comprise entre 1050 C et 1300 C et une température finale comprise dans une zone aussi basse que pos- sible entre les points de transformation A1 et A3.
La figure ci-jointe permettra de mieux se rendre compte de l'influence de la précipitation sur la valeur de la limite élastique.
Sur cette figure on a représenté en ordonnée la limite élastique en fonction de la grosseur du grain, donnée en abscisse.
@ La limite élastique est donnée en kg/mm2, la grosseur du grain est donnée en une unité conventionnelle d-1/2, d diamètre du grain. Celle-ci est également donnée en ? ASTM.
On a représenté sur ce graphique trois droites dites de Petch, représentant les variations de limite élastique en fonction de d-1/2 pour du fer suédois (droite 7) ; pour un acier contenant 0,16 % C et 1,17 % Mn (droite 8) ; un acier contenant 0,15 C et 0,6 Mn (droite 9).
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On a également reprcsen'6 et repère sur ce graphique a, .- points respectivement repr6sentatifs des compositions 1 à 6 -'prbe' J. 1a figure 2. L'examen de cette figure amène les obser- y ' (00S et conclusions suivantes au sujet des compositions 1 à 6 .:'1, t.té soumises aux traitements indiqués.
1. La comparaison des points 1 et 2 montre l'influence z la précipitation de nitrures de vanadium. Si l'alliage 1 avait la taille du grain de l'alliage 2, il aurait une limite élastique
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de 19 kg/nm2 environ, contre 23 kgÍMI'\2 pour l'alliage 2. Pour s'en assurer il suffit de prendre j'.Lie ",H''t :rdr.x:v :1 ;'::i;-:7 2 et d'autre part l'ordonnée du poin c lu =:i¯ 7 1y2n 1< même abscisse que le point 2, le point 1 ,p;'é:cte:1.:1(It ;1'':êS;;,li .":' Gt 1 la dit droite 7 de par sa compo'ji'':i.3n. L'in:lu2^.¯,. : de l'azote et des précipités de nitrures de van.dl,r::t apraic 1?i nettement. La teneur en azote doit donc attair:: une valeur suffisante.
2. La comparaison des points 2 et 3 indique encore un relèvement des propriétés de l'alliage 3 grâce la présence de carbone. On constate une précipitation de nitrure de vandiu nla1gr la faible teneur en azote, ce eu.'montre l'action cataly- tique du carbone dans ce domaine.
3. La comparaison des points 2 et 4 menirc 11 f <.: iii, nlu16 du durcissement de substitution (Mn + Si) et de la précipita- tion de nitrure de vanadium en l'absence de carbCL-- a.' ;;C:.,;; , teneur de 0,012 % en azote. Même si la droite de 7"j'-h C.;- -";:;0';"- <.',1n-, l'alliage 2 possédait une des plus fortes ;>:::.- pdr exemple celle de la droite 13) on observerait qu': - <t:a grain égile (A3TM % .il la pr<jeipit4(;ion du o i t : vrc tam fait apparaîtra un gain du 5 kl/1:rn2 f;nu,iro,> sur i 1 l'\' ,.;r. i- que.
4. L'acier du niobium (5) possède une timic .:.,;ritae é'C 'Giblemcnt t5gale à celle do l'alliage 4. Ct:pendant il '.:-..{, 1,,>1; de remarquer que l'alliage 4 ne contient .pas de carbone, c.. Lti est extrêmement favorable pour dfo travaux de soudure a.i:1Si q':,; pour un travail a chaud, laminage ou forgeage, ceux-ci pouvez être suivi d'un refroidissement plus rapide puioqu'on ne r¯t-¯
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pas d'obtenir l'effet de trempe du à la présence du carbone.
5. L'acier de composition 6 est donné à titre compara- tif.
Dans le cas d'aciers dont la composition de base a été citée précédemment, des résultats intéressants sont obtenus si l'on remplace le laminage classique suivi d'une normalisation par un laminage débutant à 950-1050 C et amenant le larget à l'épaisseur finale par une suite de 2 à 5 passes de réduction élevée chacune, la température finale de laminage étant compri- se entre 850 et 750 C. Dans ce cas, une normalisation n'est pas nécessaire.
Pour les éléments formateurs de carbures et/ou de ni- trures, on utilise les teneurs suivantes, valables isolément.
Nb : 0,005 - 0,1 % préférentiellement 0,02 - 0,06 % Ta : 0,01 - 0,3 % préférentiellement 0,1 - 0,2 % Zn :0,01 - 0,2 % préférentiellement 0,05 - 0,15 Be : 0,01 - 0,2 % préférentiellement 0,01 - 0,1 % La
Ce (0,01 - 0,3 %
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.. : 0,005 - 0,2 t préférentiellement 0,05 - 0,15 % : 0,01 - 0,3 % Pour tous les éléments, la teneur en azote doit ne ."\;r.-;rtCt' être supérieure à 0,0080 Si l'acier est calmé à l'aluminium, les teneurs en dzo- doivent être adaptées pour tenir, compte de la formd tion in41 c- #a'>le de nitrures d'aluminium.
Les teneurs en Zr, Ti, V, mentionnées ci-dessus, cor- respondent à la présence de cet élément dans l'acier soun f,;:- J:1C ,
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métallique et de précipités oarbures et nitrures, 1 l'iun'L.:. des oxydes.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour l'amélioration Jas qu,ilité,..;.> 1"1:1;:, caractérisé en ce qu' un acier dont 7 a ccpositior. ji: la 1:. . ><=: :
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0,02 8 4 C x 0, 25 %
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<tb> N <SEP> # <SEP> 0,025 <SEP> %
<tb>
<tb> Mn# <SEP> 2 <SEP> %
<tb>
<tb> Si# <SEP> 1 <SEP> %
<tb>
<tb> S <SEP> < <SEP> 0,04 <SEP> %
<tb>
<tb> P <SEP> < <SEP> 0,04 <SEP> %
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et comportant en outre au moins un des éléments coisi3 n le groupe Al, V, Nb, Ta, Zr, Be, La, Ce, Ti, Hf, est aoumiu 1 Ur. traitement à chaud en vue d'obtenir dans la ferrite d,', ..iù.-- tés de carbures et/ou de nitrures sensiblement hao:W: -:i- mens ions et en interdistances dans les grains de 5.
2. Procède suivant la revendication 1, se que le trai.terkn'f: est une norr.\dl i5t ion e ¯'e; tu péi at>Jre comprise entre A3 et A3 + 100 C.
3. Procd ?'ij.'7c.n ';a revendication 1 , <:i .... ce que le traitement à ohnud est une déformation te, 1,- ..'u!'. 1- - mnage ou un forgeage.
4. Procédé suivant la revendication 1, cùriic=<1<,iL<fi ':.1 ce que la temp,.cattire le début ciu travail chaud <: ,r : r.am:r i ..