CA2060410A1 - Procede de fabrication de blocs ou pieces massives en acier et pieces obtenues - Google Patents
Procede de fabrication de blocs ou pieces massives en acier et pieces obtenuesInfo
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Abstract
Société dite : CREUSOT-LOIRE INDUSTRIE Procédé de fabrication de blocs ou pièces massives en acier et pièces obtenues DU CONTENU TECHNIQUE DE L'INVENTION On définit un traitement de trempe pour atteindre les caractéristiques voulues dans une partie au moins du bloc ou pièce massive. On détermine les vitesses de refroidissement VRC et VRP du bloc à coeur et en peau pendant la trempe. On réalise le bloc en un acier dont la composition chimique a été ajustée de manière à obtenir une structure martensitique à coeur, sous l'effet de déformations induites par la trempe, bien que la vitesse de refroidissement à coeur VRC du bloc ou pièce soit inférieure à la vitesse critique de transformation martensitique. Un revenu approprié est effectue après la trempe. Les blocs ou pièces présentent en tout point des caractéristiques mécaniques de traction élevées et une bonne ténacité et sont soudables. Le procédé permet de définir une famille d'aciers satisfaisant aux conditions imposées par la trempe et présentant un carbone équivalent minimal. Figure 5.
Description
z~
La présente invention concerne un procédé de fabrication de blocs ou pièces massives en acier présen-tant en tout point des caractéristiques mécaniques de traction elevées, une bonne ténacité et une bonne soudabi-lité.
L'invention concerne également la définition d'une famille d'aciers permettant la mise en oeuvre du procédé et les blocs ou pièces obtenues par le procédé.
L'homme de métier sait que, au ~oins pour les aciers hypoeutecto~des faiblement ou moyennement alliés, les meilleures caractéristiques mécaniques sont obtenues par un traitement thermique de trempe suivie d'un revenu qui confère au bloc ou à la pièce une structure martensi-tique. C'est ainsi que sont obtenus tous les blocs ou pièces à hauta caractéristique mécanique et bonne ténaci-té.
Cependant, ce procédé présente des limites. En effet, pour un acier d~terminé, l'homme de metier consi-dère que la vitesse de refroidissement en tout point du bloc ou de la pièce au cours de la trempe doit être supérieure à une vitesse Vl dite vitesse critique martensi-tique. Or, plus un bloc ou une pièce est massif, plus la vitesse de refroidissement à coeur est faible, et ceci du simple fait des lois du transfert de chaleur.
Lorsqu'il doit réaliser des blocs ou pièces très massifs, l'homme de métier est ainsi amené à augmenter la trempabilité de l'acier, c'est-à-dire à diminuer la vitesse critique martensitique et pour cela à augmenter de fa~on significative les teneurs en carbone et en ~léments d'alliage. Mais, ce faisant, il détériore d'autant plus la soudabilité qu'il augmente les teneurs en éléments d'addi-tion.
L'homme de métier peut certes améliorer la soudabilité en gardant de bonnes caractéristiques de traction en agissant sur les conditions de r alisation du traitement de revenu. Mais alors il se trouve dans l'im-possibilite d'obtenir de bonnes propriétes de ténacité en particulier à hasse température.
Toutes ces contradictions induisent des limita-tions bien connues et nombreuses. A titre d'exemple, l'undes meilleurs aciers connus, destiné à faire des pièces épaisses et ayant une limite d'élasticité Reo 2 supérieure ou égale à 900 MPa n'a des propriétés garanties en limite d'élasticité que pour des épaisseurs inférieures ou égales à 4" soit 101,6 mm, sa résilience n'est garantie que pour des températures supérieures ou égales à - 18C et il est difficilement soudable.
Un autre exemple est celui des aciers cryogéni-ques, par exemple l'acier à 9 % de nickel. Un tel acier permet d'obtenir de bonnes résiliences jusqu'a - 196~, mais sa limite d'élasticité est limitée à environ 600 MPa et sur des épaisseurs inférieures ou é~ales à 50 mm ; par contre il est bien soudable.
Le but de la présente invention est donc de proposer un procédé de fabrication de pièces massives en acier et de d~termination d'une famille d'aciers qui, en sortant des limites de la technique actuelle, permette de réaliser des blocs ou des pièces ayant un compromis limite d'élasticité, ténacité à basse température, soudabilité
nettement amélioré par rapport à ce que l'on sait faire aujourd'hui et cela pour des blocs ou des pièces très massifs.
L'objet de la présente invention est un procédé
de fabrication d'un bloc ou d'une pièce massive en acier ayant en tout point des caractéristiques mécaniques de traction élevées et une bonne ténacité et qui soit souda-ble.
Selon l'invention :
- :
:, - , .
- on definit un traitement de trempe pour atteind~e les caractéristiques mécaniques voulues dans une partie au moins du bloc ou de la pièce massive, - on détermine les vitesses de refroidissement V~p et VRC du bloc ou de la pièce massive dans sa partie externe ou peau et dans sa partie centrale ou coeur, pendant la trempe, en fonction de la géométrie du bloc ou de la pièce.
- on réalise le bloc ou la pièce massive en un acier dont la composition chimique pondérale a été ajustée de manière 10 que :
. l'écart entre le point Bs et le point Ms soit inférieur à 100C, Bs étant la température de début de transformation bainitique de l'acier et Ms~ la température de début de transformation martensitique, . la vitesse critique V3 de début de transforma-tion en ferrite et perlite de l'acier soit infé-rieure à la vitesse de refroidissement à coeur VRC du bloc ou de la pièce massive, . la vitesse critique V1 de transformation mar-tensitique soit inférieure à la vitesse de re-froidissement en peau VRP du ~loc ou de la pièce massive, . le carbone équivalent de l'acier soit le plus faible possible, - on effectue la trempe prédéterminée sur le bloc ou la piece massive, de manière à obtenir une structure marten-sitique à coeur, sous l'effet de déformations induites dans la pi~ce, par la trempe, - et on complète cette trempe par un revenu approprié.
L'invention est également relative à une pièce massive ou bloc en acier ayant une structure entièrement martensitique après trempe et revenu, bien que la trempe soit réalisée dans des conditions de mise en oeuvre telles que la vitesse de refroidissement à coeur de la pièce soit A r~
inférieure à la vitesse critique de transformation marten-sitique de l'acier.
De pr~férence, la trempe est une trempe à l'eau.
L'acier permettant de mettre en oeuvre l'invention a une composition chimique déterminée en résolvant le problème de programmation mathématique dans lequel on cherche à
minimiser le carbone équivalent :
Ceq = C + Mn + Gr + Mo + V + Cu + Ni tout en satisfaisant au moins aux trois contraintes suivantes :
Bg - Ms = 245 ~ 204 C + 155 Si - 57 MN - 20 Ni - 53 Cr - 62 Mo S ~9 (1) avec ~ < lOO~C
15 log Vl = 9,81 - 4,62 Ceq - 0,265 Mn - 0,23 Ni + 0,425 Cr + 0,265 Mo + 0,925 V 5 log VRP (m) t2) log V3 = 6,36 - 0,43 Ceq - 0,42 Mn - 0,78 Ni - 0,19 Cr - 0,3 Mo - 2 ~Mo < log VRC (m~. (3) m représentant la massivité du bloc ou de la pièce.
A ces contraintes, on peut ajouter soit séparé-ment soit simultanément deux contraintes supplémentai-res :
- l'une relative à la dureté :
H~m = 232 + 293 C + 11 Si - 9,5 Mn - 4,8 Ni + 3,8 Cr + 80 Mo + 532 V 2 Hvo - l'autre relative à la température de transition ductile fragile :
Tc = 162 + 530 c2 - 540 Si - 161 Mn - 48 Ni - 138 ~Mo + 10 Hv~ (0,141 Mo + 0,053 Ni + 0,243 Mn + 0,710 Si - 0,408 C - 0,278) 5 To (5~
Hvo et To sont des valeurs qu~ l'homme de métier choisit pour définir les caractéristiques mécaniques qu'il recherche sur la pièce~
Ce problème de programmation mathématique est complété par des contraintes définissant le domaine de validité des formules, à savoir :
C c 0,2 %
Si s 0,5 %
Mn s 1 %
4 ~ < Ni S ~ ~
Cr ~ 1 %
Mo ~ 1 %
V < 0,15 %
Cu ~ 0,3 %-Ces limitations des teneurs en éléments d'al-liage de l'acier constituent des conditions préférentiel-les mais il est possible d'envisager l'utilisation d'in-tervalles de compositions plus larges.
Un tel acier mis en oeuvre par le procédé objet de l'invention permet d'obtenir une structur~ martensiti-que à coeur sur des blocs ou pièces dont la massivité m est telle que la vitesse de refroidissement à coeur VRC (m) lors de la trempe est inférieure à la vitesse critique martensitique V1.
Pour améliorer la ténacité d'un tel acier, on peut, de préférence, ajouter au moins 0,3 % de Mo, au moins Q,07 % de V, au moins 0,015 % d'Al, et limiter la teneur en azote à au plus 0,015 %.
De préférence cet acier contient moins de 0,01 % de P et moins de 0,01 % de S.
L'invention, enfin, est relative à tout bloc ou toute pièce fabriquée en appliquant le procédé selon l'invention, en utilisant un acier défini dans le cadre de la mise en oeuvre de ce procédé.
La figure 1 est un schéma représentant la répartition des vitesses de refroidissement ~ l'int~rieur de deux plaques refroidies par une trempe.
La figure 2 est un exemple de diagramme TRC
(Transformation en Refroidissement Continu) d'un acier.
La figure 3 represente la variation de dureté
d'un acier en fonction de la vitesse de refroidissement au cours d'une trempe.
La figure 4 représente la variation de dureté à
l'intérieur de plaques trempees.
La figure 5 est un schéma explicatif du principe de l'invention.
La description qui va suivre, sans être limita-tive, va faire mieux comprendre l'invention.
Tout d'abord, il faut définir ce que l'on entend par massivité et les conséquences de cette massivité sur le comportement d'un bloc de métal au couxs d'un traite-ment de trempe.
La massivi~é d'un bloc est une dimension quicaractérise les transferts de chaleur à l'intérieur de ce bloc. Pour une plaque par e~emple, cette dimension est l'epaisseur ; pour un cylindre, c'est ]e diamètre ; pour un bloc de forme quelconque c'est une dimension que l'homme de métier sait déterminr au vu du dessin du bloc.
Lorsqu'un bloc préalablement chauffé à haute température est trempé, par exemple à l'eau, d'une part la vitesse de refroidissement moyenne du bloc est d'autant plus faible que le bloc est massif, et d'autre part l'écart de vitesse de refroidissement entre le coeur et la surface est d'autant plus grand que la massivité est grande. C'est ce qu'indique la figure 1. En conséquence, pour des conditions de trempe déterminées, plus le bloc sera massif, plus la vitesse de refroidissement à coeur sera faible.
Pour étudier l'effet d'une trempe sur un bloc d'acier de massivité déterminée, l'homme de métier utilise un diagramme de Transformation en Refroidissement Continu ou diagramme TRC tel que représenté à la figure ~.
x~
Un point du bloc d'acier a1 dont la vitesse de refroidissement VR est supérieure à V1 (domaine 1) aura en fin de trempe une structure martensitique ; si cette vitesse est comprise entre V1 et V3, la structure sera principalement bainitique ; si la vitesse est inférieure à V3 la structure sera de la ferrite-perlite.
A ce diagramme TRC, on peut faire correspondre un diagramme représent~ à la figure 3 et représentant une caractéristique mécanique telle que la dureté en fonction de la structure : c'est pour la martensite que cette caractéristique est la plus élevée, elle décroît lorsque l'on entre dans le domaine bainitique et arrive à un plateau inférieur pour le domaine ferrite-perlite.
Sur les figures 2 et 3, on a représenté les diayrammes correspondant à deux aciers : a, ayant une vitesse critique de trempe V~ et a2, plus trempant que a1, ayant une vitesse critique de trempe V1* < V1.
En examinant simultanément les figures 1, 2 et 3, on peut voir qu'avec l'acier a1, la plaque d'épaisseur 2e1 sera entièrement martensitique, alors que la plaque d'épaisseur 2e2 ne le sera, sur chaque face, que sur une profondeur P2 < e2. Avec l'acier a2 par contre, les deux plaques seront entièrement martensitiques.
Ceci permet de tracer les courbes de répartition de caractéristiques mécaniques à l'intérieur des deux plaques représentées à la figure 4.
Ainsi, lorsqu'il cherche des caractéristiques mécaniques élevées sur des pièces massives, l'homme de métier est conduit à utiliser des aciers d'autant plus trempants que la pièce est massive. Mais ce faisant, il se heurte aux difficultés décrites dans l'introduction.
Or, le déposant a constaté, de facon surprenan-te, qu'un acier dont la composition chimique est la suivante :
C = 0,095 %
~`s`~
Si = 0,2 %
Mn = 0,25 %
Ni = 8 %
Cr = 0,2 ~
Mo = 0,3 %
permet d'obtenir une structure entièrement martensitique même à coeur sur des blocs ou des plaques de 400 mm d'épaisseur trempés à l'eau alors que sa vitesse critique de trempe Vl est d'environ 32000C/h, ce qui correspond à
une profondeur de trempe (ou massivité) de 60 mm. Selon les principes connus de l'homme de métier pour obtenir une structure martensitique à coeur d'un bloc de 400 mm d'é-paisseur trempé à l'eau, il aurait fallu que la vitesse critique de trempe ait été inf~rieure à 700C/h.
Le document STAH~ UND EISEN, vol 96 n 23 du 18 novembre 1976, pages 1168 à 1176, indique que des contraintes hydrostatigues importantes modifient le dia-gramme TRC en retardant les transformations non marten-sitiques, mais l'effet qui est décrit ne suffit pas à
expliquer le phénomène observé.
En effet, le décalage de vitesse critique de trempe provoqué par les contraintes hydrostatiques n'est pas suffisant. De plus, dans une plaque de forte épais-seur, le système de contraintes engendré par le refroidis-sement et la transformation martensitique n'est pashydrostatique mais comporte une forte composante de cisaillement particulièrement dans la zone en cours de transformation.
On sait que des contraintes de cisaillement favorisent la transformation martensitique et élèvent le point M~, température de début de transformation martensi-tique. Cette élévation peut atteindre 80C ou 100C. On sait également qu'un début de transformation martensitique inhibe la transformation bainitique.
.
~r ~
Le diagramme TRC de l'acier pris en exemple présente une particularité : le point M~ est d'environ 380 et le domaine bainitique du diagramme TRC comporte un plateau pour le point Bs de début de transformation bainitique situé à environ 450C. Il n'y a que 70C entre le point Ms et le point Bs~
Le déposant a fait l'hypoth~se que les contrain-tes de cisaillement engendrées dans la plaque par le refroidissement et par la transformation martensitique 10élevaient de 80 à 100C le point Ms si bien que tout le long du plateau bainitique la transformation martensitique débute avant la transformation bainitique et inhibe cette transformation. Ainsi il est possible d'obtenir une structure martensitique même pour des vitesses de refroi-dissement beaucoup plus faibles que la vitesse critique de trempe Vl et pratiquement jusqu'à des vitesse de refroidis-sement voisines de la vitesse critique V3 de transformation en ferrite-perlite.
Ce phénomène a l'avantage de permettre d'obtenir de hautes caracteristiques mécaniques sur des bl~cs massifs avec des aciers ayant une très bonne soudabilité.
Pour apprécier la soudabilité d'un acier, l'homme de métier utilise généralement le critère de carbone équivalent :
25Mn Cr ~ Mo + V Cu + Ni Ceq = C ~ --+ ~ +
~ 5 15 Plus le carbone équivalent est faible, meilleur est la soudabilité, mais plus le carbone équivalent est faible plus la trempabilité est faible, c'est-à-dire plus la vitesse critique de trempe V1 est grande.
L'acier pris en exemple a un carbone équivalent Ceq = 0,77 et une vitesse critique de trempe Vl de 32000C/h. Il a permls d'obtenir sur une plaque de 400 mm d'~paisseur une structure entièrement martensitique jusqu'à coeur ayant, après un revenu réalisé entre 450C
- -.: : ' X~ 3 et AC1~ une limite d'élasticité d'environ 900 MPa et une résilience à 60C de 45 Joules.
Si l'acier avait été utilisé selon les principes connus de l'homme de métier, il aurait fallu qu'il ait une vitesse critique de trempe inférieure à 700C/h soit un carbone équivalent supérieur ou égal à 0,94, c'est-à-dire 22 ~ plus élevé que celui de l'acier réellement utilisé et donc correspondant à une soudabilité considérablement détériorée par rapport à celle réellement constatée.
L'invention consiste à utiliser le phénomène qui vient d'etre décrit. On notera que, dans tout ce qui suit, les diagrammes TRC, les vitesses critiques de trempe, les températures de début de transformation sont les diagram-mes et les grandeurs mesurées dans les conditions habi-tuelles~ c'est-à-dire en l'absence de contraintes.
L'invention est donc un procédé qui consiste :
- à tremper, par exemple à l'eau, un bloc ou une pièce massifs constitués d'un acier dont :
. l'écart entre le point Bs et le point Ms est inférieur à une certaine valeur, inférieure à
100 ~ C , - . la vitesse critique martensitique Vl est infé-rieure à une vitesse de refroidissement criti-que du bloc ou de la pièce, par exemple la vitesse de refroidissement en peau VRP imposée par la trempe.
. la vitesse critique de début de transformation ferrite-perlite V3 est inférieure à la vitesse de refroidissement à coeur VRC du bloc ou de la pièce.
- la composition chimique étant ajustéP pour minimiser le carbone équivalent compte tenu des contrain-tes précédentes, - à effectuer, après trempe, un traitement thermique de revenu, à une température comprise entre . -., : ..
~`s~
45noc et AC1 de façon ~ ajuster les caractéristiquesmecaniques de traction et de tenacite.
Les conditions de la trempe sont determinees en fonction du type d'acier utilisé, des caractéristiques mécaniques visées, des possibilités techniques de trempe et de la géométrie de la pièce.
L'ajustement des caractéristiques mécaniques de traction et de resilience se fait à l'aide d'un traitement thermique de revenu dont les conditions sont determinees au cas par cas en appliquant les règles de l'art.
Si on appelle ~ la massivite d'un bloc ou d'une pièce, V~c la vitesse de refroidissement a coeur et V~p la vitesse de refroidissement en peau de ce bloc ou de cette pièce, pour des conditions de trempe donnees, l'homme de metier sait déterminer V~c (m) et VRP (m), et par la suite, on considèrera cette grandeur comme connue.
Pour mettre en oeuvre le procédé objet de l'invention, il faut utiliser une famille d'aciers définie dans le cadre de l'invention. Cette famille va maintenant etre décrite.
Tout d'abord, on exprimera la soudabilité par le critère de carbone équivalent :
Mn Cr + Mo + V Cu + Ni Ceq = C + --+ ~
A l'aide de la composition pondérale de l'acier, on peut calculer :
- la vitesse critique de trempe ~artensitique V
log V1 = 9,81 - 4,62 C~q - 0,265 Mn - 0,23 Ni + 0,425 Cr + 0,265 Mo ~ 0,925 V
la vitesse critique de transformation en ferrite-perlite V3 log V3 = 6,36 - 0,43 Ceq - 0,42 Mn - 0,78 N~
- 0,19 Cr - ~,3 Mo - 2 ~Mo Ces vitesses critiques sont exprimées en C~heu-re.
., . ' .
' x~
- la valeur du point Ms~ début de transformation martensitique en l'absence de contraintes :
Ms = 565 - 474 C - 155 Si - 33 Mn - 17 Ni - 17 Cr - 21 Mo - la valeur du point B9 correspondant au plateau de température de début de transformation bainitique :
B8 = ~10 - 270 C - 90 Mn - 37 Ni - 70 Cr - 83 Mo Des deux formules précédentes on déduit que :
B8 ~ Ms = 245 + 204 C + 155 Si - 57 Mn - 20 Ni - 53 Cr - 62 Mo.
Les caractéristiques de l'acier peuvent être également ~valuées à l'aide de formules permettant de calculer :
~ la dureté de la martensite à l'état trempé
revenu (pour un revenu standard à 600C pendant 1 h) :
Hv~ = 232 + 293 C + 11 Si - 9,5 Mn - 4,8 Ni + 3,8 Cr + 80 Mo + 532 V
- la température de transition ductile/fragile lors d'un essai de résilience (après un revenu identique à celui défini ci-dessus~ :
Tc = 162 + 530 CZ - 540 Si - 161 Mn - 48 Ni -- 138 ~Mo + 10 x HVm (0,141 Mo + 0,053 Ni + 0,243 Mn + 0,710 Si - 0,408 C - 0,278) Ces formules sont toutes valables dans le domaine de composition chimique suivant :
C S 0,2 %
Si s 0,5 %
Mn s 1 4 % 5 Ni S 8 Cr s 1 ~
Mo s 1 %
V s 0/15 %
Cu ~ 0,3 %.
L'acier appartenant à la famille concernée par l'invention devra donc satisfaire, pour un bloc ou une pièce de massivité m au système d'équation suivant :
~s - Ms s ~
log V1 < log VRP ( m) (2) log V3 < log VRC ( m) et Ceq minimal.
Il s'agit d'un problème classique de programma-tion mathématique.
De préférence on prendra A~ = 100C.
Ce système d'équation peut être complété pour tenir compte :
- soit de la dureté visée Hv et on ajoutera une contrainte supplémentaire :
HVm 2 Hv visée-- soit de la température de transition souhaitée pour la résilience To et on ajoutera une contrainte :
TC S TO~
- soit des deux contraintes précédentes.
De pr~ference, le problème de programmation mathématique que l'on résoud comprendra cinq contrain-tes :
B3 - M9 S A~ (1) log V1 < log VRP ( m) (2) lo~ V3 < log VRC ( m) Hv~ 2 Hv visée (4) Tc s To (5) et l'on minimisera le carbone équivalent, Ceq minimal.
Cette résolution se faisant dans le domaine de validité des formules tel qu'il est défini plus haut.
De plus, la ténacité peut être affectée par une coségrégation aux joints des grains de phosphore accompa-gne de manganèse, chrome, nickel. Mais le phosphore peut etre piégé à l'intéri~ur des grains par du molybdène pour -:.
. . , . ~
autant que celui-ci ne réagisse pas avec le carbone, ces réaction ayant lieu au cours du revenu.
Afin d'améliorer la ténacité de l'acier, on a;oute simultanément :
- au moins 0,3 % de Mo pour piéger le phosphore, - au moins 0,070 % de V pour piéger le carbone par formation de précipités de carbures de vanadium.
- au moins 0,015 ~ d'Al - au plus 0,015 % d'azote, de facon, d'une part à former des nitrures d'aluminium pour contrôler le grain au cours de l'austenitisation, d'autre part à piéger suffisamment d'azote à l'aide de l'aluminium pour favoriser la réaction du vanadium avec le carbone de préférence à une réaction avec l'azote et de ce fait laisser du molybdène libre pour piéger le phosphore.
Il est également souhaitable de limiter les teneurs en P et S.
On aura de preférence :
P < 0,01 %
S < 0,01 %
afin d'améliorer la résilience.
On obtient ainsi, par exemple, un acier dont la composition pondérale est :
C = O, 101 %
Si = 0,198 ~
Mn = 0,273 %
Ni = 5,943 %
Cr = 0,205 Mo = 0,471 V = 0,083 Cu = 0,107 P < O, 010 ~
S < O, 010 ~ . -Un tel acier a une vitesse critique martensiti-que Vl de : 71C/s qui correspond à la vitesse de refroi-
La présente invention concerne un procédé de fabrication de blocs ou pièces massives en acier présen-tant en tout point des caractéristiques mécaniques de traction elevées, une bonne ténacité et une bonne soudabi-lité.
L'invention concerne également la définition d'une famille d'aciers permettant la mise en oeuvre du procédé et les blocs ou pièces obtenues par le procédé.
L'homme de métier sait que, au ~oins pour les aciers hypoeutecto~des faiblement ou moyennement alliés, les meilleures caractéristiques mécaniques sont obtenues par un traitement thermique de trempe suivie d'un revenu qui confère au bloc ou à la pièce une structure martensi-tique. C'est ainsi que sont obtenus tous les blocs ou pièces à hauta caractéristique mécanique et bonne ténaci-té.
Cependant, ce procédé présente des limites. En effet, pour un acier d~terminé, l'homme de metier consi-dère que la vitesse de refroidissement en tout point du bloc ou de la pièce au cours de la trempe doit être supérieure à une vitesse Vl dite vitesse critique martensi-tique. Or, plus un bloc ou une pièce est massif, plus la vitesse de refroidissement à coeur est faible, et ceci du simple fait des lois du transfert de chaleur.
Lorsqu'il doit réaliser des blocs ou pièces très massifs, l'homme de métier est ainsi amené à augmenter la trempabilité de l'acier, c'est-à-dire à diminuer la vitesse critique martensitique et pour cela à augmenter de fa~on significative les teneurs en carbone et en ~léments d'alliage. Mais, ce faisant, il détériore d'autant plus la soudabilité qu'il augmente les teneurs en éléments d'addi-tion.
L'homme de métier peut certes améliorer la soudabilité en gardant de bonnes caractéristiques de traction en agissant sur les conditions de r alisation du traitement de revenu. Mais alors il se trouve dans l'im-possibilite d'obtenir de bonnes propriétes de ténacité en particulier à hasse température.
Toutes ces contradictions induisent des limita-tions bien connues et nombreuses. A titre d'exemple, l'undes meilleurs aciers connus, destiné à faire des pièces épaisses et ayant une limite d'élasticité Reo 2 supérieure ou égale à 900 MPa n'a des propriétés garanties en limite d'élasticité que pour des épaisseurs inférieures ou égales à 4" soit 101,6 mm, sa résilience n'est garantie que pour des températures supérieures ou égales à - 18C et il est difficilement soudable.
Un autre exemple est celui des aciers cryogéni-ques, par exemple l'acier à 9 % de nickel. Un tel acier permet d'obtenir de bonnes résiliences jusqu'a - 196~, mais sa limite d'élasticité est limitée à environ 600 MPa et sur des épaisseurs inférieures ou é~ales à 50 mm ; par contre il est bien soudable.
Le but de la présente invention est donc de proposer un procédé de fabrication de pièces massives en acier et de d~termination d'une famille d'aciers qui, en sortant des limites de la technique actuelle, permette de réaliser des blocs ou des pièces ayant un compromis limite d'élasticité, ténacité à basse température, soudabilité
nettement amélioré par rapport à ce que l'on sait faire aujourd'hui et cela pour des blocs ou des pièces très massifs.
L'objet de la présente invention est un procédé
de fabrication d'un bloc ou d'une pièce massive en acier ayant en tout point des caractéristiques mécaniques de traction élevées et une bonne ténacité et qui soit souda-ble.
Selon l'invention :
- :
:, - , .
- on definit un traitement de trempe pour atteind~e les caractéristiques mécaniques voulues dans une partie au moins du bloc ou de la pièce massive, - on détermine les vitesses de refroidissement V~p et VRC du bloc ou de la pièce massive dans sa partie externe ou peau et dans sa partie centrale ou coeur, pendant la trempe, en fonction de la géométrie du bloc ou de la pièce.
- on réalise le bloc ou la pièce massive en un acier dont la composition chimique pondérale a été ajustée de manière 10 que :
. l'écart entre le point Bs et le point Ms soit inférieur à 100C, Bs étant la température de début de transformation bainitique de l'acier et Ms~ la température de début de transformation martensitique, . la vitesse critique V3 de début de transforma-tion en ferrite et perlite de l'acier soit infé-rieure à la vitesse de refroidissement à coeur VRC du bloc ou de la pièce massive, . la vitesse critique V1 de transformation mar-tensitique soit inférieure à la vitesse de re-froidissement en peau VRP du ~loc ou de la pièce massive, . le carbone équivalent de l'acier soit le plus faible possible, - on effectue la trempe prédéterminée sur le bloc ou la piece massive, de manière à obtenir une structure marten-sitique à coeur, sous l'effet de déformations induites dans la pi~ce, par la trempe, - et on complète cette trempe par un revenu approprié.
L'invention est également relative à une pièce massive ou bloc en acier ayant une structure entièrement martensitique après trempe et revenu, bien que la trempe soit réalisée dans des conditions de mise en oeuvre telles que la vitesse de refroidissement à coeur de la pièce soit A r~
inférieure à la vitesse critique de transformation marten-sitique de l'acier.
De pr~férence, la trempe est une trempe à l'eau.
L'acier permettant de mettre en oeuvre l'invention a une composition chimique déterminée en résolvant le problème de programmation mathématique dans lequel on cherche à
minimiser le carbone équivalent :
Ceq = C + Mn + Gr + Mo + V + Cu + Ni tout en satisfaisant au moins aux trois contraintes suivantes :
Bg - Ms = 245 ~ 204 C + 155 Si - 57 MN - 20 Ni - 53 Cr - 62 Mo S ~9 (1) avec ~ < lOO~C
15 log Vl = 9,81 - 4,62 Ceq - 0,265 Mn - 0,23 Ni + 0,425 Cr + 0,265 Mo + 0,925 V 5 log VRP (m) t2) log V3 = 6,36 - 0,43 Ceq - 0,42 Mn - 0,78 Ni - 0,19 Cr - 0,3 Mo - 2 ~Mo < log VRC (m~. (3) m représentant la massivité du bloc ou de la pièce.
A ces contraintes, on peut ajouter soit séparé-ment soit simultanément deux contraintes supplémentai-res :
- l'une relative à la dureté :
H~m = 232 + 293 C + 11 Si - 9,5 Mn - 4,8 Ni + 3,8 Cr + 80 Mo + 532 V 2 Hvo - l'autre relative à la température de transition ductile fragile :
Tc = 162 + 530 c2 - 540 Si - 161 Mn - 48 Ni - 138 ~Mo + 10 Hv~ (0,141 Mo + 0,053 Ni + 0,243 Mn + 0,710 Si - 0,408 C - 0,278) 5 To (5~
Hvo et To sont des valeurs qu~ l'homme de métier choisit pour définir les caractéristiques mécaniques qu'il recherche sur la pièce~
Ce problème de programmation mathématique est complété par des contraintes définissant le domaine de validité des formules, à savoir :
C c 0,2 %
Si s 0,5 %
Mn s 1 %
4 ~ < Ni S ~ ~
Cr ~ 1 %
Mo ~ 1 %
V < 0,15 %
Cu ~ 0,3 %-Ces limitations des teneurs en éléments d'al-liage de l'acier constituent des conditions préférentiel-les mais il est possible d'envisager l'utilisation d'in-tervalles de compositions plus larges.
Un tel acier mis en oeuvre par le procédé objet de l'invention permet d'obtenir une structur~ martensiti-que à coeur sur des blocs ou pièces dont la massivité m est telle que la vitesse de refroidissement à coeur VRC (m) lors de la trempe est inférieure à la vitesse critique martensitique V1.
Pour améliorer la ténacité d'un tel acier, on peut, de préférence, ajouter au moins 0,3 % de Mo, au moins Q,07 % de V, au moins 0,015 % d'Al, et limiter la teneur en azote à au plus 0,015 %.
De préférence cet acier contient moins de 0,01 % de P et moins de 0,01 % de S.
L'invention, enfin, est relative à tout bloc ou toute pièce fabriquée en appliquant le procédé selon l'invention, en utilisant un acier défini dans le cadre de la mise en oeuvre de ce procédé.
La figure 1 est un schéma représentant la répartition des vitesses de refroidissement ~ l'int~rieur de deux plaques refroidies par une trempe.
La figure 2 est un exemple de diagramme TRC
(Transformation en Refroidissement Continu) d'un acier.
La figure 3 represente la variation de dureté
d'un acier en fonction de la vitesse de refroidissement au cours d'une trempe.
La figure 4 représente la variation de dureté à
l'intérieur de plaques trempees.
La figure 5 est un schéma explicatif du principe de l'invention.
La description qui va suivre, sans être limita-tive, va faire mieux comprendre l'invention.
Tout d'abord, il faut définir ce que l'on entend par massivité et les conséquences de cette massivité sur le comportement d'un bloc de métal au couxs d'un traite-ment de trempe.
La massivi~é d'un bloc est une dimension quicaractérise les transferts de chaleur à l'intérieur de ce bloc. Pour une plaque par e~emple, cette dimension est l'epaisseur ; pour un cylindre, c'est ]e diamètre ; pour un bloc de forme quelconque c'est une dimension que l'homme de métier sait déterminr au vu du dessin du bloc.
Lorsqu'un bloc préalablement chauffé à haute température est trempé, par exemple à l'eau, d'une part la vitesse de refroidissement moyenne du bloc est d'autant plus faible que le bloc est massif, et d'autre part l'écart de vitesse de refroidissement entre le coeur et la surface est d'autant plus grand que la massivité est grande. C'est ce qu'indique la figure 1. En conséquence, pour des conditions de trempe déterminées, plus le bloc sera massif, plus la vitesse de refroidissement à coeur sera faible.
Pour étudier l'effet d'une trempe sur un bloc d'acier de massivité déterminée, l'homme de métier utilise un diagramme de Transformation en Refroidissement Continu ou diagramme TRC tel que représenté à la figure ~.
x~
Un point du bloc d'acier a1 dont la vitesse de refroidissement VR est supérieure à V1 (domaine 1) aura en fin de trempe une structure martensitique ; si cette vitesse est comprise entre V1 et V3, la structure sera principalement bainitique ; si la vitesse est inférieure à V3 la structure sera de la ferrite-perlite.
A ce diagramme TRC, on peut faire correspondre un diagramme représent~ à la figure 3 et représentant une caractéristique mécanique telle que la dureté en fonction de la structure : c'est pour la martensite que cette caractéristique est la plus élevée, elle décroît lorsque l'on entre dans le domaine bainitique et arrive à un plateau inférieur pour le domaine ferrite-perlite.
Sur les figures 2 et 3, on a représenté les diayrammes correspondant à deux aciers : a, ayant une vitesse critique de trempe V~ et a2, plus trempant que a1, ayant une vitesse critique de trempe V1* < V1.
En examinant simultanément les figures 1, 2 et 3, on peut voir qu'avec l'acier a1, la plaque d'épaisseur 2e1 sera entièrement martensitique, alors que la plaque d'épaisseur 2e2 ne le sera, sur chaque face, que sur une profondeur P2 < e2. Avec l'acier a2 par contre, les deux plaques seront entièrement martensitiques.
Ceci permet de tracer les courbes de répartition de caractéristiques mécaniques à l'intérieur des deux plaques représentées à la figure 4.
Ainsi, lorsqu'il cherche des caractéristiques mécaniques élevées sur des pièces massives, l'homme de métier est conduit à utiliser des aciers d'autant plus trempants que la pièce est massive. Mais ce faisant, il se heurte aux difficultés décrites dans l'introduction.
Or, le déposant a constaté, de facon surprenan-te, qu'un acier dont la composition chimique est la suivante :
C = 0,095 %
~`s`~
Si = 0,2 %
Mn = 0,25 %
Ni = 8 %
Cr = 0,2 ~
Mo = 0,3 %
permet d'obtenir une structure entièrement martensitique même à coeur sur des blocs ou des plaques de 400 mm d'épaisseur trempés à l'eau alors que sa vitesse critique de trempe Vl est d'environ 32000C/h, ce qui correspond à
une profondeur de trempe (ou massivité) de 60 mm. Selon les principes connus de l'homme de métier pour obtenir une structure martensitique à coeur d'un bloc de 400 mm d'é-paisseur trempé à l'eau, il aurait fallu que la vitesse critique de trempe ait été inf~rieure à 700C/h.
Le document STAH~ UND EISEN, vol 96 n 23 du 18 novembre 1976, pages 1168 à 1176, indique que des contraintes hydrostatigues importantes modifient le dia-gramme TRC en retardant les transformations non marten-sitiques, mais l'effet qui est décrit ne suffit pas à
expliquer le phénomène observé.
En effet, le décalage de vitesse critique de trempe provoqué par les contraintes hydrostatiques n'est pas suffisant. De plus, dans une plaque de forte épais-seur, le système de contraintes engendré par le refroidis-sement et la transformation martensitique n'est pashydrostatique mais comporte une forte composante de cisaillement particulièrement dans la zone en cours de transformation.
On sait que des contraintes de cisaillement favorisent la transformation martensitique et élèvent le point M~, température de début de transformation martensi-tique. Cette élévation peut atteindre 80C ou 100C. On sait également qu'un début de transformation martensitique inhibe la transformation bainitique.
.
~r ~
Le diagramme TRC de l'acier pris en exemple présente une particularité : le point M~ est d'environ 380 et le domaine bainitique du diagramme TRC comporte un plateau pour le point Bs de début de transformation bainitique situé à environ 450C. Il n'y a que 70C entre le point Ms et le point Bs~
Le déposant a fait l'hypoth~se que les contrain-tes de cisaillement engendrées dans la plaque par le refroidissement et par la transformation martensitique 10élevaient de 80 à 100C le point Ms si bien que tout le long du plateau bainitique la transformation martensitique débute avant la transformation bainitique et inhibe cette transformation. Ainsi il est possible d'obtenir une structure martensitique même pour des vitesses de refroi-dissement beaucoup plus faibles que la vitesse critique de trempe Vl et pratiquement jusqu'à des vitesse de refroidis-sement voisines de la vitesse critique V3 de transformation en ferrite-perlite.
Ce phénomène a l'avantage de permettre d'obtenir de hautes caracteristiques mécaniques sur des bl~cs massifs avec des aciers ayant une très bonne soudabilité.
Pour apprécier la soudabilité d'un acier, l'homme de métier utilise généralement le critère de carbone équivalent :
25Mn Cr ~ Mo + V Cu + Ni Ceq = C ~ --+ ~ +
~ 5 15 Plus le carbone équivalent est faible, meilleur est la soudabilité, mais plus le carbone équivalent est faible plus la trempabilité est faible, c'est-à-dire plus la vitesse critique de trempe V1 est grande.
L'acier pris en exemple a un carbone équivalent Ceq = 0,77 et une vitesse critique de trempe Vl de 32000C/h. Il a permls d'obtenir sur une plaque de 400 mm d'~paisseur une structure entièrement martensitique jusqu'à coeur ayant, après un revenu réalisé entre 450C
- -.: : ' X~ 3 et AC1~ une limite d'élasticité d'environ 900 MPa et une résilience à 60C de 45 Joules.
Si l'acier avait été utilisé selon les principes connus de l'homme de métier, il aurait fallu qu'il ait une vitesse critique de trempe inférieure à 700C/h soit un carbone équivalent supérieur ou égal à 0,94, c'est-à-dire 22 ~ plus élevé que celui de l'acier réellement utilisé et donc correspondant à une soudabilité considérablement détériorée par rapport à celle réellement constatée.
L'invention consiste à utiliser le phénomène qui vient d'etre décrit. On notera que, dans tout ce qui suit, les diagrammes TRC, les vitesses critiques de trempe, les températures de début de transformation sont les diagram-mes et les grandeurs mesurées dans les conditions habi-tuelles~ c'est-à-dire en l'absence de contraintes.
L'invention est donc un procédé qui consiste :
- à tremper, par exemple à l'eau, un bloc ou une pièce massifs constitués d'un acier dont :
. l'écart entre le point Bs et le point Ms est inférieur à une certaine valeur, inférieure à
100 ~ C , - . la vitesse critique martensitique Vl est infé-rieure à une vitesse de refroidissement criti-que du bloc ou de la pièce, par exemple la vitesse de refroidissement en peau VRP imposée par la trempe.
. la vitesse critique de début de transformation ferrite-perlite V3 est inférieure à la vitesse de refroidissement à coeur VRC du bloc ou de la pièce.
- la composition chimique étant ajustéP pour minimiser le carbone équivalent compte tenu des contrain-tes précédentes, - à effectuer, après trempe, un traitement thermique de revenu, à une température comprise entre . -., : ..
~`s~
45noc et AC1 de façon ~ ajuster les caractéristiquesmecaniques de traction et de tenacite.
Les conditions de la trempe sont determinees en fonction du type d'acier utilisé, des caractéristiques mécaniques visées, des possibilités techniques de trempe et de la géométrie de la pièce.
L'ajustement des caractéristiques mécaniques de traction et de resilience se fait à l'aide d'un traitement thermique de revenu dont les conditions sont determinees au cas par cas en appliquant les règles de l'art.
Si on appelle ~ la massivite d'un bloc ou d'une pièce, V~c la vitesse de refroidissement a coeur et V~p la vitesse de refroidissement en peau de ce bloc ou de cette pièce, pour des conditions de trempe donnees, l'homme de metier sait déterminer V~c (m) et VRP (m), et par la suite, on considèrera cette grandeur comme connue.
Pour mettre en oeuvre le procédé objet de l'invention, il faut utiliser une famille d'aciers définie dans le cadre de l'invention. Cette famille va maintenant etre décrite.
Tout d'abord, on exprimera la soudabilité par le critère de carbone équivalent :
Mn Cr + Mo + V Cu + Ni Ceq = C + --+ ~
A l'aide de la composition pondérale de l'acier, on peut calculer :
- la vitesse critique de trempe ~artensitique V
log V1 = 9,81 - 4,62 C~q - 0,265 Mn - 0,23 Ni + 0,425 Cr + 0,265 Mo ~ 0,925 V
la vitesse critique de transformation en ferrite-perlite V3 log V3 = 6,36 - 0,43 Ceq - 0,42 Mn - 0,78 N~
- 0,19 Cr - ~,3 Mo - 2 ~Mo Ces vitesses critiques sont exprimées en C~heu-re.
., . ' .
' x~
- la valeur du point Ms~ début de transformation martensitique en l'absence de contraintes :
Ms = 565 - 474 C - 155 Si - 33 Mn - 17 Ni - 17 Cr - 21 Mo - la valeur du point B9 correspondant au plateau de température de début de transformation bainitique :
B8 = ~10 - 270 C - 90 Mn - 37 Ni - 70 Cr - 83 Mo Des deux formules précédentes on déduit que :
B8 ~ Ms = 245 + 204 C + 155 Si - 57 Mn - 20 Ni - 53 Cr - 62 Mo.
Les caractéristiques de l'acier peuvent être également ~valuées à l'aide de formules permettant de calculer :
~ la dureté de la martensite à l'état trempé
revenu (pour un revenu standard à 600C pendant 1 h) :
Hv~ = 232 + 293 C + 11 Si - 9,5 Mn - 4,8 Ni + 3,8 Cr + 80 Mo + 532 V
- la température de transition ductile/fragile lors d'un essai de résilience (après un revenu identique à celui défini ci-dessus~ :
Tc = 162 + 530 CZ - 540 Si - 161 Mn - 48 Ni -- 138 ~Mo + 10 x HVm (0,141 Mo + 0,053 Ni + 0,243 Mn + 0,710 Si - 0,408 C - 0,278) Ces formules sont toutes valables dans le domaine de composition chimique suivant :
C S 0,2 %
Si s 0,5 %
Mn s 1 4 % 5 Ni S 8 Cr s 1 ~
Mo s 1 %
V s 0/15 %
Cu ~ 0,3 %.
L'acier appartenant à la famille concernée par l'invention devra donc satisfaire, pour un bloc ou une pièce de massivité m au système d'équation suivant :
~s - Ms s ~
log V1 < log VRP ( m) (2) log V3 < log VRC ( m) et Ceq minimal.
Il s'agit d'un problème classique de programma-tion mathématique.
De préférence on prendra A~ = 100C.
Ce système d'équation peut être complété pour tenir compte :
- soit de la dureté visée Hv et on ajoutera une contrainte supplémentaire :
HVm 2 Hv visée-- soit de la température de transition souhaitée pour la résilience To et on ajoutera une contrainte :
TC S TO~
- soit des deux contraintes précédentes.
De pr~ference, le problème de programmation mathématique que l'on résoud comprendra cinq contrain-tes :
B3 - M9 S A~ (1) log V1 < log VRP ( m) (2) lo~ V3 < log VRC ( m) Hv~ 2 Hv visée (4) Tc s To (5) et l'on minimisera le carbone équivalent, Ceq minimal.
Cette résolution se faisant dans le domaine de validité des formules tel qu'il est défini plus haut.
De plus, la ténacité peut être affectée par une coségrégation aux joints des grains de phosphore accompa-gne de manganèse, chrome, nickel. Mais le phosphore peut etre piégé à l'intéri~ur des grains par du molybdène pour -:.
. . , . ~
autant que celui-ci ne réagisse pas avec le carbone, ces réaction ayant lieu au cours du revenu.
Afin d'améliorer la ténacité de l'acier, on a;oute simultanément :
- au moins 0,3 % de Mo pour piéger le phosphore, - au moins 0,070 % de V pour piéger le carbone par formation de précipités de carbures de vanadium.
- au moins 0,015 ~ d'Al - au plus 0,015 % d'azote, de facon, d'une part à former des nitrures d'aluminium pour contrôler le grain au cours de l'austenitisation, d'autre part à piéger suffisamment d'azote à l'aide de l'aluminium pour favoriser la réaction du vanadium avec le carbone de préférence à une réaction avec l'azote et de ce fait laisser du molybdène libre pour piéger le phosphore.
Il est également souhaitable de limiter les teneurs en P et S.
On aura de preférence :
P < 0,01 %
S < 0,01 %
afin d'améliorer la résilience.
On obtient ainsi, par exemple, un acier dont la composition pondérale est :
C = O, 101 %
Si = 0,198 ~
Mn = 0,273 %
Ni = 5,943 %
Cr = 0,205 Mo = 0,471 V = 0,083 Cu = 0,107 P < O, 010 ~
S < O, 010 ~ . -Un tel acier a une vitesse critique martensiti-que Vl de : 71C/s qui correspond à la vitesse de refroi-
2~
dissement à coeur d'une plaque d'épaisseur 25 mm trempéeà l'eau.
Or cet acier permet d'obtenir une structure martensitique à coeur de plaques d'épaisseur d'au moins 40 mm, ce qui, pour l'homme de métier, aurait exi~é une vitesse critique de trempe V1 inférieure à 28C/s.
L'acier pris en exemple a un carbona équivalent de Ceq = 0,702 %.
Si la vitesse critique V~ avait été inférieure à
28C/s le carbone équivalent aurait été de :
Ceq = 0,788 soit 12 % de plus et la soudabilité aurait été détériorée d'autant.
Après une trempe et un revenu à 620 n C de l'acier pris en exemple on obtient les caractéristiques mécaniques suivantes :
ReO2 = 995 MP~, R~ = 1048 MP~, Xcv = 81 Joules à - 85C.
Ce qui est un résultat excellent.
De plus, pour améliorer les performances de ces aciers on peut :
- limiter les teneurs en As, Sb, Sn pour amélio-rer la ténacité, - ajouter du Ti, Zr, Nb, B, Co, W pour améliorer les caractéristiques de traction ou augmenter la trempabi-lité sans modifier le carbone équivalent (c'est notamment le cas pour le B).
L'invention concerne également tous les blocs ou pièces réalisées à l'aide du procédé objet de l'invention en utilisant un acier conforme à l'invention.
Ces blocs ou pièces présentent après trempe et revenu une structure entièrement martensiti~ue, bien que la vitesse de refroidissement à coeur VRC de la pièce pendant la trempe soit infériaure à la vitesse critique de de transformation martensitique.
.
.
dissement à coeur d'une plaque d'épaisseur 25 mm trempéeà l'eau.
Or cet acier permet d'obtenir une structure martensitique à coeur de plaques d'épaisseur d'au moins 40 mm, ce qui, pour l'homme de métier, aurait exi~é une vitesse critique de trempe V1 inférieure à 28C/s.
L'acier pris en exemple a un carbona équivalent de Ceq = 0,702 %.
Si la vitesse critique V~ avait été inférieure à
28C/s le carbone équivalent aurait été de :
Ceq = 0,788 soit 12 % de plus et la soudabilité aurait été détériorée d'autant.
Après une trempe et un revenu à 620 n C de l'acier pris en exemple on obtient les caractéristiques mécaniques suivantes :
ReO2 = 995 MP~, R~ = 1048 MP~, Xcv = 81 Joules à - 85C.
Ce qui est un résultat excellent.
De plus, pour améliorer les performances de ces aciers on peut :
- limiter les teneurs en As, Sb, Sn pour amélio-rer la ténacité, - ajouter du Ti, Zr, Nb, B, Co, W pour améliorer les caractéristiques de traction ou augmenter la trempabi-lité sans modifier le carbone équivalent (c'est notamment le cas pour le B).
L'invention concerne également tous les blocs ou pièces réalisées à l'aide du procédé objet de l'invention en utilisant un acier conforme à l'invention.
Ces blocs ou pièces présentent après trempe et revenu une structure entièrement martensiti~ue, bien que la vitesse de refroidissement à coeur VRC de la pièce pendant la trempe soit infériaure à la vitesse critique de de transformation martensitique.
.
.
Claims (8)
1.- Procédé de fabrication d'un bloc ou d'une pièce massive en acier ayant en tout point des caractéris-tiques mécaniques de traction élevées et une bonne téna-cité et qui soit soudable, caractérisé par le fait :
- qu'on définit un traitement de trempe pour atteindre les caractéristiques mécaniques voulues dans une partie au moins du bloc ou de la pièce massive, - qu'on détermine les vitesses de refroidissement VRP et VRC
du bloc ou de la pièce massive dans sa partie externe ou peau et dans sa partie centrale ou coeur, pendant la trempe, en fonction de la géométrie du bloc ou de la pièce.
- qu'on réalise le bloc ou la pièce massive en un acier dont la composition chimique pondérale a été ajustée de manière que :
. l'écart entre le point BS et le point MS soit inférieur à 100°C, BS étant la température de début de transformation bainitique de l'acier et MS, la température de début de transforma-tion martensitique, . la vitesse critique V3 de début de transforma-tion en ferrite et perlite de l'acier soit inférieure à la vitesse de refroidissement à
coeur VRC du bloc ou de la pièce massive, . la vitesse critique V1 de transformation mar-tensitique soit inférieure à la vitesse de refroidissement en peau VRP du bloc ou de la pièce massive, . le carbone équivalent de l'acier est le plus faible possible, - qu'on effectue la trempe prédéterminée sur le bloc ou la pièce massive, de manière à obtenir une structure marten-sitique à coeur, sous l'effet de déformations induites dans la pièce, par la trempe, - et qu'on complète cette trempe par un revenu approprié.
- qu'on définit un traitement de trempe pour atteindre les caractéristiques mécaniques voulues dans une partie au moins du bloc ou de la pièce massive, - qu'on détermine les vitesses de refroidissement VRP et VRC
du bloc ou de la pièce massive dans sa partie externe ou peau et dans sa partie centrale ou coeur, pendant la trempe, en fonction de la géométrie du bloc ou de la pièce.
- qu'on réalise le bloc ou la pièce massive en un acier dont la composition chimique pondérale a été ajustée de manière que :
. l'écart entre le point BS et le point MS soit inférieur à 100°C, BS étant la température de début de transformation bainitique de l'acier et MS, la température de début de transforma-tion martensitique, . la vitesse critique V3 de début de transforma-tion en ferrite et perlite de l'acier soit inférieure à la vitesse de refroidissement à
coeur VRC du bloc ou de la pièce massive, . la vitesse critique V1 de transformation mar-tensitique soit inférieure à la vitesse de refroidissement en peau VRP du bloc ou de la pièce massive, . le carbone équivalent de l'acier est le plus faible possible, - qu'on effectue la trempe prédéterminée sur le bloc ou la pièce massive, de manière à obtenir une structure marten-sitique à coeur, sous l'effet de déformations induites dans la pièce, par la trempe, - et qu'on complète cette trempe par un revenu approprié.
2.- Procédé selon la revendication 1, caracté-risé par le fait que la trempe est une trempe à l'eau.
3.- Pièce massive ou bloc en acier présentant en tout point des caractéristiques mécaniques de traction élevées et une bonne ténacité après trempe et revenu et qui présente de plus une bonne soudabilité, caractérisée par le fait que la structure de la pièce est entièrement martensitique depuis sa partie externe ou peau, jusqu'à sa partie centrale ou coeur, bien que la trempe soit réalisée dans des conditions de mise en oeuvre telles que la vitesse de refroidissement à coeur VRC de la pièce soit inférieure à la vitesse critique de transformation marten-sitique, la composition chimique de l'acier étant choisie et ajustée de manière que le carbone équivalent de la composition soit le plus faible possible et que la trans-formation martensitique puisse se produire à coeur sous l'effet de la déformation induite par la trempe.
4.- Pièce selon la revendication 3 obtenue par le procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée par le fait que la composition chimique pondérale de l'acier satisfait au système de programmation mathématique suivant :
BS - MS = 245 + 204 C + 155 Si - 57 Mn - 20 Ni - 53 Cr - 62 Mo ? .DELTA..theta. avec .DELTA..theta. = 100°C
log V1 = 9,81 - 4,62 Ceq - 0,265 Mn - 0,23 Ni + 0,425 Cr + 0,265 Mo + 0,925 V ? log VRP (m) .
minimal et en ce que :
C ? 0,2 %
Si ? 0,5 %
Mn ? 1 %
4 % ? Ni ? 8 %
Cr ? 1 %
Mo ? 1 %
V ? 0,15 %
Cu ? 0,3 %.
BS - MS = 245 + 204 C + 155 Si - 57 Mn - 20 Ni - 53 Cr - 62 Mo ? .DELTA..theta. avec .DELTA..theta. = 100°C
log V1 = 9,81 - 4,62 Ceq - 0,265 Mn - 0,23 Ni + 0,425 Cr + 0,265 Mo + 0,925 V ? log VRP (m) .
minimal et en ce que :
C ? 0,2 %
Si ? 0,5 %
Mn ? 1 %
4 % ? Ni ? 8 %
Cr ? 1 %
Mo ? 1 %
V ? 0,15 %
Cu ? 0,3 %.
5.- Pièce selon la revendication 4, caractérisée en outre en ce que sa composition chimique pondérale satisfait à la relation :
, Hvm représentant la dureté de la pièce et HVo une valeur fixée à l'avance en fonction de la limite d'élasticité
recherchée pour la pièce.
, Hvm représentant la dureté de la pièce et HVo une valeur fixée à l'avance en fonction de la limite d'élasticité
recherchée pour la pièce.
6.- Pièce selon l'une quelconque des revendica-tions 4 et 5, caractérisée en ce que la composition chimique pondérale satisfait en outre la relation :
, Tc étant la température de transition ductile, fragile de l'acier et Tc une valeur souhaitée de la température de transition.
, Tc étant la température de transition ductile, fragile de l'acier et Tc une valeur souhaitée de la température de transition.
7.- Pièce selon l'une quelconque des revendica-tions 4 à 6, caractérisée en ce que l'acier contient en outre :
plus de 0, 3 % de Mo plus de 0,07 % de V
une proportion d'Al supérieure ou égale à
0,015 %
une proportion d'azote inférieure à 0,015 %.
plus de 0, 3 % de Mo plus de 0,07 % de V
une proportion d'Al supérieure ou égale à
0,015 %
une proportion d'azote inférieure à 0,015 %.
8.- Pièce selon l'une quelconque des revendica-tions 3 à 7, caractérisée en ce que l'acier contient :
moins de 0,01 % de P
moins de 0,01 % de S.
moins de 0,01 % de P
moins de 0,01 % de S.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9101112 | 1991-01-31 | ||
| FR9101112A FR2673197B1 (fr) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | Procede de fabrication de blocs ou pieces massives en acier et pieces obtenues. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2060410A1 true CA2060410A1 (fr) | 1992-08-01 |
Family
ID=9409245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA 2060410 Abandoned CA2060410A1 (fr) | 1991-01-31 | 1992-01-30 | Procede de fabrication de blocs ou pieces massives en acier et pieces obtenues |
Country Status (4)
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|---|---|
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| JP (1) | JPH0693330A (fr) |
| CA (1) | CA2060410A1 (fr) |
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| FR2773072B1 (fr) | 1997-12-30 | 2001-03-23 | Oreal | Agent oxydant a plusieurs composants et procede de deformation permanente des cheveux le mettant en oeuvre |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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- 1992-01-30 CA CA 2060410 patent/CA2060410A1/fr not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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