CA2225782A1 - Acier et procede pour la fabrication d'une piece en acier mise en forme par deformation plastique a froid - Google Patents
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Abstract
Acier pour la fabrication d'une pièce en acier mise en forme par déformation plastique à froid, dont la composition chimique comprend, en poids: 0,03 % ~ C ~ 0,16 %; 0,5 % ~ Mn ~ 2 %; 0,05 % ~ Si ~ 0,5 %; 0 % ~ Cr ~ 1,8%; 0% ~ Mo ~ 0,25%; 0,001% ~ AI ~ 0,05%; 0,001% ~ Ti ~ 0,05%; 0% ~ V ~ 0,15 %; 0,0005 % ~ B ~ 0,005 %; 0,004 % ~ N ~ 0,012 %; 0,001 % ~ S ~ 0,09 %; éventuellement jusqu'à 0,005 % de calcium, jusqu'à 0,01 % de tellure, jusqu'à 0,04 % de sélénium, jusqu'à 0,3 % de plomb; le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique de l'acier satisfaisant, en outre les relations: Mn + 0,9 x Cr +1,3 x Mo + 1,6 x V ~ 2,2 % et AI + Ti ~ 3,5 x N. Procédé pour la fabrication d'une pièce en acier mise en form e par déformation plastique à froid et pièce obtenue.
Description
CA 0222~782 1997-12-17 ACIER ET PROCEDE POUR LA FABRICATION D'UNE PIECE EN ACIER MISE
EN FORME PAR DEFORMATION PLASTIQUE A FROID
L'invention est relative à un acier et un procédé pour la fabrication d'une pièce en acier mise en forme par deformation plastique à froid.
De nombreuses pièces en acier, et en particulier des pièces de mécanique à hautes caractéristiques, sont fabriquées par forge à froid ou frappe à froid, et plus généralement par déformation plastique à froid de lopins d'acier laminé à
chaud. L'acier utilisé a une teneur en carbone comprise entre 0,2 % et 0,42 % (en poids). Il est allié soit au chrome, soit au chrome - molybdène, soit nickel -chrome, soit au nickel - chrome - molybdène, soit, enfin, au manganèse - chrome,de façon à être suffisamment trempant pour permettre d'obtenir après trempe une structure martensitique, structure nécessaire pour obtenir après revenu les caractéristiques mécaniques souhaitées qui sont d'une part une résistance à la traction élevée, d'autre part une bonne ductilité. Pour pouvoir être mis en forme à
froid, I'acier doit, au prealable, être soumis à un traitement thermique de globulisation ou "d'adoucissement maximal" consistant en un maintien à
température supérieure à 650 ~C pendant un temps long pouvant atteindre plusieurs dizaines d'heures. Ce traitement confère à l'acier une structure perlitique globulisée, facile à déformer à froid. Cette technique présente I'inconvénient, notamment, de nécessiter trois traitements thermiques, ce qui complique les fabrication et augmente les coûts.
Le but de la presente invention est de remédier a cet inconvénient en proposant un moyen pour fabriquer, par mise en forme par déformation plastique à froid, une pièce de mécanique en acier à hautes caractéristiques, sans qu'il soit nécessaire de faire ni un traitement thermique de globulisation ou d'adoucissement maximal ni un traitement thermique de revenu.
A cet effet, I'invention a pour objet un acier pour la fabrication d'une pièce en acier mise en forme par déformation plastique à froid dont la composition chimique comprend, en poids:
0,03% < C < 0,16%
0,5 % < Mn < 2 %
0,05% < Si < 0,5%
0% < Cr < 1,8 %
0 % c Mo < 0,25 %
0,001 % < Al < 0,05 %
0,001 % < Ti < 0,05 %
o % < V < 0,15 %
0,0005 % < B < 0,005 %
0,004 % < N < 0,012 %
CA 0222~782 1997-12-17 0,001% < S < 0,09%
- éventuellement jusqu'à 0,005 % de calcium, jusqu'à 0,01 % de tellure, jusqu'à
0,04 % de sélénium, jusqu'à 0,3 % de plomb, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration. La composition chimique de l'acier satisfaisant, en outre les relations:
Mn+0,9xCr+1,3xMo+1,6xV>2,2%
et Al + Ti > 3,5 x N
De préférence, la composition chimique de l'acier est telle que:
0,06% < C < 0,12 %
0,8 % < Mn < 1,7 %
0,1% < Si < 0,35%
0,1 % < Cr < 1,5%
0,07% < Mo < 0,15%
0,001 % < Al < 0,035 %
0,001 % < Ti < 0,03 %
0% < V < 0,1 %
0,001 % < B < 0,004 %
0,004 % < N < 0,01 %
0,001 % < S < 0,09 %
- éventuellement jusqu'à 0,005 % de calcium, jusqu'à 0,01 % de tellure, jusqu'à
0,04 % de sélénium, jusqu'à 0,3 % de plomb, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
Il est préférable que les teneurs en impuretés ou éléments résiduels soient, simultanément ou séparément, telles que:
Ni < 0,25 %
Cu < 0,25 %
P < 0,02%
L'invention concerne également un procédé pour la fabrication d'une pièce en acier mise en forme par déformation plastique à froid qui comporte pour seul traitement thermique, une trempe. Le terme "trempe" est utilisé, ici et dans toute la suite, au sens large, c'est à dire qu'il s'agit d'un refroidissement suffisamment rapide pour obtenir une structure qui n'est pratiquement pas ferrito-perlitique et qui n'est pas non plus essentiellement martensitique.
Outre la trempe, le procédé consiste à laminer à chaud un demi produit en acier pour obtenir un produit laminé à chaud, éventuellement à découper un lopindans le produit laminé à chaud, et à mettre en forme par déformation plastique àfroid le lopin ou le produit laminé.
CA 0222~782 1997-12-17 La trempe, qui est destinée à conférer à la pièce une structure essentiellement bainitique, peut être effectuée aussi bien avant qu'après la mise en forme a froid. Lorsqu'elle est effectuée avant la mise en forme à froid, la trempe peut être réalisee aussi bien directement dans la chaude de laminage qu'après austénitisation par réchauffage au dessus de AC3 Lorsqu'elle est effectuée après la mise en forme à froid, la trempe est - réalisée après austénitisation par réchauffage au dessus de AC3.
L'invention concerne, enfin, une pièce en acier obtenue par mise en forme à froid constituée d'un acier selon l'invention, telle que la striction Z de l'acier soit o supérieure à 4~ %, de préférence supérieure à 50 %, et la résistance à la traction Rm supérieure à 650 MPa, et même, pour certaines applications, supérieure à
1200 MPa. En général, et c'est souhaitable, la pièce a une structure essentiellement bainitique, c'est à dire, constituée de plus de ~0 % de bainite.L'invention va maintenant être décrite plus en détails et illustrée par les exemples qui suivent.
La composition chimique de l'acier selon l'invention comprend, en % en poids:
- de 0,03 % à 0,16 %, et, de préférence, de 0,06 % à 0,12 % de carbone pour obtenir une importante aptitude à l'écrouissage lors de la mise en forme à froid, 20 éviter la formation de gros carbures défavorables à la ductilité, et permettre d'effectuer une mise en forme à froid sans qu'il soit nécessaire de réaliser un recuit de globulisation ou d'adoucissement maximal;
- de 0,5 % à 2 %, et, de préférence, de 0,8 % à 1,7 % de manganese, pour assurer une bonne coulabilité, obtenir une trempabilité suffisante et les
EN FORME PAR DEFORMATION PLASTIQUE A FROID
L'invention est relative à un acier et un procédé pour la fabrication d'une pièce en acier mise en forme par deformation plastique à froid.
De nombreuses pièces en acier, et en particulier des pièces de mécanique à hautes caractéristiques, sont fabriquées par forge à froid ou frappe à froid, et plus généralement par déformation plastique à froid de lopins d'acier laminé à
chaud. L'acier utilisé a une teneur en carbone comprise entre 0,2 % et 0,42 % (en poids). Il est allié soit au chrome, soit au chrome - molybdène, soit nickel -chrome, soit au nickel - chrome - molybdène, soit, enfin, au manganèse - chrome,de façon à être suffisamment trempant pour permettre d'obtenir après trempe une structure martensitique, structure nécessaire pour obtenir après revenu les caractéristiques mécaniques souhaitées qui sont d'une part une résistance à la traction élevée, d'autre part une bonne ductilité. Pour pouvoir être mis en forme à
froid, I'acier doit, au prealable, être soumis à un traitement thermique de globulisation ou "d'adoucissement maximal" consistant en un maintien à
température supérieure à 650 ~C pendant un temps long pouvant atteindre plusieurs dizaines d'heures. Ce traitement confère à l'acier une structure perlitique globulisée, facile à déformer à froid. Cette technique présente I'inconvénient, notamment, de nécessiter trois traitements thermiques, ce qui complique les fabrication et augmente les coûts.
Le but de la presente invention est de remédier a cet inconvénient en proposant un moyen pour fabriquer, par mise en forme par déformation plastique à froid, une pièce de mécanique en acier à hautes caractéristiques, sans qu'il soit nécessaire de faire ni un traitement thermique de globulisation ou d'adoucissement maximal ni un traitement thermique de revenu.
A cet effet, I'invention a pour objet un acier pour la fabrication d'une pièce en acier mise en forme par déformation plastique à froid dont la composition chimique comprend, en poids:
0,03% < C < 0,16%
0,5 % < Mn < 2 %
0,05% < Si < 0,5%
0% < Cr < 1,8 %
0 % c Mo < 0,25 %
0,001 % < Al < 0,05 %
0,001 % < Ti < 0,05 %
o % < V < 0,15 %
0,0005 % < B < 0,005 %
0,004 % < N < 0,012 %
CA 0222~782 1997-12-17 0,001% < S < 0,09%
- éventuellement jusqu'à 0,005 % de calcium, jusqu'à 0,01 % de tellure, jusqu'à
0,04 % de sélénium, jusqu'à 0,3 % de plomb, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration. La composition chimique de l'acier satisfaisant, en outre les relations:
Mn+0,9xCr+1,3xMo+1,6xV>2,2%
et Al + Ti > 3,5 x N
De préférence, la composition chimique de l'acier est telle que:
0,06% < C < 0,12 %
0,8 % < Mn < 1,7 %
0,1% < Si < 0,35%
0,1 % < Cr < 1,5%
0,07% < Mo < 0,15%
0,001 % < Al < 0,035 %
0,001 % < Ti < 0,03 %
0% < V < 0,1 %
0,001 % < B < 0,004 %
0,004 % < N < 0,01 %
0,001 % < S < 0,09 %
- éventuellement jusqu'à 0,005 % de calcium, jusqu'à 0,01 % de tellure, jusqu'à
0,04 % de sélénium, jusqu'à 0,3 % de plomb, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
Il est préférable que les teneurs en impuretés ou éléments résiduels soient, simultanément ou séparément, telles que:
Ni < 0,25 %
Cu < 0,25 %
P < 0,02%
L'invention concerne également un procédé pour la fabrication d'une pièce en acier mise en forme par déformation plastique à froid qui comporte pour seul traitement thermique, une trempe. Le terme "trempe" est utilisé, ici et dans toute la suite, au sens large, c'est à dire qu'il s'agit d'un refroidissement suffisamment rapide pour obtenir une structure qui n'est pratiquement pas ferrito-perlitique et qui n'est pas non plus essentiellement martensitique.
Outre la trempe, le procédé consiste à laminer à chaud un demi produit en acier pour obtenir un produit laminé à chaud, éventuellement à découper un lopindans le produit laminé à chaud, et à mettre en forme par déformation plastique àfroid le lopin ou le produit laminé.
CA 0222~782 1997-12-17 La trempe, qui est destinée à conférer à la pièce une structure essentiellement bainitique, peut être effectuée aussi bien avant qu'après la mise en forme a froid. Lorsqu'elle est effectuée avant la mise en forme à froid, la trempe peut être réalisee aussi bien directement dans la chaude de laminage qu'après austénitisation par réchauffage au dessus de AC3 Lorsqu'elle est effectuée après la mise en forme à froid, la trempe est - réalisée après austénitisation par réchauffage au dessus de AC3.
L'invention concerne, enfin, une pièce en acier obtenue par mise en forme à froid constituée d'un acier selon l'invention, telle que la striction Z de l'acier soit o supérieure à 4~ %, de préférence supérieure à 50 %, et la résistance à la traction Rm supérieure à 650 MPa, et même, pour certaines applications, supérieure à
1200 MPa. En général, et c'est souhaitable, la pièce a une structure essentiellement bainitique, c'est à dire, constituée de plus de ~0 % de bainite.L'invention va maintenant être décrite plus en détails et illustrée par les exemples qui suivent.
La composition chimique de l'acier selon l'invention comprend, en % en poids:
- de 0,03 % à 0,16 %, et, de préférence, de 0,06 % à 0,12 % de carbone pour obtenir une importante aptitude à l'écrouissage lors de la mise en forme à froid, 20 éviter la formation de gros carbures défavorables à la ductilité, et permettre d'effectuer une mise en forme à froid sans qu'il soit nécessaire de réaliser un recuit de globulisation ou d'adoucissement maximal;
- de 0,5 % à 2 %, et, de préférence, de 0,8 % à 1,7 % de manganese, pour assurer une bonne coulabilité, obtenir une trempabilité suffisante et les
2~ caractéristiques mécaniques souhaitées;
- de 0,05 % à 0,5 %, et, de préférence, de 0,1 % à 0,35 % de silicium, elément nécessaire pour assurer la désoxydation de l'acier, en particulier lorsque la teneur en aluminium est faible, mais, qui, en trop forte quantité, favorise un durcissement préjudiciable à l'aptitude à la mise en forme à froid et à la ductilité;
30 - de 0 % à 1,8 %, et, de préférence, de 0,1 % à 1,~ % de chrome pour ajuster la trempabilité et les caractéristiques mécaniques au niveau souhaité pour les pièces, sans dépasser une valeur qui durcirait trop l'acier à l'état brut de laminage ou conduirait a la formation de martensite préjudiciable à l'aptitude à la mise en forme à froid et à la ductilité;
35 - de 0 % à 0,25 %, et, de préférence, de 0,07 % à 0,15 % de molybdène pour, en synergie avec le bore, assurer une trempabilité homogène dans les diverses sections de la pièce;
CA 0222~782 1997- 12-17 - éventuellement, de 0 % à 0,15 %, et de préférence, moins de 0,1 % de vanadium pour obtenir de hautes caractéristiques mécaniques (résistance à la traction) lorsque celles-ci sont recherchées;
- de 0,0005 % à 0,005 %, et, de préférence, de 0,001 % à 0,004 % de bore pour augmenter la trempabilité nécessaire;
- de 0 % à 0,05 %, et, de préférence, de 0,001 % à 0,035 % d'aluminium, et de 0 % à 0,05 %, et, de préférence, de 0,001 % à 0,03 % de titane, la somme des teneurs en aluminium et en titane devant être supérieure ou égale à 3,5 fois la teneur en azote, afin d'obtenir un grain fin nécessaire pour une bonne aptitude à
o la mise en forme à froid et une bonne ductilite;
- de 0,004 % à 0,012 %, et, de préférence, de 0,006 % à 0,01 % d'azote, pour contrôler la taille du grain par formation de nitrures d'aluminium, de titane ou de vanadium, sans former de nitrures de bore;
- plus de 0,001 % de soufre afin d'assurer un minimum d'aptitude a l'usinage pour 15 permettre d'effectuer des retouches finales sur les pièces, mais moins de 0,09 %
pour garantir une bonne aptitude à la mise en forme à froid; I'aptitude à l'usinage combinée avec une bonne aptitude à la mise en forme par déformation plastique à froid peut être améliorée soit par une addition de calcium jusqu'à 0,005 %, soit par une addition de tellure jusqu'à 0,01 %, il est alors préférable que le rapport 20 Te/S reste voisin de 0,1, soit par une addition de selénium jusqu'à 0,05 %, il est alors préférable que la teneur en sélénium reste voisine de la teneur en soufre,soit, enfin, par une addition de plomb jusqu'à 0,3 %, dans ce cas, la teneur en soufre doit être réduite;
le reste est du fer et des impuretés résultant de l'elaboration.
Les impuretés sont, notamment:
- le phosphore, dont la teneur doit rester, de préférence, inférieure ou égale à0,02 % pour garantir une bonne ductilité pendant et après mise en forme à froid;- le cuivre et le nickel, considérés comme des résiduels, dont la teneur doit, de préférence, rester inférieure à 0,25 % pour chacun.
Enfin, la composition chimique de l'acier doit satisfaire la relation:
Mn+0,9xCr+1,3xMo+1,6xV>2,2%
qui assure que la combinaison des teneurs en manganèse, chrome, molybdène et vanadium permet d'obtenir les caractéristiques de résistance souhaitées et une structure essentiellement bainitique.
Cet acier présente l'avantage d'avoir une très bonne aptitude à la déformation plastique a froid et de permettre d'obtenir, sans qu'il soit nécessaire de faire un revenu, une structure du type bainitique ayant une excellente ductilité
et de hautes caractéristiques mécaniques. En particulier, la ductilité peut êtremesurée par la striction Z qui est supérieure à 45 %, et même supérieure à 50 %.
CA 0222~782 1997-12-17 La résistance à la traction Rm est supérieure à 650 MPa et peut dépasser 1200 MPa. Ces caractéristiques peuvent être obtenues aussi bien lorsque la trempe esteffectuée dans la chaude de laminage avant mise en forme à froid, que lorsqu'elle est effectuée après austénitisation par chauffage au dessus de AC3, avant ou 5 après mise en forme à froid.
Pour fabriquer une pièce mise en forme à froid, on approvisionne un demi-produit en acier selon l'invention et on le lamine à chaud après réchauffage au dessus de 940 ~C afin d'obtenir un produit laminé à chaud tel qu'une barre, une billette, ou un fil machine.
o Dans un premier mode de réalisation, le laminage a chaud est terminé à
une température comprise entre 900 ~C et 1050 ~C et le produit laminé à chaud est trempé directement dans la chaude de laminage par refroidissement à l'air soufflé, à l'huile, au brouillard, à l'eau ou à l'eau additionnée de polymères, selon sa section. Le produit ainsi obtenu est alors découpé en lopins, puis mis en forme 15 à froid, par exemple par forge à froid ou par frappe à froid. Les caractéristiques mécaniques finales, obtenues directement après mise en forme à froid, résultent,notamment, de l'écrouissage engendré par l'opération de mise en forme à froid.
Dans un deuxième mode de réalisation, après laminage à chaud, soit le produit laminé est trempé après austénitisation puis découpé en lopins qu'on met20 en forme par déformation plastique à froid, soit on découpe les lopin avant d'effectuer la trempe puis la mise en forme à froid. Dans les deux cas, I'austénitisation consiste en un chauffage entre AC3 et 970 ~C, et la trempe esteffectuée par refroidissement à l'air soufflé, à l'huile, au brouillard, à l'eau ou a l'eau additionnée de polymères, selon la section du produit. Les caractéristiques 25 mécaniques finales, obtenues directement après mise en forme à froid, résultent, notamment, de l'écrouissage engendré par l'opération de mise en forme. Dans ce mode de réalisation les conditions de fin de laminage n'ont pas d'importance particulière.
Dans un troisième mode de réalisation, I'opération de mise en forme à froid 30 est effectuée sur un lopin découpé dans le produit laminé à chaud et la trempe est effectuée après mise en forme à froid. Comme dans le cas précédant, la trempe est effectuée après chauffage entre AC3 et 970 ~C et par refroidissement à l'air soufflé, à l'huile, au brouillard, à l'eau ou à l'eau additionnée de polymères.
Les conditions de fin de laminage n'ont pas, non plus, d'importance particulière.
L'invention destinée plus particulièrement à la fabrication de pièces de mécanique, s'applique également à la fabrication de barres étirées à froid, de fils tréfilés et de fils machine déroulés, I'étirage à froid, le tréfilage et le déroulage étant des modes particuliers de mise en forme par déformation plastique a froid.Les barres étirées et les fils machine ou tréfilés peuvent être ecroûtés, rasés ou CA 0222~782 1997-12-17 rectifiés de façon à présenter un état de surface exempt de défauts. Le terme "pièce en acier mise en forme à froid" recouvre tous ces produits, et le terme "lopin" recouvre, notamment, tout tronçon de barre ou fil; dans certains cas, les barres ou fils ne sont pas découpés en lopins avant d'être mis en forme à froid.s L'invention peut, enfin, être utilisée pour fabriquer des barres prétraitées ou des fils prétraités, ou plus généralement des produits sidérurgiques prétraités,destinés à être utilisés en l'état pour la fabrication de pièces par mise en formes à
froid sans traitement thermique supplémentaire. Ces produits sidérurgiques sont trempés après laminage à chaud soit directement dans la chaude de laminage, n soit après austénitisation, afin de présenter une structure essentiellement bainitique (bainite ~ 50 %). Ils peuvent être écroûtés ou rasés pour présenter un état de surface exempt de défauts.
L'invention va maintenant être illustrée par des exemples.
1 er exemple:
On a élaboré un acier conforme à l'invention dont la composition chimique comprenait en poids:
C = 0,065 %
Mn = 1,33 %
Si = 0,34%
S = 0,003%
P = 0,014 %
Ni = 0,24 %
Cr = 0,92%
Mo = 0,081 %
Cu = 0,23 %
V = 0,003 %
Al = 0,02 %
Ti = 0,02 %
N = 0,008,%
B = 0,0035 %
remplissant donc les conditions:
Mn+0,9xCr+1,3xMo+1,6xV=2,27%>2,2%
et Al + Ti = 0,040% > 3,5 x N = 0,028%
Avec cet acier on a fabriqué des billettes qui ont été laminées à chaud après réchauffage au dessus de 940 ~C pour former des ronds (ou barres) de diamètre 16 mm, 25,5 mm et 24,8 mm.
1 ) ronds de 16 mm de diamètre:
CA 0222~782 1997-12-17 Le laminage des ronds de diamètre 16 mm a été terminé à 990 ~C et les ronds ont été trempés dans la chaude de laminage dans les trois conditions suivantes (conformes à l'invention):
A: refroidissement à la vitesse de 5,3~C/s équivalent à une trempe à l'air 5soufflé, B: refroidissement à la vitesse de 26~C/s équivalent à une trempe à l'huile, C: refroidissement à la vitesse de 140~C/s équivalent à une trempe à l'eau.
Les caractéristiques mécaniques avant mise en forme à froid des ronds trempés et leur aptitude à la mise en forme par déformation plastique à froid ont été évaluées par des essais de traction et par des essais de torsion à rupture àfroid (les résultats des essais de torsion sont exprimés en "nombre de tours avant rupture de l'éprouvette"). Les résultats ont été les suivants:
Conditions deDureté du rondRésistance Striction Z Nombre detours trempe avant torsion avant avant torsion (%) à rupture (H~ torsion(MPa) A 234 734 69 4,7 B 318 1001 73 5,2 La dureté et la résistance à la traction, qui varient considérablement avec les conditions de trempe, sont d'autant plus grandes que la vitesse de refroidissement est élevée. Néanmoins, dans tous les cas, la ductilité et la capacité de deformation à froid sont excellentes puisque la striction Z est toujours sensiblement supérieure à 50 %, et le nombre de tours à rupture est toujours nettement supérieur à 3.
Afin de déterminer les caractéristiques mécaniques qu'il est possible d'obtenir sur des pièces fabriquées par mise en forme par déformation plastique à
froid à partir de ces mêmes ronds, on a effectué des essais de torsion-traction à
froid dont les résultats ont été les suivants:
Conditions deRésistance apresStriction après Augmentation de la trempe 3 tours de torsion3 tours de torsion résistance apres 3 tours de (MPa) Z (%) torsion (%) A 919 66 25%
B 1189 67 19%
C 1245 68 13%
CA 0222~782 1997-12-17 L'essai de torsion-traction à froid consiste à soumettre une éprouvette à 3 tours de torsion à froid pour simuler la mise en forme par déformation plastique, avant d'effectuer un essai de traction à température ambiante. L'augmentation dela résistance, correspond à l'accroissement relatif de résistance entre l'état écroui s (apres 3 tours de torsion) et l'état normal (avant les 3 tours de torsion).
Les résultats obtenus montrent que, même après une importante déformation à froid (trois tours de torsion), la striction reste supérieure à 50 %, et que la résistance à la traction peut dépasser 1200 MPa. La capacité
d'écrouissage, mesurée par l'augmentation de résistance apres déformation par o torsion à froid, est élevée dans tous les cas.
2) Ronds de 25,5 mm de diamètre:
Les ronds de diamètre 25,5 mm ont été trempés avant mise en forme à
froid, après austénitisation à 950~C, dans les conditions suivantes (conformes àl'invention):
D: refroidissement à l'air soufflé (vitesse de refroidissement moyenne de
- de 0,05 % à 0,5 %, et, de préférence, de 0,1 % à 0,35 % de silicium, elément nécessaire pour assurer la désoxydation de l'acier, en particulier lorsque la teneur en aluminium est faible, mais, qui, en trop forte quantité, favorise un durcissement préjudiciable à l'aptitude à la mise en forme à froid et à la ductilité;
30 - de 0 % à 1,8 %, et, de préférence, de 0,1 % à 1,~ % de chrome pour ajuster la trempabilité et les caractéristiques mécaniques au niveau souhaité pour les pièces, sans dépasser une valeur qui durcirait trop l'acier à l'état brut de laminage ou conduirait a la formation de martensite préjudiciable à l'aptitude à la mise en forme à froid et à la ductilité;
35 - de 0 % à 0,25 %, et, de préférence, de 0,07 % à 0,15 % de molybdène pour, en synergie avec le bore, assurer une trempabilité homogène dans les diverses sections de la pièce;
CA 0222~782 1997- 12-17 - éventuellement, de 0 % à 0,15 %, et de préférence, moins de 0,1 % de vanadium pour obtenir de hautes caractéristiques mécaniques (résistance à la traction) lorsque celles-ci sont recherchées;
- de 0,0005 % à 0,005 %, et, de préférence, de 0,001 % à 0,004 % de bore pour augmenter la trempabilité nécessaire;
- de 0 % à 0,05 %, et, de préférence, de 0,001 % à 0,035 % d'aluminium, et de 0 % à 0,05 %, et, de préférence, de 0,001 % à 0,03 % de titane, la somme des teneurs en aluminium et en titane devant être supérieure ou égale à 3,5 fois la teneur en azote, afin d'obtenir un grain fin nécessaire pour une bonne aptitude à
o la mise en forme à froid et une bonne ductilite;
- de 0,004 % à 0,012 %, et, de préférence, de 0,006 % à 0,01 % d'azote, pour contrôler la taille du grain par formation de nitrures d'aluminium, de titane ou de vanadium, sans former de nitrures de bore;
- plus de 0,001 % de soufre afin d'assurer un minimum d'aptitude a l'usinage pour 15 permettre d'effectuer des retouches finales sur les pièces, mais moins de 0,09 %
pour garantir une bonne aptitude à la mise en forme à froid; I'aptitude à l'usinage combinée avec une bonne aptitude à la mise en forme par déformation plastique à froid peut être améliorée soit par une addition de calcium jusqu'à 0,005 %, soit par une addition de tellure jusqu'à 0,01 %, il est alors préférable que le rapport 20 Te/S reste voisin de 0,1, soit par une addition de selénium jusqu'à 0,05 %, il est alors préférable que la teneur en sélénium reste voisine de la teneur en soufre,soit, enfin, par une addition de plomb jusqu'à 0,3 %, dans ce cas, la teneur en soufre doit être réduite;
le reste est du fer et des impuretés résultant de l'elaboration.
Les impuretés sont, notamment:
- le phosphore, dont la teneur doit rester, de préférence, inférieure ou égale à0,02 % pour garantir une bonne ductilité pendant et après mise en forme à froid;- le cuivre et le nickel, considérés comme des résiduels, dont la teneur doit, de préférence, rester inférieure à 0,25 % pour chacun.
Enfin, la composition chimique de l'acier doit satisfaire la relation:
Mn+0,9xCr+1,3xMo+1,6xV>2,2%
qui assure que la combinaison des teneurs en manganèse, chrome, molybdène et vanadium permet d'obtenir les caractéristiques de résistance souhaitées et une structure essentiellement bainitique.
Cet acier présente l'avantage d'avoir une très bonne aptitude à la déformation plastique a froid et de permettre d'obtenir, sans qu'il soit nécessaire de faire un revenu, une structure du type bainitique ayant une excellente ductilité
et de hautes caractéristiques mécaniques. En particulier, la ductilité peut êtremesurée par la striction Z qui est supérieure à 45 %, et même supérieure à 50 %.
CA 0222~782 1997-12-17 La résistance à la traction Rm est supérieure à 650 MPa et peut dépasser 1200 MPa. Ces caractéristiques peuvent être obtenues aussi bien lorsque la trempe esteffectuée dans la chaude de laminage avant mise en forme à froid, que lorsqu'elle est effectuée après austénitisation par chauffage au dessus de AC3, avant ou 5 après mise en forme à froid.
Pour fabriquer une pièce mise en forme à froid, on approvisionne un demi-produit en acier selon l'invention et on le lamine à chaud après réchauffage au dessus de 940 ~C afin d'obtenir un produit laminé à chaud tel qu'une barre, une billette, ou un fil machine.
o Dans un premier mode de réalisation, le laminage a chaud est terminé à
une température comprise entre 900 ~C et 1050 ~C et le produit laminé à chaud est trempé directement dans la chaude de laminage par refroidissement à l'air soufflé, à l'huile, au brouillard, à l'eau ou à l'eau additionnée de polymères, selon sa section. Le produit ainsi obtenu est alors découpé en lopins, puis mis en forme 15 à froid, par exemple par forge à froid ou par frappe à froid. Les caractéristiques mécaniques finales, obtenues directement après mise en forme à froid, résultent,notamment, de l'écrouissage engendré par l'opération de mise en forme à froid.
Dans un deuxième mode de réalisation, après laminage à chaud, soit le produit laminé est trempé après austénitisation puis découpé en lopins qu'on met20 en forme par déformation plastique à froid, soit on découpe les lopin avant d'effectuer la trempe puis la mise en forme à froid. Dans les deux cas, I'austénitisation consiste en un chauffage entre AC3 et 970 ~C, et la trempe esteffectuée par refroidissement à l'air soufflé, à l'huile, au brouillard, à l'eau ou a l'eau additionnée de polymères, selon la section du produit. Les caractéristiques 25 mécaniques finales, obtenues directement après mise en forme à froid, résultent, notamment, de l'écrouissage engendré par l'opération de mise en forme. Dans ce mode de réalisation les conditions de fin de laminage n'ont pas d'importance particulière.
Dans un troisième mode de réalisation, I'opération de mise en forme à froid 30 est effectuée sur un lopin découpé dans le produit laminé à chaud et la trempe est effectuée après mise en forme à froid. Comme dans le cas précédant, la trempe est effectuée après chauffage entre AC3 et 970 ~C et par refroidissement à l'air soufflé, à l'huile, au brouillard, à l'eau ou à l'eau additionnée de polymères.
Les conditions de fin de laminage n'ont pas, non plus, d'importance particulière.
L'invention destinée plus particulièrement à la fabrication de pièces de mécanique, s'applique également à la fabrication de barres étirées à froid, de fils tréfilés et de fils machine déroulés, I'étirage à froid, le tréfilage et le déroulage étant des modes particuliers de mise en forme par déformation plastique a froid.Les barres étirées et les fils machine ou tréfilés peuvent être ecroûtés, rasés ou CA 0222~782 1997-12-17 rectifiés de façon à présenter un état de surface exempt de défauts. Le terme "pièce en acier mise en forme à froid" recouvre tous ces produits, et le terme "lopin" recouvre, notamment, tout tronçon de barre ou fil; dans certains cas, les barres ou fils ne sont pas découpés en lopins avant d'être mis en forme à froid.s L'invention peut, enfin, être utilisée pour fabriquer des barres prétraitées ou des fils prétraités, ou plus généralement des produits sidérurgiques prétraités,destinés à être utilisés en l'état pour la fabrication de pièces par mise en formes à
froid sans traitement thermique supplémentaire. Ces produits sidérurgiques sont trempés après laminage à chaud soit directement dans la chaude de laminage, n soit après austénitisation, afin de présenter une structure essentiellement bainitique (bainite ~ 50 %). Ils peuvent être écroûtés ou rasés pour présenter un état de surface exempt de défauts.
L'invention va maintenant être illustrée par des exemples.
1 er exemple:
On a élaboré un acier conforme à l'invention dont la composition chimique comprenait en poids:
C = 0,065 %
Mn = 1,33 %
Si = 0,34%
S = 0,003%
P = 0,014 %
Ni = 0,24 %
Cr = 0,92%
Mo = 0,081 %
Cu = 0,23 %
V = 0,003 %
Al = 0,02 %
Ti = 0,02 %
N = 0,008,%
B = 0,0035 %
remplissant donc les conditions:
Mn+0,9xCr+1,3xMo+1,6xV=2,27%>2,2%
et Al + Ti = 0,040% > 3,5 x N = 0,028%
Avec cet acier on a fabriqué des billettes qui ont été laminées à chaud après réchauffage au dessus de 940 ~C pour former des ronds (ou barres) de diamètre 16 mm, 25,5 mm et 24,8 mm.
1 ) ronds de 16 mm de diamètre:
CA 0222~782 1997-12-17 Le laminage des ronds de diamètre 16 mm a été terminé à 990 ~C et les ronds ont été trempés dans la chaude de laminage dans les trois conditions suivantes (conformes à l'invention):
A: refroidissement à la vitesse de 5,3~C/s équivalent à une trempe à l'air 5soufflé, B: refroidissement à la vitesse de 26~C/s équivalent à une trempe à l'huile, C: refroidissement à la vitesse de 140~C/s équivalent à une trempe à l'eau.
Les caractéristiques mécaniques avant mise en forme à froid des ronds trempés et leur aptitude à la mise en forme par déformation plastique à froid ont été évaluées par des essais de traction et par des essais de torsion à rupture àfroid (les résultats des essais de torsion sont exprimés en "nombre de tours avant rupture de l'éprouvette"). Les résultats ont été les suivants:
Conditions deDureté du rondRésistance Striction Z Nombre detours trempe avant torsion avant avant torsion (%) à rupture (H~ torsion(MPa) A 234 734 69 4,7 B 318 1001 73 5,2 La dureté et la résistance à la traction, qui varient considérablement avec les conditions de trempe, sont d'autant plus grandes que la vitesse de refroidissement est élevée. Néanmoins, dans tous les cas, la ductilité et la capacité de deformation à froid sont excellentes puisque la striction Z est toujours sensiblement supérieure à 50 %, et le nombre de tours à rupture est toujours nettement supérieur à 3.
Afin de déterminer les caractéristiques mécaniques qu'il est possible d'obtenir sur des pièces fabriquées par mise en forme par déformation plastique à
froid à partir de ces mêmes ronds, on a effectué des essais de torsion-traction à
froid dont les résultats ont été les suivants:
Conditions deRésistance apresStriction après Augmentation de la trempe 3 tours de torsion3 tours de torsion résistance apres 3 tours de (MPa) Z (%) torsion (%) A 919 66 25%
B 1189 67 19%
C 1245 68 13%
CA 0222~782 1997-12-17 L'essai de torsion-traction à froid consiste à soumettre une éprouvette à 3 tours de torsion à froid pour simuler la mise en forme par déformation plastique, avant d'effectuer un essai de traction à température ambiante. L'augmentation dela résistance, correspond à l'accroissement relatif de résistance entre l'état écroui s (apres 3 tours de torsion) et l'état normal (avant les 3 tours de torsion).
Les résultats obtenus montrent que, même après une importante déformation à froid (trois tours de torsion), la striction reste supérieure à 50 %, et que la résistance à la traction peut dépasser 1200 MPa. La capacité
d'écrouissage, mesurée par l'augmentation de résistance apres déformation par o torsion à froid, est élevée dans tous les cas.
2) Ronds de 25,5 mm de diamètre:
Les ronds de diamètre 25,5 mm ont été trempés avant mise en forme à
froid, après austénitisation à 950~C, dans les conditions suivantes (conformes àl'invention):
D: refroidissement à l'air soufflé (vitesse de refroidissement moyenne de
3,3~C/s entre 950 ~C et l'ambiante) E: refroidissement à l'huile (vitesse de refroidissement moyenne de 22~C/s entre 950 ~C et l'ambiante) F: refroidissement à l'eau (vitesse de refroidissement moyenne de 86~C/s entre 950 ~C et l'ambiante) Les ronds ont été soumis à des essais de mise en forme par forgeage à
froid consistant en la mesure du Taux d'Ecrasement Limite (T.E.L.) par écrasement de cylindres entaillés suivant une génératrice. Le Taux d'Ecrasement Limite, exprimé en %, est le taux d'écrasement au-dessus duquel apparaît la première fissure par forgeage à froid à la presse dans l'entaille pratiquée suivant la génératrice du cylindre.
A titre de comparaison, le T.E.L. a été mesuré également sur un acier pour forge à froid suivant l'art antérieur dont la composition était:
C = 0,37%
Mn = 0,75 %
Si = 0,25 %
S = 0,005 %
Cr = 1 %
Mo = 0,02 %
Al = 0,02 %
Cet acier suivant l'art antérieur avait été préalablement soumis à un recuit de globulisation de la perlite pour le rendre apte à la déformation à froid.
CA 0222~782 1997-12-17 Les résultats obtenus ont été les suivants:
Acier Traitement Dureté HV Résistance Taux thermique (MPa) d'Ecrasement Limite %
Acier suivant D 249 793 52 I'invention E 303 954 52 Acier suivantRecuit de 174 547 44 I'art antérieur glo~ulisation Au vu des Taux d'Ecrasement Limite il apparaît que l'acier suivant I'invention présente une aptitude à la mise en forme par forgeage a froid sensiblement plus importante que l'acier suivant l'art antérieur, malgré une dureté
plus élevée, et ceci quel que soit le niveau de résistance, même si celui-ci estélevé (traitement F).
3) Ronds de 24,8 mm de diamètre:
Après laminage et avant mise en forme à froid, des ronds de 24,8 mm de diamètre ont été trempés après austénitisation à 930 ~C dans les conditions suivantes conformément à l'invention:
G: trempe à l'air soufflé
H: trempe à l'huile Les ronds ainsi traités ont été forgés à froid pour fabriquer des fusees de roues d'automobile dont les caractéristiques mécaniques obtenues étaient les suivantes:
traitement Résistance (MPa~ Striction Z (%) ll ressort de ces résultats que, quel que soit le traitement initial, la ductilité
obtenue sur pièce forgée a froid est très élevée (Z > 50%), et, ceci, indépendamment du niveau de résistance.
Par ailleurs, dans les deux cas les ronds étaient tout-à-fait aptes à la mise en forme par forgeage à froid puisque les pièces se sont révélées exemptes de tout défaut tant interne qu'externe.
Avec d'autres ronds de 24,8 mm de diamètre (identiques aux précédents), on a fabriqué les mêmes fusées par forgeage à froid des ronds bruts de laminage en effectuant la trempe après l'opération de mise en forme à froid. La trempe a eté
effectuee à l'eau après austénitisation à 940~C.
CA 0222~782 1997-12-17 Dans ces conditions, les caractéristiques obtenues sur fusées étaient les suivantes:
Rm = 1077 MPa Z = 73%
Ces résultats montrent qu'avec l'acier suivant l'invention en effectuant une trempe après forgeage à froid d'un rond brut de laminage à chaud, on peut obtenir une très bonne ductilité (Z > 50%) malgré un niveau de résistance élevé. Par ailleurs l'acier suivant l'invention s'est révélé parfaitement apte à la mise en forme par forgeage à froid à l'état brut de laminage sans nécessiter de traitement l0 préalable de globulisation comme cela est pratiqué avec les aciers selon l'art antérieur, les fusées se sont, en effet, révélées exemptes de tout défaut tant interne qu'externe.
A titre de comparaison, suivant l'art antérieur, on utilise pour fabriquer les mêmes fusées, un acier de composition:
C = 0,195%
Mn = 1,25 %
Si = 0,25 %
S = 0,005 %
Ni = 0,25 %
Cr = 1,15%
Mo = 0,02 %
Cu = 0,2 %
Al = 0,02 %
Pour obtenir des caractéristiques mécaniques similaires à celles qui sont obtenues avec l'invention, il est nécessaire d'utiliser la gamme de fabrication suivante:
Recuit globulaire de l'acier pour le rendre apte a la mise en forme à froid.
~orgeage à froid des fusées.
. Trempe à l'huile de l'acier suivant l'art antérieur.
Revenu de l'acier suivant l'art antérieur.
2 ème exemple:
On a également fabriqué par frappe à froid des pieces mécanique en utilisant les aciers 1 et 2 conformes à l'invention dont les compositions chimiques 2~ étaient en % poids:
Acier 1 Acier 2 C = 0,061 % 0,062 %
Mn = 1,6 % 1,57 %
Si = 0,28 % 0,29 %
S = 0,021 % 0,021 %
CA 0222~782 1997-12-17 P = 0,004 % 0,004 %
Ni = 0,11 % 0,11 %
Cr = 0,81 % 0,8%
Mo = 0,081 % 0,128 %
Cu = 0,2 % 0,2 %
Al = 0,028 % 0,025 %
Ti = 0,017 % 0,016%
V = 0,002 % 0,084 %
B = 0,0039 % 0,0038 %
N = 0,007 % 0,008 %
remplissant donc les conditions:
Pour l'acier 1:
Mn+0,9xCr+1,3xMo+1,6xV=2,43>2,2%
Al + Ti = 0,045% > 3,5 x N = 0,024%
Pour l'acier 2:
Mn+0,9xCr+1,3xMo+1,6xV=2,59>2,2%
Al + Ti = 0,041% > 3,5 x N = 0,028%
Conformément à l'invention, ces aciers ont été laminés à chaud sous forme de barres de diamètre 28 mm. Après laminage et avant mise en forme à froid, les o barres ont été soumises à un traitement de trempe à l'huile tiède à 50~C aprèsausténitisation à 950~C. Les barres ont été découpées pour obtenir des lopins à
partir desquels les pièces ont été mises en forme par frappe à froid au taux de déformation de 60%. Les caractéristiques mécaniques obtenues sur les lopins avant frappe à froid et sur les pièces après frappe a froid étaient les suivantes:
Acier Dureté tlVavant Rm de l'acier Rm surpièce Zsurpièce Augmentation frappe à froid avant frappe aprèsfrappe à aprèsfrappe de Rm à la à froid (MPa~ froid (MPa) à froid (%) frappe (%~
(~) = aptitude à l'écrouissage par mise en forme à froid.
Ces résultats montrent que la ductilité est élevee (Z > ~0%) malgré un taux de déformation à froid tres important, ceci indépendamment du niveau de résistance initial (avant frappe à froid) et final (après frappe à froid) de l'acier, même si le niveau de résistance final est très élevé. Ils montrent également que la capacité d'écrouissage, mesurée par l'augmentation de résistance à la frappe à
froid, est importante.
Par ailleurs, I'aptitude a la mise en forme par frappe à froid est excellente 25 puisque, malgré des niveau de résistance initiaux elevés et une forte déformation CA 0222~782 1997-12-17 (60%) à froid, les pièces frappées à froid se sont révélées exemptes de défauts tant internes qu'externes.
Ces exemples montrent que l'acier et les procédés suivant l'invention permettent d'obtenir une très bonne ductilité (Z > 50%) par la fabrication d'unepièce mise en forme par déformation plastique à froid, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer un traitement coûteux de globulisation ni un traitement de revenu.
Cette ductilité élevée (Z > 50%) combinée à des caractéristiques mécaniques sur pièces très élevées (Rm > 1200 MPa) peut être obtenue notamment grâce à
l'importante capacité d'écrouissage de l'acier. Enfin, la très bonne aptitude à la mise en forme par forgeage ou frappe à froid s'observent même si le niveau de résistance (ou de dureté) initial de l'acier et le taux de déformation à froid sont élevés.
froid consistant en la mesure du Taux d'Ecrasement Limite (T.E.L.) par écrasement de cylindres entaillés suivant une génératrice. Le Taux d'Ecrasement Limite, exprimé en %, est le taux d'écrasement au-dessus duquel apparaît la première fissure par forgeage à froid à la presse dans l'entaille pratiquée suivant la génératrice du cylindre.
A titre de comparaison, le T.E.L. a été mesuré également sur un acier pour forge à froid suivant l'art antérieur dont la composition était:
C = 0,37%
Mn = 0,75 %
Si = 0,25 %
S = 0,005 %
Cr = 1 %
Mo = 0,02 %
Al = 0,02 %
Cet acier suivant l'art antérieur avait été préalablement soumis à un recuit de globulisation de la perlite pour le rendre apte à la déformation à froid.
CA 0222~782 1997-12-17 Les résultats obtenus ont été les suivants:
Acier Traitement Dureté HV Résistance Taux thermique (MPa) d'Ecrasement Limite %
Acier suivant D 249 793 52 I'invention E 303 954 52 Acier suivantRecuit de 174 547 44 I'art antérieur glo~ulisation Au vu des Taux d'Ecrasement Limite il apparaît que l'acier suivant I'invention présente une aptitude à la mise en forme par forgeage a froid sensiblement plus importante que l'acier suivant l'art antérieur, malgré une dureté
plus élevée, et ceci quel que soit le niveau de résistance, même si celui-ci estélevé (traitement F).
3) Ronds de 24,8 mm de diamètre:
Après laminage et avant mise en forme à froid, des ronds de 24,8 mm de diamètre ont été trempés après austénitisation à 930 ~C dans les conditions suivantes conformément à l'invention:
G: trempe à l'air soufflé
H: trempe à l'huile Les ronds ainsi traités ont été forgés à froid pour fabriquer des fusees de roues d'automobile dont les caractéristiques mécaniques obtenues étaient les suivantes:
traitement Résistance (MPa~ Striction Z (%) ll ressort de ces résultats que, quel que soit le traitement initial, la ductilité
obtenue sur pièce forgée a froid est très élevée (Z > 50%), et, ceci, indépendamment du niveau de résistance.
Par ailleurs, dans les deux cas les ronds étaient tout-à-fait aptes à la mise en forme par forgeage à froid puisque les pièces se sont révélées exemptes de tout défaut tant interne qu'externe.
Avec d'autres ronds de 24,8 mm de diamètre (identiques aux précédents), on a fabriqué les mêmes fusées par forgeage à froid des ronds bruts de laminage en effectuant la trempe après l'opération de mise en forme à froid. La trempe a eté
effectuee à l'eau après austénitisation à 940~C.
CA 0222~782 1997-12-17 Dans ces conditions, les caractéristiques obtenues sur fusées étaient les suivantes:
Rm = 1077 MPa Z = 73%
Ces résultats montrent qu'avec l'acier suivant l'invention en effectuant une trempe après forgeage à froid d'un rond brut de laminage à chaud, on peut obtenir une très bonne ductilité (Z > 50%) malgré un niveau de résistance élevé. Par ailleurs l'acier suivant l'invention s'est révélé parfaitement apte à la mise en forme par forgeage à froid à l'état brut de laminage sans nécessiter de traitement l0 préalable de globulisation comme cela est pratiqué avec les aciers selon l'art antérieur, les fusées se sont, en effet, révélées exemptes de tout défaut tant interne qu'externe.
A titre de comparaison, suivant l'art antérieur, on utilise pour fabriquer les mêmes fusées, un acier de composition:
C = 0,195%
Mn = 1,25 %
Si = 0,25 %
S = 0,005 %
Ni = 0,25 %
Cr = 1,15%
Mo = 0,02 %
Cu = 0,2 %
Al = 0,02 %
Pour obtenir des caractéristiques mécaniques similaires à celles qui sont obtenues avec l'invention, il est nécessaire d'utiliser la gamme de fabrication suivante:
Recuit globulaire de l'acier pour le rendre apte a la mise en forme à froid.
~orgeage à froid des fusées.
. Trempe à l'huile de l'acier suivant l'art antérieur.
Revenu de l'acier suivant l'art antérieur.
2 ème exemple:
On a également fabriqué par frappe à froid des pieces mécanique en utilisant les aciers 1 et 2 conformes à l'invention dont les compositions chimiques 2~ étaient en % poids:
Acier 1 Acier 2 C = 0,061 % 0,062 %
Mn = 1,6 % 1,57 %
Si = 0,28 % 0,29 %
S = 0,021 % 0,021 %
CA 0222~782 1997-12-17 P = 0,004 % 0,004 %
Ni = 0,11 % 0,11 %
Cr = 0,81 % 0,8%
Mo = 0,081 % 0,128 %
Cu = 0,2 % 0,2 %
Al = 0,028 % 0,025 %
Ti = 0,017 % 0,016%
V = 0,002 % 0,084 %
B = 0,0039 % 0,0038 %
N = 0,007 % 0,008 %
remplissant donc les conditions:
Pour l'acier 1:
Mn+0,9xCr+1,3xMo+1,6xV=2,43>2,2%
Al + Ti = 0,045% > 3,5 x N = 0,024%
Pour l'acier 2:
Mn+0,9xCr+1,3xMo+1,6xV=2,59>2,2%
Al + Ti = 0,041% > 3,5 x N = 0,028%
Conformément à l'invention, ces aciers ont été laminés à chaud sous forme de barres de diamètre 28 mm. Après laminage et avant mise en forme à froid, les o barres ont été soumises à un traitement de trempe à l'huile tiède à 50~C aprèsausténitisation à 950~C. Les barres ont été découpées pour obtenir des lopins à
partir desquels les pièces ont été mises en forme par frappe à froid au taux de déformation de 60%. Les caractéristiques mécaniques obtenues sur les lopins avant frappe à froid et sur les pièces après frappe a froid étaient les suivantes:
Acier Dureté tlVavant Rm de l'acier Rm surpièce Zsurpièce Augmentation frappe à froid avant frappe aprèsfrappe à aprèsfrappe de Rm à la à froid (MPa~ froid (MPa) à froid (%) frappe (%~
(~) = aptitude à l'écrouissage par mise en forme à froid.
Ces résultats montrent que la ductilité est élevee (Z > ~0%) malgré un taux de déformation à froid tres important, ceci indépendamment du niveau de résistance initial (avant frappe à froid) et final (après frappe à froid) de l'acier, même si le niveau de résistance final est très élevé. Ils montrent également que la capacité d'écrouissage, mesurée par l'augmentation de résistance à la frappe à
froid, est importante.
Par ailleurs, I'aptitude a la mise en forme par frappe à froid est excellente 25 puisque, malgré des niveau de résistance initiaux elevés et une forte déformation CA 0222~782 1997-12-17 (60%) à froid, les pièces frappées à froid se sont révélées exemptes de défauts tant internes qu'externes.
Ces exemples montrent que l'acier et les procédés suivant l'invention permettent d'obtenir une très bonne ductilité (Z > 50%) par la fabrication d'unepièce mise en forme par déformation plastique à froid, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer un traitement coûteux de globulisation ni un traitement de revenu.
Cette ductilité élevée (Z > 50%) combinée à des caractéristiques mécaniques sur pièces très élevées (Rm > 1200 MPa) peut être obtenue notamment grâce à
l'importante capacité d'écrouissage de l'acier. Enfin, la très bonne aptitude à la mise en forme par forgeage ou frappe à froid s'observent même si le niveau de résistance (ou de dureté) initial de l'acier et le taux de déformation à froid sont élevés.
Claims (11)
1 - Acier pour la fabrication d'une pièce en acier mise en forme par déformation plastique à froid caractérisé en ce que sa composition chimique comprend, en poids:
0,03% ~ C ~ 0,16%
0,5% ~ Mn ~ 2%
0,05% ~ Si ~ 0,5%
0% ~ Cr ~ 1,8%
0% ~ Mo ~ 0,25%
0,001% ~ AI ~ 0,05%
0,001% ~ Ti ~ 0,05%
0% ~ V ~ 0,15%
0,0005% ~ B ~ 0,005%
0,004% ~ N ~ 0,012%
0,001% ~ S ~ 0,09%
- éventuellement jusqu'à 0,005 % de calcium, jusqu'à 0,01 % de tellure, jusqu'à
0,04% de sélénium, jusqu'à 0,3 % de plomb, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique de l'acier satisfaisant, en outre les relations:
Mn + 0,9 x Cr + 1,3 x Mo + 1,6 x V ~ 2,2%
et AI + Ti ~ 3,5 x N
0,03% ~ C ~ 0,16%
0,5% ~ Mn ~ 2%
0,05% ~ Si ~ 0,5%
0% ~ Cr ~ 1,8%
0% ~ Mo ~ 0,25%
0,001% ~ AI ~ 0,05%
0,001% ~ Ti ~ 0,05%
0% ~ V ~ 0,15%
0,0005% ~ B ~ 0,005%
0,004% ~ N ~ 0,012%
0,001% ~ S ~ 0,09%
- éventuellement jusqu'à 0,005 % de calcium, jusqu'à 0,01 % de tellure, jusqu'à
0,04% de sélénium, jusqu'à 0,3 % de plomb, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique de l'acier satisfaisant, en outre les relations:
Mn + 0,9 x Cr + 1,3 x Mo + 1,6 x V ~ 2,2%
et AI + Ti ~ 3,5 x N
2 - Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce que sa composition chimique est telle que:
0,06% ~ C ~ 0,12%
0,8% ~ Mn ~ 1,7%
0,1% ~ Si ~ 0,35%
0,1% ~ Cr ~ 1,5%
0,07% ~ Mo ~ 0,15%
0,001% ~ AI ~ 0,035%
0,001% ~ Ti ~ 0,03%
0% ~ V ~ 0,1%
0,001% ~ B ~ 0,004%
0,004% ~ N ~ 0,01%
0,001% ~ S ~ 0,09%
- éventuellement jusqu'à 0,005 % de calcium, jusqu'à 0,01 % de tellure, jusqu'à
0,04 % de sélénium, jusqu'à 0,3 % de plomb, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
0,06% ~ C ~ 0,12%
0,8% ~ Mn ~ 1,7%
0,1% ~ Si ~ 0,35%
0,1% ~ Cr ~ 1,5%
0,07% ~ Mo ~ 0,15%
0,001% ~ AI ~ 0,035%
0,001% ~ Ti ~ 0,03%
0% ~ V ~ 0,1%
0,001% ~ B ~ 0,004%
0,004% ~ N ~ 0,01%
0,001% ~ S ~ 0,09%
- éventuellement jusqu'à 0,005 % de calcium, jusqu'à 0,01 % de tellure, jusqu'à
0,04 % de sélénium, jusqu'à 0,3 % de plomb, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.
3 - Acier selon la revendication 2 caractérisé en ce que sa composition chimique est telle que:
Ni ~ 0,25 %
Cu ~ 0,25 %
Ni ~ 0,25 %
Cu ~ 0,25 %
4 - Acier selon la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé en ce que sa composition chimique est telle que:
P ~ 0,02 %
P ~ 0,02 %
5 - Procédé pour la fabrication d'une pièce en acier mise en forme par déformation plastique à froid caractérisé en ce que:
- on approvisionne un demi produit en acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, - on lamine à chaud le demi produit après l'avoir réchauffé à une température supérieure à 940°C et on termine le laminage à une température comprise entre 900°C et 1050°C afin d'obtenir un produit laminé, - on trempe le produit laminé directement dans la chaude de laminage, de façon àlui conférer une structure essentiellement bainitique, - éventuellement, on découpe un lopin dans le produit laminé, - et on met en forme par déformation plastique à froid le lopin ou le produit laminé
pour obtenir la pièce ayant ses caractéristiques mécaniques finales.
- on approvisionne un demi produit en acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, - on lamine à chaud le demi produit après l'avoir réchauffé à une température supérieure à 940°C et on termine le laminage à une température comprise entre 900°C et 1050°C afin d'obtenir un produit laminé, - on trempe le produit laminé directement dans la chaude de laminage, de façon àlui conférer une structure essentiellement bainitique, - éventuellement, on découpe un lopin dans le produit laminé, - et on met en forme par déformation plastique à froid le lopin ou le produit laminé
pour obtenir la pièce ayant ses caractéristiques mécaniques finales.
6 - Procédé pour la fabrication d'une pièce en acier mise en forme par déformation plastique à froid caractérisé en ce que:
- on approvisionne un demi produit en acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, - on lamine à chaud le demi produit afin d'obtenir un produit laminé, - on trempe le produit laminé après l'avoir réchauffé au dessus du point AC3, defaçon à lui conférer une structure essentiellement bainitique.
- éventuellement, on découpe un lopin dans le produit laminé, - et on met en forme par déformation plastique à froid le lopin ou le produit laminé
pour obtenir la pièce ayant ses caractéristiques mécaniques finales
- on approvisionne un demi produit en acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, - on lamine à chaud le demi produit afin d'obtenir un produit laminé, - on trempe le produit laminé après l'avoir réchauffé au dessus du point AC3, defaçon à lui conférer une structure essentiellement bainitique.
- éventuellement, on découpe un lopin dans le produit laminé, - et on met en forme par déformation plastique à froid le lopin ou le produit laminé
pour obtenir la pièce ayant ses caractéristiques mécaniques finales
7 - Procédé pour la fabrication d'une pièce en acier mise en forme par déformation plastique à froid caractérisé en ce que:
- on approvisionne un demi produit en acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, - on lamine à chaud le demi produit afin d'obtenir un produit laminé, - éventuellement, on découpe un lopin dans le produit laminé, - on met en forme par déformation plastique à froid le lopin ou le produit laminé
pour obtenir la pièce, - et on trempe la pièce après l'avoir réchauffée au dessus du point AC3, de façon à lui conférer une structure essentiellement bainitique et ses caractéristiques mécaniques finales.
- on approvisionne un demi produit en acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, - on lamine à chaud le demi produit afin d'obtenir un produit laminé, - éventuellement, on découpe un lopin dans le produit laminé, - on met en forme par déformation plastique à froid le lopin ou le produit laminé
pour obtenir la pièce, - et on trempe la pièce après l'avoir réchauffée au dessus du point AC3, de façon à lui conférer une structure essentiellement bainitique et ses caractéristiques mécaniques finales.
8 - Pièce en acier mise en forme à froid caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, en ce quela striction Z de l'acier est supérieure à 45 % et en ce que la résistance à latraction Rm de l'acier est supérieure à 650 MPa.
9 - Pièce selon la revendication 8 caractérisée en ce que la résistance à la traction Rm de l'acier est supérieure à 1200 MPa.
10 - Pièce selon la revendication 8 ou la revendication 9 caractérisée en ce qu'elle a une structure essentiellement bainitique.
11 - Produit sidérurgique laminé à chaud caractérisé en ce qu'il est constitué d'un acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 et en ce qu'il a une structure essentiellement bainitique.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FZDE | Discontinued |