EP0092629A1 - Procédé de fabrication de barres et de tubes en aciers à hautes caractéristiques mécaniques - Google Patents

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EP0092629A1 EP82420154A EP82420154A EP0092629A1 EP 0092629 A1 EP0092629 A1 EP 0092629A1 EP 82420154 A EP82420154 A EP 82420154A EP 82420154 A EP82420154 A EP 82420154A EP 0092629 A1 EP0092629 A1 EP 0092629A1
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Ugine Aciers
Ugine Savoie SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/10—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese

Definitions

  • the process which is the subject of the invention relates to a new method of manufacturing bars and tubes of low alloy steel, having in the raw state of hot transformation high mechanical characteristics, the elastic limit, the load. and the resilience being particularly high.
  • the method also relates to a method which makes it possible to significantly reduce the costs of transforming steel in the form of bars or tubes with high mechanical characteristics.
  • the invention also relates to bars and tubes having high mechanical characteristics in the raw state of hot rolling by virtue of the combination of a composition defined within precise ranges and a predominantly bainitic structure.
  • the invention relates to bars or tubes having mechanical characteristics at least equal to the minimum characteristics of grade N80 of the American Petroleum Institute, obtained by a production and transformation method much more economical than the usual methods. used.
  • the usual methods of manufacturing bars or tubes having mechanical characteristics corresponding to grade N80 of the American Petroleum Institute consist in developing a low-alloy steel such as steel according to standard AFNOR 40MD7.
  • This steel contains Z en mass; C 0.25 to 0.50; Mn 1.20 to 1.70; Mo 0.20 and the usual impurities.
  • this steel is transformed by hot rolling into bars of the desired section, for example round bars from 100 to 200 mm in diameter. In the raw hot rolling state, these bars generally have an elastic limit of around 750 MPa but a low resilience of less than 30 Joules / cm2, measured on KCU test pieces.
  • the steel After casting in the form of ingots or continuous casting bars, the steel is transformed under controlled conditions.
  • the roughing of the ingots, during blooming, is carried out in a conventional manner at a temperature of approximately 1200 to 1050 ° C.
  • the bars thus obtained, or else the continuous casting bars undergo a controlled rolling at a temperature between 1000 and 700 ° C. in a single hot operation until bars of the desired section are obtained, circular or not.
  • the raw hot rolling bar is drilled by hot drilling and then the tube blank obtained is hot rolled on a mandrel to the desired dimension.
  • This tempering is preferably carried out at a temperature between 550 and 700 ° C.
  • the high mechanical properties of the products obtained by the process according to the invention essentially result from the action of the hot rolling operation carried out, within defined temperature limits and with a well-defined wrought rate, on a steel whose composition is within the limits specified above. Thanks to its low carbon content, associated with a well-defined manganese content and a combination of additions of niobium, boron and aluminum, in critical proportions, it is possible to eliminate the conventional treatments which were considered compulsory to obtain these very specific mechanical characteristics.
  • a steel is produced containing in% by mass: C 0.085; If 0.452; Mn 1.520; Nb 0.060; Al 0.071; B 0.0049; N 0.007; Ni 0.136; Cr 0.167; Cu 0.228; S 0.028; P 0.017; remains Fe and usual impurities.
  • This steel is cast in 5.8-ton ingots. These ingots are preheated to 1230 ° C, then roughed out in blooming in 182 x 182 mm bars at a temperature between 1200 and 1050 ° C and then continuously rolled into 140 mm diameter round bars.
  • the inlet temperature is approximately 950 ° C and the temperature at the outlet of the last stand of the rolling mill is approximately 710 ° C.
  • 10 mm diameter test pieces for tensile tests as well as test pieces for resilience measurements of the long KCU type are taken from these bars, rough hot-rolled. These samples are taken 25 mm from the surface (axis of the test piece 0 10 mm located 25 mm below this surface).
  • the elastic limit is greater than 550 MPa and that the resilience is greater than 80 J / cm 2 .
  • micrographic examinations show that the structure of the bar is homogeneous and predominantly bainitic in all points. It is also possible to apply the method according to the invention to the production of bars of section other than circular, such as square or rectangular bars or of any section. In all cases, the rolling operation which makes it possible to obtain these bars must be carried out at a temperature of between 1000 and 700 ° C. and the rate of working must preferably reach at least 50X without intermediate reheating.

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Abstract

L'invention concerne un procédé permettant de réaliser des barres et tubes en acier à hautes caractéristiques mécaniques. Le procédé consiste à élaborer un acier faiblement allié contenant 0,06 à 0,12 % de carbone ainsi que des additions à des teneurs bien déterminées de Si, Mn, Nb, Al, B et éventuellement V. L'acier est utilisé à l'état brut de laminage à chaud, suivi éventuellement d'un revenu. Les barres et tubes ainsi obtenus sont utilisés pour des applications dans lesqueiles il est nécessaire d'avoir une limite élastique élevée associée à une grande résilience.

Description

  • Le procédé qui fait l'objet de l'invention concerne une nouvelle méthode de fabrication de barres et de tubes en acier faiblement allié, présentant à l'état brut de transformation à chaud de hautes caractéristiques mécaniques, la limite d'élasticité, la charge de rupture et la résilience étant particulièrement élevées. Le procédé concerne également une méthode qui permet d'abaisser de façon très importante les frais de transformation de l'acier sous forme de barres ou de tubes à hautes caractéristiques mécaniques.
  • L'invention concerne aussi des barres et des tubes présentant de hautes caractéristiques mécaniques à l'état brut de laminage à chaud grâce à la combinaison d'une composition définie à l'intérieur de fourchettes précises et d'une structure à prédominance bainitique.
  • De façon plus précise, l'invention concerne des barres ou tubes présentant des caractéristiques mécaniques au moins égales aux caractéristiques minimales du grade N80 de l'American Petroleum Institute, obtenues par une méthode d'élaboration et de transformation beaucoup plus économique que les méthodes habituellement utilisées.
  • Les méthodes habituelles de fabrication de barres ou tubes présentant des caractéristiques mécaniques correspondant au grade N80 de l'American Petroleum Institute,consistent à élaborer un acier faiblement allié tel que l'acier suivant norme AFNOR 40MD7. Cet acier contient en Z én masse ; C 0,25 à 0,50 ; Mn 1,20 à 1,70 ; Mo 0,20 et les impuretés habituelles. Après coulée en lingots ou en barres de coulée continue, cet acier est transformé par laminage à chaud en barres de la section voulue, par exemple des barres rondes de 100 à 200 mm de diamètre. A l'état brut de laminage à chaud, ces barres ont généralement une limite élastique d'environ 750 MPa mais une résilience faible inférieure à 30 Joules/cm2, mesurée sur éprouvettes KCU.
  • Dans le but de leur conférer les caractéristiques mécaniques désirées, on leur fait alors subir un traitement thermique comportant un recuit d'àusténitisation à une température d'environ 875°C, suivi d'un refroidissement à l'air jusqu'au voisinage de la température ambiante et enfin, un revenu à une température d'environ 600 à 650°C.
  • Les barres ainsi obtenues présentent des caractéristiques mécaniques conformes au grade N80, à savoir :
    Figure imgb0001
  • Ces opérations de traitement thermique après laminage sont coûteuses en temps de fabrication, en frais de manutention et de contrôlé ainsi qu'en énergie thermique et nécessitent, de plus, de disposer d'importantes installations spécialisées pour l'exécution de tels traitements.
  • On a recherché la possibilité de mettre au point un procédé d'élaboration et de transformation appliqué à une composition particulière d'acier permettant d'obtenir à l'état brut de laminage à chaud, des barres présentant directement les caractéristiques mécaniques exigées par les utilisateurs. On a recherché aussi la possibilité de réaliser, à partir de ces barres, par perçage à chaud, puis laminage à chaud sur mandrin, des tubes présentant à l'état brut de laminage à chaud des caractéristiques mécaniques comparables à celles de ces barres.
  • On a recherché en particulier la possibilité d'obtenir à l'état brut de laminage à chaud des barres ou tubes présentant une limite d'élasticité E supérieure à 550 MPa associée à une résilience KCU supérieure à 80 J/cm 2 .
  • On a eu l'idée, suivant l'invention, d'élaborer un acier présentant la composition suivante en % en masse : C 0,060 à 0,120 et de préférence 0,080 à 0,110 ; Si 0,30 à 0,70 ; Mn 1,30 à 2,00 et de préférence 1,50 à 1,80 ; Nb 0,050 à 0,120 ; B 0,0025 à 0,0060 ; Al 0,040 à 0,080 ; N < 0,010 ; reste Fe et impuretés habituelles. Cet acier étant le plus souvent élaboré à partir de ferrailles peut contenir d'assez nombreuses impuretés métalliques telles que Ni, Cr, Cu et Mo, le total des impuretés métalliques ne dépassant pas environ 1%. Une addition éventuelle de V jusqu'à 0,12% peut également être effectuée. Il peut comporter aussi une addition de S juqu'à une teneur d'environ 0,040 à 0,070% pour améliorer l'usinabilité. On peut combiner avec cette addition de très petites additions de métaux alcalino-terreux tels que Ca et/ou Mg, et/ou de métaux des terres rares pour améliorer l'isotropie des caractéristiques mécaniques.
  • Après coulée sous forme de lingots ou de barres de coulée continue, l'acier est transformé dans des conditions contrôlées. Le dégrossissage des lingots, au blooming, est effectué de façon classique à une température d'environ 1200 à 1050°C. Les barres ainsi obtenues, ou bien les barres de coulée continue subissent un laminage contrôlé à une température comprise entre 1000et 700°C en une seule chaude jusqu'à l'obtention de barres de la:section voulue, circulaire ou non. Dans le cas du laminage de tubes, la barre brute de laminage à chaud est percée par perçage à chaud puis l'ébauche de tube obtenue est laminée à chaud sur mandrin jusqu'à la dimension désirée. Pour les barres comme pour les tubes, il peut être avantageux d'effectuer un revenu permettant de compléter la précipitation du Nb et dont l'intérêt principal est de relèver la limite d'élasticité. Ce revenu est de préférence effectué à une température comprise entre 550 et 700°C.
  • Les hautes caractéristiques mécaniques des produits obtenus par le procédé suivant l'invention résultent essentiellement de l'action de l'opération de laminage à chaud effectuée, dans des limites de température définies et avec un taux de corroyage bien déterminé, sur un acier dont la composition est à l'intérieur des limites précisées plus haut. Grâce à sa faible teneur en carbone, associée à une teneur en manganèse bien définie et à une combinaison d'additions de niobium, bore et aluminium, dans des proportions critiques, il est possible de supprimer les traitements classiques qui étaient considérés comme obligatoires pour obtenir ces caractéristiques mécaniques tout à fait particulières.
  • L'exemple non limitatif ci-après décrit un mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
  • On élabore un acier contenant en % en masse : C 0,085 ; Si 0,452 ; Mn 1,520 ; Nb 0,060 ; Al 0,071 ; B 0,0049 ; N 0,007 ; Ni 0,136 ; Cr 0,167 ; Cu 0,228 ; S 0,028 ; P 0,017 ; reste Fe et impuretés habituelles.
  • Cet acier est coulé en lingots de 5,8 tonnes. Ces lingots sont préchauffés à 1230°C, puis dégrossis au blooming en barres de 182 x 182 mm à une température comprise entre 1200 et 1050°C puis laminés de façon continue en barres rondes de diamètre 140 mm. La température d'entrée est d'environ 950°C et la température à la sortie de la dernière cage du laminoir est d'environ 710°C. On prélève sur ces barres, brutes de laminage à chaud, des éprouvettes de 10 mm de diamètre pour essais de traction ainsi que des éprouvettes pour mesures de résilience du type KCU sens long. Ces prélèvements sont faits à 25 mm de la surface (axe de l'éprouvette 0 10 mm situé à 25 mm au-dessous de cette surface).
  • Le tableau ci-après donne les caractéristiques mécaniques obtenues.
    Figure imgb0002
  • On voit que la limite élastique est supérieure à 550 MPa et que la résilience est supérieure à 80 J/cm2. Par ailleurs, les examens micrographiques montrent que la structure de la barre est homogène et à prédominance bainitique en tous points. Il est également possible d'appliquer le procédé suivant l'invention à la réalisation de barres de section autre que circulaire, telles que des barres carrées ou rectangulaires ou de section quelconque. Dans tous les cas, l'opération de laminage qui permet d'obtenir ces barres doit être effectuée à une température comprise entre 1000et 700°C et le taux de corroyage doit de préférence atteindre au moins 50X sans réchauffage intermédiaire.
  • Comme cela a été dit plus haut, il est possible d'accroître encore la limite élastique des barres brutes de laminage à chaud en leur faisant subir un revenu à une température de préférence comprise entre 550 et 700°C.

Claims (10)

1. Procédé d'obtention de barres ou tubes en acier présentant à l'état brut de laminage à chaud une structure à prédominance bainitique fine, une limite élastique supérieure à 550 MPa et une rési-2 lience supérieure à 80 J/cm2, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- élaboration d'un acier contenant en % en masse : C 0,060 à 0,120; Si 0,30 à 0,70 ; Mn 1,30 à 2,00 ; Nb 0,050 à 0,120 ; B 0,0025 à 0,0060 ; Al 0,040 à 0,080 ; N ≼ 0,010 ; V ≼ 0,120 ; impuretés habituelles parmi lesquelles le total des impuretés métalliques tel- 'les que Ni, Cr, Cu, Mo, ne dépasse pas 1,0 ; reste Fe ;
- transformation à chaud, avec un laminage final contrôlé, sous forme de barres, à température comprise entre 1000 et 700°C en une seule chaude, avec un taux de réduction de la section initiale d'au moins 50%.
2. Procédé suivant revendication 1, caractérisé en ce que l'acier contient en % en masse : C 0,080 à 0,110 et Mn 1,50 à 1,80.
3. Procédé suivant revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'acier contient en % en masse : V 0,060 à 0,120.
4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'acier contient en % en masse une addition de, en % en masse : S 0,040 à 0,070, combinée avec l'addition d'au moins un métal choisi dans le groupe comprenant les métaux alcalino-terreux et les métaux des terres rares.
5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les barres obtenues par laminage à chaud sont ensuite percées à chaud puis laminées à chaud sur mandrin sous forme de tubes.
6. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les barres ou tubes laminés a chaud subissent un revenu à une température comprise entre 550 et 700°C.
7. Barres ou tubes en acier, ayant à l'état brut de laminage à à chaud une structure à prédominance bainitique à grains fins, une limite élastique, à 25 mm au-dessous de la surface, supérieure à 550 MPa et une résilience supérieure à 80 J/cm2, caractérisées en ce qu'ils contiennent en % en masse : C 0,060 à 0,120 ; Si 0,30 à 0,70; Mn 1,30 à 2,00 ; Nb 0,050 à 0,120 ; A1 0,040 à 0,080 ; B 0,0025 à 0,0060 ; N ≼ 0,010 ; V ≼ 0,120 ; impuretés habituelles parmi lesquelles le total des impuretés métalliques telles que Ni, Cr, Cu, Mo ne dépasse pas 1,0 ; reste Fe.
8. Barres ou tubes suivant revendication 6, caractérisés en ce qu'ils contiennent en % en masse : C 0,080 à 0,110 et Mn 1,50 à 1,80.
9. Barres ou tubes suivant revendication 8, caractérisés en ce qu'ils contiennent en % en masse : V 0,060 à 0,120.
10. Barres ou tubes suivant revendication 6 ou 7, caractérisés en ce qu'ils contiennent une addition de en % en masse : S 0,040 à 0,070, et une addition d'au moins un métal choisi dans le groupe comprenant les métaux alcalino-terreux et les métaux des terres rares.
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