CH619270A5 - Boron steel with high hardness and toughness characteristics - Google Patents

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CH619270A5
CH619270A5 CH93377A CH93377A CH619270A5 CH 619270 A5 CH619270 A5 CH 619270A5 CH 93377 A CH93377 A CH 93377A CH 93377 A CH93377 A CH 93377A CH 619270 A5 CH619270 A5 CH 619270A5
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boron
steel
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nitrogen
total
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CH93377A
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Daniel Thivellier
Daniel Rousseau
Roland Tricot
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Ugine Aciers
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Abstract

This steel contains: - total boron : 30 to 100 ppm - N : 40 to 220 ppm - Al : 200 to 800 ppm and the total boron (Bt), N and Al contents expressed in ppm satisfy the following relationship: 10 N - 17 Bt - Al = - 300 +/- 200 This steel, which exhibits very high mechanical characteristics, especially both a quenchability and great toughness in the quenched state, is particularly suitable for the manufacture of articles employed in the processed state, or cemented and processed, such as shafts, gears and mechanical components of all kinds.

Description

L'invention a pour objet un acier au bore ayant, à l'état trempé ou à l'état cémenté et trempé, des caractéristiques de dureté et de ténacité élevées, grâce à des teneurs optimales en bore soluble et en bore insoluble. The invention relates to a boron steel having, in the hardened state or in the hardened state and hardened, hardness and toughness of the characteristics, with optimum levels of soluble boron and boron insoluble. Cet acier peut être utilisé pour toutes sortes d'emplois et, plus particulièrement, dans les domaines qui concernent les aciers de construction, de traitement et de cémentation. This steel can be used for all kinds of jobs and, in particular, in the areas that concern structural steels, processing and cementation.

L'invention a également pour objet un procédé d'élaboration de cet acier qui permet de conférer à cet acier simultanément des caractéristiques améliorées de trempabilité et de ténacité grâce à des additions contrôlées de B, AL et N. The invention also has for an object the development of this steel method for imparting simultaneously to said steel improved characteristics of hardenability and toughness by controlled additions of B, G and N.

L'invention a également pour objet l'utilisation de cet acier pour la fabrication de pièces mécaniques présentant une grande dureté et une grande ténacité. The invention also relates to use of this steel for the manufacture of mechanical parts having high hardness and high toughness.

L'influence du bore sur les caractéristiques mécaniques des aciers est connue depuis longtemps. The effect of boron on mechanical properties of steel has long been known. C'est ainsi qu'en 1921, le brevet US 1 159 388 enseigne l'addition de petites quantités de bore pour améliorer la trempabilité de l'acier. So in 1921, US Patent 1,159,388 teaches the addition of small amounts of boron for improving the hardenability of steel. Depuis cette date, un nombre considérable d'études ont été publiées qui ont donné des enseignements très souvent contradictoires sur les quantités de bore qu'il convient d'introduire dans les aciers, les conditions dans lesquelles cette introduction doit être faite, et son effet sur les propriétés de ces aciers. Since then, a considerable number of published studies that have shown often contradictory teachings on the amounts of boron to be introduced in steels, the conditions in which this introduction is to be made, and its effect the properties of these steels.

Il existe cependant un ensemble de résultats montrant l'action de quelques dizaines de ppm de bore sur la trempabilité des aciers et on peut citer, parmi les travaux faisant le point sur cette question, celui de R. SCHERER et K. BUNGARDT (Revue de Métallurgie L no. 2,1953, p. 73-94), relatif à la trempabilité des aciers de cémentation et de traitement au bore. But there is a set of results showing the action of a few dozen ppm boron on the hardenability steels and include, among work taking stock of this question, one SCHERER R. and K. Bungardt (Review metallurgy the no. 2.1953, p. 73-94), on the hardenability of the case hardening steels and boron treatment. Ce travail montre que des quantités de bore de l'ordre de 30 à 40 ppm permettent, soit d'augmenter de façon sensible la trempabilité des aciers en question, soit de maintenir leur trempabilité en réduisant leurs teneurs en éléments d'addition. This work demonstrates that the amounts of boron of the order of 30 to 40 ppm make it possible either to have a significant increase the hardenability of the steels in question or to maintain their hardenability reducing their contents of alloying elements. L'existence d'interactions entre le bore et l'azote présent dans l'acier a été signalée par différents auteurs, tels que, par exemple, TG DIGGES et FM REINHART (Trans. ASM, 1948-40 p. 1124-1145). Existence of interactions between boron and nitrogen from the steel has been reported by various authors, such as, for example, TG Digges and FM Reinhart (Trans. ASM, 1948-1940 p. 1124 to 1145) .

Ces auteurs montrent que, dans les aciers à forte teneur en azote, l'effet des additions de bore est en quelque sorte neutralisé par cet élément. These authors show that, in steels with high nitrogen content, the effect of boron additions is somehow neutralized by this element. Ils l'expliquent par une réaction entre le bore et l'azote qui donne un composé insoluble dans l'acide sulfurique 1 /I, sans effet sur la trempabilité. They explained by a reaction between the boron and nitrogen which gives an insoluble compound in sulfuric acid 1 / I, no effect on the hardenability. Pour éviter cette action défavorable de l'azote, leurs essais montrent qu'on peut le fixer par du titane ou du zirconium qui ont, pour cet élément, une affinité supérieure à celle du bore. To avoid this adverse effect of nitrogen, their tests show that one can secure with titanium or zirconium compounds which have, for this element, a higher affinity than boron. Ce résultat peut être obtenu en introduisant le bore dans l'acier sous forme d'alliages complexes contenant, en général, plusieurs éléments fortement réducteurs tels que Mn, Si, Al, Ti et Zr. This result can be obtained by introducing boron in the steel to form complex alloys containing, in general, several strongly reducing elements such as Mn, Si, Al, Ti and Zr. Ces éléments protégeant le bore contre l'oxydation et la nitruration, son action sur l'aptitude à la trempe de l'acier atteint alors le maximum d'efficacité. These elements protect the boron against oxidation and nitriding, its action on the hardenability of the steel, so the maximum efficiency.

La demande de brevet néerlandais 130 179, déposée le 20 mars 1963 (demande prioritaire no. ST 18 989 du 21 mars 1962 en République Fédérale d'Allemagne) concerne des aciers contenant à la fois du bore et de l'azote dans lesquels la formation de nitrure de bore permet d'améliorer la ténacité. The Dutch patent application 130179, filed March 20, 1963 (priority application no. ST 18 989 of 21 March 1962 the Federal Republic of Germany) concerns steels containing both boron and nitrogen in which training boron nitride improves the toughness. Selon cette publication, il est possible, dans ces aciers en ajustant les teneurs en bore et en azote libre, d'avoir, d'une part, du bore sous forme de BN insoluble qui augmente la ténacité et, d'autre part, un excès de bore appelé bore dissout qui augmente la trempabilité. According to this publication, it is possible, in these steels by adjusting the boron content and the free nitrogen, having on the one hand, boron in the form of insoluble BN increases toughness and, on the other hand, a excess boron called boron dissolved increasing hardenability.

Il résulte des exemples que la quantité d'azote, dit libre, est calculée en déduisant de l'azote total la quantité d'azote qui est liée à l'aluminium présent dans le métal liquide sous forme de nitrure. It follows from the examples that the amount of nitrogen, said free, is calculated by subtracting from the total nitrogen amount of nitrogen which is bonded to the aluminum present in the liquid metal in the form of nitride.

Il est revendiqué, dans ce brevet, l'addition de 0,0001 à 0,03 % de bore dans une masse fondue d'acier calmé contenant encore 0,001 à 0,03% d'azote libre. It is claimed in this patent, the addition of 0.0001 to 0.03% of boron in a killed steel melt further containing 0.001 to 0.03% of free nitrogen.

Beaucoup plus récemment, le problème de la teneur optimale en bore soluble, seul actif pour accroître la trempabilité des aciers, a été réexaminé par Ryuichi HABU et coll. Much more recently, the problem of the optimum content of soluble boron, only active to increase the hardenability of steel, was reviewed by Ryuichi HABU et al. (Tetsu to Hagahe, September 1074-60, no. 10, p. 1470-1482) dans le cas des aciers faiblement alliés contenant de l'aluminium. (Tetsu to Hagahe, September 1074 to 1060, no. 10, p. 1470-1482) in the case of low alloy steels containing aluminum. Les calculs de ces chercheurs, confirmés par leurs expériences, tendent à montrer que le bore réduit le nitrure d'aluminium, même en présence d'un très large excès d'aluminium pour former du nitrure de bore. The calculations of these researchers confirmed by their experiments suggest that the reduced boron aluminum nitride even in the presence of a very large excess of aluminum to form boron nitride. Tant que la totalité du nitrure d'aluminium n'a pas été réduite par le bore, il n'existe, selon les auteurs, à l'état dissous, qu'une petite quantité de bore, c'est le bore soluble qui est présent à des teneurs ne dépassant pratiquement pas 6 à 7 ppm, tant qu'il y a de l'azote disponible. Until all of the aluminum nitride was not reduced by the boron, there is, according to the authors, in the dissolved state, a small amount of boron, the boron which is soluble present at levels not exceeding virtually 6-7 ppm, while there is the available nitrogen. Pour ces auteurs, il n'y a donc pas d'azote libre et le nitrure d'aluminium joue un rôle de tampon; For these authors, so there is no free nitrogen and aluminum nitride plays a buffer role; c'est seulement lorsque ce nitrure a été entièrement réduit par le bore que la quantité de bore soluble peut s'accroître et dépaser la dizaine de ppm. it is only when this nitride has been completely reduced by the boron that the amount of soluble boron can be increased and the dépaser ten ppm. Toujours selon ces auteurs, la teneur optimale en bore soluble, pour favoriser la trempe, est de 3 à 5 ppm, et, pour atteindre ces niveaux, il faut une forte teneur en Al de l'ordre de 0,06 à 0,08 %, en présence de teneurs en N2 comprises entre 0,004 et 0,012%. According to these authors, the optimum content of soluble boron to enhance the quenching is from 3 to 5 ppm, and, to achieve these levels, it is necessary a high Al content in the range of 0.06 to 0.08 %, in the presence of N2 contents of between 0.004 and 0.012%. Dans la pratique, selon les mêmes auteurs, il suffira d'introduire une dizaine de ppm de bore dans un tel acier pour obtenir automatiquement 3 à 5 ppm de bore soluble. In practice, according to the same authors, it is sufficient to introduce a dozen ppm of boron in such a steel for automatically 3-5 ppm of soluble boron. Des quantités de bore total plus grandes sont sans inconvénient tant qu'il reste du nitrure d'aluminium en excès. Amounts of total larger boron are conveniently until all the excess aluminum nitride.

Ces derniers résultats sont en contradiction avec l'essentiel de l'enseignement du brevet NL. These results contradict the essence of the NL patent education. 130 179 selon lequel seul l'azote libre, c'est-à-dire celui qui n'est pas lié à l'aluminium, est disponible pour former du nitrure de bore. 130 179 in which only the free nitrogen, that is to say one that is not bound to aluminum is available to form boron nitride.

D'autres auteurs: H. TREPPSCHUH et coli (Stahl und Eisen, 2 Novembre 1967, vol. 87, no. 22 p. 1355-1368) estiment que, à l'état liquide, le bore fixe l'azote contenu dans Other authors: H. TREPPSCHUH et al (... Stahl und Eisen, November 2, 1967, vol 87, no 22, pp 1355-1368) estimated that, in the liquid state, the fixed nitrogen in boron

S S

10 10

15 15

25 25

10 10

35 35

40 40

45 45

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60 60

65 65

3 3

619 270 619270

l'acier, même en présence d'un excès d'aluminium. steel, even in the presence of an excess of aluminum. Si, donc, on désire avoir du bore soluble, il faut utiliser des additions d'éléments dénitrurants efficaces tels que le titane et le zirconium. If, therefore, is desired soluble boron must be used additions of effective dénitrurants elements such as titanium and zirconium. Cependant, selon les mêmes auteurs, à température plus basse dans le métal solide, l'affinité de l'Ai pour l'azote devient s supérieure à celle du bore et il peut y avoir réversion et réduction par l'aluminium d'une partie du nitrure de bore. However, according to the same authors, at a lower temperature in the solid metal, the affinity of Al to nitrogen becomes s greater than that of boron and there may be reversion, reduction with aluminum part boron nitride. Les résultats présentés par les auteurs montrent que, pour obtenir un peu moins de 10 ppm de bore en solution solide, en présence d'azote et en l'absence de dénitrurants, il faut une addition m d'aluminium dans l'acier de 1,2 kg/tonne, soit 0,12%, quantité bien supérieure à la pratique courante. The results presented by the authors showed that, for a little less than 10 ppm of boron in solid solution in the presence of nitrogen and in the absence of dénitrurants must addition m aluminum in steel 1 2 kg / tonne, 0.12%, amount much greater than the current practice.

Devant ces résultats contradictoires, l'homme de l'art n'arrive pas à dégager un enseignement lui permettant de prévoir l'effet des additions de bore et d'ajuster celles-ci en fonction is d'un résultat à atteindre. Given these conflicting results, the skilled person can not reach an education allowing him to predict the effect of boron additions and adjust them based is a result to be achieved. Ceci explique les échecs rencontrés dans l'utilisation du bore dans les aciers, la relative médiocrité et la dispersion des résultats obtenus avec, pour conséquence, un manque de confiance des utilisateurs dans ces nuances d'aciers. This explains the failures in the use of boron in steels, relatively poor and dispersion of results obtained with the result, a lack of user confidence in these steel grades. En effet, les efforts de promotion de nuances d'aciers contenant :o moins d'éléments d'addition coûteux et rares tels que Cr, Ni, Mo etc ... et présentant une aussi bonne trempabilité grâce à l'addition de bore, ont été compromis par la grande irrégularité des résultats obtenus. Indeed, the steel grades promotion efforts containing: o less expensive and scarce alloying elements such as Cr, Ni, Mo etc ... and with as good hardenability by the addition of boron, were compromised by the great irregularity of the results.

Dans le cas, par exemple, des aciers cémentés, utilisés dans l'industrie automobile, cette irrégularité s'est traduite soit par des déformations de pièces de dureté trop faible, soit par des fissurations intergranulaires dues à des composés fragiles riches en bore. If, for example, hardened steels, used in the automotive industry, this irregularity has led either by deformation of parts too low hardness, either by cracking due to intergranular boron rich compounds fragile.

La présente invention permet, de façon tout à fait imprévue, m l'obtention de nouveaux aciers au bore qu'il est possible de préparer avec une très grande sécurité et une très grande reproductibilité et qui présentent des caractéristiques parfaitement définies à l'avance, combinant une meilleure trempabilité et une ténacité considérablement accrue par rapport à celles des aciers antérieurement connus. The present invention allows, in quite unexpected, m getting new boron steels that can be prepared with very high security and high reproducibility and which have well defined characteristics in advance, combining improved hardenability and greatly increased toughness compared to those previously known steels.

A cet effet, l'acier selon l'invention est caractérisé en ce qu'il contient 30 à 100 ppm de bore total, 40 à 220 ppm d'azote et en ce que la somme équivalente à l'aluminium, So, est comprise entre 200 et 800 ppm, cette somme étant exprimée par la m relation: For this purpose, the steel according to the invention is characterized in that it contains 30 to 100 ppm total boron, 40 to 220 ppm of nitrogen and that the sum equivalent to aluminum, So is included between 200 and 800 ppm, this amount being expressed by the relation m:

ténacité. tenacity. L'élaboration de ces aciers présente également l'avantage d'une mise en œuvre simple qui ne nécessite pas de traitements coûteux par des agents renforçateurs spéciaux tels que le titane ou le zirconium. The development of these steels also has the advantage of a simple implementation that does not require costly treatments by special reinforcing agents such as titanium or zirconium.

Le procédé d'élaboration de l'acier conforme à l'invention est caractérisé en ce que l'on ajuste, après désoxydation les teneurs en bore total Bt, en azote, en aluminium et, le cas échéant, en V et/ou Nb et/ou Ta, de façon à satisfaire les relations (1) et (2). The steelmaking process according to the invention is characterized in that one adjusts, after deoxidation Bt total boron contents, nitrogen, aluminum and, where appropriate, V and / or Nb and / or Ta to to meet the relations (1) and (2).

Les inventeurs ont, tout d'abord, estimé que les contradictions observées dans les travaux antérieurs pouvaient s'expliquer, en partie, par l'utilisation de méthodes d'analyse imprécises, ou systématiquement faussées par des étalonnages défectueux. The inventors, first, found that the contradictions observed in previous studies could be explained in part by the use of inaccurate testing methods or systematically distorted by faulty calibrations.

Il est connu, en effet, que le dosage précis de teneurs de l'ordre de grandeur de la partie par million présente de grosses difficultés que les laboratoires d'aciéries n'ont pas l'habitude de résoudre. It is known, in fact, the precise dosage levels of the order of magnitude of parts per million present serious difficulties that mills laboratories do not usually resolve. De même, les inventeurs ont pensé que les données de la thermodynamique étaient insuffisantes pour prévoir les réactions possibles entre des éléments susceptibles d'interaction tels que le bore, l'aluminium et l'azote. Similarly, the inventors have thought that the thermodynamic data were insufficient to predict the possible reactions between components capable of interaction such as boron, aluminum and nitrogen.

A partir de ces hypothèses de travail, ils ont eu l'idée simple mais inattendue qu'il devait être possible de découvrir une relation entre les teneurs en aluminium, en azote et en bore qui expliquerait, dans une large mesure, les phénomènes constatés et, surtout, qui permettrait de prévoir les caractéristiques des aciers en fonction de ces trois éléments et, à partir de là, de mettre au point de nouveaux aciers à caractéristiques améliorées. From these working hypotheses, they had the simple idea, but surprisingly it should be possible to find a relationship between the levels of aluminum in nitrogen and boron which explains to a large extent the observed phenomena and especially that would predict the characteristics of steels depending on these three elements and, from there, to develop new steels with improved characteristics.

Les essais effectués ont totalement justifié cette idée de départ et ont permis d'établir une relation qui, lorsqu'elle est satisfaite, à l'obtention d'un effet optimal du bore en ce qui concerne à la fois la trempabilité et la ténacité. Tests carried out have fully justified this idea and have established a relationship which, when satisfied, to obtain an optimal effect of boron in regard to both the hardenability and toughness. Il s'agit d'une relation linéaire très simple entre les teneurs en bore total Bt, en azote et en aluminium exprimées en ppm, qui se trouvent dans l'acier. It is a very simple linear relationship between the Bt total boron contents, nitrogen and aluminum expressed in ppm, which are in the steel.

Cette relation est la suivante: This relationship is as follows:

s°-ai+r9 + s"4+6-7 ° s -ai + r9 + s "4 + 6-7

(1) (1)

10 N- 17 Bt-Al = —300±200 ppm On doit, de plus, avoir: 10 N-17 Bt-Al = -300 ± 200 ppm It should, moreover, have:

200 < Al < 800 ppm 30 < Bt < 100 ppm 40 < N < 220 ppm 200 <Al <800 ppm 30 <Bt <100 ppm 40 <N <220 ppm

(3) (3)

(4) (4)

(5) (5)

(6) (6)

dans laquelle Al, V Nb et Ta sont les teneurs en ppm de ces éléments, et en ce que la relation: wherein Al, V Nb and Ta are the contents in ppm of these elements, and in that the relationship:

10 N -17 Bt —So = -300±200 ppm (2) 10 -17 N Bt -So = -300 ± 200 ppm (2)

est satisfaite, Bt et N étant respectivement les teneurs en bore total et en azote exprimées en ppm et So étant calculée par la relation indiquée plus haut. is satisfied, Bt and N are respectively the total boron and nitrogen content expressed in ppm and So is calculated by the equation given above.

Dans cet acier, la présence de V et/ou NB et/ou Ta est facultative. In this steel, the presence of V and / or NB and / or Ta is optional. Cet acier se caractérise non seulement par sa teneur en bore total, mais encore par la présence simultanée, à des niveaux optimaux, de bore efficace pour la trempabilité et de bore efficace pour la ténacité. This steel is characterized not only by its total boron content, but also by the simultaneous presence at optimal levels, effective boron for hardenability and effective boron for toughness.

Ce sont des aciers de tous types, tels que des aciers de construction, des aciers de cémentation, des aciers de traitement dans lesquels on obtient des caractéristiques améliorées de façon contrôlée et reproductible de trempabilité et de ténacité. These are steels of all kinds, such as structural steels, case hardening steels, treatment steels having improved characteristics of controlled and reproducible hardenability and toughness is obtained.

Ces nouveaux aciers peuvent être produits industriellement de façon plus économique que des aciers à plus fortes teneurs en éléments d'addition coûteux qu'ils peuvent remplacer grâce à des performances au moins égales du point de vue dureté et limite élastique, et, en général, supérieures du point de vue These new steels can be produced industrially more economical than steel at higher levels of expensive alloying elements so that they can replace with performance at least equal hardness perspective and yield, and, in general, above the point of view

Comme le montreront les exemples, ces relations ne sont valables que si certaines conditions expérimentales sont réunies. As the examples will show, these relationships are only valid if certain experimental conditions are met. Tout d'abord, N, Bt et Al sont respectivement les teneurs exprimées en parties par million d'azote total, de bore total et d'aluminium total. Firstly, N, Bt and Al are respectively the contents expressed in parts per million of total nitrogen, total boron and total aluminum. On entend par aluminium total celui qui est présent dans l'acier à l'état dissout ou combiné. by total aluminum is one which is present in the steel in dissolved or combined state. Une fraction se trouve sous forme d'inclusions d'alumine qui n'ont pas eu le temps de décanter. A fraction is in the form of alumina inclusions that have not had time to settle. L'aluminium ainsi fixé n'a plus d'action sur l'équilibre bore azote. The aluminum thus fixed has no effect on nitrogen balance boron. L'expérience montre qu'il s'agit là d'une cause d'erreur qui peut être négligée dans l'exploitation de la relation ci-dessus, à condition que les prélèvements pour analyse soient effectués, soit sur le métal solidifié après moulage, soit sur le métal liquide à la fin de la période de décantation juste avant le moulage. Experience shows that this is a cause of error which can be neglected in the operation of the above relationship, provided that the samples for analysis are made either on the metal solidified after molding or on the liquid metal at the end of the settling period just prior to molding. Dans la pratique, la quantité d'aluminium ainsi fixée sous forme d'alumine est de l'ordre de 10 à 30 ppm. In practice, the amount of aluminum so fixed as alumina is of the order of 10 to 30 ppm.

Par ailleurs, les essais ont montré que l'aluminium pouvait être remplacé, au moins partiellement, par du vanadium, du niobium ou, du tantale qui jouent un rôle similaire vis à vis de l'azote et du bore. Moreover, tests have shown that aluminum could be replaced, at least partially, by vanadium, niobium or tantalum that play a similar role with respect to nitrogen and Boron. Ce remplacement doit être effectué dans le rapport des poids atomiques de ces différents éléments. It must be replaced in the atomic weights of these elements report. Il en résulte que, si on exprime les teneurs en aluminium, vanadium, As a result, if expressed levels of aluminum, vanadium,

55 55

60 60

619 270 619270

4 4

niobium et tantale en ppm, on peut définir une somme équivalente à l'aluminium, So, exprimée en ppm, telle que: niobium and tantalum in ppm, one can define an amount equivalent to aluminum, So, expressed in ppm, such that:

So = Al + So = Al +

+ Nb + Nb

+ +

Ta Your

1,9 3,4 6,7 1,9 3,4 6,7

(1) (1)

Cette valeur So peut donc être substituée à la teneur en Aluminium exprimée en ppm dans la relation qui a été définie plus haut qui s'écrit alors: So this value can be substituted for the aluminum content in ppm in the relationship that has been defined above, which is then written:

10 N - 17 Bt — So = — 300 ± 200 10 N - 17 Bt - So = - 300 ± 200

(2) (2)

On remarque que si V=0, Nb=0 et Ta=0, simultanément, on a alors So=Al et on est ramené à la relation initiale. Note that if V = 0, Nb and Ta = 0 = 0 simultaneously, then we have So = Al and is returned to the original relationship. Cette relation (2) est donc la forme généralisée de la relation (3). This relationship (2) is the generalized form of equation (3).

De même façon que précédemment, les trois fourchettes de teneurs doivent être réalisées: In same way as before, the three ranges of levels must be carried out:

200 < So < 800 ppm 30 < Bt < 100 ppm 40 < N < 220 ppm 200 <So <800 ppm 30 <Bt <100 ppm 40 <N <220 ppm

(7) (7)

(5) (5)

(6)" (6) "

Bien que la valeur maximale de Al soit de 800 ppm, il suffit, le plus souvent, d'introduire dans les aciers suivant l'invention des teneurs en Al ne dépassant pas 400 ppm ; Although the maximum value of 800 ppm Al is, simply, more often, to introduce in steels according to the invention of Al contents not exceeding 400 ppm; il en est de même ,. it is the same ,. pour la valeur de So qui ne dépasse pas, le plus souvent, So the value of which does not exceed, in most cases,

400 ppm. 400 ppm.

Pour l'azote, les quantités qui pourraient être éventuellement fixée par des dénitrurants très puissants tels que le titane ou la zirconium ne sont pas prises en compte dans la relation. For nitrogen, the quantities that may be optionally attached by very powerful dénitrurants such as titanium or zirconium are not taken into account in the relationship. Au cas où on serait conduit à utiliser de telles additons il faudrait donc, pour l'application de la relation ci-dessus, déduire l'azote qui serait fixé par ces éléments sous forme de nitrures stables. If we would be driven to use such additons should therefore, for the purposes of the relationship above, deduct the nitrogen that would be set by these elements form stable nitrides.

Souvent, il n'est pas nécessaire, pour la mise en œuvre du ^ procédé selon l'invention, de modifier la teneur en azote présente dans le bain d'acier qui se trouve naturellement dans une fourchette de l'ordre de 40 à 100 ppm. Often it is not necessary for the implementation of ^ formatting method according to the invention to modify this nitrogen content in the steel bath which occurs naturally in a range of about 40 to 100 ppm.

Cependant, dans le cas des élaborations au four à arc basique, il arrive que la teneur en azote soit supérieure à la valeur désirée pour la mise en œuvre du procédé suivant l'invention. However, in the case of elaborations to the basic arc furnace, it happens that the nitrogen content is greater than the desired value for the implementation of the process according to the invention. On peut alors abaisser cette teneur par dégazage sous vide, par exemple, ou bien, ce qui n'est pas sans inconvénient, par des additions soigneusement ajustées d'éléments dénitrurants, tels que le titane ou le zirconium, en général sous forme de ferro- 4 s aliages. One can then reduce this content by degassing under vacuum, for example, or well, which is not without disadvantage, by carefully controlled additions of dénitrurants elements, such as titanium or zirconium, generally in the form of ferro - 4 s alloys. Un accroissement de teneur en azote peut être obtenu, au contraire, par diverses méthodes: barbottage de N2, introduction d'un ferro-alliage nitruré, de cyanamide calcique etc... A nitrogen content of growth can be achieved, however, by various methods: bubbling N2 introduction of a ferroalloy nitrided calcium cyanamide etc ...

Bien que la teneur en azote des aciers suivant l'invention puisse atteindre jusqu'à 220 ppm, cette teneur est limitée, le plus j0 souvent, à des valeurs inférieures à 150 ppm. While the nitrogen content of the steels according to the invention can reach up to 220 ppm, this content is limited, most often j0, to values ​​lower than 150 ppm.

On entend par bore total Bt, le bore qui est effectivement présent dans le métal liquide. Bt mean total boron, boron is actually present in the liquid metal. La métode d'analyse qui est décrite plus loin permet de le déterminer. The Mètode analysis as described below to determine the. Il faut cependant savoir que dans ce bore total ainsi dosé, il peut exister de petites 55 quantités sous forme d'oxyde de bore si cet élément a été introduit sans précautions et si le bain métallique n'a pas été correctement désoxydé au préalable. However, it should know that in this total boron and dosed, there may be small amounts 55 as boron oxide if this element was introduced without precautions and if the metal bath was not correctly deoxidized beforehand. Cet oxyde est sans effet aussi bien pour la trempabilité que pour la ténacité de l'acier. This oxide has no effect both hardenability than the toughness of steel. Si on a pris la précaution d'introduire l'aluminium dans les condi- (,o tions qui on été précisées, avant d'introduire le bore, l'expérience montre que les quantités de bore susceptibles d'être oxydées dans le bain métallique sont négligeables et n'entraînent pas d'incertitudes dans l'exploitation de la relation entre le bore, l'azote et l'aluminium. Le bore peut être introduit dans le bain (,5 d'acier liquide sous forme de ferrobore, dans le four ou dans la poche de coulée, ou, éventuellement, en cours de dégazage ou encore, enfin, dans la lingotière. If we made sure to introduce aluminum in the conditions (o tions which have been specified, before introducing boron, experience shows that the quantity of boron that may be oxidized into the metal bath are negligible and do not entail no uncertainty in the operation of the relationship between the boron, nitrogen, and aluminum. the boron can be introduced into the bath (5 of molten steel in the form of ferroboron in the furnace or ladle, or possibly during degassing or, finally, in the mold.

Sauf cas particulier, il faut éviter d'introduire le bore au moyen de mélanges dits renforçateurs (intensifiers) qui ont pour but de désoxyder et dénitrurer le bain. Except in special cases, it is necessary to avoid introducing boron through said mixtures reinforcers (intensifiers) which are intended to deoxidize and dénitrurer bath. Ces mélanges comportent des désoxydants et des dénitrurants qui auront, en général, pour effet d'éliminer l'azote et, s'ils contiennent de l'aluminium, d'accroître encore la teneur en cet élément, ce qui pourra empêcher de satisfaire la relation donnée plus haut, à moins de faire de nouvelles additions d'azote. These mixtures contain oxidants and dénitrurants that will, in general, the effect of removing nitrogen and, if they contain aluminum, to further increase the content of this element, which will help meet relationship above given unless making new additions of nitrogen. Il convient de remarquer que, dans la plupart des cas, la teneur en bore des aciers suivant l'invention est sensiblement inférieure à 100 ppm et ne dépasse guère 60 ppm. It should be noted that in most cases, the boron content of the steels according to the invention is substantially less than 100 ppm and hardly exceeds 60 ppm.

Bien que les bases théoriques de l'invention ne soient pas encore parfaitement élucidées, les études analytiques très approfondies qui ont été faites ont montré que, en réalisant des aciers conformes à l'invention, c'est-à-dire en ajustant à la fin de l'élaboration de l'acier, dans les conditions précisées plus haut, les teneurs en bore, azote et aluminium, de façon à satisfaire la relation (3) ou la relation généralisée (2) et en respectant les fourchettes de teneur données plus haut, on obtient dans cet acier une teneur en bore soluble de 15 à 50 ppm et également 15 à 50 ppm de bore insoluble. Although the theoretical basis of the invention are not yet fully understood, very thorough analytical studies that have been done show that, by making steel conforming to the invention, that is to say by adjusting the end of the smelting of the steel, under the conditions specified above for boron, nitrogen and aluminum, so as to satisfy the relationship (3) or the general equation (2) and in accordance with the data content ranges above, is obtained in this steel a soluble boron content of 15 to 50 ppm and also from 15 to 50 ppm insoluble boron. Le bore soluble, tel qu'il est défini dans ce procédé, est celui qui est dosé par la méthode suivante: attaque dans un bêcher en quartz de 100 ml de 100 mg d'acier pour les teneurs en B supérieures à 50 ppm et de 250 mg pour les teneurs inférieures, par un mélange de 20 ml de S04H27N+10 ml de P04H39N en bain-marie bouillant. Soluble boron, as defined in this method, is that which is determined by the following method: attack in a quartz beaker of 100 ml of 100 mg of steel for contents of B greater than 50 ppm and 250 mg for a content, a mixture of 20 ml of S04H27N + 10 ml P04H39N in a boiling water bath. Lorsque l'attaque semble s'arrêter, on la prolonge de 15 min. When the attack seems to stop, it is extended to 15 minutes. on refroidit, on ajoute 5 ml de H202 à 55 volumes, on chasse l'excès par maintien de 10 min. cooled, 5 ml of H202 at 55 volumes, the excess was removed by maintaining 10 min. en bain-marie bouillant, on laisse refroidir et aon ajuste à 50 ml en ballon jaugé. in a steam bath, allowed to cool and aon adjusted to 50 ml volumetric flask. Le bore présent dans la solution est dosé, suivant une méthode connue de l'homme de l'art, telle que l'absorption lumineuse à 6500 Â du complexe triple bore fluorure de méthylène extrait par le dichloroéthane. Boron present in solution was assayed, following a method known to those skilled in the art, such that the luminous absorption at 6500 Â triple methylene boron fluoride complex extracted with dichloroethane.

La teneur en bore total Bt est dosée après mise en solution complète de l'échantillon. The total boron content Bt is determined after complete dissolution of the sample.

La méthode de dosage consiste en une attaque sulfurique à fumées blanches. The assay consists of a sulfuric attack of white fumes. Les vapeurs issues de l'attaque sont recueillies après condensation et réunies à la solution d'attaque initiale. The vapors from the attack are collected after condensation and joined at the initial etching solution. Le bore est ensuite dosé dans la solution par une méthode comparable à celle décrite plus haut. Boron is then dosed into the solution using a method comparable to that described above. Par définition, la teneur en bore insoluble est la différence entre les teneurs en bore total et en bore soluble déterminées de la façon qui vient d'être décrite. By definition, insoluble boron content is the difference between the total boron levels and soluble boron determined in the manner just described.

Les exemples ci-après décrivent un certain nombre de cas de mise en œuvre du procédé suivant l'invention. The following examples describe a number of cases of implementation of the process according to the invention. Ce procédé s'applique en réalité aux aciers élaborés par toute méthode, étant donné que le procédé suivant l'invention consiste en un réglage d'un certain nombre de paramètres de composition de l'acier, qui doit être effectué en fin d'élaboration dans le four lui-même, ou, éventuellement, dans la poche de coulée. This process applies actually to steels produced by any method, since the method according to the invention is a setting of a number of compositional parameters of the steel, which must be done in late development in the furnace itself, or possibly in the ladle.

Exemple 1 example 1

On a élaboré quatre coulées repérées 1A, 1B, IC et 1D. four marked flows 1A was developed, 1B, IC and 1D. Les trois coulées 1A, IC et 1D étaient conformes à la norme AFNOR 19 NCDB 2 qui concerne un acier au nickel chrome molybdène comportant une addition de bore de 8 à 50 ppm environ. The three flows 1A, IC and 1D were consistent with the standard AFNOR 19 NCDB 2 which relates to a steel molybdenum chromium nickel having a boron addition of 8 to about 50 ppm. La coulée 1B était conforme à la norma AFNOR 20 NCD 2 qui concerne un acier sans bore dont les fourchettes de composition pour les autres éléments d'addition sont identiques à celles de l'acier 19 NCDB 2. Les conditions opératoires ont été les suivantes: 1B casting was consistent with the norma AFNOR 20 NCD 2 which relates to a boron-free steel having the composition ranges for the other alloying elements are identical to those of steel 19 NCDB 2. The operating conditions were as follows:

Coulée 1A casting 1A

L'acier type 19 NCDB 2 a été élaboré au four à arc basique de façon connue. The steel type 19 NCDB 2 was prepared in the oven at basic arc known manner. Ensuite, le métal a été brassé dans la poche de coulée avec un laitier contenant approximativement 50% de CaO et 50% de A1203. Then the metal was stirred in the ladle with slag containing approximately 50% CaO and 50% A1203. L'AI a été ajouté sous forme de FeAl The CEW was added as FeAl

619 270 619270

C VS

0,24 0.24

Mo MB

0,20 0.20

Si Yes

0,31 0.31

S S

0,030 0,030

Mn mn

0,84 0.84

P P

0,020 0,020

Ni Or

0,70 0.70

Al al

0,030 0,030

Cr Cr

0,67 0.67

o2 o2

0,0025 0.0025

dans le jet de basculage et le B a été ajouté sous forme de ferrobore. in the jet rocking and B was added in the form of ferroboron. Le métal a ensuite été dégazé sous vide. The metal then degassed under vacuum. Après coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques. After casting molds, rolling blooms and forging into small profiles, samples were collected for chemical analyzes and measurements of the mechanical characteristics.

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

N2 0,0080 N2 0.0080

B total 0,0050 B Total 0.0050

B soluble 0,0025 Soluble B 0.0025

B insoluble 0,0025 B insoluble 0.0025

Cet acier est conforme à l'invention: les teneurs en N2, B total et Al vérifient la relation (3) et les fourchettes de composition (4), (5) et (6). This steel is according to the invention: the contents of N2, total B and Al satisfy the relation (3) and the composition of forks (4), (5) and (6). Les teneurs en B soluble et B insoluble trouvées correspondent au résultat qui était visé. Concentrations of soluble B and B insoluble found correspond to the result that was intended.

Coulée IB casting IB

L'acier de type 20 NCD 2 a été élaboré au four à arc basique de façon connue. The type of steel 20 NCD 2 was prepared in the oven at basic arc known manner. Ensuite, le métal a été brassé avec un laitier à 50% de CaO et 50% de A1203. Then the metal was stirred with a slag to 50% CaO and 50% A1203. L'AI a été ajouté sous forme de FeAl dans le jet de basculage. The CEW was added as FeAl in the jet rocking. Il n'y a pas eu addition de B. Le métal a ensuite été dégazé sous vide. There was no addition of B. The metal was then degassed under vacuum. Après coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques. After casting molds, rolling blooms and forging into small profiles, samples were collected for chemical analyzes and measurements of the mechanical characteristics.

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

C VS

0,21 0.21

Mo MB

0,20 0.20

n2 n2

0,0135 0.0135

Si Yes

0,26 0.26

S S

0,010 0.010

B total total B

0,0055 0.0055

Mn mn

0,85 0.85

P P

0,010 0,010

B soluble soluble B

0,0012 0.0012

Ni Or

0,58 0.58

Al al

0,027 0,027

B insoluble insoluble B

0,0043 0.0043

Cr Cr

0,57 0.57

o2 o2

0,0035 0.0035

C VS

0,22 0.22

Cr Cr

0,55 0.55

Al al

0,034 0,034

Si Yes

0,31 0.31

Mo MB

0,25 0.25

o2 o2

0,0025 0.0025

Mn mn

0,77 0.77

S S

0,030 0,030

N2 N2

0,0090 0.0090

Ni Or

0,63 0.63

P P

0,011 0,011

B B

0 0

Cet acier n'est donc pas conforme à l'invention puisqu'il ne îs contient pas de B. This steel is not according to the invention since it îs not contain B.

Coulée 1C casting 1C

L'acier de type 19 NCDB 2 a été élaboré au four à arc basique de façon connue. The type of steel 19 NCDB 2 was developed in basic arc furnace known manner. Le métal n'a pas été brassé. The metal was not brewed. L'AI a été 4ii ajouté sous forme de FeAl dans le jet de basculage. The CEW was 4ii added as FeAl in the jet rocking. Le métal a été ensuite dégazé sous vide. The metal was then degassed under vacuum. Le B a été ajouté en lingotières sous forme d'un alliage de type grainal contenant Ti, Zr, Al. B was added in ingot form of a grainal type alloy containing Ti, Zr, Al.

Après coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses 45 chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques. After casting molds, forging and rolling blooms in small profiles, samples were taken for analysis 45 and chemical measurements of the mechanical characteristics.

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

Cet acier n'est pas conforme à l'invention car il ne satisfait 1 pas à la relation (3). This steel is not according to the invention because it satisfies one not to the relationship (3).

La trempabilité des aciers correspondants à ces quatre coulées a été évaluée de façon classique par le tracé des courbes JOMINY. Hardenability steels corresponding to the four cast was evaluated conventionally by the layout of the Jominy curves. Les courbes sont représentées en traits pleins sur la figure unique avec, en abscisse, les distances en mm et, en ordonnée, les duretés exprimées en unités ROCKWELL C. The curves are shown in solid lines in the single figure with, the x-axis, in mm distances and the ordinate, the hardness expressed in Rockwell units C.

Sur la même figure, on a reporté en traits interrompus la courbe de trempabilité d'un acier classique sans bore à teneur en nickel environ 6 fois plus élevée, l'acier conforme à la norme AFNOR 18 NC 13, pour lequel la teneur en nickel était de 1 3,25%. In the same figure, is plotted in dotted lines hardenability curve of a conventional steel without boron in nickel content about 6 times higher, the steel according to the standard AFNOR 18 NC 13, wherein the nickel content was 1 3.25%.

La courbe 1 correspond à l'acier provenant de la coulée 1 A, seul conforme à l'invention, qui présente la trempabilité la plus élevée, supérieure même à celle de l'acier type 18 NC 13 dont la forte teneur en nickel augmente de façon importante le prix de revient. Curve 1 corresponds to the steel from the melt 1 A, alone according to the invention, which shows the hardenability highest, superior even to that of the steel type 18 NC 13, the high nickel content increases significantly the cost. Les résultats les plus médiocres sont ceux obtenus avec les aciers des coulées IB (courbe 2) et 1D (courbe 4). The poorer results are those obtained with steels IB flows (curve 2) and 1D (curve 4). Ceci est logique car la coulée IB est exempte de bore et la coulée 1D, bien qu'elle ait une teneur on bore du même ordre de grandeur que celle des coulées 1A et 1C, a une teneur trop faible en bore soluble seul efficace pour la trempabilité. This is logical because the casting IB is free of boron and 1D casting, although it has a content of boron is the same order of magnitude as that of 1A flows and 1C, is too low effective only soluble boron for hardenability. La coulée 1C (courbe 3) qui présente une forte teneur en bore soluble a cependant une trempabilité un peu inférieure à celle de la coulée 1 A. Ceci s'explique car il semble que l'effet du bore soluble passe par un optimum vers 20 à 30 ppm. Casting 1C (curve 3) which has a high soluble boron content however has a hardenability slightly less than that of the casting 1 A. This is explained because it seems that the effect of soluble boron passes through an optimum at about 20 30 ppm.

La ténacité de ces mêmes aciers a été évaluée par mesure de l'effort de fissuration d'éprouvettes cémentées et trempées. The toughness of these steels was evaluated by measuring the cracking effort cemented specimens and soaked. Le type d'essai effectué est celui qui est décrit dans l'article de H. BRUGGER et G. KRAUS: Arch. The type of test performed is the one described in the article by H. Brugger and G. KRAUS: Arch. Eisenhiittenw., 32, no. Eisenhiittenw. 32, no. 8 (1961), p. 8 (1961), p. 529. 529.

Le tableau ci-après donne, d'une part, les valeurs des efforts de fissuration en KN ainsi déterminés et, d'autre part, les dimensions des grains selon l'échelle ASTM mesurées sur des échantillons des mêmes coulées après un essai Mac Quaid qui comporte un traitement de cémentation de 10 heures à 925° C. The table below gives, firstly, the values ​​of cracking efforts KN thus determined and, on the other hand, the grain size according to ASTM scale measured on samples of the same cast after a Mac Quaid test which comprises a carburizing treatment for 10 hours at 925 ° C.

C VS

0,20 0.20

Mo MB

0,19 0.19

n2 n2

0,0125 0.0125

Si Yes

0,42 0.42

S S

0,039 0,039

Ti Ti

0,065 0,065

Mn mn

0,71 0.71

p p

0,012 0.012

B total total B

0,0065 0.0065

Ni Or

0,54 0.54

Al al

0,040 0,040

B soluble soluble B

0,0060 0.0060

Cr cr

0,58 0.58

o2 o2

0,0025 0.0025

B insoluble insoluble B

0,0005 0.0005

Tableau l No de la coulée Table l No casting

Type de l'acier (AFNOR) Type of steel (AFNOR)

EFFORT DE FISSURATION en KN CRACKING EFFORT KN

GROSSEUR DU GRAIN après essai Me QUAID-échelle ASTM SIZE OF GRAIN after test me QUAID-scale ASTM

Cet acier n'est donc pas conforme à l'invention car le titane < présent fixe l'azote sous forme de TIN. This steel is not according to the invention as titanium <fixed this nitrogen in the form of TIN. Comme il y a un excès de titane par rapport à la stoechiométrie, il ne reste plus d'azote disponible pour interagir avec le bore et l'aluminium. Since there is an excess of titanium in relation to the stoichiometry, it is no more nitrogen available to interact with the boron and aluminum.

1A 1A

19 NCDB 2 19 NCDB 2

61 61

6-8 6-8

IB IB

20 NCD 2 20 NCD 2

47 47

7-8 7-8

1C 1 C

19 NCDB 2 19 NCDB 2

56 56

4-6 4-6

ID ID

19 NCDB 2 19 NCDB 2

52 52

6-8 6-8

18 NC 13 18 13 NC

60 60

7-8 7-8

Coulée ID casting ID

L'acier type 19 NCDB 2 a été élaboré au four à arc basique de façon connue. The steel type 19 NCDB 2 was developed in basic arc furnace known manner. Ensuite, le métal a été brassé avec un laitier à 50% de CaO et 50% de A1203. Then the metal was stirred with slag 50% CaO and 50% A1203. L'AI a été ajouté sous forme de FeAl dans le jet de basculage et le B a été ajouté sous forme de ferrobore. The CEW was added as FeAl in the jet Rocking and B was added as ferroboron. Le métal n'a pas été dégazé. The metal has not been degassed. Après coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits, profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques. After casting molds, forging and rolling blooms in small, profiles, samples were collected for chemical analyzes and measurements of the mechanical characteristics.

On voit que l'acier selon l'invention correspondant à la coulée 1A présente la ténacité maximale pratiquement égale à celle de l'acier fortement allié 18 NC 13 qu'il peut donc remplacer dans ce type d'application ce qui entraîne une économie très appréciable. It is seen that the steel according to the invention corresponding to the casting 1A shows the maximum toughness substantially equal to that of the high alloy steel 18 NC 13 can therefore be replaced in this type of application which results in a very economic appreciable.

Les trois autres coulées, non conformes à l'invention, ont des ténacités inférieures soit par manque de trempabilité due à l'absence de bore, c'est le cas des coulées IB sans bore et ID à bore soluble trop faible, soit, malgré une trempabilité suffisante du The three other flows, not in accordance with the invention, have lower tenacities or lack of hardenability due to the absence of boron, in the case of cast IB boron-free and soluble boron ID too low, despite sufficient hardenability of

(i5 (i5

619 270 619,270

6 6

à une teneur en bore insoluble trop faible, c'est le cas de la coulée 1C. to an insoluble content of boron is too low, this is the case 1C casting. Dans cette dernière, on observe, de plus, l'existence d'un grain grossier après essai Me Quaid. In the latter, there is, in addition, the existence of a coarse after test me Quaid. Ce mauvais contrôle du grain, malgré une teneur normale en aluminium, est une conséquence du piégeage de l'azote par le titane. This poor control of grain, in spite of a normal aluminum content, is a consequence of trapping nitrogen by titanium.

Une cinquième coulée a été réalisée. A fifth casting was performed. Cet acier du même type que celui des coulées 1 A, IC et ID a été élaboré de la même façon que la coulée 1 A. This steel of the same type as the flows 1A, IC and ID was developed in the same way as casting 1 A.

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

C VS

0,20 0.20

Mo MB

0,21 0.21

B total total B

0,0028 0.0028

Si Yes

0,23 0.23

S S

0,036 0,036

B soluble soluble B

0,0011 0.0011

Mn mn

0,91 0.91

P P

0,009 0,009

B insoluble insoluble B

0,0017 0.0017

Ni Or

0,61 0.61

Al al

0,035 0,035

Cr Cr

0,55 0.55

n2 n2

0,0100 0.0100

Cet acier n'est pas conforme à l'invention car ses teneurs en Al, B total et N2 ne vérifient pas la relation (3). This steel is not according to the invention because its contents of Al, B total and N2 does not satisfy the relationship (3).

Les essais ont montré que la trempabilité était analoque à celle de la coulée de même nuance sans B (exemple no. IB). Tests showed that the hardenability was analoque than the casting of the same color without B (example no. IB). En outre, sa ténacité est insuffisante. In addition, its toughness is insufficient.

Exemple 2 example 2

On a élaboré un acier type 18 MCDB 6 (désignation AFNOR) de la même façon que la coulée de l'exemple 1 A. Developed a steel type 18 MCDB 6 (AFNOR designation) in the same manner that the casting of Example 1 A.

Sa composition chimique pondérale (en %) est la suivante: Its chemical composition by weight (in%) is:

C VS

0,19 0.19

Mo MB

0,20 0.20

N2 N2

0,0115 0.0115

Si Yes

0,36 0.36

S S

0,007 0,007

B total total B

0,0070 0.0070

Mn mn

1,39 1.39

P P

0,013 0,013

B soluble soluble B

0,0025 0.0025

Ni Or

0,28 0.28

Al al

0,030 0,030

B insoluble insoluble B

0,0045 0.0045

Cr Cr

1,03 1.03

o2 o2

0,0030 0.0030

Cet acier est donc conforme à l'invention: les teneurs en N2, Bore total et Al vérifient bien la relation (3) et les fourchettes de composition (4), (5) et (6). This steel is according to the invention: the contents of N2, and total Al Bore well satisfy the relation (3) and the composition ranges (four), (5) and (6).

On a comparé cet acier à un acier de même nuance sans bore élaboré dans des conditions semblables. this steel to steel was compared to same shade without boron developed under similar conditions. Les mesures de trempabilité Jominy et les mesures de ténacité ont été faites dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, pour la nuance comportant du bore. The measures Jominy hardenability and toughness measurements were made under the same conditions as in Example 1, for nuance with boron.

La nuance avec bore présentait une dureté J 40 (mesurée en éprouvette Jominy â 40 mm de l'extrémité trempée) supérieure de 15 unités RC à la nuance sans bore. The boron with hue exhibited a J 40 hardness (measured in Jominy test piece to 40 mm from the quenched end) greater than 15 RC units boron unqualified. De même la ténacité de la nuance avec bore était supérieure de 7 KN à celle de la nuance sans bore. Similarly the toughness of the boron with shade was higher by 7 KN to that of boron without nuance.

Exemple 3 example 3

On a élaboré deux coulées repérées 3A et 3B, d'acier de type 16 MCB 5 au four à arc basique de façon connue: identified two castings was developed 3A and 3B, steel type 5 to 16 MCB basic arc furnace in a known manner:

Coulée 3A casting 3A

Le métal a été brassé avec laitier à 50% de CaO et 50% de A1203. The metal was stirred with slag 50% CaO and 50% A1203. L'AI a été ajouté sous forme de FeAl dans le jet de basculage et le B a été ajouté sòus forme de ferrobore en lingotières. The AI ​​was added as FeAl in the jet rocking and B was added in the form of ferroboron in molds. Le métal n'a pas été dégazé. The metal has not been degassed. Après coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques. After casting molds, forging and rolling blooms in small profiles, samples were collected for chemical analyzes and measurements of the mechanical characteristics.

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

C VS

0,17 0.17

Mo MB

0,03 0.03

N2 N2

0,0130 0.0130

Si Yes

0,24 0.24

S S

0,0035 0.0035

B total total B

0,0090 0.0090

Mn mn

1,25 1.25

P P

0,016 0.016

B soluble soluble B

0,0025 0.0025

Ni Or

0,29 0.29

Al al

0,020 0,020

B insoluble insoluble B

0,0065 0.0065

Cr Cr

0,93 0.93

o2 o2

0,0040 0.0040

Cet acier est conforme à l'invention: les teneurs en N2, B total et AI vérifient la relation ( 1 ) et les fourchettes de teneur (4), (5) et (6). This steel is according to the invention: the contents of N2 total AI and B satisfy the relationship (1) and the content ranges (4), (5) and (6). Les teneurs en B soluble et B insoluble se trouvent dans les limites prévues. Concentrations of soluble and insoluble B B are within the specified limits. On constate cependant que la s teneur en Al correspond au minimum acceptable. However, it notes that s Al content corresponds to the minimum acceptable.

On a comparé cet acier à un acier de même nuance sans bore élaboré dans des conditions semblables. this steel to steel was compared to same shade without boron developed under similar conditions. La nuance avec bore avait une dureté J 20 (mesurée sur éprouvette Jominy à 20 mm de l'extrémité trempée) supérieure de 12 unités RC à la nuance io sans bore. The shade with boron had a hardness 20 J (Jominy specimen measured at 20 mm from the quenched end) greater than 12 RC units in the shade io without boron. La ténacité de la nuance avec bore était supérieure de 5 KN à celle de la nuance sans bore. The tenacity of the shade with boron was greater than 5 KN to that of boron without nuance.

Coulée 3B casting 3B

Le métal a été traité de la même façon que pour la coulée , 3 A, à ceci près que l'Ai n'a pas été ajouté sous forme de FeAl, mais de Al pur. The metal was treated in the same way as for casting, 3 A, except that Al was not added as FeAl, but pure Al.

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

0,16 0.16

Cr Cr

1,06 1.06

Al al

0,105 0.105

0,29 0.29

Mo MB

0,02 0.02

N2 N2

0,0155 0.0155

1,30 1.30

S S

0,029 0,029

B total total B

0,050 0,050

0,12 0.12

P P

0,023 0,023

Les teneurs en Al, B total et N2 vérifient bien la relation (3) mais la teneur en Al est supérieure à la fourchette de teneur (4). The contents of Al, total B, and N2 well satisfy the relation (3), but the Al content exceeds the range of content. (4) Bien que la trempabilité et la ténacité soient satisfaisantes, on observe un grain mal contrôlé: 2 à 6 ASTM après essai Mac QUAID. Although the hardenability and toughness are satisfactory, there is an uncontrolled grain: 2-6 ASTM test after QUAID Mac.

Exemple 4 example 4

On a élaboré un acier de type 20 MB 5 (Norme AFNOR) au four à arc basique de façon connue. Has been developed a type of steel 20 MB 5 (AFNOR standard) in the oven at basic arc known manner. Ensuite, le métal a été brassé avec un laitier à 50% de CaO et 50% de A1203. Then, metal was stirred with slag 50% CaO and 50% A1203. Le métal a ensuite été dégazé sous vide. The metal was then degassed under vacuum. L'AI et le B ont été ajoutés sous vide, sous forme de Al pur et FeB. The IA and B were added under vacuum as pure Al and FeB. Après coulée en lingotières, laminage' en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques. After casting molds, rolling 'blooms and forging into small profiles, samples were collected for chemical analyzes and measurements of mechanical properties.

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

0,19 0.19

Cr Cr

0,15 0.15

Al al

0,027 0,027

0,18 0.18

Mo MB

0,03 0.03

n2 n2

0,0075 0.0075

1,19 1.19

S S

0,009 0,009

B total full B

0,0040 0.0040

0,15 0.15

P P

0,008 0,008

45 Cet acier est conforme à l'invention : les teneurs en N2, B total et Al vérifient bien la relation (3) et les fourchettes (4), (5) et (6). 45 This steel is according to the invention: in the N2 content, total B and Al well satisfy the relation (3) and the forks (4), (5) and (6). La trempabilité de cet acier est conforme à celle prescrite par la norme AFNOR no. Hardenability of this steel is consistent with that prescribed by the AFNOR standard no. NF A 35—551. NF A 35-551. La ténacité (mesurée sur éprouvette trempée) est excellente (KCU= 150 J/cm2 à la so température ambiante) supérieure au minimum prescrit par la norme (90 J/cm2). Tenacity (measured on dipped test piece) is excellent (KCU = 150 J / cm2 at room temperature so) greater than the minimum specified by the standard (90 J / cm2).

Exemple 5 example 5

On a élaboré un acier de type 21B 3 (Norme AFNOR) de la ss même façon que l'acier de l'exemple no. a steel type 21B was prepared three (AFNOR) of ss Just as the example of the steel number. 4. 4.

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

C VS

0,22 0.22

Cr Cr

0,09 0.09

Al al

0,033 0.033

Si Yes

0,22 0.22

Mo MB

0,02 0.02

n2 n2

0,0070 0.0070

Mn mn

0,82 0.82

S S

0,0011 0.0011

Ni Or

0,19 0.19

P P

0,008 0,008

B total total B

0,0035 0.0035

Cet acier est conforme à l'invention: les teneurs en N2, B total et Al vérifient bien la relation (1) et les fourchettes. This steel is according to the invention: in the N2 content, total B and Al satisfy well relation (1) and trends. La (,5 trempabilité de cet acier est conforme à celle prescrite par la norme AFNOR no. NF A 35—551. Le ténacité est bonne (KCU=140 J/cm2, à la température ambiante), supérieure au minimum prescrit par la norme (100 J/cm2). The (5 hardenability of this steel is consistent with that prescribed by the standard AFNOR no. NF A 35-551. The toughness is good (KCU = 140 J / cm2, at room temperature), higher than the minimum required by the standard (100 J / cm2).

C VS

,Si ,Yes

Mn Ni mn Ni

.m .m

3 5 May 3

Si Yes

Mn mn

Ni Or

7 7

619 270 619,270

Exemple 6 example 6

Trois coulées d'acier type 16 NCDB 2 (Norme AFNOR) ont été élaborées au four à haute fréquence de façon connue. Three cast steel type 2 NCDB 16 (AFNOR) have been developed high-frequency furnace in a known manner. Le métal n'a pas été brassé. The metal was not brewed. Il a été dégazé sous vide. It has been degassed under vacuum. L'AI et le B ont été ajoutés sous vide, sous forme Al pur et FeB. The IA and B were added under vacuum as pure Al and FeB. Après coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques. After casting molds, forging and rolling blooms in small profiles, samples were collected for chemical analyzes and measurements of the mechanical characteristics. Ces coulées sont repérées 6A, 6B et 6C. These flows are labeled 6A, 6C and 6B.

Coulée 6 A Casting 6 A

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

C VS

0,16 0.16

Mo MB

0,22 0.22

n2 n2

0,0130 0.0130

Si Yes

0,30 0.30

S S

0,013 0,013

B total total B

0,0045 0.0045

Mn mn

0,42 0.42

P P

0,008 0,008

B soluble soluble B

0,0025 0.0025

Ni Or

0,60 0.60

Al al

0,075 0,075

B insoluble insoluble B

0,0020 0.0020

Cr Cr

0,77 0.77

o2 o2

0,0007 0.0007

Cet acier est conforme à l'invention: les teneurs en N2, B total et Al vérifient bien la relation (3) et les fourchettes de teneurs (4), (5) et (6). This steel is according to the invention: N2 contents, total B and Al satisfy well the relationship (3) and the ranges of contents (4), (5) and (6). Les teneurs en B soluble et B insoluble sont aussi conformes à la description de l'invention. Concentrations of soluble B and insoluble B are also consistent with the description of the invention. On a comparé cet acier à un acier de même nuance sans bore élaboré dans des conditions semblables. this steel to steel was compared to same shade without boron developed under similar conditions. La nuance avec bore a une dureté J 20 supérieure de 10 unités RC à la nuance sans bore. The shade with boron has a top 20 J hardness of 10 RC units boron unqualified. La ténacité est meilleure que celle de la même nuance sans B: la température de transition à l'essai KCV est de 70° C plus basse. The toughness is better than that of the same shade without B: the transition temperature test KCV is 70 ° C lower. Le grain est bien contrôlé: 6-8 ASTM après essai Mac QUAID. The grain is well controlled: 6-8 ASTM test after QUAID Mac.

Coulée 6B casting 6B

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

c vs

0,12 0.12

Mo MB

0,22 0.22

. . n2 n2

0,0065 0.0065

Si Yes

0,30 0.30

S S

0,015 0,015

b total total b

0,0045 0.0045

Mn mn

0,55 0.55

P P

0,011 - 0.011 -

b soluble b soluble

0,0025 0.0025

Ni Or

0,61 0.61

Al al

0,010 0,010

b insoluble B insoluble

0,0020 0.0020

Cr Cr

0,75 0.75

o2 o2

0,0020 0.0020

Cet acier n'est pas conforme à l'invention car si les teneurs en Al, B total et N2 vérifient bien la relation (3), la teneur est trop faible et se trouve en dehors de la fourchette de teneur (4). This steel is not according to the invention because if the contents of Al, B and N 2 total check out the equation (3), the content is too low and is out of the content range (4).

La trempabilité et la ténacité sont analogues à celles de l'acier de la coulée 6A mais la teneur en Al est trop faible. Hardenability and toughness are similar to those of the steel of the casting 6A but the Al content is too low. II en résulte un grossissement important du grain après essai Mac QUAID: 3-8 ASTM. This results in a significant grain growth after testing Mac QUAID: ASTM 3-8.

Coulée 6C. Casting 6C.

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

C VS

0,13 0.13

Mo MB

0,22 0.22

n2 n2

0,0060 0.0060

Si Yes

0,35 0.35

S S

0,013 0,013

B total total B

0,0065 0.0065

Mn mn

0,51 0.51

P P

0,019 0,019

B soluble soluble B

0,0050 0.0050

Ni Or

0,59 0.59

Al al

0,043 0.043

B insoluble insoluble B

0,0010 0.0010

Cr Cr

0,60 0.60

o2 o2

0,0007 0.0007

Cet acier n'est pas conforme à l'invention car les teneurs en Al, B total et N2 ne vérifient pas la relation (3). This steel is not according to the invention because the contents of Al, B total and N2 does not satisfy the relationship (3). La trempabilité est correcte, mais la ténacité insuffisante: en effet, la température de transition KCV est de 20° C, c'est-à-dire du même ordre que la nuance correspondante sans bore. Hardenability is correct, but insufficient tenacity: in fact, the transition temperature KCV is 20 ° C., namely about the same as the same hue without boron. Ceci peut s'expliquer par une teneur trop faible en bore insoluble. This can be explained by too low insoluble boron.

Exemple 7 example 7

On a élaboré un acier type 16 MCB 5 au four à haute fréquence de façon connue. Developed a steel type MCB 16 5 to high-frequency furnace in a known manner. Le métal n'a pas été brassé. The metal was not brewed. Il a été dégazé sous vide. It has been degassed under vacuum. On a introduit sous vide, non seulement du FeAl, en relativement petite quantité, mais du FeV. Was introduced under vacuum, not only FeAl, relatively small amount, but from FeV. On a ensuite ajouté de le même façon du FeB. Was then added to the same way of FeB.

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

C VS

0,17 0.17

Cr Cr

1,05 1.05

Al al

0,10 0.10

S Si S If

0,30 0.30

Mo MB

0,014 0.014

V V

0,040 0,040

Mn mn

1,29 1.29

S S

0,021 0,021

n2 n2

0,0110 0.0110

Ni Or

0,09 0.09

P P

0,003 0,003

B total total B

0,0070 0.0070

, (l Cet acier est conforme à l'invention car ses teneurs en B total, N2, Al et V vérifient la relation (2) et sont à l'intérieur des fourchettes (5), (6) et (7). Sa trempabilité et sa ténacité sont analogues à celles de l'acier de même nuance de l'exemple no. 3 A. En outre, le grain est bien contrôlé (ASTM>5) tant que la température d'austénisation ne dépasse pas 875° C. Au-delà, le grain grossit, ce qui est bien connue pour les aciers au V. , (L This steel is according to the invention because its contents of total B, N2, Al and V satisfy the relation (2) and are within the ranges (5), (6) and (7). His hardenability and tenacity are similar to those of steel of the same grade of example no. 3 A. in addition, the grain is well controlled (ASTM> 5) as the austenitizing temperature does not exceed 875 ° C . in addition, the grain grows, which is well known for steels V.

Exemple 8 example 8

On a élaboré un acier de type 16 MCB 5 de la même façon :n que dans l'exemple 7, si ce n'est qu'on a remplacé l'addition de FeV par une addition de FeNb. a steel was developed type 16 MCB 5 in the same way: n as in Example 7, except that replaced the addition of FeV by addition of FeNb.

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

C VS

0,18 0.18

Cr Cr

1,03 1.03

Al al

0,011 0,011

Si Yes

0,31 0.31

Mo MB

0,014 0.014

Nb Nb

0,101 0,101

Mn mn

1,30 1.30

S S

0,022 0.022

n2 n2

0,0090 0.0090

Ni Or

0,10 0.10

P P

0,004 0,004

B B

0,0040 0.0040

Cet acier est conforme à l'invention car ses teneurs en B total, N2 et Nb vérifient la relation (2) et sont à l'intérieur des fourchettes (5), (6) et (7). This steel is according to the invention because its contents of total B, N2 and Nb satisfy the relation (2) and are within the ranges (5), (6) and (7). Sa trempabilité et sa ténacité sont analogues à celles de l'acier de même nuance de l'exemple no. Its hardenability and toughness are similar to those of steel of the same grade from the example no. 3 A. En outre, le grain est bien contrôlé (ASTM>5) jusqu'à 950° C. 3 A. In addition, the grain is well controlled (ASTM> 5) up to 950 ° C

35 35

Exemple 9 example 9

On a élaboré un acier de type 38 MB 5 (Norme AFNOR) au four à arc basique de façon connue. Has been developed a type of steel 38 MB 5 (AFNOR standard) in the oven at basic arc known manner. Ensuite, le métal été brassé avec un laitier à 50% de CaO et 50% de A1203. Then the metal was stirred with a slag to 50% CaO and 50% A1203. Le métal a The metal

4o ensuite été dégazé sous vide. 4o then degassed under vacuum. L'AI et le B ont été ajoutés sous vide, sous forme de Al pur et FeB. The IA and B were added under vacuum as pure Al and FeB. Après coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesure des caractéristiques mécaniques. After casting in ingot molds, rolling blooms and forging small profiles, samples were taken for chemical analysis and measurement of mechanical characteristics.

45 La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: 45 The chemical composition by weight (in%) is:

C VS

0,39 0.39

Cr Cr

0,20 0.20

Al al

0,020 0,020

Si Yes

0,18 0.18

Mo MB

0,02 0.02

n2 n2

0,0050 0.0050

Mn mn

1,21 1.21

S S

0,012 0.012

B total total B

0,0040 0.0040

Ni Or

0,25 0.25

P P

0,009 0,009

Cet acier est conforme à l'invention: les teneurs N2, B total et Al vérifient bien la relation (1) et les fourchettes (4), (5) et (6). This steel is according to the invention: the N2 content, total B and Al well satisfy the relation (1) and the bands (4), (5) and (6). La trempabilité de cet acier est conforme à celle prescrite par la norme AFNOR no. Hardenability of this steel is consistent with that prescribed by the AFNOR standard no. NF A 35-551. NF A 35-551. La ténacité, mesurée sur éprouvette trempée et revenue à 550° C, 1 h., est excellente (KCU= 105 J/cm2 à la température ambiante), supérieure au minimum prescrit par la norme qui est de 50 J/cm2. Toughness, measured on hardened and tempered specimen at 550 ° C, 1 h., Was excellent (KCU = 105 J / cm2 at ambient temperature) higher than the minimum required by the standard which is 50 J / cm2.

(,0 Exemple 10 (, 0 Example 10

On a élaboré un acier de type 38 B3 (Norma AFNOR) de la même façon que l'acier de l'exemple no. one type of steel was developed 38 B3 (Norma AFNOR) in the same way as steel for example no. 9. 9.

La composition chimique pondérale (en %) est la suivante: The chemical composition by weight (in%) is:

C VS

0,39 0.39

Cr Cr

0,20 0.20

Al al

0,026 0,026

Si Yes

0,29 0.29

Mo MB

0,03 0.03

n2 n2

0,0065 0.0065

Mn mn

0,82 0.82

S S

0,023 0,023

B total total B

0,0035 0.0035

Ni Or

0,16 0.16

P P

0,030 0,030

619 270 619270

Cet acier est conforme à l'invention: les teneurs en N2, B total et Al vérifient la relation (3) et les fourchettes (4), (5) et (6). This steel is according to the invention: the contents of N2, total B and Al satisfy the relation (3) and the forks (4), (5) and (6). La trempabilité de cet acier est conforme à celle prescrite par la norme AFNOR no. Hardenability of this steel is consistent with that prescribed by the AFNOR standard no. NF A 35-551. NF A 35-551. La ténacité, mesurée Toughness, measured

8 8

sur éprouvette trempée et revenue à 550° C, 1 h. on specimen hardened and tempered at 550 ° C, 1 h. est très bonne: KCU=85 J/mm2 à la température ambiante, supérieure au minimum prescrit par la norme qui est de 60 J/cm2. is very good: KCU = 85 J / mm 2 at room temperature, greater than the minimum required by the standard which is 60 J / cm2.

C VS

1 feuille dessins 1 sheet drawings

Claims (6)

619 270 619270
1,9 3,4 6,7 (1) 1.9 3.4 6.7 (1)
dans laquelle Al, V, Nb et Ta sont les teneurs en ppm de ces éléments, et en ce que la relation: wherein Al, V, Nb and Ta are the contents in ppm of these elements, and in that the relationship:
10 N -17 Bt- So = -300±200 ppm (2) 10 N -17 Bt-So = -300 ± 200 ppm (2)
est satisfaite, Bt et N étant respectivement les teneurs en bore total et en azote exprimées en ppm et So étant calculée par la relation indiquée plus haut. is satisfied, Bt and N are respectively the total boron and nitrogen content expressed in ppm and So is calculated by the equation given above.
1. Acier au bore caractérisé en ce qu'il contient 30 à 100 ppm de bore total, 40 à 220 ppm d'azote et en ce que la somme équivalente à l'aluminium, So, est comprise entre 200 et 800 ppm, cette somme étant exprimée par la relation: 1. Steel boron characterized in that it contains 30 to 100 ppm total boron, 40 to 220 ppm of nitrogen and that the sum equivalent to aluminum, So, is between 200 and 800 ppm, this sum being expressed by the equation:
So=Al +-¥• + — + So Al = + - ¥ • + - +
2. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient 30 à 60 ppm de bore total, 40 à 150 ppm d'azote, et en ce que la valeur de So est comprise entre 200 et 400 ppm. 2. Steel according to claim 1, characterized in that it contains 30 to 60 ppm total boron, 40 to 150 ppm nitrogen, and in that the value of So is between 200 and 400 ppm.
2 2
REVENDICATIONS
3. Acier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est exempt d'agents dénitrurants très puissants tels que Ti ou Zr. 3. Steel according to claim 1 or 2, characterized in that it is free of very powerful dénitrurants agents such as Ti or Zr.
4. Procédé d'élaboration de l'acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajuste, après désoxydation, les teneurs en bore total Bt, en azote, en aluminium et en V et/ou Nb et/ou Ta, de façon à satisfaire les relations (1) et (2). 4. A method for manufacture of the steel according to claim 1, characterized in that one adjusts, after deoxidation, Bt total boron contents, nitrogen, aluminum and V and / or Nb and / or Ta , so as to satisfy the relationships (1) and (2).
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on proscrit l'utilisation de dénitrurants très puissants tels que Ti ou Zr. 5. A method according to claim 4, characterized in that it prohibits the use of very powerful dénitrurants such as Ti or Zr.
6. Utilisation de l'acier selon la revendication 1 pour la fabrication de pièces mécaniques à l'état trempé, ou cémenté et trempé. 6. Use of the steel according to claim 1 for the manufacture of mechanical parts in the quenched state, or hardened and tempered.
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