CA1136903A - Acier de construction presentant une haute resistance a la fatigue - Google Patents

Abstract

L'invention est relative à des aciers de construction. Ces aciers sont essentiellement caractérisés par le fait qu'ils comprennent en plus du fer, au maximum 1,6% (en poids) de C, 0,3 à 3,0% (en poids) de Mn et/ou de Ni, au maximum 1,8% (en poids)de Si, 0,6 à 4,0% (en poids) de Cu, au maximum 3,0% (en poids) de Mo et/ou de Co, 0,02 à 0,4% (en poids) de Nb et/ou de V, au maximum 0,006% (en poids) de B, au maximum 0,4% (en poids)de Zr et/ou de Be, 0,02 à 0,2% (en poids) de Al, 0,005 à 0,2% (en poids) de N, au minimum 0,0005% (en poids) de Ca, et au maximum 0,25% (en poids) de Ce et/ou de Pb, et jusqu'à 0,1% de soufre. Ces aciers présentent une haute teneur en carbone bien définie (0,30%) une bonne soudabilité et sont résistants à la corrosion à l'air.

Description

La présente invention concerne un acier de construc-tion présentant une haute résistance à la fatigue et, jusqu'à
une teneur en carbone bien définie, une bonne soudabilité, et qui est résistant à la corrosion par l'air, cet acier étant notamment destiné à la réalisation de constructions et ossatu-res, d'ouvrages terrestres ou hydrauliques, de véhlcules, de machines et éléments de machines, d'infrastructures et super-structures pour les chemins de fer, etc, qui sont exposés à de grandes sollicitations cycliques et aux intemp~ries.
~a conjoncture économique actuelle, qui rend notam-ment nécessaire de parvenir ~ une réduction générale de la con-sommation d'énergie et de matériaux, place l'ensemble de l'in-dustrie, en particulier dans les domaines du batiment, de la recherche et de la production des hydrocarbures et des trans-ports, devant des exigences techniques et économiques auxquel-les les propriétés des aciers classiques ne peuvent plus ré-pondre, ce qui, dans un certain sens, freine l'évolution de ce~ secteurs.
Un développement rentable des méthodes de construc-tion et de production et des technologies classiques, ainsi que l'application de nouvelles solutions techniques et techno-logiques, et même également l'exploitation des produits du sous-sol qui n'ont pas été mis en valeur jusqu'à présent pour des raisons techniques et économiques, sont impensables si l'on ne dispose pas d'une nouvelle nuance d'acier présentant une suffisante résistance à la fatigue et des propriétés com-plexes favorables pour une transformation industrielle, cette nuance d'acier devant pouvoir être produite en grande quantité
et ~ un prix de revient suffisamment bas pour pouvoir etre uti-lisée de façon très large.
Il devenait donc indispensable d'élaborer une nouvel-, . ...

le nuance d'acier qui, conformément à ces principes d'économie d~ l'énergie et de~ materiaux, pui85e supporter les sollicita-tions actuelles, la section transversale de la construction, et donc son poids propre, étant nettement moindres, ou en offrant une plus grande sécurité, et qui soit même capable de satisfai-re ~ des paramètres plus exigeants, et de reprendre les charges ainsi engendrées, le coût de l'élaboration industrielle et de la transformation de cet acier ne devant en outre pas excéder les frais spécifiques encourus pour la réalisation des produits fabriqués avec les aciers classiques.
On conna;t déjà des aciers de construction présentant de bonnes propriétés mécaniques et une bonne soudabilité lors-que le~ conditions sont appropriées.
Dans le domaine des aciers soudables, on peut énumé-rer, ~ titre d'exemples, les nuances d'acier suivantes: T 1, RQC-100 A, HY et NAXTRA, en provenance des Etats-Unis, ou HT, HW, KLN et RIVER-ACE, en provenance du Japon. ~a composition chimique de ces aciers est caractérisée par les teneurs sui-vantes~ 0,10 ~ o,23% (en poids) de C, 0,50 à 1,50% ten poids) de Mn, 0,60 à 1,50% (en poids) de Cr, et 1,0 à 9,5~0 (en poids) de Ni, et quelques nuances contiennent de plU8 0,50 ~ 1,00%
(en poids) de Mo, 0,08 ~ 0,15% (en poids) de V, 0,003 a 0~04%
(~n poids) de B et 0,5 ~ 0,7% (en poids) de Cu.
Il est caractéristique des propriétés mécaniques de ces Elciers que leur limite apparente d'élasticité - rapportée un allongement de 0,2% - soit comprise entre 500 et 700 N/mm2, et que leur plasticité se prête à une transformation indus-trielle. Leur limite de résistance à la ~atigue, dans le cas d'une rupture æurvenant après 105 sollicitations, est comprise, pour une sollicitation R = - 1, entre 200 et 400 N/mm2 et, pour une sollicitation R = O, entre 250 et 500 N/mm2 (sur des

-2-. .

113691~3 ~prouvette~ non soudées).
Quelques nuances d'acier présentent une certaine ré-sistance ~ la corrosion par l'air.
L'inconvénient de ces aciers est cependant que l'on ne peut leur donner leurs bonnes caractéristiques de résistance que par un traitement de trempe et de revenu appliqué dans des installations spéciales. Leurs propriétés méca~iques sont donc le résultat de la trempe et du revenu, ce qui limite le nombre de pro~ils pouvant être réalisés dans cette qualité, donne lieu en outre à une grande instabilité de ces propriétés mé-caniques par suite du manque d'homogénéité de la trempe, et se solde de plus, en raison de la capacité de passage limitée de l'installation, de la complexité de celle-ci et des frais éle-v~s qui sont encourus, par un coût de fabrication qui atteint plusieurs foi~ le prix de revient de l'élaboration normale de l'acier.
L'~tat du matériau qui a subi un traitement de trem-pe et de revenu constitue une di~ficulté supplémentaire pour la transformation industrielle, notamment pendant le découpa-ge ou tronçonnage ~ chaud, la réalisation de jonctions soudéeset le pliage ou cintrage à chaud.
L'utilisation des aciers ayant subi un traitement de trempe et de revenu est ainsi fortement limitée, en dépit de leurs propriétés mécaniques favorables, et ceci par suite de l'absence des pro~ils indispensables, du manque d'homogéneité
des propriétés mécaniques, des difficultés liées à leur trans-~ormation et de leur prix élevé. Dans le domaine des matériaux non soudables, on conna;t également des aciers qui ont d'excel-lentes propriétés mécaniques, tels que, par exemple, les nuan-ce~ En et AISI-V, mi~es au point aux Etats-Unis, ou la nuance GhGNW, en pro~enance de l'Union Soviétique, les nuances Rex,

-3-, ' ~ .

Melt-A et }~ST, en provenance de Grande-Bre-tagne, ou CSV~ et MOG en provenance de la République Fédérale d'A`Ilemagne. Leur composition chi~ique est caractérisée par les teneurs suivan-tes: 0,2 ~ 0,6% (en poids) de C, 0,2 à 1,6~ (en poids) de Si, 0,3 ~ 1,6% (en poids) de Mn, 0,3 à 5,~0 (en poids) de Mo et 0,1 à 1,0% (en poids) de V, mais quelques nuances con-tiennent aussi 1,5 ~ 3,0% (en poids) de W et 0,1 ~ 0,3% (en pOids) de Ti.
Il est caractéristique des propriétés mécaniques de ces aciers que leur limite apparente d'élasticité, pour un al-longement de 0,2%, soit comprise entre 1300 et 1600 N/mm2 lorsqu'ils ont subi un traitement de trempe et de revenu, et que leur résistance à la traction soit comprise entre 1700 et 2000 N/mm2, ce à quoi correspondent un allongement de ? à 10%
et une résilience comprise entre 0,7 et 2 daJ/cm2, sur une é-prouvette Izod non entaillée. Pour une sollicitation R = O, rapportée à un nombre de cycles de 104 jusqu'à rupture, leur limite de résistance ~ la fatigue est comprise entre ~00 et 800 N/mm2.
L'inconvénient de ces aciers est que leurs propriétés, précédemment mentionnées, ne se manifestent qu'après un traite-ment de trempe et de revenu, ce qui limite fortement leur uti-lisation en raison des difficultés de transformation (battitu-res, calamine, réticulation ou gauchissement, de~ré d'usinabi-lité~, et ce qui rend en outre ces aciers assez fragiles et sensibles à l'effet d'entaille, le coût de leur élaboration ex¢luant de plus pratiquement une application industrielle à
grande échelle, à cause de leur forte teneur en éléments alliés.
Les aciers de construction actuellement connus pré-sentent donc d'assez bonnes propriétés mécaniques, à la fois dans le domaine soudable et dans le domaine non soudable, et .~ ~c.

1~36903 ceci en raison des additions d'alliage et des traitements thermiques, c'est-~-dire de la trempe suivie de revenu. Mai~
cette méthode d'augmentation de la résistance limite l'assor-timent des profilés que l'on peut ainsi fabriquer, les élé-ments de construction ayant subi un traitement de trempe peu-vent en outre difficilement être usinés à l'aide des machines habituelles, et enfin, dans le cas des éléments de construc-tion ayant aubi une transformation avant la trempe, la haute temperature de trempe provoque une décarburation, une réticu-lation ou un gauchissement, et éventuellement des fissurations.L'élaboration de ces aciers nécessite des équipe~ents spéciaux, qui augmentent encore les dépenses et ne permettent pas une àpplication industrielle de grande envergure. La combinaison de ces inconvénients en arrive à réduire sensiblement la valeur utile de ces aciers, en dépit de leurs propriétés mécaniques apparemment favorables.
La pré~ente invention a pour objet de mettre au point des aciers de construction résistants à l'usure et à la corro-sion par l'air, et présentant une bonne soudabilité jusqu'à
certaines limites de teneur en carbone (0.30~0), aciers dont la limite de résistance à la fatigue et la limite apparente d'élasticité soient supérieures à celles des aciers classiques et qui puissent, grace à leurs différents mécanismes de renfor-cement sans trempe~ servir de matériau de base pour la réalisa-tion de constructions et ossatures, d'ouvrages terrestres ou hydrauliques, de véhicules, de machines et éléments de machi-nes, qui sont exposés à de grandes sollicitations cycliques et aux intempéries.
La présente invention permet d'atteindre l'objectif fixé par le fait que l'acier ainsi élaboré contient, outre le fer et les éléments résiduels habituels tels que P, As, Se, etc. au maximum 1,6% (en poids) de C, 0,3 à 3,0% (en poids) de Mn et/ou de Ni, au maximum 1,8% (en poids) de Si, o,6 à

4,0% (en poids) de Cu, au maximum 3,0% (en poids~ de Mo et/ou de Co, 0,02 à 0,4% (en poids~ de Nb et/ou de V, au maximum 0,oo6% (en poids) de B, au maximum 0,4% (en poids) de Zr et/ou de Be, 0,02 à 0,2% (en poids) de Al, 0,005 à 0,2% (en poids) de N, au minimum 0,0001% (en poids) de Ca, et au maximum 0,25% (en poids) de Ce et/ou de Pb, le soufre peut être présent dans certains cas jusqu'à 0,1%.
Des compositions plus particulièrement préférées selon l'invention comprennent:
C : 0,04 - 0.5% Nb : 0,01 _ 0,15%
Mn 1,50 - 2 % V 0,01 - 0,15%
Si 0,5 - 1 % Zr 0,01 - 0,15%
S 0,01 - 0,05% Al 0,02 - 0,2 %
Cu 1,20 - 2 % N 0,01 - 0,04%
Ni 1 - 1,50% B 0,0001 - 0,005%
Mo 0,05 - 0,5% Ca 0,0001 - 0,005%
Pb 0,01 - 0,25%
20 pour des aciers soudables.
La composition préférée pour des aciers non souda-. bles est la suivante:
C 0,24 - 0,5% Nb 0,01 _ 0,15%
Mn 1,50 - 2 % V 0.05 - 0,15%
Si 0,05 - 1 % Zr 0,01 - 0,15%
S 0,01 - 0,05% Be 0,01 - .5%
Cu 1,5 - 2 % B 0,0001 - 0,006%
Ni 1 - 1,50% Al 0,01 - 0,2 %
Mo 0,05 - 1 % Ca 0,0001 - 0,005%
3 0,01 - 0,25%

.

9~3 Quelques-uns des éléments alliés forment, lorsqu'ils sont dans le rapport selon la présente invention, des composés métalliques complexes qui, en partie, produisent déjà, dès le stade de la coulée, des germes actifs de dimension critique, et qui sont aussi, en partie, mis en solution dans les inter-stices en créant ainsi une précontrainte dans le réseau du fer et en augmentant ainsi le nombre de défauts du réseau. D'autres éléments alliés provoquent des précipitations métalliques ayant une grande résistance au cisaillement, lesquelles augmentent et ~tabilisent en même temps, de façon cohérente, la tension in-terne du réseau de matiare de base.
L'augmentation du nombre de germes de dimension criti-que entra~ne une forte augmentation de l'aptitude à la cristal-lisation que présente la coulée, une diminution du temps de so-lidification et de la grosseur de grain primaire, une augmen-tation brusque des surfaces des limites des grain~ et une limi-tation de la formation possible d'enrichissements intermétal-liques.
Les propriétés et le rapport avantageux des compo-sants créent, dans le système d'alliage selon la présente in-vention, des conditions thermodynamiques, cinétiques et de germination telles, pendant la mise en solution, la ~olidifica-tion, la recristallisation et la déformation à chaud, que la disposition des composants à la mise en solution intersti-tielle, la quantité de ces composants ainsi que le nombre et le degré de contrainte des réseaux ainsi mis sous précontrainte se trouvent nettement augmentés.
Grâce ~ 1'augmentation du nombre des réseaux présen-tant une précontrainte interstitielle et de leur degré de contrainte, le nombre des dislocations produites par voie métallurgiques et qui favorisent et déterminent la formation, ~1;~3 ainsi que la dispersion des précipitations métalliques se trouve fortement augmenté, ce qui augmente sensiblement l'efficacité de la fonction d'ancrage ou de fixation des pré-cipitations lors du mouvement de front de dislocations que dé-clenchent les précipitations.
Les composants selon la présente invention et leur rapport avantageux assurent ainsi automatiquement l'excellente qualité métallurgique de 1'acier pendant son élaboration et l'effet positif des différents mécanismes de renforcement ac-tuels, dont l'action combinée et cumulée augmente la résistan-ce mécanique utile et la limite de résistance ~ la fatigue de l'acier.
La composition chimique de l'acier selon la présente inv~ntion comprend aus~i des éléments alliés qui ne se mettent pa~ en 801u-tion dans le fer et ne se combinent pas avec celui-ci, mais qui 8 ' enrichissent à la surface de l'acier. I1 en résulte ~u'il se forme à la longue sur la surface, par l'effet de l'atmosphère, une couche de protection dense qui se dissout di~ficilement et qui protège l'acier contre l'action corrosi-ve de l'environnement et de fluides bien déterminés, en élimi-nant la possibilité de corrosion par piqûres et en améliorant la solicité de la couleur de l'acier.
L'acier selon la présente invention présente une bonne soudabilité pour une teneur en carbone donnée et avec un ap-port de chaleur approprié, et le~ propriétés de la zone ther-miquement af~ectée sont identiques à celles du matériau de ba~e.
L'élaboration de l'acier selon la présente invention ne nécessitant pas d'atmosphere réductrice, elle peut se de-~0 rouler ~ l'aide des installations classiques, et l'on peut,par des procédés de façonnage à chaud, conférer à l'acier ~` ~8-des dlmens~ons et prorils quelconques, par laminage ou estam-page, la production pouvant se faire en grande série sans ins-tallations particuliares.
~ 'acier selon la présente invention présente, sans trempe, d'excellentes propriétés mécaniques, et permet en même temps l'application des technologies de transformation et d'assemblage classiques.
Dans le domaine de l'acier non soudable, on peut ré-gler par revenu l'aptitude à la transformation ou ~ l'usinage, ainsi que la dureté après usinage, par un traitement thermi-que à basse température. $e prix de l'acier selon la présente invention n'est ainsi pas grevé, en tant que mat~riau de base, par le cout du traitement compliqué de trempe et de revenu ex~cuté dans un liquide spécial, ainsi que par celui des ins-tallations nécessaires à cet effet, et en outre les frais de ~abrication des produits réalisés avec l'acier selon la pré-sente invention n'exc~dent pas le coût des prodults classiques.
C'est pourquoi le bénéfice que l'on peut obtenir sur le plan économique, de par les avantages techniques offerts par l'acier selon la présente invention (réduction de la con-sommation d'énergie et du poids, etc), grâce aux limites éle-vées de la r~sistance à la fatigue et de l'élasticité, n'est pratiquement pas affecté du fait des frais d'élaboration et d'utilisation du nouveau matériau de base.
La presente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs de l'élaboration de l'acier et de ses propriétés mécaniques.

Trois charges de l'acier selon la présente invention sont présentées, à titre d'exemple, dans le domaine des aciers _9_ -~ 11369yQ3 soudables. Les charges ont été élaborées dans des fours ~
arc de 60 t et ensuite arfinés dans des équipements métallur-gique~ comportant des poches. La coulee a été effectuée dans une installation de coulée continue à quatre filières ayant un profil de Z40 x 240 mm, et l'on a ensuite produit par lami-nage, ~ partir des billettes, et dans des conditions normales, des ronds en acier d'un diamètre de 20 mm, que l'on a ensuite refroidis ~ l'air sur des refroidisseurs.
Les résultats des examens des charges selon la pré-10 sente invention figurent ci-après~
1.1. ComPosition chimique des cha~3es en pourcenta~;es (Poids).

Charge C Dlln Si P S Cu Ni Mo Nb 0,08 1,69 0,88 0,018 0,012 1,63 1,10 0,10 0,030 2 0,155 1,63 0,905 0,015 0,022 1,70 1,09 0,08 0,050 3 0,21 1,66 0,76 0,014 0,014 1,39 1,12 0,12 0,051 V Zr Al N B Ca Pb . .
0,04 0,04 0,15 0,0213 0,0024 0,0020 0,07 2 0,07 0,029 0,0590,0248 0,0025 0,001~ 0,09 3 0,0~ 0,027 0,0270,0244 0,0022 0,0011 o.o6 . . .

Dans les exemples qui suivent les abréviations qui suivent ont les significations suivantes:
Rp la limite élastique Rm la charge de rupture A5 Allongement Z Striction KCU Resilience 691q3 1.2. ProPrietés m~;caniques TABLEAU_ 2 Désignation ~aminé 1/ 'jO0C 2/
Unité de mesure 1. 2. 3- 1. 2. 3 _ p~ O,002 N/mm2 800 790 800 855 860 920 Rm N/mm 970 1010 900 10501066 1090 A5 % 18,5 19 18,5 18,2 18 17 Z % 49 5 50 49 46 41 KCU~
10 da J/cm2 ~ 20C 20 22 21,418,7 19,4 20 da J/cm2 - 40C 8 8,7 8 9 9,7 10,2 .. . ...

Dési~nation 1250C 3/
Unité de mesure 1. 2. 3.
~. . . ~_ RpO~002 N/mm2 810 800 890 Rm N/mm2 1040 1030 1085 A~ 16,416 15 2 % 43 42 39 KCU~
da J/cm2 t 20C 17,1 18 19,4 da J/cm2 - 40C 8 7 7,3 . ...
1/ état laminé sans traitement thermique 2/ maintenue ~ chaud, ~ 500C, pendant 90 minutes, puis ~-refroidie à 1'air 3,~ maintenue à chaud, à 1250C, pendant 45 minutes, puis refroidie ~ l'air ~. . . .

.i`` -11--i .i .
, .
.

1.3. Soudab li _ On a examiné les éprouvettes, soudées en atmosphère inerte, d'une plaque de 12 mm d'épaisseur fabriquée avec la charg~ 2. La plaque n'a été soumise à aucun traitement ther-mique, ni avant ni apras le soudage.
Epaisseur de la plaque - V = 12 mm Type de soudure = contre-soudure (à un angle de 60) Apport de chaleur = 3000 joule/cm Nombre de soudures = 3 ~ 1 Atmosphère inerte = C02 Fîl ~ ~ouder ~ le matériau lui-même, avec un diamètre de 1,6 mm 1.31. Essai de traction R 0,002 - 784,7 N/mm Rm = 902,6 N/mm A~ ~ 16~
Z - 52%
Rupture se produisant en dehors de la soudure.
1.32. Plasticité de la zone thermiauement affectée TABLEAU
20 E~taille de l'éprou~ette pour essai au Effet de c~oc choc, mesurée ~ partir de l'arete recti- à KCU - 402 C
:ligne de la soudure non chanfreinée mm da J/cm O . 7 1 8,4 4 8,7 9,7 ` 15 10,5 _ _ _ ~ ~ -12-1~36g~3 1.4. Resistance ~ la corrosion par l'air ~mesurée dans le volume d'air d'un local industriel) TAB~EAU 4 Période,d'ess_ Profondeur moyenne de l~E~énétration ~E~i de la corroslon ~mm) _ _ _ .. . .. _ . . _ Charge 2 Aciers servant de base de comparaison Acier Acier contenant au carbone o,6% de ouivre ~ _ _ ... . _ ... . . . .
0,5 o,oo~ ~,oO 0,o30 1 0,010 0,12 0,045 2,5 0,012 0,16 0,070 . _ ~. _ _ _ . .. _ . ... _ . .
1.5. Résistance_à la fati~ue L'essai de fatigue ou d'endurance a été effectué sur une machine pour essais de fatigue du type Schenk-Erlinger, fonctionnant d'apr~s le principe de résonance. Dans ce cas, ce sont à la fois la composante de la précontrainte statigue et la charge oscillante (+ ~a) qui sont appliqué~s par des res-sorts s'appuyant sur une tête de charge commune. La charge statique est établie et réglée par un axe fileté et le ressort o cillant est excité par un moteur électrique. L'oscillation ou vibration excitée par la rotation de la masse excentrique actionne le pulsateur au point de résonance, et ledit pulsateur produit une charge statique comprise entre 0 et 20 mégapond et une charge cyclique de + 10 Mp.
Un rond en acier, d'un diamètre de 20 mm, réalisé
par laminage ~ partir de la charge 2, a été soumi~ ~ l'essai de fatigue. Les résultats de l'essai de traction de contrôle, ef-fectué sur une éprouvette laminée n'ayant pas subi de traite-ment thermique, figurent sur le tableau 5.

~`&~

~1369Q3 TABLEAU ~
Dési~nationProprietés mécaniques Unité de mesureCharge 2 sans traitement Acier de traite-thermique . ment 42CD4 RpO~0o2 N/mm2 892,7 1079,1 Rm N/mm2 983,9 1147,7 A5 % 16,4 14,6 Z % 57 50,7 KCU + 20C da J/cm2 19,8 11,8 .. . .. .. . . .
A titre de comparaison, l'essai a aussi été effectué
sur la nuance d'acier 42CD4, selon la même méthode et sur une ~prouvette similaire. La composition chimique de l'acier ayant servi de base de comparaison figure sur le tableau 6, tandis que ses propriété mécaniques sont indiquées sur le tableau 5.
TABLEAU 6_ _ :
Nuance d'acier Composition chimique en pourcentages (poids) . ~
42CD4 C Si Mn Cr Mo Ni Ti 0,42 0,29 0,6~ 1,10 0,20 0,20 0,05 1.51. De~res de char~e de l'essai de fati~ue Dési~nation De~rés de char~e (N) I. II. III.
,_ _ ___42CD4 _ _ h_2 42CD4 Ch 2 42CD4 Ch 2 F max 68000 96000 68000 78000 68000 68000 F min 9000 9000 29000 9000 39000 9000 Fa 29000 44000 19000 34000 18000 29000 .... . . .

` -14-~36903 1.52. Contrainte corresPondant aux de~rés ou échelons de charge et ~ laquelle les e~rouvettes ont éte soumises.

. .
~ési~nation Contraintes correspondant aux char~es N/cm2 I. II. III.
42CD4 Ch 2 42CD4 Ch2 42CD4 Ch 2 . .
F max 27664 39534 27664 31588 27664 27664 F min 3953 3953 11870 3953 15794 13832 Fa11870 17805 7906 14782 5935 11870 .

1.53. Résultat de l'essai de fati~ue Dans le cas de l'acier 42CD4 E 1~ Ni durée de vie de 50% probable n I. 10,9985 59783 II. 12,1960 198000 III. lZ,8229 370594 oarré de dispersiondurée de vie emPiriQue 1~% 8~o Probabilité de rupture I. 0,04606 47258 75628 II. 0,17445 126692309442 III. o,o6455 281653487621 - . _ .

~ 5--. . - .

1~3~91~3 Dan~ le cas de l'aci~r d~ la char~e 2 De~ré de char~e E 1~ Ni durée de vie de ~0% probable n I . 11,4256 91638 II . 12,331~ 22671~
III . 13,4427 688732 c~_ré de dispersion durée de vie emplrigue - 15~o 8~o Probabilité_de ruPture I. 0,2795 5248~ 160000 II. 0,22673131822 389917 III . 0,73595278821 1701277 ... .. . _ . _ _ _ . ... _ 1.~4. Interprétation des résultats de l'essai de fati~ue En comparant les résultats d'essais obtenus avec une sollicitation identique de l'ac~er 42CD4 et de l'acier de la charge 2 élaboré selon la présente invention, on constate, pour la probabilité de rupture de 50~0, qu'~ cette valeur correspon-dent 60 000 sollicitations dans le cas de l'acier servant de base de comparaison, contre 700 000 sollicitations dans le cas de l'acier selon la présente invention. La comparaison des ré-sultats obtenus par des méthode~ d'essai identiques fait ressor-tir qu'avec une charge identique la durée de vie de l'acier se-lon la présente in~ention est à peu pr~s égale ~ dix fois celle de l'acier classique servant de base de comparaison.
En comparant les valeurs de résistance ou les charges de la durée correspondant à la probabilite de rupture de ~0%, c'est-~-dire le~s droites qui représentent, dans une même fi-gure, la résistance à la fatigue des deux matériaux, on cons-tate que l'acier selon la présente invention supporte des char-ges qui sont presque le double de celles que supporte l'acier 42CD4.

~L~36~3 . _ . .
Nombre de_sollicitations Char~e Fa correspondan-t a une ~robabilite de ruPtUre de 5~O
Ni (N) 42CD4 Charge 2 9.10 26000 ~ OOO
2,1o6 19000 3~000 3 1o6 16000 3~000 ~,lo6 14000 32000 6.106 11000 29000 ~ 106 9000 26000 .

Deux charges constituées par de l'acier selon la pré-sente invention son-t présentées, a titre d'exemples, dans le ds-maine des aciers non soudables. I,es charges ont éte produites dans ~n ~our à arc de 65 t, puis affinées dans des é~uipements métallurgiques comportant des poches, et coulées dans une ins-tallation à coulée con-tinue ayant un profil de 2~0 x 240 mm.
Des ronds en acier ont ensuite été produits, par la~linage, dans des conditions normales, à par-tir des billettes, et refroidis sur des refroidisseurs. Le diamêtre de ces ronds ~n acier était de 20 mm. Les résultats des essais sont représen-tés ci-apr~s.
2.1. Compos.~tion chimique des charges Char~e Composition chimique en pourcentages ~poids) C Mn Si P S Cu ~i Mo 4 0,36 1,62 0,84 0,~12 09010 1,59 1,20 0,07 0,4~ 1,80 0,74 0,011 0,015 1,69 1,22 0,09 1~36`9~03 Nb ~ Zr Be B Al Ca Pb . .
4 0,07 0,070,03 0,0219 0,0050 0,030,0017 0,04 ,o36 0,070,03 0,0201 0,0035 0,04 0,002 o,o6 .
2.2 Propriétés mécaniques Dési~nation1~50 C~ 8~0 C3/
Unité de mesure 4 5 4 5 4 5 . _ .
RpO~002 N/mm21412 1569 931 1140 1716 1600 Rm N/mm2 1765 2060 1030 1210 1863 2100 A~ ~ 10 8 17 16 10 10 Z ~ 20 20 45 48 15 18 KCU -40 C 2,~ 2,2 3 4 2,9 2,7 (da J/cm ) ~ .
2.3. Résistance à la fati~ue L'essai de fatigue avait pour objet l'examiner les propriétes de l'acier selon la présente invention lorsqu'il est soumis à un effort d'oscillation ou de vibration variant avec le temps. La méthode d'essai utilisée était, outre les essais de fatigue par efforts de torsion cycliques avec les éprouvettes de fatigue par torsion qui sont usuels, la méthode Locati, des-tinée ~ déterminer la résistance aux efforts combinés de flexion et de torsion, et l'on a finalement calculé la résistance aux oscillations ou vibrations en traitant les résultats sur ordi-nateur. Pour l'essai de fatigue de la charge 4, on a utilisé
des éprouvettes fabriquées avec des ronds en acier larninés et soumis à un traitement de détensionnement, d'un diamètre de 40 mm. Les résultats de l'essai mécanique statique des ronds en acier produits par laminage à partir de la charge 4 figurent sur le tableau 13.

-` 11369~3 ... . _ . . . .. . . . . . .
nValeurs correspondant à la char~e 4 Unité de mesure .
R 0,002 N/mm2 1150 Rm N/mm2 1200

5 % 14 Z % 43 . _ . . .
2.31. Essai de_fati~ue par efforts de torsion cycliques Cet essai avait pour objet de déterminer le diagramme de W~hler pour l'effort combiné de flexion et d'oscillation symétrigue.
2.32. De~rés ou éch010ns de char~ de 1'essai de fati~ue par efforts de torsion c.ycliques . .. .......... _ . . . .. . . . . . ............ .
De~ré de char~e Effort de flexion (N/mm2) I. 588 II.
III. 515 IV. 490 .. . . .. . . . .

A,~ ~19-` 1136~3 2.33. Paramètres de l'essai de fati~ue par efforts de torslon ~g~

.. . ..
Rl = charge initiale Nl = cycle de sollicitation (nombre de sollicitations) Rl = valeur du degré ou de l'échelon de charge a N - nombre de cycles ~1 __ 1 ~ Rl ~ N
. .. ..
294 7,5.10~ 24,5 10~
441 3,0,106 24,5 105 490 4,6.106 24,5 105 441 105 24,5 105 441 6,1.106 . 24.5 105 ..
2.~4. Résultat de l'essai TAB~EAU 16 .. . . _ .
De~r~ ou ~chelQn Effort de flexion Durée de vie ~ ~de char~e - 2 -~~--~
N/mm . I. 588 1,1.105 - 1,26.105 II. 539 1,65.105 - 2,48.105 III. 515 2,00,10$ - 7,00.105 IV. 490 2,7.105 - 3,64.106 .

~36~,q3 2.35. Donnees relati~es à la repartition des résultats de l'essa de fati~ue par efforts de torslon cy~iques, apres traitement de ces resultats Par l'ordinateur De~ré ou Durée de vie Carré de Durée de vie ~de de ~Z dispersion de 16%
char~e probable I. 1,15.105 1,066 1,23.105 1,02.105 II. 1,93.105 1,175 2,27.105 1,64.105 III. 3,26.105 1,508 4,92.105 2,17.105 IV, 1,06.106 3,658 3,89.106 2,86.105 . . ~ . _ _ 2.36. Essai de fati~ue par effort de torsion Cet essai avait pour objet de déterminer le diagram-me de W~hler pour l'effort combiné de torsion et d'oscillation symétrique.
2.37 De~rés ou échelons de char~e de l'essai de fati~ue par efforts de torsion . = . .. .. .. . . _ Degré ouCouple de rotation (~ioule) Contrainte (N/mm2) 20 echelon de char~ede l'essai de fatigue par efforts de torsion I. 27,47 l~08 II. 24,52 365 III. 22,56 335 ~V. 20,60 306 2.38. Paramètres de 1'essai de fati~ue Par ef_orts de torsion Couple initial M csa-l = 19,62 joule Contrainte initiale T a-l = 291 N/mm2 Valeur du degré ou de l'échelon de contrainte ou de charge/Ta =
14,7 N/mm Nombre de sollicitations Nl = 10 Nombre de cycles ~N = 105 _ ~ ~ .
~; ~21--. . .: :
- ~ ~

1~36903 2.39. Résultat de 1'essai de fatir~ue par effor-ts de torsion .. _ . .. _ . .
De~z:ré ou Cou~le de Contrainte Durée de vie échelon rotation de char~e 2 __ _ _ (Joule) (N/mm ) I. 27~47 408 0,4.105 - 2~16.105 II. 24,52 36~ 0~3.105 - 7,90.105 III. 22,56 335 1,55.105 - 9,54.105 IV. 20,60 306 2,86.105 - 1,48.106 _ . _. _ :
2.4. Valeurs de resistance dvnamique ou aux oscillations ou vibrat ons determinees sur la base de 1'essal de fati~2ue ~ar efforts de torsion c.vcliaues . ~ .. .. . _ .. _ _ _ Prob,abilite de rupture Resistance aux oscillations ou vibrations Rvh ... .. N/mm2 16% 373 5C% 409 8~o 4L~l , . . . . .
2~ ~;. Valeurs de résistance aux oscillations ou vibrations dé-terminées sur la base de ï 'ëssai de fati,~ue par efforts cle tors~on M . . . ___~ . . . _ _ . _ .__ _ . _ _ _ I . _ _ __ . _. ____ _ _____ .
Probabilité de ruptureRésistance aux oscillations ou vibrations Tv N/mm 16% 2~4 50~o 254 3 84~o 255 .

.~
~ ~22-- . . . . . . . . .

~13~i~03 2.6. Interprétation des résultats Les valeurs de resistance aux oscillations ou vibra-tions qui ont été obtenues, soit Rvh - 373 à 441 N/mm2 et Tv =
254 à 25~ N/mm2, avec un ron en acier produit à partir de l'acier selon la présente invention, n'ayant pas subi de trai-tement de trempe su.ivi de revenu et d'un diamètre de 40 mm, concordent avec les valeurs de résistance aux oscillations ou vibrations des aciers de ressorts connus ayant subi une trempe ou un traitement de trempe suivi de revenu. Il y a lieu de noter qu'au cours des essais de fatigue par efforts de torsion cycliques, on a pu obtenir une amélioration sensible des va-leurs de résistance aux oscillations ou vibrations par une charge préalable appropriée, de l'ordre de plusieurs millions, qui a été produite par une contrainte d'environ 440 N/mm2. Les valeurs de résistance aux oscillations ou vibrations de l'acier ~elon la présente invention s'améliorent donc sensiblement lorsqu'i.l a été mis en place dans une construction, par suite du travail des ossatures, ce qui constitue une propriété très utile de l'acier selon la présente invention.

'.~

~ -23-

Claims (3)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Acier de construction présentant une haute résistan-ce à la fatigue et, jusqu'à une teneur en carbone bien définie, une bonne soudabilité, et qui est résistant à la corrosion par l'air, caractérisé par le fait qu'il contient, outre le fer, 0,04 à 1,6% (en poids) de C, 0,3 à 3,0% (en poids) de Mn ou de Ni ou d'un mélange de Mn et Ni, au maximum 1,8% (en poids) de Si, 0,6 à 4,0% (en poids) de Cu, au maximum 3,0% (en poids) de Mo ou de Co ou d'un mélange de Mo et de Co, 0,02 à 0,4% (en poids) de Nb ou de V ou d'un mélange de Nb et de V, 0,0001 à
0,006% (en poids) de B, 0,01 à 0,4% (en poids) de Zr ou de Be ou d'un mélange de Zr et de Be, 0,01 à 0,2% (en poids) de Al, 0,005 à 0,2% (en poids) de N, 0,0001 à 0,005% (en poids) de Ca, et au maximum 0,25% (en poids) de Ce ou de Pb ou d'un mélange de Ce et de Pb et jusqu'à 0,1% de soufre.

2. Acier de construction selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il à la composition suivante en plus du fer et de certains éléments résiduels:

.

3. Acier de construction selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il a la composition suivante en fer et de certains éléments résiduels: