EP1563105A1 - Procede pour fabriquer une tole en acier resistant a l'abrasion et tole obtenue - Google Patents

Procede pour fabriquer une tole en acier resistant a l'abrasion et tole obtenue

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EP1563105A1
EP1563105A1 EP03786006A EP03786006A EP1563105A1 EP 1563105 A1 EP1563105 A1 EP 1563105A1 EP 03786006 A EP03786006 A EP 03786006A EP 03786006 A EP03786006 A EP 03786006A EP 1563105 A1 EP1563105 A1 EP 1563105A1
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EP
European Patent Office
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optionally
sheet
temperature
steel
plate
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EP03786006A
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Jean Beguinot
Jean-Georges Brisson
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Industeel Creusot
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Industeel Creusot
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals

Definitions

  • the present invention relates to an abrasion-resistant steel and its method of manufacture.
  • High abrasion resistant steels with a hardness of about 600 Brinell are known. These steels contain from 0.4% to 0.6% of carbon and from 0.5% to 3% of at least one alloying element such as manganese, nickel, chromium and molybdenum and are soaked to have a completely martensitic structure. But these steels are very difficult to weld and cut. To overcome these drawbacks, it has been proposed, especially in EP 0 739 993, to use for the same uses, a less hard steel, whose carbon content is about 0.27% and having a quenched structure containing a significant amount of residual austenite. But these steels are still difficult to weld or cut.
  • the object of the present invention is to overcome these disadvantages, by proposing an abrasion-resistant steel sheet whose abrasion resistance is comparable to that of known steels but whose weldability and thermal cutting ability is better.
  • the subject of the invention is a method for manufacturing a part, and in particular a sheet, made of steel for abrasion, the chemical composition of which comprises, by weight:
  • Nb optionally at least one element selected from Nb, Ta and V in contents such that Nb / 2 + Ta / 4 + V ⁇ 0.5%
  • quenching may be followed by tempering at a temperature below 350 ° C, and preferably below 250 ° C.
  • the invention also relates to a sheet obtained in particular by this method, the steel having a martensitic or martensito-bainitic structure, said structure containing from 5% to 20% retained austenite, as well as carbides.
  • the thickness of the sheet may be between 2 mm and 150 mm and its flatness is characterized by an arrow less than or equal to 12 mm / m and preferably less than 5 mm / m.
  • the carbon content is less than 0.325%, and more preferably less than 0.3%.
  • Ti + Zr / 2 must be greater than 0.35% and preferably greater than 0.4%, and more preferably greater than 0.5%, so as to form a large amount of large carbides. However, this sum must remain less than 1.1% so as to keep enough carbon in solution in the matrix after formation of carbides. Preferably this sum must remain less than 1%, and better still 0.9% and better still less than 0.7% if one needs to favor the tenacity of the material.
  • the titanium content should preferably remain less than 1%, and more preferably less than 0.9%, or even less than 0.7%, and the zirconium content should preferably remain below 2%, and better less than 1, 8%, or even less than 1, 4%.
  • the boron content should preferably be greater than 0.0005% or better 0.001%, and need not exceed substantially 0.01%.
  • - Up to 0.15% sulfur This element is a residual usually limited to 0.005% or less, but its content can be voluntarily increased to improve machinability. It should be noted that in the presence of sulfur, in order to avoid difficulties of hot transformation, the manganese content must be greater than 7 times the sulfur content.
  • Nb / 2 + Ta / 4 + V remains less than 0.5% in order to form relatively large carbides which improve the resistance to abrasion.
  • the carbides formed by these elements are less effective than those formed by titanium or zirconium, that is why they are optional and added in limited quantities.
  • titanium and zirconium can be added to the liquid steel in a very gradual manner, for example by contacting the oxidized liquid steel with an oxidized phase such as a slag loaded with oxides of titanium or zirconium, then deoxidizing the liquid steel, so as to slowly diffuse titanium or zirconium from the oxidized phase to the liquid steel.
  • an oxidized phase such as a slag loaded with oxides of titanium or zirconium
  • the carbon, titanium, zirconium and nitrogen contents must be such that: C - Ti / 4 - Zr / 8 + 7xN / 8> 0.095%
  • C * represents the free carbon content after precipitation of the titanium and zirconium carbides, taking into account the formation of titanium and zirconium nitrides.
  • This free carbon content C * must be greater than 0.095%, and preferably> 0.12%, to have a martensite having a minimum hardness. The lower this content, the better the welding and thermal cutting ability.
  • the chemical composition must be chosen so that the quenchability of the steel is sufficient, given the thickness of the sheet that is to be manufactured.
  • the micrographic structure of the steel consists of martensite or bainite or a mixture of these two structures, and from 5% to 20% retained austenite.
  • This structure further comprises large titanium or zirconium carbides formed at high temperature, or even carbides of niobium, tantalum or vanadium. The inventors have found that the effectiveness of large carbides for improving the abrasion resistance could be obelated by the premature loosening thereof and that this loosening could be avoided by the presence of metastable austenite which is transformed under the effect of abrasion phenomena.
  • the slab or slug is hot rolled to obtain a sheet that is submitted to a heat treatment allowing at the same time to obtain the desired structure and a good flatness without subsequent planing or with limited planing.
  • the heat treatment can be carried out directly in the hot rolling or carried out later, and possibly after a cold planing or half-hot.
  • slightly lower is meant a temperature between T and T - 50 ° C, or better still between T and T - 25 ° C, or better still, between T and T - 10 ° C.
  • the sheet is cooled to a mean core cooling rate Vr of between 0.1 ° C./sec, to obtain a sufficient hardness, and 1150xep "1, 7 , to obtain the desired structure,
  • the sheet is cooled to room temperature, preferably, but not necessarily, at a slow speed.
  • an expansion treatment such as tempering, can be carried out at a temperature of less than or equal to 350 ° C, and preferably less than 250 ° C.
  • steel sheets identified A to C according to the invention and D to E according to the prior art were produced.
  • the chemical compositions of the steel, expressed as 10 "3 wt%, and the hardness and an index of wear resistance Rus, are reported in Table 1.
  • the wear resistance was measured by weight loss of a prismatic test tube rotated in a tank containing calibrated granules of quartzite for 5 hours.
  • the Rus index of a steel is equal to 100 times the ratio of the wear resistance of the steel in question and the wear resistance of a reference steel (steel D).
  • All sheets are 27 mm thick and are hardened after austenitization at 900 ° C.
  • the average cooling rate is 7 ° C / s above the temperature T defined above, and 1 6 ° C / s below, in accordance with 'invention
  • the average cooling rate is 0.8 ° C / s above the temperature T defined above, and 0.15 ° C / s below, according to the invention
  • the steel sheets D and E, given for comparison were cooled at an average speed of 24 ° C / s above the temperature T defined above, and at an average speed of 12 ° C / s below .
  • the comparison of the wear resistances and the hardnesses shows that, although being very substantially less hard than the sheets given for comparison, the sheets according to the invention have a slightly better resistance to wear.
  • the comparison of the free carbons shows that the good abrasion resistance of the sheets according to the invention is obtained with very significantly lower free carbons, which leads to significantly better welding or thermal cutting abilities than for the sheets according to the invention. the prior art.
  • the deformation after cooling, without planing, for steels according to the invention A to C is about 5 mm / m and 16 mm / m for steels D and E given for comparison.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé pour fabriquer une tôle en acier résistant à l'abrasion dont la composition chimique comprend, en poids : 0,24% < C < 0,35%; 0%< SI< 2%; 0% < AI < 2%; 0,5% < Si + AI < 2%; 0% < Mn < 2,5%; 0% < Ni < 5%; 0% < Cr < 5%; 0% < Mo < 1%; 0% < W < 2%; 0,1% < MO +W/2 < 1%; 0%< B< 0,02%; 0% < Ti < 1,1%; 0% < Zr < 2,2%; 0,35% < Ti + Zr/2 < 1,1%; 0% < S < 0,15% ; N <0,03 %, éventuellement de 0% à 1,5% de cuivre ; éventuellement au moins un élément pris parmi Nb, Ta et V en des teneurs telles que Nb/2 + Ta/4 + V < 0,5% ; éventuellement au moins un élément pris parmi Se, Te, Ca, Bi, Pb en des teneurs inférieures ou égales à 0,1%; le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique satisfaisant en outre les relations suivantes : 0,095% < C* = C - Ti/4 - Zr/8 + 7xN/8 et 1,05xMn + 0,54xNi +0,50xCr + 0,3x(Mo + W/2)<112> + K > 1,8, avec K = 0,5 si B > 0,0005% et K = 0 si B < 0,0005%. On soumet la tôle à une trempe, dans la chaude de laminage ou après austénitisation dans un four. On refroidit la tôle à une vitesse de refroidissement supérieure à 0,5°C/s entre une température supérieure à AC3 et une température comprise entre T = 800 - 270xC* - 90xMn -37xNi - 70XCr - 83x(Mo + W/2) et T-50°C; puis on refroidit la tôle à une vitesse de refroidissement à coeur Vr < 1150XEP<->''' entre la température T et 100°C, ep = épaisseur de la tôle exprimée en mm ; on refroidit la tôle jusqu'à la température ambiante et on effectue, éventuellement, un planage. Tôle obtenue.

Description

PROCEDE POUR FABRIQUER UNE TOLE EN ACIER RESISTANT A L'ABRASION ET TÔLE OBTENUE
La présente invention est relative à un acier résistant à l'abrasion et à son procédé de fabrication.
On connaît des aciers à haute résistance à l'abrasion dont la dureté est d'environ 600 Brinell. Ces aciers contiennent de 0,4% à 0,6% de carbone et de 0,5% à 3% d'au moins un élément d'alliage tel que le manganèse, le nickel, le chrome et le molybdène et ils sont trempés pour avoir une structure entièrement martensitique. Mais ces aciers sont très difficiles à souder et à découper. Pour remédier à ces inconvénients, on a proposé, notamment dans EP 0 739 993, d'utiliser pour les mêmes usages, un acier moins dur, dont la teneur en carbone est d'environ 0,27% et ayant une structure trempée contenant une quantité significative d'austénite résiduelle. Mais ces aciers restent cependant difficiles à souder ou à découper.
Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients, en proposant une tôle en acier résistant à l'abrasion dont la résistance à l'abrasion est comparable à celle des aciers connus mais dont l'aptitude au soudage et au découpage thermique est meilleure.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour fabriquer une pièce, et notamment une tôle, en acier pour abrasion dont la composition chimique comprend, en poids :
0,24% < C < 0,35% 0% < Si < 2%
0% < Al < 2%
0,5% < Si + Al < 2%
0% < Mn < 2,5%
0% < Ni < 5% 0% < Cr < 5%
0% < Mo < 1 %
0% < W < 2%
0,1 % < Mo +W/2 < 1%
0% < Cu < 1 ,5% 0% < B < 0,02%
0% < Ti 1 ,1 %
0% < Zr < 2,2%
0,35% < Ti + Zr/2 < 1 ,1 % 0% < S < 0,15%
N < 0,03%
- éventuellement au moins un élément pris parmi Nb, Ta et V en des teneurs telles que Nb/2 + Ta/4 + V < 0,5%,
- éventuellement au moins un élément pris parmi Se, Te, Ca, Bi, Pb en des teneurs inférieures ou égales à 0,1 %, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique satisfaisant en outre les relations suivantes :
C* = C - Ti/4 - Zr/8 + 7xN/8 > 0,095% et de préférence > 0,12% et : 1 ,05xMn + 0,54xNi +0,50xCr + 0,3x(Mo + W/2)1/2 + K > 1 ,8 ou mieux 2 avec : K = 0,5 si B > 0,0005% et K = 0 si B < 0,0005%.
Selon ce procédé, on soumet la pièce ou la tôle à un traitement thermique de trempe, effectué dans la chaude de mise en forme à chaud telle que le laminage ou après austénitisation par réchauffage dans un four, qui consiste à : - refroidir la tôle à une vitesse de refroidissement moyenne supérieure à 0,5°C/s entre une température supérieure à AC3 et une température comprise entre T = 800 - 270xC* - 90xMn -37xNi - 70XCr - 83x(Mo + W/2) et T-50°C, la température étant exprimée en °C et les teneurs en C*, Mn, Ni, Cr, Mo et W, étant exprimées en % en poids, - puis refroidir la tôle à une vitesse de refroidissement moyenne à cœur Vr < 1150xep"1 (en °C/s) et supérieure à 0,1 °C/s entre la température T et 100°C, ep étant l'épaisseur de la tôle exprimée en mm,
- et à refroidir la tôle jusqu'à la température ambiante, éventuellement, on effectue un planage. Eventuellement, la trempe peut être suivie d'un revenu à une température inférieure à 350°C, et préférence inférieure à 250°C.
L'invention concerne également une tôle obtenue notamment par ce procédé, l'acier ayant une structure martensitique ou martensito-bainitique, ladite structure contenant de 5% à 20% d'austénite retenue, ainsi que des carbures. L'épaisseur de la tôle peut être comprise entre 2 mm et 150 mm et sa planéité est caractérisée par une flèche inférieure ou égale à 12mm/m et de préférence inférieure à 5mm/m.
L'invention va maintenant être décrite de façon plus précise mais non limitative et être illustrée par des exemples. Pour fabriquer une tôle selon l'invention, on élabore un acier dont la composition chimique comprend, en % en poids :
- de 0,24% à 0,35% de carbone pour permettre la formation d'une quantité importante de carbures et d'obtenir une dureté suffisante, tout en ayant une aptitude au soudage suffisante ; de préférence, la teneur en carbone est inférieure à 0,325%, et mieux inférieure à 0,3%.
De 0% à 1 ,1 % de titane, de 0% à 2,2% de zirconium. La somme Ti + Zr/2 doit être supérieure à 0,35% et de préférence supérieure à 0,4%, et mieux encore supérieure à 0,5%, de façon à former une quantité importante de gros carbures. Cependant, cette somme doit rester inférieure à 1 ,1 % de façon à conserver suffisamment de carbone en solution dans la matrice après formation des carbures. De préférence cette somme doit rester inférieure à 1 %, et mieux à 0,9% et mieux encore, inférieure à 0,7% si l'on a besoin de privilégier la ténacité du matériau. Il en résulte que la teneur en titane doit de préférence rester inférieure à 1 %, et mieux inférieure à 0,9%, voire inférieure à 0,7%, et la teneur en zirconium doit de préférence rester inférieure à 2%, et mieux inférieure à 1 ,8%, voire inférieure à 1 ,4%.
- De 0% (ou des traces) à 2% de silicium et de 0% (ou des traces) à 2% d'aluminium, la somme Si+AI étant comprise entre 0,5% et 2% et de préférence supérieure à 0,7%. Ces éléments, qui sont des désoxydants, ont en outre pour effet de favoriser l'obtention d'une austénite retenue métastable fortement chargée en carbone dont la transformation en martensite s'accompagne d'un gonflement important favorisant l'ancrage des carbures de titane ou de zirconium.
- De 0% (ou des traces) à 2% ou même 2,5% de manganèse, de 0% (ou des traces) à 4% ou même 5% de nickel et de 0% (ou des traces) à 4% ou même 5% de chrome, pour obtenir une trempabilité suffisante et ajuster les différentes caractéristiques mécaniques ou d'emploi. Le nickel a, en particulier un effet favorable sur la ténacité, mais cet élément est cher. Le chrome forme également de fins carbures dans la martensite ou la bainite. - De 0% (ou des traces) à 1 % de molybdène et de 0% (ou des traces) à 2% de tungstène, la somme Mo+W/2 étant comprise entre 0,1 % et 1 %, et de préférence reste inférieure à 0,8%, ou mieux, inférieure à 0,6%. Ces éléments augmentent la trempabilité et forment dans la martensite ou dans la bainite de fins carbures durcissant, notamment par précipitation par auto revenu au cours du refroidissement. Il n'est pas nécessaire de dépasser une teneur de 1% en molybdène pour obtenir l'effet désiré en particulier en ce qui concerne la précipitation de carbures durcissants. Le molybdène peut être remplacé, en tout ou partie, par un poids double de tungstène. Néanmoins cette substitution n'est pas recherchée en pratique car elle n'offre pas d'avantage par rapport au molybdène et est plus coûteuse.
- Eventuellement de 0% à 1 ,5% de cuivre. Cet élément peut apporter un durcissement supplémentaire sans détériorer la soudabilité. Au-delà de 1 ,5%, il n'a plus d'effet significatif, il engendre des difficultés de laminage à chaud et coûte inutilement cher.
- De 0% à 0,02% de bore. Cet élément peut être ajouté de façon optionnelle afin d'augmenter la trempabilité. Pour que cet effet soit obtenu, la teneur en bore doit, de préférence, être supérieure à 0,0005% ou mieux 0,001 %, et n'a pas besoin de dépasser sensiblement 0,01 %. - Jusqu'à 0,15% de soufre. Cet élément est un résiduel en général limité à 0,005% ou moins, mais sa teneur peut être volontairement augmentée pour améliorer l'usinabilité. A noter qu'en présence de soufre, pour éviter des difficultés de transformation à chaud, la teneur en manganèse doit être supérieure à 7 fois la teneur en soufre. - Eventuellement au moins un élément pris parmi le niobium, le tantale et le vanadium, en des teneurs telles que Nb/2+Ta/4+V reste inférieure à 0,5% afin de former des carbures relativement gros qui améliorent la tenue à l'abrasion. Mais les carbures formés par ces éléments sont moins efficaces que ceux qui sont formés par le titane ou le zirconium, c'est pour cela qu'ils sont optionnels et ajoutés en quantité limitée.
- Eventuellement un ou plusieurs éléments pris parmi le sélénium, le tellure, le calcium, le bismuth et le plomb en des teneurs inférieures à 0,1 % chacun. Ces éléments sont destinés à améliorer l'usinabilité. A noter que, lorsque l'acier contient du Se et/ou du Te, la teneur en manganèse doit être suffisante compte tenu de la teneur en soufre pour qu'il puisse se former des séléniures ou des tellurures de manganèse.
- Le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration. Parmi les impuretés, il y a en particulier l'azote dont la teneur dépend du procédé d'élaboration mais ne dépasse en général pas 0,03%. Cet élément peut réagir avec le titane ou le zirconium pour former des nitrures qui ne doivent pas être trop gros pour ne pas détériorer la ténacité. Afin d'éviter la formation de gros nitrures, le titane et le zirconium peuvent être ajoutés dans l'acier liquide de façon très progressive, par exemple en mettant au contact de l'acier liquide oxydé une phase oxydée telle qu'un laitier chargé en oxydes de titane ou de zirconium, puis en désoxydant l'acier liquide, de façon à faire diffuser lentement le titane ou le zirconium depuis la phase oxydée vers l'acier liquide.
En outre, afin d'obtenir des propriétés satisfaisantes, les teneurs en carbone, titane, zirconium, et azote doivent être telles que : C - Ti/4 - Zr/8 + 7xN/8 > 0,095%
L'expression C - Ti/4 - Zr/8 + 7xN/8 = C* représente la teneur en carbone libre après précipitation des carbures de titane et de zirconium, compte tenu de la formation de nitrures de titane et de zirconium. Cette teneur en carbone libre C* doit être supérieur à 0,095%, et de préférence > 0,12%, pour avoir une martensite ayant une dureté minimale. Plus cette teneur est faible, plus l'aptitude au soudage et à la découpe thermique est bonne.
De plus, la composition chimique doit être choisie de telle sorte que la trempabilité de l'acier soit suffisante, compte tenu de l'épaisseur de la tôle qu'on souhaite fabriquer. Pour cela, la composition chimique doit satisfaire la relation: Tremp =1 ,05xMn + 0,54xNi +0,50xCr + 0,3x(Mo + W/2)1/2 + K > 1 ,8 ou mieux 2 avec : K = 0,5 si B > 0,001 % et K = 0 si B < 0,001 %,
En outre, et pour obtenir une bonne tenue à l'abrasion, la structure micrographique de l'acier est constituée de martensite ou de bainite ou d'un mélange de ces deux structures, et de 5% à 20% d'austénite retenue. Cette structure comprenant en outre des gros carbures de titane ou de zirconium formés à haute température, voire des carbures de niobium, de tantale ou de vanadium. Les inventeurs ont constaté que l'efficacité des gros carbures pour l'amélioration de la tenue à l'abrasion pouvait être obérée par le déchaussement prématuré de ceux-ci et que ce déchaussement pouvait être évité par la présence d'austénite métastable qui se transforme sous l'effet des phénomènes d'abrasion. La transformation de l'austénite métastable se faisant par gonflement, cette transformation dans la sous- couche abrasée augmente la résistance au déchaussement des carbures et, ainsi, améliore la résistance à l'abrasion. D'autre part, la dureté élevée de l'acier et la présence de carbures de titane fragilisant imposent de limiter autant que possible les opérations de planage. De ce point de vue, les inventeurs ont constaté qu'en ralentissant de façon suffisante le refroidissement dans le domaine de transformation bainito-martensitique, on réduit les déformations résiduelles des produits, ce qui permet de limiter les opérations de planage. Les inventeurs ont constaté qu'en refroidissant la pièce ou la tôle à une vitesse de refroidissement Vr < 1150xep"1,7, (dans cette formule, ep est l'épaisseur de la tôle exprimée en mm, et la vitesse de refroidissement est exprimée en °C/s) en dessous d'une température T = 800 - 270xC* - 90xMn -37xNi - 70XCr - 83x(Mo + W/2), (exprimée en °C), d'une part, on obtenait une proportion significative d'austénite résiduelle, et d'autre part, on réduisait les contraintes résiduelles engendrées par les changements de phase. Cette réduction de contraintes est souhaitable, à la fois pour limiter le recours au planage ou faciliter celui-ci d'une part, et pour limiter les risques de fissuration lors des opérations ultérieures de soudage et de pliage. Pour fabriquer une tôle ayant une bonne résistance à l'abrasion et bien plane, on élabore l'acier, on le coule sous forme de brame ou de lingot. On lamine à chaud la brame ou le lingot pour obtenir une tôle qu'on soumet à un traitement thermique permettant tout à la fois d'obtenir la structure souhaitée et une bonne planéité sans planage ultérieur ou avec un planage limité. Le traitement thermique peut être effectué directement dans la chaude de laminage ou réalisé ultérieurement, et éventuellement après un planage à froid ou à mi-chaud.
Pour réaliser le traitement thermique : - Soit directement après laminage à chaud, soit après réchauffage au-dessus du point AC3, on refroidit la tôle à une vitesse de refroidissement moyenne, supérieure à 0,5°C/s, c'est à dire supérieure à la vitesse critique de transformation bainitique jusqu'à une température égale ou légèrement inférieure à une température T = 800 - 270xC* - 90xMn -37xNi - 70XCr - 83x(Mo + W/2), (exprimée en °C), de façon à éviter la formation de constituants ferritiques ou perlitiques. Par légèrement inférieure, on entend une température comprise entre T et T - 50°C, ou mieux entre T et T - 25°C, ou mieux encore, entre T et T - 10°C.
- puis, entre la température précédemment définie et 100°C environ, on refroidit la tôle à une vitesse de refroidissement moyenne à cœur Vr comprise entre 0,1 °C/s, pour obtenir une dureté suffisante, et 1150xep"1 ,7, pour obtenir la structure souhaitée,
- et on refroidit la tôle jusqu à la température ambiante, de préférence, sans que ce soit obligatoire, à une vitesse lente.
En outre, on peut effectuer un traitement de détente, tel qu'un revenu, à une température inférieure ou égale à 350°C, et de préférence, inférieure à 250°C.
On obtient ainsi une tôle, dont l'épaisseur peut être comprise entre 2 mm et 150 mm, ayant une excellente planéité caractérisée par une flèche inférieure à 12 mm par mètre sans planage, où avec un planage modéré. La tôle a une dureté comprise entre 280HB et 450HB, environ. Cette dureté dépend principalement de la teneur en carbone libre C* = C - Ti/4 - Zr/8 + 7xN/8.
A titre d'exemple, on a réalisé des tôles en acier repérées A à C selon l'invention et D à E selon l'art antérieur. Les compositions chimiques des aciers, exprimés en 10"3 % en poids, ainsi que la dureté et un indice de résistance à l'usure Rus, sont reportées au tableau 1. La résistance à l'usure est mesurée par la perte de poids d'une éprouvette prismatique mise en rotation dans un bac contenant des granulats calibrés de quartzite pendant 5 heures.
L'indice Rus d'un acier est égal à 100 fois le rapport de la résistance à l'usure de l'acier considéré et de la résistance à l'usure d'un acier de référence (l'acier D). Ainsi, un acier dont l'indice Rus = 110 a une résistance à l'usure de 10% supérieure à celle de l'acier de référence.
Toutes les tôles ont une épaisseur de 27 mm, et sont trempées après austénitisation à 900°C. Après austénitisation : - pour les tôles en acier A et C, la vitesse moyenne de refroidissement est de 7°C/s au dessus de la température T définie plus haut, et de 1 ,6°C/s en dessous, conformément à l'invention; pour la tôle B, la vitesse moyenne de refroidissement est de 0,8°C/s au dessus de la température T définie plus haut, et de 0,15°C/s en dessous, conformément à l'invention; les tôles en acier D et E, données à titre de comparaison, ont été refroidies à une vitesse moyenne de 24°C/s au dessus de la température T définie plus haut, et à une vitesse moyenne de 12°C/s en dessous.
Tableau 1
contenant de 5% à 20% d'austénite retenue et des gros carbures de titane, alors que les tôles données à titre de comparaison ont une structure entièrement martensitique.
La comparaison des résistances à l'usure et des duretés montre que, bien qu'étant très sensiblement moins dures que les tôles données à titre de comparaison, les tôles selon l'invention ont une résistance à l'usure légèrement meilleure. La comparaison des carbones libres montre que la bonne tenue à l'usure des tôles selon l'invention est obtenue avec des carbones libres très sensiblement plus faibles, ce qui conduit à des aptitudes au soudage ou au découpage thermique nettement meilleures que pour les tôles selon l'art antérieur. Par ailleurs, la déformation après refroidissement, sans planage, pour les aciers selon l'invention A à C est d'environ 5 mm/m et de 16 mm/m pour les aciers D et E donnés à titre de comparaison. Ces résultats montrent la réduction de déformation des produits obtenus grâce à l'invention. Il en résulte en pratique, en fonction du degré d'exigence en planéité des utilisateurs,
- soit la possibilité de livrer les produits sans planage, ce qui engendre un gain sur le coût et une réduction des contraintes résiduelles,
- soit l'exécution d'un planage pour satisfaire une exigence de planéité plus sévère (par exemple 5mm/m) mais réalisée plus facilement et en introduisant moins de contraintes du fait de la déformation originelle moindre sur les produits selon l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé pour fabriquer une pièce ou une tôle en acier résistant à l'abrasion dont la composition chimique comprend, en poids : 0,24% < C < 0,35%
0% < Si < 2%
0% < Al < 2%
0,5% < Si + Al < 2%
0% < Mn < 2,5% 0%<Ni<5%
0%<Cr<5%
0%<Mo<1%
0% < W < 2%
0,1%<Mo+W/2<1% 0%<B<0,02%
0% < Ti < 1,1%
0%<Zr<2,2%
0,35% <Ti + Zr/2< 1,1%
0%<S<0,15% N < 0,03%
- éventuellement de 0% à 1 ,5% de cuivre,
- éventuellement au moins un élément pris parmi Nb, Ta et V en des teneurs telles queNb/2+Ta/4 + V<0,5%,
- éventuellement au moins un élément pris parmi Se, Te, Ca, Bi, Pb en des teneurs inférieures ou égales à 0,1%, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique satisfaisant en outre les relations suivantes :
C* = C - Ti/4 - Zr/8 + 7xN/8 > 0,095% et: 1 ,05xMn + 0,54xNi +0,50xCr + 0,3x(Mo + W/2)1/2 + K > 1 ,8 avec K = 0,5 si B > 0,0005% et K = 0 si B < 0,0005%, selon lequel on soumet la tôle à un traitement thermique de trempe, effectué dans la chaude de mise en forme à chaud et par exemple de laminage ou après austénitisation par réchauffage dans un four, pour réaliser la trempe : - on refroidit la pièce ou la tôle à une vitesse de refroidissement moyenne supérieure à 0,5°C/s entre une température supérieure à AC3 et une température comprise entre T = 800 - 270xC* - 90xMn -37xNi - 70XCr - 83x(Mo + W/2), et T-50°C environ, puis on refroidit la pièce ou la tôle à une vitesse de refroidissement moyenne à cœur Vr < 1150xep"1,7 et supérieure à 0,1 °C/s entre la température T et 100°C, ep étant l'épaisseur de la tôle exprimée en mm, on refroidit la pièce ou la tôle jusqu'à la température ambiante et on effectue, éventuellement, un planage.
2 - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que :
1 ,05xMn + 0,54xNi +0,50xCr + 0,3x(Mo + W/2)1/2 + K > 2
3 - Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que :
Ti + Zr/2 > 0,4%
4 - Procédé l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que :
C* > 0,12%
5 - Procédé l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que :
Si + Al > 0,7%
6 - Procédé l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, en outre, on effectue un revenu à une température inférieure ou égale à 350°C.
7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que pour ajouter le titane dans l'acier, on met l'acier liquide au contact d'un laitier contenant du titane et on fait diffuser lentement le titane du laitier dans l'acier liquide.
8 - Pièce, et notamment tôle, en acier résistant à l'abrasion dont la composition chimique comprend, en poids :
0,24% < C < 0,35% 0% < Si < 2% 0% < Al < 2%
0,5% < Si + Al < 2%
0% < Mn < 2,5%
0% < Ni < 5% 0% < Cr < 5%
0%<Mo<1%
0% < W < 2%
0,1%<Mo+W/2 1%
0% < B < 0,02% 0% < Ti < 1,1%
0%<Zr<2,2%
0,35% <Ti+Zr/2< 1,1%
0%<S<0,15%
N < 0,03% - éventuellement de 0% à 1 ,5% de cuivre,
- éventuellement au moins un élément pris parmi Nb, Ta et V en des teneurs telles que Nb/2 + Ta/4 + V < 0,5%,
- éventuellement au moins un élément pris parmi Se, Te, Ca, Bi, Pb en des teneurs inférieures ou égales à 0,1%, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique satisfaisant en outre les relations suivantes :
C - Ti/4 - Zr/8 + 7xN/8 > 0,095% et:
1 ,05xMn + 0,54xNi +0,50xCr + 0,3x(Mo + W/2)12 + K > 1 ,8 avec : K = 0,5 si B > 0,0005% et K = 0 si B < 0,0005%, l'acier ayant une structure martensitique ou martensito-bainitique, la dite structure contenant de 5% à 20% d'austénite retenue et des carbures.
9 - Pièce selon la revendication 8, caractérisée en ce que : 1 ,05xMn + 0,54xNi +0,50xCr + 0,3x(Mo + W/2)12 + K > 2
10 - Pièce selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que :
Ti + Zr/2 > 0,4% 11 - Pièce l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que :
C* > 0,12%
12 - Pièce l'une quelconque des revendications 8 à 11 , caractérisé en ce que :
Si + Al > 0,7%
13 - Pièce selon l'une quelconque de revendications 8 à 12, caractérisé en ce qu'elle est une tôle d'épaisseur comprise entre 2 mm et 150 mm.
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