"Barres d'acier à haute résistance"
La présente invention est relative à des barres
d'acier, présentant un diamètre non inférieur à 9 mm,.et-elle
se rapporte plus pa.ticulièrement à des barres d'acier à haute résistance, qui sont réalisées en un acier à haute teneur de carbone, contenant, en pour-cent en poids, de 0,15 à 1,5 % de chrome, et pouvant être étirées sans être soumises à un traitement thermique répété, ces barres présentant une résistance
à la traction qui est supérieure à 115 kg/mm<2>.
Au cours des dix dernières années, on a essayé de développer un procédé de production d'une barre d'acier suivant un traitement à refroidissement contrôlé, dans lequel la vitesse de refroidissement d'une barre, après son laminage à chaud, est réglée pour assurer sa transformation de phase, jusqu'à ce que la barre soit recueillie, pour assurer ainsi l'obtention d'une structure essentiellement constituée par une perlite fine. La barre ainsi produite présente des propriétés mécaniques constantes et supérieures, tout en supposant
une quantité moindre d'écailles, comparativement aux propriétés d'une barre qui a été prise immédiatement après son laminage à chaud. Il en résulte qu'il devient possible d'étirer une barre d'acier d'un type déterminé jusqu'à une dimension finale voulue, sans avoir recours à un traitement de réchauffage.
Toutefois, à l'heure actuelle, la technique du refroidissement contrôlé, si elle donne des résultats presque satisfaisants, en particulier lors de la production d'une barre d'une dimension relativement plus petite, par exemple de l'ordre de 5 mm de diamètre, est encore en développement en ce qui concerne la production d'une barre d'acier d'une plus grande dimension.
Jusqu'à présent, on a utilisé en application pratique, divers types d'appareils de refroidissement contrôlé. Ces appareils sont variables en ce qui concerne leurs capacités de refroidissement suivant leurs types. Cependant, le principe en cause est qu'on obtient une fine structure de perlite présentant une petite fraction volumique de phase de proeutectolde, par ré-glage ou contrôle des conditions de refroidissement pour une barre d'acier, immédiatement après son laminage à chaud. En d'autres mots, si la vitesse de refroidissement est nettement plus élevée que la vitesse de refroidissement désirée, il en résulte alors des structures de bainite et de martensite, tan-dis que, d'autre part, si la vitesse de refroidissement est -inférieure à la vitesse désirée, il en résulte alors une fraction plus importante de ferrite proeutectolde et de perlite à gros grains.
Une barre d'acier ayant subi un refroidissement à unevites-
<EMI ID=1.1>
té. En conséquence, il est impératif qu'une barre soit soumise au traitement de réchauffage avant son étirage. De ce fait, on a proposé divers systèmes pour assurer un milieu de refroidissement et un agencement de refroidissement pour une zone capable d'assurer une allure optimum de refroidissement, dans le but d'obtenir une barre ayant subi un refroidissement contrôlé et présentant une étirabilité et des propriétés mécaniques, qui sont excellentes, dans divers appareils de refroidissement contrôlé. Cependant, ces appareils de refroidissement contrôlé présentent des inconvénients de limitations quant au réglage
ou au contrôle de la vitesse de refroidissement, en particulier dans le refroidissement de barres épaisses, en raison de la capacité de refroidissement inappropriée accompagnant l'augmentation du diamètre des barres, ce qui empêche d'obtenir une barre d'acier d'une haute résistance à la traction. D'autre-part, si on désire augmenter la vitesse de refroidissement, il en résulte alors une différence importante de température entre la portion superficielle et la portion interne d'une barre, en sorte que la portion superficielle est trop refroidie pour se transformer en une structure martensitique ou similaire, ce qui réduit dans une grande mesure la ductilité et la ténacité.
De nombreuses propositions ont été faites pour améliorer la technique du refroidissement contrôlé en vue d'obtenir une barre d'acier de haute qualité, d'une dimension importante. A titre d'exemple, dans le "Kobe Steel Company Technical Bulle-
<EMI ID=2.1> a décrit que l'addition d'éléments d'alliage, comme le chrome, le tungstène, etc., est efficace pour arriver à une haute résistance à la traction désirée et à une haute ductilité pour
une barre d'acier d'une grande dimension, et on a suggéré que ces additions d'alliage pourraient être efficaces dans le cas d'un refroidissement contrôlé après un laminage à chaud. En outre, il existe un autre rapport, dans une revue dénommée "TETSU TO.HAGANE"(Iron and Steel), vol. 57, n[deg.] 4 (1971), p. 120, révélant que l'on peut atteindre une résistance à la traction atteignant 120 kg/mm2 pour une barre d'acier de grande dimension (par exemple d'un diamètre de 14,3 mm), grace à un traitement thermique direct (traitement ED) utilisant de l'eau bouillante comme milieu de refroidissement. Toutefois, comme on l'a récemment signalé dans la revue "Iron and Stéel", vol. 59, n[deg.] 11 (1973),
la résistance à la traction maximum d'une barre d'acier ayant
un diamètre de 9 mm seulement tombe à une valeur de l'ordre de
110 à 115 kg/mm , ce qui suppose des limitations dans les essais ainsi tentés.
La demanderesse a réalisé divers études et diverses investigations concernant les techniques précitées de refroidissement contrôlé pour des barres d'acier d'une grande dimension, tout en utilisant divers types d'appareils de refoidissement contrôlé, que l'on emploie dans les applications pratiques à l'échelle industrielle, et ce dans le but d'obtenir des barres d'acier à haute résistance à la traction, d'une grande dimension, qui puissent être étirées à un diamètre final sans qu'on doive les soumettre à un traitement de réchauffage.
C'est ainsi que la demanderesse a finalement trouvé la possibilité de réaliser des barres d'acier, présentant une haute résistance à la traction et pouvant être étirées sans qu'il faille recourir à un traitement de réchauffage (traitement dit de "patenting"), ces barres ayant un diamètre non inférieur à 9 mm et présentant une résistance à la traction supérieure à 115 kg/mm .
Un but principal de la présente invention est de prévoir une barre d'acier de grande dimension, pouvant être étirée sans qu'il faille recourir à une traitement de réchauffage.
Un autre but de la présente invention est de prévoir une barre d'acier de grande dimension, présentant une résistance à la traction pouvant atteindre une valeur supérieure à
115 kg/mm<2> et présentant une structure consistant essentiellement en fine perlite.
Suivant le premier aspect de la présente invention, on prévoit une barre en acier à haute résistance, de grande dimension, c'est-à-dire d'un diamètre supérieur à 9 mm, cette barre étant réalisée en un acier à haute teneur de carbone contenant, en pour-cent en poids, de 0,65 à 0,90 % de carbone et de 0,15 à 1,5 % de chrome, et étantessentiellement formé d'une structure de fine perlite obtenue en le soumettant à un refroidissement contrôlé, durant lequel une transformation de phse se développe grâce à un milieu d'air, après le laminage à chaud.
Suivant le second aspect de la présente invention, on prévoit une barre d'acier à haute résistance, de grande dimension, cette barre étant réalisée en un acier à haute teneur de carbone contenant, en pour-cent en poids, de 0,65 à 0,90 � de carbone et de 0,50 à 1,20 % de chrome et étant d'une structure consistant essentiellement en perlite, cette barre étant obtenue suivant un refroidissement contrôlé qui provoque une transformation, par utilisation d'un milieu de refroidissement d'air libre.
Suivant un troisième aspect de la présente invention, on prévoit une barre d'acier à haute résistance, de grande dimension, qui est réalisée en un acier à haute teneur de carbone contenant, en pour-cent en poids, de 0,65 à 0,90 % de carbone et de 0,20 à 0,5 % de chrome, et qui présente une résistance à la traction supérieure à 115 kg/mm<2>, cette barre étant obtenue suivant un refroidissement contrôlé qui provoque une transformation de phase, par l'utilisation d'un milieu de refroidissement à air forcé, après le laminage à chaud, cette barre pouvant être étirée sans devoir être soumise à un traitement de réchauffage.
Suivant un quatrième aspect de la présente invention, on prévoit une barre d'acier à haute résistance, de grande dimension, telle que définie sous l'un des trois aspects précédents, cette barre contenant moins de 2,0 % de silicium.
Suivant un cinquième aspect de la présente invention, on prévoit une barre en acier à haute résistance, de grande dimension, telle que définie pour l'un des trois aspects envisagés ci-dessus, cette barre contenant moins de 1,5 % de manganèse.
Suivant un sixième aspect de la présente invention, on prévoit une barre d'acier à haute résistance, de grande dimension, telle que définie sous l'un des trois premiers aspects précités, cette barre contenant moins de 2,0 % de silicium et moins de 1,5 % de manganèse.
Suivant un septième aspect de la présente invention, on prévoit une barre d'acier à haute résistance, de grande dimension, telle que définie pour l'un des six premiers aspects ci-dessus, cette barre contenant un ou plusieurs des éléments formés par l'aluminium, le niobium, le vanadium,le zirconium et le titane, en une quantité inférieure à 0,3 % au total.
Suivant un huitième aspect de la présente invention, on prévoit une barre d'acier à haute résistance, de grande dimension, telle que définie pour l'un quelconque des sept premiers aspects ci-dessus, le diamètre de cette barre d'acier allant de 9 à 19 mm.
Suivant un neuvième aspect de la présente invention, on prévoit une barre d'acier à haute résistance, de grande dimension, telle que définie pour l'un quelconque des huit premiers aspects ci-dessus, la résistance à la traction de cette barre d'acier étant supérieure à 120 kg/mm .
Suivant un dixième aspect de la présente invention, on prévoit une barre d'acier à haute résistance, de grande dimension, telle que définie pour l'un quelconque des neuf premiers aspects ci-dessus, la striction obtenue à l'essai à la
<EMI ID=3.1>
L'invention sera encore décrite plus complètement ciaprès avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue schématique montrant un exem- <EMI ID=4.1>
froidissement par air libre.
La figure 2 est une vue schématique montrant un exemple d'une chaîne de laminage de barres d'acier, d'un type à refroidissement à air forcé. La figure 3 est un graphique montrant la relation entre la résistance à la traction (en kg/cm<2>) et la striction (%), et le diamètre (en mm) de barres d'acier obtenues en utilisant la technique de refroidissement contrôlé dans la chaîne de laminage de barres d'acier suivant la figure 1, et ce après un laminage à chaud. La figure 4 est un graphique montrant la relation en2 <EMI ID=5.1>
et le diamètre (en mm) de barres d'acier obtenues en utilisant un refroidissement contrôlé dans la chaîne de laminage de barres d'acier suivant la figure 2, et ce après un laminage à chaud.
La figure 5 est un schéma présentant une courbe de <EMI ID=6.1> La figure 6 est un graphique montrant une courbe de refroidissement continue pour l'échantillon n[deg.] 2 de la figure 4.
La présente invention est le résultat d'études sur les effets du refroidissement contrôlé lorsqu'on utilise une chaîne de laminage de barres d'acier, équipée d'un dispositif de refroidissement contrôlé, que l'on utilise effectivement dans la production de barres d'acier à haute teneur de carbone et contenant du chrome.
L'une des chaînes de laminage de barres d'acier utilisées, à savoir la chaîne de la figure 1, comprend un laminoir 1, une zone primaire de refroidissement par eau 2, un dispositif d'enroulement 3, une zone de refroidissement secondaire 4 comprenant un transporteur dit vertical 4-1, pouvant transporter les barres sous la forme spiralée, tandis que les spires sont dressées verticalement, et un transporteur dit horizontal 4-2, destiné au transport des barres dans une position aplatie, ainsi qu'un collecteur 5. Cette chaîne sera désignée ci-après par chaîne SP.
Une autre chaîne de laminage de barres d'acier, illustrée par la figure 2, comprend un laminoir 1, une zone de refroidissement primaire par eau 2, un dispositif d'enroulement 3, une zone de refroidissement secondaire 4 comprenant un transporteur dit horizontal 4-2, destiné à transporter les barres, tandis que les spires sont dans une position à plat, et un dispositif de refroidissement à air forcé 6, ainsi qu'un collecteur
5. Cette dernière chaîne de laminage sera désignée ci-après par chaîne SM. Dans le cas de la chaîne SP, la portion dite verticale de transporteur 4-1 peut être utilisée aussi en tant que transporteur dit horizontal. D'autre part, dans les deux types de chaînes de laminage SM et SP, on peut totalement arrêter le refroidissement par eau dans la zone primaire de refroidissement par eau 2.
Les propriétés mécaniques des barres d'acier ayant subi le refroidissement contrôlé et obtenues en utilisant les chaines de laminage susdites ont été étudiées sur les aciers présentant les compositions chimiques données par le Tableau 1.
Tableau 1
Compositions chimiques d'échantillons de barres d'acier (%)
<EMI ID=7.1>
Les échantillons 1, 3, 4, 5 et 7 du Tableau 1 ont
été soumis à un laminage à chaud jusqu'à différents diamètres, et on leur a fait ensuite subir un refroidissement contrôlé du type SP. La figure 3 montre les résultats des mesures de résistance à la traction et de striction de ces barres d'acier ayant subi un refroidissement contrôlé. Comme il apparat! de la figure 3, la résistance à la traction et la striction de l'échantillon 1., qui est un échantillon d'un acier ordinaire à haute teneur de carbone, sont abaissées avec une augmentation du diamètre de la barre d'acier, et c'est ainsi que, de façon plus
1
particulière, la résistance à la.traction et la striction de cet échantillon 1 sont diminuées jusqu'à descendre à moins de
105 kg/mm<2> et à moins de 35 % pour une barre d'acier d'un diamètre dépassant 10 mm. Par contre, les échantillons 3 à 5, qui contiennent du'chrome ou une quantité accrue de manganèse, présentent des résistances à la traction supérieures à 115 kg/mm<2>, <EMI ID=8.1>
c'est-à-dire de l'ordre de 120 kg/mm , tandis que les strie*tions sont de l'ordre de 50 % dans le cas d'un diamètre de barre supérieur à 9 mm. D'autre part, dans le cas d'une barre d'une dimension moyenne, comme illustré par les échantillons 3 à 5, la résistance à la traction augmentera avec une diminution du diamètre de la barre d'acier, tandis que, du fait de la présence de bainite ou de martensite, leur ductilité montre une réduction très nette. En d'autres mots, la striction lors d'un essai à la traction se détériore de façon très nette pour l'échantillon n[deg.] 4 en dessous d'un diamètre d'environ 7 mm, pour l'échantillon n[deg.] 5 en dessous d'un diamètre d'environ 8,5 mm et pour les échantillons 3 et 7 en dessous d'un diamètre de
<EMI ID=9.1>
quence, il devient nécessaire de soumettre ces barres à un traitement de réchauffage afin de permettre l'étirage ultérieur. On peut donc obtenir des barres d'acier d'une grande dimension et présentant des propriétés mécaniques optima en réglant les quantités de chrome, de manganèse et de silicium à des niveaux proportionnels au diamètre de ces barres.
La figure 4 montre les résultats de mesures de la résistance à la traction et de la striction de barres d'acier, qui ont été obtenues en soumettant les échantillons 1, 2 et 6 du Tableau 1 à un refroidissement contrôlé, après laminage à chaud jusqu'à divers diamètres sur la chaîne de laminage SM. Comme on peut le voir sur la figure 4, en prenant comme exemple l'échantillon 1, qui est un échantillon d'une barre d'acier ordinaire à haute teneur de carbone, la résistance à la traction et la striction diminuent avec une augmentation du diamètre de la barre, et en particulier la résistance à la traction diminue jusqu'à 108 kg/mm<2> pour un diamètre supérieur à 9 mm, en présentant de la sorte une trop basse résistance à la traction. D'au- <EMI ID=10.1>
crues de chrome et de silicium présentent une résistance à la traction de plus de 115 kg/mm<2> et des strictions supérieures à
35 % pour un diamètre se situant au-dessus de 9 mm. De plus, l'échantillon 6 contenant des quantités accrues de chrome et
de silicium présente une résistance à la traction de l'ordre
de 120 kg/mm<2> pour un diamètre de l'ordre de 14 mm, tout en présentant une diminution de la striction pour un diamètre de l'ordre de 7 mm. De cette manière, on peut obtenir des barres d'acier d'une grande dimension et présentant des propriétés mécaniques optima en réglant les quantités de chrome et de silicium-contenues, et ce proportionnellement au diamètre de la barre d'acier. En outre, l'échantillon 2 qui a un diamètre supérieur à 9 mm et présente une excellente combinaison de résistance à la traction, de ductilité et de ténacité, peut être étiré en un fil sans devoir être soumis à un traitement de réchauffage .
Les figures 5 et 6 montrent des courbes continues continues de refroidissement, obtenues en assurant le refroidissement contrôlé de l'échantillon 4 (chaine de laminage SP) illustré par la Figure 3, et de l'échantillon 2 (chaîne SM) illustré par là figure 4. Dans l'un et l'autre cas, lorsque les barres ont un diamètre de plus de 9 mm, une transformation de phase s'amorce avec une température se situant approximativement au-dessus du maximum de la ligne de commencement de trans- formation en perlite (Ps) d'un acier et se terminant à une température correspondant à la ligne de fin de transformation de perlite (Pf). Les barres d'acier obtenues présentent une structure extrêmement fine, consistant essentiellement en fine perlite, comparativement à une barre d'acier obtenue en utilisant l'échantillon 1.
La raison pour laquelle la quantité de carbone est limitée à une valeur de 0,65 à 0,90 % pour une barre d'acier suivant la présente invention est qu'une quantité de carbone
de moins de 0,65 % ne parvient pas à donner la résistance à la traction élevée désirée, à l'intervention du refroidissement contrôlé, malgré l'addition de chrome, tandis qu'une quantité de carbone supérieure à 0,90 % crée une précipitation perceptible de cémentite proeutectolde, ce qui nuit à la ténacité de la barre d'acier et à celle du fil qui est préparé à partir d'une telle barre. De la sorte, la gamme préférable des teneurs de carbone devrait aller de 0,75 à 0,85 %.
Il y a lieu de noter que le chrome joue un rôle important dans le refroidissement contrôlé d'une barre d'acier à haute teneur de carbone, présentant une grande dimension. Comme on l'a décrit précédemment, en ajoutant du chrome en une quantité accrue convenable, on peut obtenir des barres d'acier qui présentent une haute résistance à la traction, une haute ductilité et une haute ténacité, que l'on ne pouvait pas obtenir suivant la technique traditionnelle de refroidissement contrôlé, ces barres étant étirables sans devoir être soumises à un traitement de réchauffage.
La quantité de chrome contenue est réglée suivant les propriétés mécaniques désirées et suivant le diamètre de la barre d'acier.- Toutefois, une teneur de chrome supérieure à 0,15 % est essentielle pour atteindre une résistance élevée à la traction, une haute ductilité et une haute ténacité dans une barre d'acier désiré. Une quantité de chrome inférieure à 0,15 % ne donne que difficilement une résis.tance à la traction atteignant 115 kg/mm , même pour une barre d'acier d'un diamètre de l'ordre de 9 mm. Avec une augmentation de la teneur de chrome, on peut s'attendre à une augmentation de la résistance à la traction, de la ductilité et de la ténacité mais une teneur de chrome supérieure à 15 % crée une variation accrue de la qualité et une impossibilité prati-
<EMI ID=11.1>
ce rapport, un acier à haute teneur de carbone, contenant de 0,5 à 1,2 % de chrome, est préférable pour la chaîne de laminage SP suivant la présente invention. En d'autres mots, une quantité de chrome dépassant 1,2 % montre éventuellement un signe de fragilité, tandis qu'une quantité de chrome de moins de 0,5 % présente une résistance à la traction affaiblie. D'autre part, un acier à haute teneur de carbone, contenant de 0,20 à 0,15 % de chrome, est préférable pour la chaîne SM. Une
<EMI ID=12.1>
traction affaiblie, tandis qu'une teneur de chrome de plus de 0,5 % montre un signe de fragilité.
Le silicium est utilisé comme désoxydant dans la fabrication de l'acier et contribue à améliorer la résistance à la traction. Cependant, une teneur de silicium de plus de 2,0 % amène une réduction de la ductilité et de la ténacité et, de ce fait, la quantité de silicium devrait être limitée à moins de 2,0 %.
Le manganèse contribue à améliorer la résistance à la traction et la ténacité, mais une quantité de manganèse dépassant 1,5 % rehausse de façon excessive l'aptitude au durcissement et, de ce fait, produit une structure martensitique, ce qui à son tour nuit à l'étirabilité. De ce fait, la quantité de manganèse devrait être inférieure à 1,5 %.
Pour obtenir une fine dimension de grains austénitiques pour des aciers de ce type, on peut utiliser un ou plusieurs des éléments formés par Al, Nb, V, Zr et Ti, en une quantité de 0,3 % au total.
Cependant, une quantité supérieure à 0,3 % n'appor-tera pas d'amélioration dans l'obtention d'une fine structure austénitique mais nuira à l'étirabilité, à la ductilité et à la ténacité.
On a principalement orienté la description ci-dessus vers des barres d'acier ayant un diamètre de 9 mm ou environ. Toutefois, les principes de la présente invention peuvent s'appliquer à des barres d'acier ayant un diamètre de l'ordre de
19 mm. La résistance à la traction devrait de préférence
être supérieure à 115 kg/mm2 mais le taux de 120 kg/mm <2> est encore plus désirable. La striction devrait de préférence se situer au-dessus de 35 %, pour ce qui concerne l'étirabilité désirable.
Comme on-l'a décrit, on prévoit suivant la présente invention une barre d'acier de grande dimension, c'est-à-dire d'une dimension non inférieure à 9 mm de diamètre, qui est étirable sans traitement de réchauffage et présente une résistance à la traction de plus de 115 kg/mm<2>, en étant essentiellement constituée d'une structure de fine perlite, et ce en soumettant une telle barre à un refroidissement contrôlé après son laminage à chaud. On peut de ce fait dire que la présente invention permet de dépasser les limites techniques du refroidissement contrôlé traditionnel.
Les exemples suivants illustrent encore les caractéristiques des aciers pour barres suivant la présente invention.
Exemple 1
Des aciers à haute teneur de carbone, ayant les compositions chimiques présentées par le Tableau 2, ont été soumis à un laminage à chaud et à un refroidissement contrôlé suivant des conditions présentées par le Tableau 3 dans la chaîne SP. La Tableau 4 donne les propriétés mécaniques des barres d'acier ainsi obtenues.
Tableau 2
Compositions chimiques d'échantillons de barres d'acier (%)
<EMI ID=13.1>
Tableau 3
Conditions de laminage à chaud et de refroidissement contrôlé
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1>
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
Tableau 4
Propriétés mécaniques des barres d'acier de grande dimension, aorès refroidissement contrôlé
<EMI ID=18.1>
Des barres d'acier de l'échantillon 9 et du diamètre de 12 mm, tel qu'illustré par le Tableau 4, qui ont été soumi-ses à un refroidissement contrôlé, ont été étirées à un diamètre de 6 mm sans traitement de réchauffage, en suivant le processus de réductions ci-après :
120 10,70 9,60 8,60 7,60 6,70 6,00
(striction respective d'environ 20 %, striction totale de 75%)
Ensuite, les fils d'acier obtenus ont été soumis à un traitement de stabilisation pendant 1 minute à une température de 350[deg.]C. Le Tableau 5 donne les résultats de mesures des propriétés mécaniques de fils ainsi obtenus et de ceux qui ont été soumis au traitement de stabilisation.
Tableau 5
Propriétés mécaniques de fils d'acier étirés, qui ont été soumis à un refroidissement contrôlé et de ceux qui ont été obtenus après un traitement de stabilisation (échantillon n[deg.] 9 ;
diamètre de 6 mm)
<EMI ID=19.1>
Exemple 2
Des aciers à haute teneur de carbone, présentant les compositions chimiques données par le Tableau 6, ont été soumis à un laminage à chaud sous les conditions données par le Tableau 7 sur la chaîne de laminage SM, et on les a ensuite soumis à un refroidissement contrôlé. Le Tableau 8 donne les propriétés mécaniques des barres d'acier ainsi obtenues.
<EMI ID=20.1>
<EMI ID=21.1>
<EMI ID=22.1>
Tableau 7
Conditions de laminage à chaud et de refroidissement contrôlé en fonction du diamètre des barres d'acier (chaîne SM)
<EMI ID=23.1>
Tableau 8
Propriétés mécaniques des barres d'acier de grande dimension après refroidissement contrôlé
<EMI ID=24.1>
<EMI ID=25.1>
mètre de 12 mm et de 10 mm, comme présenté par le Tableau 8, qui ont été soumises au refroidissement contrôlé, ont été étirées à des diamètres de 5 et de 6 mm, sans traitement de réchauffage, en suivant le schéma ci-après de réductions :
120 10,70 9,60 8,60 7,60 6,70 6,00
(striction respective d'environ 20 % ; striction totale de 75 %)
100 8,60 7,60 6,70 6,00 5,50 5,00
Ensuite, les fils d'acier étirés ainei obtenus ont été soumis à un traitement de stabilisation pendant 1 minute à une température de 350[deg.]C. Le Tableau 9 présente les propriétés mécaniques des fils d'acier étirés et de ceux qui ont été soumis à stabilisation.
Tableau 9
Propriétés mécaniques de fils d'acier étirés après refroidis-
<EMI ID=26.1>
<EMI ID=27.1>
Comme il apparaîtra de la description précédente des barres d'acier de grand diamètre suivant la présente invention, une billette est laminée à chaud et soumise au traitement de refroidissement contrôlé pour donner de la sorte une barre d'acier qui est essentiellement d'une structure de fine perlite et présente une résistance à la traction supérieure à
115 kg/mm . Les barres d'acier ainsi obtenues peuvent être étirées sans réchauffage et, de la sorte, la présente inven-tion dépasse les limites techniques de l'application du re- froidissement contrôlé pour l'appliquer à des barres épaisses,
ce qui apporte des avantages extrêmement importants pour l'industrie.
Les informations et les exemples que l'on a donnés
sont présentés à titre d'illustration seulement et ne constituent pas une limitation quelconque du cadre du présent brevet.
REVENDICATIONS
1. Barre d'acier à haute résistance, de grande dimension, caractérisée en ce qu'elle a un diamètre non inférieur à
9 mm, elle contient, en pour-cent en poids, de 0,65 à 0,90 %
de carbone et de 0,15 à 1,5 % de chrome, et elle est obtenue
en soumettant un acier à haute teneur de carbone à un refroidissement contrôlé provoquant une transformation de phase, et
ce par utilisation d'un milieu de refroidissement à air, après
le laminage à chaud, pour obtenir de la sorte une structure consistant essentiellement en perlite et pour arriver à une résistance à la traction supérieure à 115 kg/mm<2>, une telle
barre d'acier étant étirable sans traitement de réchauffage.
2. Une barre d'acier à haute teneur de carbone sui-
"High strength steel bars"
The present invention relates to bars
steel, having a diameter of not less than 9 mm,.
more particularly relates to high strength steel bars, which are made of a high carbon steel, containing, in weight percent, 0.15 to 1.5% chromium, and capable of being stretched without being subjected to repeated heat treatment, these bars having a resistance
tensile strength which is greater than 115 kg / mm <2>.
In the past ten years, attempts have been made to develop a method of producing a steel bar by controlled cooling processing, in which the cooling rate of a bar, after its hot rolling, is adjusted to. ensure its phase transformation, until the bar is collected, thus ensuring that a structure is obtained essentially consisting of a fine perlite. The bar thus produced exhibits constant and superior mechanical properties, while assuming
less scale, compared to the properties of a bar which was set immediately after hot rolling. As a result, it becomes possible to stretch a steel bar of a determined type to a desired final dimension, without resorting to a reheating treatment.
However, at present, the technique of controlled cooling, if it gives almost satisfactory results, in particular when producing a bar of a relatively smaller dimension, for example of the order of 5 mm in size. diameter, is still in development with regard to the production of a steel bar of a larger dimension.
Heretofore, various types of controlled cooling apparatus have been used in practical application. These devices are variable as regards their cooling capacities according to their types. However, the principle involved is that a fine pearlite structure having a small volume fraction of proeutectolde phase is obtained by setting or controlling the cooling conditions for a steel bar immediately after its hot rolling. In other words, if the cooling rate is significantly higher than the desired cooling rate, then bainite and martensite structures result, while on the other hand, if the cooling rate is -lower than the desired speed, this then results in a larger fraction of proeutectolde ferrite and coarse-grained perlite.
A steel bar which has been cooled at one speed
<EMI ID = 1.1>
you. Accordingly, it is imperative that a bar be subjected to the reheating treatment before it is drawn. Therefore, various systems have been proposed for providing a cooling medium and a cooling arrangement for an area capable of providing an optimum cooling rate, with the aim of obtaining a bar which has undergone controlled cooling and exhibits stretchability. and mechanical properties, which are excellent, in various controlled cooling devices. However, these controlled cooling devices have drawbacks of limitations as to the setting.
or the control of the cooling rate, especially in the cooling of thick bars, due to the inadequate cooling capacity accompanying the increase in the diameter of the bars, which prevents obtaining a steel bar of high tensile strength. On the other hand, if it is desired to increase the cooling rate, there then results a significant difference in temperature between the surface portion and the internal portion of a bar, so that the surface portion is too cooled to turn into martensitic structure or the like, which greatly reduces ductility and toughness.
Many proposals have been made to improve the technique of controlled cooling in order to obtain a high quality steel bar of large size. For example, in the "Kobe Steel Company Technical Bulle-
<EMI ID = 2.1> has described that the addition of alloying elements, such as chromium, tungsten, etc., is effective in achieving a high desired tensile strength and high ductility for
a large dimension steel bar, and it has been suggested that these alloy additions might be effective in the case of controlled cooling after hot rolling. In addition, there is another report, in a journal called "TETSU TO.HAGANE" (Iron and Steel), vol. 57, n [deg.] 4 (1971), p. 120, revealing that a tensile strength of up to 120 kg / mm2 can be achieved for a large steel bar (for example with a diameter of 14.3 mm), thanks to direct heat treatment (treatment ED) using boiling water as the cooling medium. However, as recently reported in the journal "Iron and Stéel", vol. 59, n [deg.] 11 (1973),
the maximum tensile strength of a steel bar having
a diameter of only 9 mm falls to a value of the order of
110 to 115 kg / mm, which implies limitations in the tests thus attempted.
The Applicant has carried out various studies and investigations relating to the above techniques of controlled cooling for steel bars of a large dimension, while using various types of controlled cooling apparatus, which are employed in practical applications to. industrial scale, with the aim of obtaining high tensile steel bars of a large dimension, which can be drawn to a final diameter without having to be subjected to a heat treatment. reheating.
This is how the applicant finally found the possibility of producing steel bars, having a high tensile strength and being able to be stretched without having to resort to a reheating treatment (treatment known as "patenting"). , these bars having a diameter of not less than 9 mm and having a tensile strength greater than 115 kg / mm.
A main object of the present invention is to provide a steel bar of large size, which can be stretched without having to resort to a reheating treatment.
Another object of the present invention is to provide a steel bar of large dimension, having a tensile strength which can reach a value greater than
115 kg / mm <2> and having a structure consisting essentially of fine perlite.
According to the first aspect of the present invention, there is provided a high-strength steel bar of large size, that is to say with a diameter greater than 9 mm, this bar being made of a high-grade steel. carbon containing, in percent by weight, from 0.65 to 0.90% carbon and from 0.15 to 1.5% chromium, and being formed essentially of a structure of fine pearlite obtained by subjecting it to a controlled cooling, during which a transformation of phse develops thanks to an air medium, after hot rolling.
According to the second aspect of the present invention, there is provided a high-strength steel bar of large dimension, this bar being made of a high carbon steel containing, in weight percent, from 0.65 to 0.90 � of carbon and from 0.50 to 1.20% of chromium and being of a structure consisting essentially of perlite, this bar being obtained by controlled cooling which causes a transformation, by use of a free air cooling medium .
According to a third aspect of the present invention, a large dimension high strength steel bar is provided which is made of a high carbon steel containing, in weight percent, from 0.65 to 0. , 90% carbon and 0.20 to 0.5% chromium, and which has a tensile strength greater than 115 kg / mm <2>, this bar being obtained by controlled cooling which causes a phase transformation , by the use of a forced air cooling medium, after hot rolling, this bar being able to be stretched without having to be subjected to a reheating treatment.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a high-strength steel bar, of large dimension, as defined in one of the three preceding aspects, this bar containing less than 2.0% silicon.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a high-strength steel bar of large dimension, as defined for one of the three aspects considered above, this bar containing less than 1.5% manganese.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a high-strength steel bar, of large dimension, as defined under one of the first three aspects mentioned above, this bar containing less than 2.0% silicon and less. 1.5% manganese.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a high strength steel bar, of large dimension, as defined for one of the first six aspects above, this bar containing one or more of the elements formed by the aluminum, niobium, vanadium, zirconium and titanium, in an amount less than 0.3% in total.
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a high strength steel bar, of large dimension, as defined for any one of the first seven aspects above, the diameter of this steel bar ranging from 9 to 19 mm.
In accordance with a ninth aspect of the present invention, there is provided a high strength, large dimension steel bar as defined for any of the first eight aspects above, the tensile strength of this bar. steel being greater than 120 kg / mm.
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a high-strength, large-dimension steel bar as defined for any of the first nine aspects above, the necking obtained in the test by hand.
<EMI ID = 3.1>
The invention will be further described more fully below with reference to the accompanying drawings.
Figure 1 is a schematic view showing an example- <EMI ID = 4.1>
free air cooling.
Fig. 2 is a schematic view showing an example of a steel bar rolling line, of a forced air cooling type. Fig. 3 is a graph showing the relationship between tensile strength (in kg / cm <2>) and necking (%), and diameter (in mm) of steel bars obtained using the cooling technique checked in the steel bar rolling line according to Figure 1, after hot rolling. Figure 4 is a graph showing the relationship en2 <EMI ID = 5.1>
and the diameter (in mm) of steel bars obtained by using controlled cooling in the steel bar rolling line according to FIG. 2, and this after hot rolling.
Figure 5 is a diagram showing a curve of <EMI ID = 6.1> Figure 6 is a graph showing a continuous cooling curve for sample n [deg.] 2 in Figure 4.
The present invention is the result of studies on the effects of controlled cooling when using a steel bar rolling line, equipped with a controlled cooling device, which is actually used in the production of steel bars. 'high carbon steel containing chromium.
One of the steel bar rolling lines used, namely the line in Figure 1, comprises a rolling mill 1, a primary water cooling zone 2, a winding device 3, a secondary cooling zone 4 comprising a so-called vertical conveyor 4-1, capable of transporting the bars in the spiral form, while the turns are erected vertically, and a so-called horizontal conveyor 4-2, intended for transporting the bars in a flattened position, as well as a collector 5. This chain will be referred to hereinafter as the SP chain.
Another steel bar rolling line, illustrated in Figure 2, comprises a rolling mill 1, a primary water cooling zone 2, a winding device 3, a secondary cooling zone 4 comprising a so-called horizontal conveyor 4 -2, intended to transport the bars, while the turns are in a flat position, and a forced air cooling device 6, as well as a manifold
5. This last rolling line will be referred to below as the SM line. In the case of the SP chain, the so-called vertical portion of conveyor 4-1 can also be used as so-called horizontal conveyor. On the other hand, in both types of rolling mills SM and SP, it is possible to completely stop the water cooling in the primary water cooling zone 2.
The mechanical properties of the steel bars having undergone the controlled cooling and obtained using the aforementioned rolling lines were studied on the steels having the chemical compositions given in Table 1.
Table 1
Chemical compositions of steel bar samples (%)
<EMI ID = 7.1>
Samples 1, 3, 4, 5 and 7 of Table 1 have
hot-rolling to different diameters, and then subjected to controlled cooling of the SP type. Figure 3 shows the results of the tensile strength and necking measurements of these steel bars having undergone controlled cooling. As it appears! of Figure 3, the tensile strength and necking of sample 1, which is a sample of a high carbon carbon steel, are lowered with an increase in the diameter of the steel bar, and this is how, more
1
particular, the resistance to la.traction and the striction of this sample 1 are reduced to less than
105 kg / mm <2> and less than 35% for a steel bar with a diameter exceeding 10 mm. On the other hand, samples 3 to 5, which contain chromium or an increased quantity of manganese, show tensile strengths greater than 115 kg / mm <2>, <EMI ID = 8.1>
that is to say of the order of 120 kg / mm, while the streaks are of the order of 50% in the case of a bar diameter greater than 9 mm. On the other hand, in the case of a bar of an average dimension, as illustrated by samples 3 to 5, the tensile strength will increase with a decrease in the diameter of the steel bar, while, due to the fact of the presence of bainite or martensite, their ductility shows a very marked reduction. In other words, the necking during a tensile test deteriorates very markedly for sample n [deg.] 4 below a diameter of about 7 mm, for sample n [ deg.] 5 below a diameter of about 8.5 mm and for samples 3 and 7 below a diameter of
<EMI ID = 9.1>
Consequently, it becomes necessary to subject these bars to a reheating treatment in order to allow subsequent stretching. It is therefore possible to obtain steel bars of a large size and having optimum mechanical properties by adjusting the amounts of chromium, manganese and silicon at levels proportional to the diameter of these bars.
Figure 4 shows the results of measurements of the tensile strength and the necking of steel bars, which were obtained by subjecting samples 1, 2 and 6 of Table 1 to controlled cooling, after hot rolling to 'at various diameters on the SM rolling line. As can be seen in Fig. 4, taking as an example Sample 1, which is a sample of a high carbon carbon steel bar, the tensile strength and necking decrease with increasing diameter of the bar, and in particular the tensile strength, decreases to 108 kg / mm <2> for a diameter greater than 9 mm, thereby presenting too low a tensile strength. From to- <EMI ID = 10.1>
floods of chromium and silicon have a tensile strength of more than 115 kg / mm <2> and strictures greater than
35% for a diameter above 9 mm. In addition, sample 6 containing increased amounts of chromium and
of silicon has a tensile strength of the order of
120 kg / mm <2> for a diameter of the order of 14 mm, while exhibiting a reduction in necking for a diameter of the order of 7 mm. In this way, one can obtain steel bars of a large dimension and having optimum mechanical properties by adjusting the amounts of chromium and silicon contained, and this in proportion to the diameter of the steel bar. Further, Sample 2 which has a diameter greater than 9mm and exhibits an excellent combination of tensile strength, ductility and toughness, can be drawn into a wire without having to be subjected to a reheating treatment.
Figures 5 and 6 show continuous continuous cooling curves, obtained by ensuring the controlled cooling of sample 4 (SP rolling line) shown in Figure 3, and of sample 2 (SM line) shown in figure 4. In either case, when the bars have a diameter of more than 9 mm, a phase transformation begins with a temperature lying approximately above the maximum of the line of the beginning of the transition. forming a steel into perlite (Ps) and terminating at a temperature corresponding to the end of perlite transformation line (Pf). The steel bars obtained have an extremely fine structure, consisting essentially of fine pearlite, compared to a steel bar obtained using sample 1.
The reason why the amount of carbon is limited to a value of 0.65 to 0.90% for a steel bar according to the present invention is that an amount of carbon
of less than 0.65% fails to give the desired high tensile strength, with the intervention of controlled cooling, despite the addition of chromium, while an amount of carbon greater than 0.90% creates a noticeable precipitation of proeutectolde cementite, which adversely affects the toughness of the steel bar and that of the wire which is prepared from such a bar. Thus, the preferable range of carbon contents should be 0.75 to 0.85%.
It should be noted that chromium plays an important role in the controlled cooling of a large dimension high carbon steel bar. As described above, by adding chromium in a suitable increased amount, steel bars can be obtained which exhibit high tensile strength, high ductility and high toughness, which could not be obtained. obtained using the traditional technique of controlled cooling, these bars being stretchable without having to be subjected to a reheating treatment.
The quantity of chromium contained is regulated according to the desired mechanical properties and according to the diameter of the steel bar. - However, a chromium content greater than 0.15% is essential to achieve high tensile strength, high ductility and high toughness in a desired steel bar. An amount of chromium less than 0.15% gives only difficulty with a tensile strength reaching 115 kg / mm, even for a steel bar with a diameter of the order of 9 mm. With an increase in chromium content one can expect an increase in tensile strength, ductility and toughness but a chromium content above 15% creates an increased variation in quality and impossibility practi-
<EMI ID = 11.1>
In this ratio, a high carbon steel containing 0.5 to 1.2% chromium is preferable for the SP rolling line according to the present invention. In other words, an amount of chromium exceeding 1.2% eventually shows a sign of brittleness, while an amount of chromium less than 0.5% exhibits weakened tensile strength. On the other hand, a high carbon steel, containing 0.20 to 0.15% chromium, is preferable for the SM chain. A
<EMI ID = 12.1>
weakened traction, while a chromium content of more than 0.5% shows a sign of brittleness.
Silicon is used as a deoxidizer in steel making and helps improve tensile strength. However, a silicon content of more than 2.0% leads to a reduction in ductility and toughness, and hence the amount of silicon should be limited to less than 2.0%.
Manganese helps to improve tensile strength and toughness, but an amount of manganese exceeding 1.5% excessively enhances hardenability and thereby produces martensitic structure, which in turn adversely affects to stretchability. Therefore, the amount of manganese should be less than 1.5%.
To obtain a fine grain size austenitic for steels of this type, one or more of the elements formed by Al, Nb, V, Zr and Ti can be used, in an amount of 0.3% in total.
However, more than 0.3% will not improve in obtaining a fine austenitic structure but will adversely affect the stretchability, ductility and toughness.
The above description has mainly been directed towards steel bars having a diameter of 9 mm or so. However, the principles of the present invention can be applied to steel bars having a diameter of the order of
19 mm. The tensile strength should preferably
be greater than 115 kg / mm2 but the rate of 120 kg / mm <2> is even more desirable. The necking should preferably be above 35%, with respect to the desirable stretchability.
As has been described, according to the present invention, there is provided a steel bar of large dimension, that is to say of a dimension not less than 9 mm in diameter, which is stretchable without reheating treatment and has a tensile strength of more than 115 kg / mm <2>, being essentially constituted by a structure of fine perlite, and this by subjecting such a bar to controlled cooling after its hot rolling. It can therefore be said that the present invention makes it possible to go beyond the technical limits of traditional controlled cooling.
The following examples further illustrate the characteristics of the bar steels according to the present invention.
Example 1
High carbon steels, having the chemical compositions shown in Table 2, were subjected to hot rolling and controlled cooling under conditions shown in Table 3 in the SP line. Table 4 gives the mechanical properties of the steel bars thus obtained.
Table 2
Chemical compositions of steel bar samples (%)
<EMI ID = 13.1>
Table 3
Hot rolling and controlled cooling conditions
<EMI ID = 14.1>
<EMI ID = 15.1>
<EMI ID = 16.1>
<EMI ID = 17.1>
Table 4
Mechanical properties of large steel bars, controlled cooling
<EMI ID = 18.1>
Steel bars of sample 9 and the diameter of 12 mm, as shown in Table 4, which were subjected to controlled cooling, were drawn to a diameter of 6 mm without reheating treatment. , by following the reduction process below:
120 10.70 9.60 8.60 7.60 6.70 6.00
(respective necking of about 20%, total necking of 75%)
Then, the obtained steel wires were subjected to a stabilization treatment for 1 minute at a temperature of 350 [deg.] C. Table 5 gives the results of measurements of the mechanical properties of yarns thus obtained and of those which have been subjected to the stabilization treatment.
Table 5
Mechanical properties of drawn steel wires, which have been subjected to controlled cooling and those which have been obtained after stabilization treatment (sample n [deg.] 9;
6 mm diameter)
<EMI ID = 19.1>
Example 2
High carbon steels, having the chemical compositions given in Table 6, were subjected to hot rolling under the conditions given in Table 7 on the SM rolling line, and then subjected to cooling. control. Table 8 gives the mechanical properties of the steel bars thus obtained.
<EMI ID = 20.1>
<EMI ID = 21.1>
<EMI ID = 22.1>
Table 7
Hot rolling and controlled cooling conditions depending on the diameter of the steel bars (SM chain)
<EMI ID = 23.1>
Table 8
Mechanical properties of large steel bars after controlled cooling
<EMI ID = 24.1>
<EMI ID = 25.1>
meter of 12 mm and 10 mm, as shown in Table 8, which were subjected to the controlled cooling, were stretched to diameters of 5 and 6 mm, without reheating treatment, following the following diagram of reductions:
120 10.70 9.60 8.60 7.60 6.70 6.00
(respective striction of about 20%; total striction of 75%)
100 8.60 7.60 6.70 6.00 5.50 5.00
Then, the thus obtained drawn steel wires were subjected to a stabilization treatment for 1 minute at a temperature of 350 [deg.] C. Table 9 shows the mechanical properties of the drawn steel wires and those which have been subjected to stabilization.
Table 9
Mechanical properties of steel wires drawn after cooling
<EMI ID = 26.1>
<EMI ID = 27.1>
As will be apparent from the foregoing description of large diameter steel bars according to the present invention, a billet is hot rolled and subjected to the controlled cooling treatment to thereby give a steel bar which is essentially of a structure. of fine perlite and has a tensile strength greater than
115 kg / mm. The steel bars thus obtained can be drawn without reheating and, thus, the present invention goes beyond the technical limits of the application of controlled cooling to apply it to thick bars,
which brings extremely important advantages for the industry.
The information and examples that we have given
are presented for illustration only and do not constitute any limitation on the scope of this patent.
CLAIMS
1. High strength steel bar of large dimension, characterized in that it has a diameter of not less than
9 mm, it contains, in percent by weight, from 0.65 to 0.90%
of carbon and 0.15 to 1.5% of chromium, and it is obtained
by subjecting a high carbon steel to controlled cooling causing phase transformation, and
this by using an air cooling medium, after
hot rolling, to thereby obtain a structure consisting essentially of perlite and to achieve a tensile strength greater than 115 kg / mm <2>, such
steel bar being stretchable without reheating treatment.
2. A high carbon steel bar followed by