FR2488278A1 - Traitement d'aciers pour formage a froid - Google Patents

Abstract

PROCEDE DE TRAITEMENT DE PRODUITS EN ACIER POUR FORMAGE A FROID. TRAITEMENT DESTINE A RACCOURCIR LA DUREE DU RECUIT DE GLOBULISATION ULTERIEUR, CONSISTANT A EFFECTUER, DIRECTEMENT DANS LA CHAUDE DE LAMINAGE, UNE TREMPE AU DEFILE PERMETTANT D'OBTENIR DE LA PERLITE FINE FORMEE EN-DESSOUS DE 625C OU DES CONSTITUANTS FORMES EN-DESSOUS DE CETTE TEMPERATURE APRES TRANSFORMATION PARTIELLE EN FERRITE PROEUTECTOIDE. CE TRAITEMENT S'APPLIQUE DE FACON PARTICULIEREMENT AVANTAGEUSE AUX ACIERS POUR FORMAGE A FROID ET PERMET DE LEUR CONFERER, APRES UN RECUIT DE GLOBULISATION DE COURTE DUREE, UNE STRUCTURE APPROPRIEE A CE MODE DE MISE EN FORME.

Description

TRAITEMENT D'ACIERS POUR FORMAGE A FROID
L'invention se situe dans le domaine des traitements conférant aux aciers une structure appropriée pour le formage à froid et concerne plus précisément un traitement précédant le classique recuit de globulisation.

Actuellement, en raison des cadences élevées de production qutil permet, le formage à froid prend une importance croissante. On recherche généralement, pour les aciers mis en forme par ce procédé, une dureté pas trop élevée, afin de réduire la puissance des machines ou l'usure des outils, et une bonne ductilité. Ces qualités étant liées notamment à la structure et à la morphologie des carbures, la structure la plus fréquemment envisagée est constituée de ferrite et de perlite globulisée, c' est-à-dire pour laquelle la cémentite, au cours d'un traitement adéquat, est passée de la morphologie lamellaire à la morphologie globulaire.

I1 existe un grand nombre de traitements de globulisation, car il est bien évident que, suivant la composition et la structure initiale de l'acier, les carbures ne globuliseront pas dans les mêmes conditions. Ces traitements peuvent être classés en trois grandes catégories
- maintien prolongé (jusqu'à une vingtaine d'heures) à une température légèrement inférieure au point de transformation A1, suivi d'un refroidissement lent ;
- cyclage thermique répété autour de la température A1
- maintien relativement court à une température légèrement supérieure à A1 suivi d'un refroidissement très lent ou d'un refroidissement rapide jusqu'à transformation complète de l'austénite puis d'un refroidissement lent.

Le taux de globulisation recherché depend évidemment de l'utilisation prévue, mais tous ces traitements ont pour inconvénient majeur un maintien prolongé vers 7000C (huit à trente heures) ce qui augmente de façon appréciable le coût de revient global des pièces formées à froid.

D'autre part, le demandeur a déjà mis au point un procéde de traitement thermique préalable, permettant de raccourcir considérablement la durée du recuit de globulisation ultérieur. Ce procédé (décrit dans la demande de brevet nO 77/27.556 du 9 septembre 1977 au nom du demandeur), consiste à effectuer une austénitisation complète ou partielle suivie d'une trempe pseudo-isotherme au voisinage du nez perlitique de la courbe TTT de l'acier considéré.

Le but de la présente invention est de fournir un traitement préalable permettant également de raccourcir la durée du recuit de globulisation ulterieur, tout en évitant l'étape intermédiaire d'austénitisation mentionnée ci-dessus.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement de produits en acier pour formage à froid, précédant le recuit de globulisation proprement dit, selon lequel on effectue une trempe au défilé directement dans la chaude de laminage. La trempe est interrompue de façon à ce que la température de transformation de presque toute la section du produit soit de 575"C à 625 C.

Selon une première variante du procédé suivant l'invention, dans le cas de nuances peu trempantes, on procède, préalablement à la trempe, à un refroidissement lent jusqu'à transformation partielle de l'austenite en ferrite proeutectolde (température inférieure d'environ 50"C à la température
A1 de l'acier considéré).

Selon une deuxième variante du procédé suivant l'invention, dans le cas également de nuances peu trempantes, on effectue, préalablement à la trempe, une premiere trempe étagée permettant une transformation pseudoisotherme partielle en ferrite proeutectolde à une température inférieure d'environ 50eC à la température A1 de l'acier.

Selon un mode de réalisation du procédé de l'invention, dans le cas des aciers mi-durs peu trempants, la transformation initiale en ferrite proeutectolde est suivie d'une trempe prolongée en dessous de 5750C.

Comme on le comprend, lors des recuits de globulisation, le temps nécessaire pour que la réaction soit achevée, la forme et la taille des globules obtenus dépendent de l'état initial de l'acier, cet état initial dépendant lui-meme, bien entendu, du mode de refroidissement qui a été appliqué au métal. La relation entre la structure initiale et le comportement de l'acier au cours du recuit de globulisation est complexe, mais on connaît depuis longtemps un certain nombre de tendances. Ainsi, la globulisation des plages perlitiques est généralement d'autant plus rapide et les particules finales de carbures plus fines que a'espacement interlamellaire initial est plus faible.

Le compromis idéal entre une bonne ductilité et une résistance décroissant rapidement au début du recuit ultérieur de globulisation correspond à une perlite initiale très fine et dégénérée, c'est-à-dire formée de rangées parallèles de particules peu allongées de cémentite.

Compte tenu de ces considérations, les travaux du demandeur lui ont permis de mettre au point un traitement adéquat après laminage qui, tout en permettant l'économie d'un traitement intermédiaire (réchauffage pour austenitisation), confère à l'acier une structure appropriée à une globuli sation rapide de la cémentite, au cours du recuit classique de globulisation.

Cette structure initiale est obtenue en contrôlant les conditions de refroidissement dans la chaude de laminage de façon telle que les plages du produit ne correspondant pas à une première transformation en ferrite proeutectoide se transforment au moins en perlite fine (et, éventuellement, en bainite). Compte tenu des inévitables gradients thermiques à la trempe, la périphérie du produit pourra contenir davantage de structures de trempe.

La présence d'une teneur élevée en ferrite proeutectoide est un facteur favorable pour la durée de globulisation des plages carburées et pour la ductilité finale du produit traité. C'est pour cela que, dans le cas des aciers peu trempants, on procède, avant la trempe proprement dite, à un refroidissement préalable du produit ; grâce à ce refroidissement préalable, on fait apparaître le maximum de ferrite proeutectoide et l'austénite restante est susceptible de se transformer facilement ultérieurement en perlite fine ou constituants formés à plus basse température. Selon l'invention, ce refroidissement préalable peut s'effectuer de deux façons.

Ainsi, selon la première variante du procédé de l'invention, on laisse le produit, tout de suite après le laminage, se refroidir naturellement jusque vers 650 - 7000C ; ce refroidissement lent permet de bien contrôler la formation d > un maximum de ferrite proeutectolde et l'enrichissement maximal en carbone des plages d'austénite non transformée. Le refroidissement accéléré, qui suit, permet alors de transformer l'austénite, non initialement transformée, en perlite fine ou en constituants formés à plus basse temperature.

Selon la deuxième variante du procédé de l'invention, le refroidissement préalable à la trempe est une première trempe qui permet une transformation pseudo-isotherme partielle une cinquantaine de degrés C en-dessous de la température A1 de l'acier : on peut ainsi obtenir assez rapidement, et de manière contrôlée, une quantité relativement importante de ferrite' proeutectoide. La trempe suivante est alors effectuée de façon à transformer l'austénite restante en-dessous du nez perlitique de la courbe TTT de l'acier considéré. Les produits de transformation correspondants vont de la perlite fine à coeur à des structures de trempe en peau.

En fait, la vitesse initiale de refroidissement jusqu'à la transformation partielle de l'austénite n'est pas critique tant que les plages "globulisables" ne sont pas apparues. On peut ainsi envisager, suivant la trempa bilité de la nuance considérée, une assez grande variété de débuts de refroidissements pour contrôler la proportion relative de ferrite proeutectolde, la finesse du grain de ferrite, la nature (perlite dégénérée, bainite, ou même un peu de martensite) des plages non ferritiques.

Pour les aciers peu trempants, le choix de la première ou de la deuxième variante du procédé de l'invention se fait en fonction du diamètre et de la forme (barre ou fil) du produit en acier que l'on traite, et des caractéristiques de l'installation après laminage (longueur de refroidissement, vitesse de défilement) ainsi que des caractéristiques du dispositif utilisé pour le refroidissement. Pour les fils, par exemple, le bobinage pourra steffectuer après passage dans les boites à eau, avant que le coeur du fil ne soit transformé en perlite fine.

La trempe au défilé, effectuée selon le procédé de l'invention, est mise en oeuvre dans des installations appropriées telles que les dispositifs à lame d'eau décrits dans les demandes de brevet nO 79/01.567 du 19 janvier 1979 et nO 79/14.383 du ler juin 1979 au nom du demandeur. On peut également réaliser la trempe finale de la deuxième variante dans un bain d'huile.

Bien entendu, il est nécessaire que l'installation utilisée pour réaliser la trempe ait un coefficient d'échange thermique suffisamment élevé, en rapport avec la trempabilité de l'acier et le diamètre du produit considéré.

Les caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention ressortiront de façon claire au vu des exemples suivants qui concernent le traitement de barres en acier XC 38 (0,38 % C, 0,60 % Mn, 0,25 % Si) et en acier 38 C4 (0,38 z C, 0,70 % Mn, 0,25 % Si, 1 % Cr).

Dans un premier exemple, on soumet deux barres (l'une en acier XC 38, l'autre en acier 38 C4) de 12 mm de diamètre, à une trempe au défilé sévère (coefficient d'échange thermique élevé) de durée 1 seconde, en sortie de laminoir ; après la trempe, la température moyenne des barres est de 5750C.

Les deux barres présentent alors une structure ferrite-perlite à coeur, avec une forte proportion de perlite fine. Les deux barres sont ensuite soumises à un recuit de globulisation à 7000C pendant quatre heures (ctest- à-dire à un recuit de globulisation relativement court par rapport aux traitements de globulisation classiques). On mesure alors les valeurs de la striction Z et de la résistance Rm des barres ainsi traitées
- pour la barre en acier XC 38 : Rm = 650 N/mm2,
Z = 72 % ,
- pour la barre en acier 38 C4 : Rm = 700 N/mm2,
Z = 68 %.

Si on fait précéder le maintien de 4 heures à 7000C d'un bref chauffage (5 mn suffisent) à 7500C, le niveau de résistance passe respectivement à 600 N/mm2 pour la barre en XC 38 et 640 N/mm2 pour la barre en 38 C4.

A titre de comparaison, on fait subir à deux barres respectivement de même acier et de dimensions identiques, mais refroidies naturellement en sortie de laminoir, un recuit de globulisation identique au précédent (7000C pendant quatre heures). On mesure alors les valeurs de la striction Z et de la résistance Rm des barres ainsi traitées
- pour la barre en acier XC 38 : Rm = 590 N/mm2,
Z = 60 % ;
- pour la barre en acier 38 C4 : Rm = 620 N/mm2,
Z = 59 %.

On voit donc que, grâce au procédé de l'invention, on obtient, pour un même recuit de globulisation, un gain de striction A Z X 10 %, éventuellement sans modification importante du niveau de résistance.

Le deuxième exemple concerne le traitement de deux barres, egalement en acier XC 38 et 38 C4, mais de 40 mm de diamètre.

Pour la barre en acier 38 C4, le même traitement que celui décrit dans le premier exemple permet d'obtenir des caractéristiques mécaniques (Rm et
Z) du même ordre.

Par contre, pour la barre en acier XC 38, il est plus difficile d'obtenir de la perlite fine à coeur avec un aussi gros diamètre. On procède donc selon la première variante de l'invention : en sortie de laminoir, on laisse la barre se refroidir naturellement jusqu'à ce que sa température soit de l'ordre de 6700C ; ce qui correspond à la formation d'environ 50 % de ferrite proeutectolde. Puis, on procède à une trempe de la barre dans une piscine d'huile. Après avoir soumis la barre à un recuit de globulisation à 700"C pendant quatre heures, on constate que les plages non ferritiques sont globulisées de façon satisfaisante. Les caractéristiques mecaniques obtenues (Rm = 600 N/mm2 ; Z = 70 %) sont tout à fait acceptables.

il va de soi que le procede decrit peut présenter de nombreuses variantes sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. L'essentiel est que les plages carburées (perlite ou structures de trempe) soient formées à une température inférieure à 600 C. Ainsi, l'utilisateur qui aurait eu des difficultés à controler de façon précise la température de la fin de la trempe et obtiendrait, après transformation partielle en ferrite proeutectolde, des structures du type bainite, et même martensite, obtiendrait tout de meme des résultats satisfaisants du point de vue durée du recuit de globulisation.

Le procédé de l'invention permet donc d'obtenir des aciers qui, après des recuits de globulisation relativement brefs, présentent des valeurs de résistance comparables à celles obtenues de façon classique sur des structures de recuit et, de plus, des caractéristiques de ductilité mieux appropriées au formage à froid.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1) Procédé de traitement de produits en acier pour formage à froid, précédant le recuit de globulisation habituel vers 7000C, caractérisé en ce que l'on effectue, directement dans la chaude de laminage, une trempe au défilé que l'on interrompt de façon à ce que la température de transformation de presque toute la section du produit soit de 575"C à 6250C.

2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de nuances peu trempantes, on procède, préalablement à la trempe, à un refroidissement lent jusqu'à transformation partielle de l'austénite en ferrite proeutectolde (température inférieure d'environ 50 C à la température

A1 de l'acier).

3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de nuances peu trempantes, on effectue, préalablement à la trempe, une première trempe étagée permettant une transformation pseudo-isotherme partielle en ferrite proeutectolde à une température inférieure d'environ 50"C à la température A1 de l'acier.

4) Procédé selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que, dans le cas des aciers mi-durs peu trempants, la transformation initiale en ferrite proeutectoide est suivie d'une trempe prolongée en-dessous de 5750C.

5) Acier pour formage à froid obtenu par le procédé selon les revendications 1 à 4.