FR2665461A1 - Aciers non affines a tenacite elevee et procede pour leur fabrication. - Google Patents

Abstract

Cet acier non affiné à ténacité élevée comprend 0,30 % à 0,55 % de C; 0,15 % à 0,45 % de Si; 0,60 % à 1,55 % de Mn; pas plus de 0,050 % de S; 0 % à 0,30 % de Cr; 0,01 % à 0,05 % d'Al; 0,05 % à 0,15 % de V, Nb ou leurs mélanges; 0,0 % à 0,03 % de Ti; 0,0 % à 0,003 % de B; 0,2923a à 0,02 % de N (a étant équivalent à la quantité de Ti); le complément étant Fe et les impuretés contenues inévitablement de par la fabrication de l'acier. L'acier contient en outre au moins un élément choisi dans le groupe constitué par le calcium, le tellure, le cérium et autres métaux des terres rares, le mischmétal, et leurs mélanges, dans des quantités de 0,0001 % en poids à 0,04 % en poids. Ces éléments agissent pour contrôler les formes des inclusions. Les aciers manifestent une résistance à la traction de 735,75 % MPa (75 kgf/mm2 ) et une ténacité de 68,67 N.m/cm2 (7 kgf.m/cm2 ).

Description

ACIERS NON AFFINES A TENACITE ELEVEE ET PROCEDE POUR LEUR

FABRICATION.

La présente invention porte sur des aciers non affinés ayant au moins les mêmes propriétés mécaniques que celles des aciers affinés et sur un procédé permettant de les fabriquer En particulier, la présente invention porte sur des aciers non affinés de ténacité élevée, ayant une ténacité et une résistance à la traction améliorées, et sur un procédé

permettant de les fabriquer.

D'une manière générale, par l'expression acier non affiné, on entend des aciers qui ont des propriétés mécaniques analogues à celles des aciers affinés, sans avoir été soumis à un traitement d'affinage Par ce traitement d'affinage, on entend le traitement thermique pour améliorer les propriétés mécaniques des aciers par des opérations de trempe et recuit, dans la fabrication des aciers Ces aciers non affinés manifestent une ténacité très inférieure à celle des aciers affinés, de sorte que leurs applications sont limitées aux cas ne nécessitant pas de ténacité élevée et ne nécessitant qu'une résistance élevée dans la fabrication des

éléments mécaniques.

En prenant en considération le fait que la nécessité d'économiser l'énergie est à nouveau devenue pressante partout dans le monde en raison de la guerre du Golfe, il est fortement souhaité d'étendre l'application des aciers non affinés pour usiner des aciers structuraux, de façon à économiser l'énergie consommée dans le traitement d'affinage des aciers A cet effet, il est nécessaire d'améliorer la ténacité qui est médiocre dans le cas des

aciers non affinés.

De façon classique, il a été proposé des utilisations d'une composition d'acier contenant du carbone dans une quantité d'environ 0,45 % en poids et d'une composition d'acier contenant du carbone dans une quantité d'environ 0,03 % en poids à environ 0,25 % en poids et du chrome dans une quantité d'environ 1,5 % en poids à environ 2,0 % en poids, de façon à obtenir une résistance à la traction de 735,75 M Pa ( 75 kgf/mm 2) dans des aciers non affinés Lorsque des aciers à faible teneur en carbone, non

affinés, sont utilisés pour atteindre les objectifs ci-

dessus, il est difficile de mettre en oeuvre un procédé de durcissement haute fréquence pour améliorer la résistance à l'usure De façon à obtenir une résistance élevée, un dispositif de refroidissement séparé est également nécessaire. On a également proposé un procédé pour améliorer la ténacité de la structure de l'acier par l'addition de Mn dans une quantité ne dépassant pas 1,55 % en poids Cependant, cette quantité accrue de Mn entraîne la réduction de l'aptitude à l'usinage de l'acier produit Pour améliorer l'aptitude à l'usinage, la composition d'acier est additionnée de quantités importantes d'éléments tels que S, Pb ou Bi L'addition de ces éléments peut conduire à la réduction de la ténacité de l'acier produit Ces éléments sont soumis à une déformation plastique dans le façonnage à chaud de l'acier produit et restent dans la structure d'alliage sous la forme d'inclusions de type A, lesquelles

sont de forme linéaire.

En fonction de leurs formes, les inclusions sont classées en celles du type A, ayant une forme linéaire qui est représentée en foncé sur la Figure 4, celles du type B, ayant une forme polygonale, et celles du type C ayant une

forme sphérique qui est représentée en foncé sur la Figure 5.

Les inclusions du type A ont une propriété directionnelle et agissent ainsi sur le matériau d'acier pour réduire fortement ses propriétés mécaniques, telles que la ténacité et la résistance à la fatigue Par exemple, l'acier ayant la structure représentée sur la Figure 4 manifeste la faible valeur de résilience au choc de seulement environ 38, 26 N m/cm 2 ( 3,9 kgf m/cm 2) à UE 20, de sorte qu'il est très cassant, par rapport à celui ayant l'inclusion sphérique de type C représentée sur la Figure 5 En conséquence, les quantités et formes des inclusions doivent être soigneusement contrôlées. Pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, un acier non affiné ayant une structure de bainite a été proposé Dans la fabrication de cet acier, une opération de trempe est nécessaire Si la structure comprend au-delà de % en poids de bainite, la valeur de résilience de l'acier

est réduite Par conséquent, l'application est limitée.

Pour résoudre ce problème, des additions de calcium ou de métaux des terres rares ont été proposées Cependant, cette proposition n'a pas pu montrer de composition définie

d'éléments d'addition, de même que d'améliorations substan-

tielles des propriétés mécaniques.

Par conséquent, un objectif de la présente invention est de proposer un acier non affiné à ténacité élevée, qui présente des améliorations de ténacité et de résistance à la traction, surmontant les désavantages mentionnés ci-dessus rencontrés dans les techniques antérieures. Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un acier non affiné à ténacité élevée, qui présente des améliorations de ténacité

et de résistance à la traction.

Sous l'un de ses aspects, la présente invention concerne un acier non affiné à ténacité élevée, comprenant 0,30 % à 0,45 % de C; 0,15 % à 0,35 % de Si; 1,0 % à 1,55 % de Mn; pas plus de 0,050 % de S; pas plus de 0,30 % de Cr; 0,01 % à 0,05 % d'Al; 0,05 % à 0,15 % de V, Nb ou leurs mélanges; 0,0 % à 0,03 % de Ti; 0,0005 % à 0,003 % de B; 0,2923 a à 0,02 % de N (a étant équivalent à la quantité de Ti); et le complément étant Fe et les impuretés contenues inévitablement de par la fabrication de l'acier, tous les pourcentages étant basés sur le poids de l'acier, ledit acier ayant une résistance à la traction de 735,75 M Pa ( 75 kgf/mm 2) et une ténacité de 68,67 N m/cm 2 ( 7 kgf m/cm 2). Sous un autre aspect, la présente invention concerne un acier non affiné à ténacité élevée, comprenant: 0,30 % à 0,55 % de C; 0,15 % à 0,45 % de Si; 0,60 % à 1,55 % de Mn; pas plus de 0,050 % de S; O à 0,30 % de Cr; 0,01 % à 0,05 % d'Al; 0,05 % à 0,15 % de V, Nb ou leurs mélanges; 0,0 % à 0,03 % de Ti; pas plus de 0,02 % de N; et le complément étant Fe et les impuretés contenues inévitablement de par la fabrication de l'acier, tous les pourcentages étant basés sur le poids de l'acier, ledit acier ayant une résistance à la traction de 735,75 M Pa

( 75 kgf/mm 2) et une ténacité de 68,67 N m/cm 2 ( 7 kgf m/cm 2).

Sous encore un autre aspect, la présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un acier non affiné à ténacité élevée, comprenant le étapes de: préparation d'une composition comprenant: 0,30 % à 0,55 % de C; 0,15 % à 0,45 % de Si; 0,60 % à 1,55 % de Mn; pas plus de 0,050 % de S; 0 % à 0,30 % de Cr; 0,01 % à 0,05 % d'Al; 0, 05 % à 0,15 % de V, Nb ou leurs mélanges; 0,0 % à 0,03 % de Ti; 0,0005 % à 0,003 % de B; 0,2923 a à 0,02 % de N (a étant équivalent à la quantité de Ti); et le complément étant Fe, tous les pourcentages étant basés sur le poids de l'acier; coulée de la composition en lingots ou bloom par traitement de celle-ci dans un four classique et dans des conditions de fusion classiques; laminage des lingots ou bloom pour avoir une certaine épaisseur dans des conditions de chauffage à des températures dépassant Ac 3 et ne dépassant pas 13000 C, en fonction de la composition et de la forme du produit final; et refroidissement de façon contrôlable du matériau laminé à partir des températures de 8000 C à 950 C jusqu'aux températures de 5000 C à 5500 C, à des vitesses de

refroidissement de 100 C/min à 1500 C/min.

Si les compositions conformes à la présente invention ne sont pas contrôlées dans les conditions thermiques sévères ci-dessus, les aciers non affinés obtenus ne manifestent guère de ténacité élevée, de résistance à la traction élevée et de capacité de durcissement haute fréquence. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apnara tront à la

lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel

donné à titre d'exemple illustratif mais non limitatif et des dessins annexés dans lesquels: La Figure 1 est une photographie au microscope optique (X 400) d'un acier non affiné à ténacité élevée conforme à un mode de réalisation de la présente invention; La Figure 2 est une photographie au MES (microscope électronique à balayage) (X 550) de l'acier non affiné à ténacité élevée conforme au mode de réalisation de la présente invention; La Figure 3 est une photographie au microscope optique (X 400) d'un acier non affiné à ténacité élevé conforme à un autre mode de réalisation de la présente invention; La Figure 4 est une photographie au microscope optique

(X 400) montrant des formes d'inclusions présentées par-

un acier non affiné à ténacité élevée conforme à la technique antérieure; et La Figure 5 est une photographie au microscope optique (X 400) montrant des formes d'inclusions présentées par un acier non affiné à ténacité élevée conforme à la

présente invention.

L'invention va maintenant être décrite plus en-détails Les aciers non affinés fabriqués conformément à la présente invention possèdent, à la base, une dureté accrue en vertu du durcissement par précipitation de V et/ou Nb qui est apparu après la transformation à Ac 3, et une ténacité accrue en vertu de l'affinage de grains qui est accompli par précipitation du nitrure de carbone, ce qui limite la croissance des grains de cristaux d'austénite lors du chauffage. Les ingrédients des aciers conformes à la présente

invention sont limités numériquement comme suit.

Le carbone est un élément essentiel pour obtenir la résistance et la dureté requises dans les aciers Dans le cas o la composition d'acier contient du-bore, le carbone doit être contenu dans une quantité d'au moins 0,30 % en poids (dans certains cas, d'au moins 0,35 % en poids) dans la composition, de façon à procurer une résistance à la traction de 735,75 M Pa ( 75 kgf/mm 2) Dans la condition o la composition contient du bore, le carbone en excès de 0,45 % en poids réduit de façon brutale l'effet du bore et affecte ainsi de façon défavorable les améliorations de résistance et de la ténacité La raison en est que l'effet du bore diminue progressivement au fur et à mesure que la teneur en carbone augmente, bien que le bore contribue à former de la ferrite dans la structure de l'acier pour aider à l'amélioration de la ténacité et que le carbure de bore contribue à améliorer la résistance en vertu du durcissement par précipitation de celui-ci Si la composition ne contient pas de bore et du carbone en excès de 0,55 % en poids, la ténacité et l'aptitude au soudage peuvent être médiocres, de sorte que le produit ne peut pas être utilisé pour des aciers structuraux. Le silicium agit comme désoxydant dans le procédé de fabrication de l'acier et fournit un effet de durcissement par ferrite Cependant, le silicium en excès de 0,45 % en poids (dans certains cas, 0,35 % en poids) favorise la transformation de ferrite proeutectique ce qui affecte de façon défavorable la ténacité En conséquence, la teneur du

silicium doit être limitée à un maximum de 0,45 % en poids.

Le manganèse est un élément d'alliage bon marché contribuant à améliorer la résistance et à procurer la ténacité, et c'est également un élément essentiel approprié

à la désulfuration dans le procédé de fabrication de l'acier.

En particulier, le manganèse est un élément essentiel dans le fait que la présente invention vise à améliorer la ténacité à l'aide de Mn S Etant donné que l'acier non affiné produit conformément à la présente invention nécessite l'amélioration de résistance due à une faible teneur en carbone, le manganèse doit être présent à raison d'au moins 0,60 % en

poids (dans certains cas, au moins 1,0 % en poids).

Egalement, la teneur du manganèse doit être limitée à un maximum de 1, 55 % en poids En dépassant 1,55 % en poids, l'aptitude au découpage et l'aptitude au soudage deviennent médiocres. Le soufre est contenu de façon inévitable dans la composition pendant le procédé de fabrication de l'acier et forme un sulfure ayant une faible température de déformation plastique Par conséquent, dans les aciers classiques, le soufre est normalement contenu dans une quantité ne dépassant pas 0,025 % en poids Cependant, dans la présente invention, un maximum de 0,050 % en poids de soufre est utilisé parce qu'il procure l'aptitude au découpage et l'effet de conversion de ferrite en perlite granulaire et agit ainsi pour empêcher la diminution de la ténacité, ce qui est un désavantage typique des aciers non affinés En dépassant 0,050 % en poids, le soufre agit plutôt défavorablement sur la

ténacité et la résistance.

Le chrome est présent sous la forme de solution solide dans la ferrite pour la renforcer Dans les cas o la composition contient une faible teneur en carbone, l'addition de chrome dans une faible quantité procure un résultat avantageux La teneur en chrome doit être limitée à un maximum de 0,3 % en poids En dépassant 0,3 % en poids, la

ténacité devient plutôt médiocre.

L'aluminium est utilisé dans le procédé de fabrication de l'acier parce qu'il présente un effet de désoxydation puissant Egalement, l'aluminium qui reste dans l'acier contribue à améliorer la ténacité et à affiner les grains cristallins en vertu des effets de composés de type dispersion et de nitrures Lorsque la composition contient de l'aluminium dans une quantité inférieure à 0,01 % en poids, une désoxydation insuffisante est obtenue En dépassant 0,075 % en poids (dans certains cas, 0,05 % en poids), l'aluminium est contenu dans Si O 2 dans une petite quantité de sorte qu'il est soumis à une déformation plastique, amenant ainsi l'aptitude au découpage et la propreté à être médiocres En conséquence, la teneur de l'aluminium doit être limitée à un minimum de 0,01 % en poids et à un maximum

de 0,075 % en poids.

Le vanadium contribue à améliorer la résistance et la ténacité par formation de carbure et de nitrures Même dans une petite quantité, le vanadium procure efficacement la

résistance requise.

Le niobium contribue fortement à l'affinage des grains cristallins La raison en est que le niobium limite la recristallisation de l'austénite dans le façonnage à chaud et forme une fine précipitation par sa transformation, de façon à améliorer la résistance Le niobium améliore la

résistance et la ténacité, en coopération avec le vanadium.

En pratique, le niobium et le vanadium peuvent être utilisés seuls, respectivement, ou en combinaison La teneur totale de ces éléments doit être limitée à un maximum de 0,15 % en poids, parce que l'addition excessive de ceux-ci peut conduire à diminuer l'aptitude au soudage Dans certain cas, des résultats indésirables, tels qu'une résistance médiocre et un ténacité médiocre, peuvent être obtenus lorsque la

teneur est inférieure à 0,05 % en poids.

Le bore agit pour procurer les effets consistant à favoriser la formation de ferrite et à améliorer l'aptitude au durcissement des aciers non affinés En conséquence, l'addition appropriée de bore conduit à l'obtention d'effets avantageux Au moins 0,0005 % en poids de bore doit être ajouté à la composition En dépassant 0,003 % en poids, le bore peut ne plus être efficace et agir plutôt pour réduire

la ténacité.

Le titane a une forte résistance de liaison avec l'azote et forme ainsi un nitrure En particulier, le titane contribue à affiner 1 'austénite granulaire, permettant ainsi à la ténacité d'être améliorée de façon significative En dépassant 0,03 % en poids, le titane peut ne pas fournir les effets mentionnés ci-dessus Dans certains cas, la résistance peut être diminuée lorsque la teneur en titane est

inférieure à 0,01 % en poids.

Si on le désire, des éléments métalliques, tels que le calcium, le tellure, le cérium, et autres métaux des terres rares, le mischmétal, et leurs mélanges, peuvent être ajoutés à la composition Ces éléments sont appropriés pour contrôler les formes des inclusions, en particulier la forme de Mn S, de façon à améliorer l'anisotropie du matériau et la ténacité au choc après façonnage à chaud Un tel effet peut être obtenu lorsque les éléments sont ajoutés dans une quantité d'au moins 0, 0001 % en poids En dépassant 0,04 % en poids, l'effet n'est plus augmenté En conséquence, la teneur est limitée à un minimum de 0, 0001 % en poids et à un

maximum de 0,04 % en poids.

Conjointement avec le vanadium, le carbone forme un carbure tel que V 4 C 3 ou V 8 C 7, ou un nitrure tel que VN Le carbone est également présent sous la forme de Nb C ou Nb(CN) par réaction avec le niobium, et sous la forme de Ti C ou Ti(CN) par réaction avec le titane Une trace de carbone

conjointement avec le bore peut former Fe 3 (C, B).

L'azote forme Ti N ou Ti(CN), conjointement avec le titane et se lie également avec l'aluminium pour former Al N.

Conjointement avec le vanadium, l'azote forme VN ou V(CN).

Une trace de BN est également formée Cependant, en fonction de l'ordre d'addition des éléments d'alliage ci-dessus, de l'azote majoritaire peut former BN En conséquence, le bore est normalement ajouté dans la composition à la fin, de façon

à limiter la formation de BN.

Ces carbures et nitrures ont des températures de formation élevées et agissent ainsi fortement sur l'élévation de la température de recristallisation et l'affinage des grains Un carbure fin agit également efficacement pour

renforcer la matrice de ferrite.

Parmi eux, Ti N a la température de formation la plus élevée pour être précipité à des températures de 1 450 C à 11000 C, de sorte qu'il agit pour fournir des positions de

formation de noyaux de cristaux d'austénite.

A une température inférieure, Ti(CN) est précipité.

Nb V et VN sont précipités respectivement à des températures de 9500 C à 8000 C et à des températures de 9000 C à 750 C A

une température légèrement inférieure, VC est précipité.

Bien que l'aluminium forme également Al N, conjointement avec l'azote, la quantité d'Al N formée est

faible et insuffisante pour fournir un effet désiré.

Cependant, une fois formé, l'Al N agit efficacement par le fait qu'il a une température de formation analogue à celle de Ti N. Par ailleurs, le manganèse réduit les activités du carbone et de l'azote Pour augmenter les activités du carbone et de l'azote et assurer ainsi les effets de carbure et de nitrure, il est nécessaire d'ajouter des éléments tels que le vanadium et le niobium, lesquels éléments agissent pour augmenter les activités du carbone et de l'azote A cet égard, le vanadium est préféré, par le fait qu'il est de il grains fins interstitiels qui peuvent être facilement

diffusés et dispersés, par comparaison avec le niobium.

En plus d'utiliser le carbure et le nitrure mentionnés ci-dessus pour fournir des positions de formation de noyaux de cristaux d'austénite, la présente invention utilise Mn S pour favoriser la formation de ferrite

intergranulaire qui est efficace pour procurer la ténacité.

Etant donné que plus ou moins de soufre en excès est ajouté à la composition, conformément à la présente invention, par rapport aux aciers classiques, Mn S peut agir pour fournir

des positions de formation de noyaux de ferrite inter-

granulaire Pour minimiser la diminution de la ténacité provoquée par Mn S, les formes d'inclusions sont contrôlées en

prévoyant du calcium, du tellure, du cérium ou autres -

terres rares, ou du mischmétal conformément à la présente invention. Conformément à la présente invention, la teneur de l'élément de contrôle des formes d'inclusions est limitée à un minimum de 0,0001 % en poids et à un maximum de 0,04 % en

poids Une description plus détaillée va maintenant être

donnée en ce qui concerne les inclusions.

Les inclusions peuvent être formées dans le procédé de fabrication de l'acier à l'aide d'un convertisseur, d'un four électrique, ou d'un four de fusion sous vide Les facteurs formant des inclusions sont classés en facteurs internes et facteurs externes Les inclusions formées par des facteurs internes comprennent des produits désoxydés, tels que Si O 2 et Mn O, qui peuvent être formés en vertu de la désoxydation, des sulfures tels que Mn S, des nitrures, et des combinaisons de ceux-ci Les inclusions formées par des facteurs externes comprennent de l'acide silicique réfractaire qui est produit par la réaction entre l'acier fondu et le matériau réfractaire constituant les parois du four Selon les formes, les inclusions sont également classées en inclusions de type A ayant une forme linaire, inclusions de type B ayant une forme polygonale, et

inclusions de type C ayant une forme sphérique.

Dans les aciers calmés désoxydés, en particulier les aciers calmés à base de Si-Mn, des inclusions à base

d'oxyde, telles que Si O 2, Mn O et silicate de Mn, se forment.

Dans le cas des aciers calmés à base d'Al, des inclusions à base d'A 1303 se forment principalement Ces inclusions ont des formes sphériques ou hexagonales au commencement de la solidification Cependant, des oxydes d'aluminium, de titane et de chrome sont distribués à l'état agrégé, en raison du fait qu'ils ont des points de fusion élevés Par ailleurs, les oxydes et sulfures ayant des points de fusion inférieurs sont soumis à des déformations plastiques dans les façonnages à chaud tels que le laminage à chaud ou le forgeage à chaud,

et, de ce fait, sont allongés suivant des formes linéaires.

Ces inclusions linéaires réduisent la ténacité et l'aptitude au découpage des aciers, parce qu'elles ont des propriétés physiques différentes de celles de la structure de la matrice En conséquence, la présente invention utilise l'aluminium pour la désoxydation A 1203 qui est un produit désoxydé formé dans le procédé de désoxydation a des dimensions de grains relativement faibles et une dureté élevée, de façon qu'il ne se produit pas de déformation plastique de celui-ci même dans un façonnage à chaud Comme résultat, l'inclusion n'est guère déformée suivant une forme linéaire. Par ailleurs, une partie majeure des inclusions comprend des sulfures qui sont principalement Mn S En présence d'éléments tels que l'aluminium, le titane ou le chrome, des traces de sulfures tels que A 12 S, C 2 S, Cr S et Ti S

peuvent se former.

Une description va maintenant être faite en ce qui

concerne un procédé de fabrication d'aciers non affinés à l'aide des compositions mentionnées ci-dessus dans des conditions de contrôle des formes des inclusions formées

conformément à la présente invention.

Tout d'abord, la composition d'acier allié telle que mentionnée ci- dessus est fondue dans un convertisseur, un four électrique ou un four de fusion sous vide qui sont maintenus à une certaine température Même s'il n'y a pas d'inclusion d'impuretés telles que S et P, utiliser le four électrique provoque l'augmentation des quantités d'O 2 et de N 2 de l'air s'écoulant dans le four et entrant en contact avec la masse en fusion En conséquence, il est nécessaire d'utiliser un désoxydant approprié tel que l'aluminium ou d'éliminer les gaz par utilisation d'une méthode de fusion

sous vide.

Lorsque les produits issus de la désoxydation à l'aide d'aluminium sont des inclusions à base d'oxydes tels que A 1203 et Si O 2, il n'y pas de problème par le fait qu'ils ont de petites dimensions de grains et une dureté élevée, et, par là, des effets relativement faibles sur les propriétés

mécaniques des aciers, en présence de petites quantités.

Cependant, des inclusions à base de sulfures doivent être contrôlées dans leurs formes, étant donné qu'elles ont des dimensions de grains importantes et des formes irrégulières incluant une forme linéaire Par conséquent, la présente invention vise principalement à contrôler les formes des

inclusions à base de sulfure.

A cet effet, les éléments de contrôle des formes des inclusions, tels que mentionnés ci-dessus, sont ajoutés à la composition dans des quantités de 0,0001 % en poids à 0,04 % en poids, conformément à la présente invention Ces éléments agissent pour désoxyder l'acier à fabriquer et contrôler les formes de sulfures A cet égard, si la désoxydation de l'acier est effectuée à l'aide d'éléments tels que le silicium, le manganèse et l'aluminium, puis que du calcium, du tellure, des terres rares tels que le cérium ou le mischmétal, sont ajoutés à la composition d'acier, l'effet de contrôle des formes des inclusions est amélioré. Autrement dit, les éléments de contrôle des formes des inclusions forment des sulfures qui entourent des oxydes liés à des oxydes à point de fusion élevé, tels que A 1203, le produit issu de la désoxydation, de façon à former des inclusions totalement sphériques Ces inclusions sphériques ne sont guère soumises à une déformation plastique dans le procédé de façonnage à chaud, et restent ainsi sous la forme dl inclusions de type C ayant une forme généralement

sphérique qui est représentée en foncé sur la Figure 5.

L'acier comprenant les inclusions sphériques présente une valeur de résilience d'environ 84,37 N m/cm 2 ( 8,6 kgf m/cm 2)

à UE 20 et, de ce fait, une ténacité améliorée.

En plus de fournir la ténacité améliorée résultant du contrôle des formes des inclusions par les éléments de contrôle des formes des inclusions, la présente invention améliore les propriétés mécaniques de l'acier par des éléments d'alliage Autrement dit, étant donné que l'acier allié fabriqué comme ci-dessus est soumis à un procédé de façonnage à chaud, Al N ou Ti N sont précipités à une température dépassant 13000 C Ces précipitations agissent comme noyaux pour des grains d'austénite Lors du laminage ou du forgeage de l'acier à une température inférieure à 1000 'C, des composés tels que Nb C, VN et VCN sont précipités à tour de rôle Dans ce cas, Nb C et VN agissent pour limiter la grossièreté des grains d'austénite et améliorer ainsi l'affinage des grains de celle-ci, et pour diminuer la

température de recristallisation.

Par ailleurs, les grains d'austénite qui se développent dans le procédé ci-dessus ont la forme polygonale analogue à la forme ronde Lors du refroidissement de l'acier au-dessous de la température correspondant au point

de transformation Ar 3, VCN est précipité entre les grains.

Ainsi, un effet de durcissement par précipitation intergranulaire est obtenu La ferrite qui a été précipitée en raison de la transformation de l'acier dans le procédé de refroidissement préalable est soumise à un durcissement de traitement, améliorant ainsi de façon significative la résistance Par la suite, étant donné que l'acier est soumis à un refroidissement au-dessous de la température correspondant au point de transformation Ar,, la ferrite constituant la perlite est durcie, en vertu de son phénomène de durcissement de traitement provoqué par un traitement de forgeage, améliorant ainsi la résistance à la fatigue de l'acier.

Comme il ressort de la description ci-

dessus, la présente invention comprend l'addition de calcium, de tellure,de cérium ou autres métaux des terres rares, ou de mischmétal, seuls ou en combinaison, comme élément ou éléments de contrôle des formes d'inclusions, dans certaines quantités, de sorte que des sulfures tels que Mn S entourent A 1203 qui est le produit issu de l'effet de désoxydation de l'aluminium, amenant ainsi les inclusions à présenter des formes sphériques Ainsi, la ténacité des aciers alliés résultants n'est pas réduite En vertu de l'addition d'éléments d'alliage tels que Nb, V et N, un affinement granulaire est favorisé Ces éléments d'alliage agissent

également pour procurer l'effet de durcissement par précipi-

tation, évitant par là l'abaissement de la température de

recristallisation dans le procédé de façonnage à chaud.

Ainsi, l'effet de durcissement de traitement de la ferrite est obtenu, améliorant par là de façon significative la résistance de l'acier résultant En conséquence, il est possible d'obtenir des aciers non affinés-supérieurs ayant des propriétés mécaniques équivalentes à celles des aciers affinés, sans nécessiter de traitement d'affinage Le procédé de fabrication des aciers non affinés peut également

être effectué de façon efficace.

Ainsi, la présente invention surmonte les désavan-

tages rencontrés en proposant des aciers à faible teneur en

carbone et fortement alliés.

La présente invention sera plus facilement comprise en référence aux exemples suivants; cependant, ces exemples sont destinés à illustrer l'invention et ne sont pas

destinés à en limiter la portée.

EXEMPLES

Diverses compositions, telles que présentées dans le Tableau 1, sont préparées et coulées en lingots carrés

de 100 mm X 100 mm à l'aide d'un four de fusion de labora-

toire Après un forgeage conduit de façon contrôlée à des températures de 13000 C à 9200 C, tous les lingots sont laminés jusqu'à avoir un diamètre de 50 mm Les échantillons d'acier laminé sont * refroidis d'environ 920 'C à environ 5200 C à une vitesse de refroidissement d'environ 600 C/min Ensuite, les échantillons sont soumis à des essais classiques de résistance à la traction et de ténacité

au choc Les résultats sont présentés dans le Tableau 2.

TABLEAU 1 (% en poids) Sorte C Si Mn S Al V Nb N Ti B Cr Autre* A 0 t 32

B 0,34

0,26 0,22 0,89 1,28 0,032 0,046 0 t 026 0,06 Or 08 0,003

0,0082

0,0104

0, 011

0,015

0,0018 0,18

0,0029 -

_ *,)

0,002 *)

M.M**

C 0,50

D 0,45

E 0,37

F 0,33

G 0144

H 0146

0 t 24 0 t 25 0,21 0,25 0,29 0,23 0,87 0,92 1,35 0,92 it 50 1,05 0,046 0, 025 0,025 0,017 0 t 021 0 t 026 0,039 0,031 0,020 0 t 032 0,041 0,09 0, 10 0 r 31 Or 06 0, 06 0,12 0,09

0,0091

0,0089

O t 0105 O t 0113

0,001 0,0094

0 t 0076 0,017 0,012 0,17 0,20

0,009 0 0020 -

0,16

_ * 1)

0,002 * 1)

Te

_ * 1)

_ * 2)

_ * 2)

0 0001 * 2)

Ca

I 0137 0,21 1,35 O 025 0 031 0,13

O t 015 r 020 cn j, Autre*: Elément de contrôle des formes des inclusions M.M*: Mischmétal * 1): Présente invention * 2): Art antérieur

Tableau 2

(Echantillons d'essai de résistance à la traction, diamètre de section réduite 14 mm et longueur de jauge 50 mm; échantillons de résistance au choc, échantillons d'essai de

choc Charpy avec entaille U de 2 mm).

Résistance Limite Allongement Réduction Résistance Sorte à la traction élastique de zone au choc Kgf/mm Z(M Pa) % kgf m/cm 2 ( 200 C) (N.m/cm 2)

78,2 ( 767)

82,3 ( 807)

94,4 ( 926)

88, 6 ( 860)

83,0 ( 814)

,4 ( 739)

96,8 ( 930)

92,8 ( 910)

83,0 ( 814)

53,4 ( 524)

51 t 6 ( 506)

6214 ( 612)

54,1 ( 530)

58,1 ( 570)

48,5 ( 476)

64,3 ( 631)

56,6 ( 555)

58,1 ( 570)

*: soumis à un façonnage à chaud, 2 heures, puis refroidi maintenu à l'air. 900 C pendant A o_ B C D E F G H I* ,J 12,3 8 t 1 9,5 7,9 ,5 6,7 ,5 7,9

( 99,1)

( 120,7)

( 79,5)

( 93,2)

( 77,5)

( 53,9)

( 65,7)

( 53,9)

( 77,5)

a Comme il ressort des Tableaux 1 et 2, les aciers non affinés de la présente invention manifestent une ténacité élevée du même niveau que ceux des aciers affinés Il est possible d'économiser les coûts et la main d'oeuvre, en vertu de la suppression de l'affinage Ainsi, les aciers non affinés de la présente invention sont

supérieurs, en termes de coût de fabrication et d'applica-

tion, par rapport aux aciers affinés classiques et aux aciers

non affinés.

En se référant aux dessins annexés, on a pu trouver que les structures d'acier de la présente invention étaient

suffisamment denses pour fournir la ténacité désirée.

Bien que les modes de réalisation préférés de l'invention aient été décrits à des fins d'illustration, l'homme du métier comprendre que diverses modifications, additions et substitutions sont possibles, sans s'écarter du

domaine et de l'esprit de l'invention telle que définie dans les revendications annexées.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 Acier non affiné à ténacité élevée, comprenant: 0,30 % à 0,45 % de C; 0,15 % à 0,35 % de Si; 1,0 % à 1,55 % de Mn; pas plus de 0,050 % de S; pas plus de 0,30 % de Cr; 0,01 % à 0,05 % d'Al; 0,05 % à 0, 15 % de V, Nb ou leurs mélanges; 0,0 % à 0,03 % de Ti; 0,0005 % à 0,003 % de B; 0,2923 a à 0,02 % de N (a étant équivalent à la quantité de Ti); et le complément étant Fe et les impuretés contenues inévitablement de par la fabrication de l'acier, tous les pourcentages étant basés sur le poids de l'acier, ledit acier ayant une résistance à la traction de 735,75 M Pa

( 75 kgf/mm 2) et une ténacité de 68,67 N m/cm 2 ( 7 kgf m/cm 2).

2 Acier non affiné à ténacité élevée, -comprenant: 0,30 % à 0,55 % de C; 0,15 % à 0,45 % de Si; 0,60 % à 1,55 % de Mn; pas plus de 0, 050 % de S; O à 0,30 % de Cr; 0,01 % à 0,05 % d'Al; 0,05 % à 0,15 % de V, Nb ou leurs mélanges; 0,0 % à 0,03 % de Ti; pas plus de 0,02 % de N; et le complément étant Fe et les impuretés contenues inévitablement de par la fabrication de l'acier, tous les pourcentages étant basés sur le poids de l'acier, ledit acier ayant une résistance à la traction de 735,75 M Pa

( 75 kgf/mm 2) et une ténacité de 68,67 N m/cm 2 ( 7 kgf m/cm 2).

3 Acier non affiné à ténacité élevée selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit acier contient en outre au moins un élément choisi dans le groupe constitué par le calcium, le tellure, le cérium et autres terres rares, le mischmétal, et leurs mélanges,

dans des quantités de 0,0001 % en poids à 0,04 % en poids.

4 Procédé de fabrication d'un acier non affiné à ténacité élevé, comprenant le étapes de: préparation d'une composition comprenant: 0,30 % à 0,55 % de C; 0,15 % à 0,45 % de Si; 0,60 % à 1,55 % de Mn; pas plus de 0,050 % de S; 0 % à 0,30 % de Cr; 0,01 % à 0, 05 % d'Al; 0,05 % à 0,15 % de V, Nb ou leurs mélanges; 0,0 % à 0,03 % de Ti; 0,0005 % à 0,003 % de B; 0,2923 a à 0,02 % de N (a étant équivalent à la quantité de Ti); et le complément étant Fe, tous les pourcentages étant basés sur le poids de l'acier; coulée de la composition en lingots ou bloom par traitement de celle-ci dans un four classique et dans des conditions de fusion classiques; laminage des lingots ou bloom pour avoir une certaine épaisseur dans des conditions de chauffage à des températures dépassant Ac 3 et ne dépassant pas 1300 C, en fonction de la composition et de la forme du produit final; et refroidissement de façon contrôlable du matériau laminé à partir des températures de 800 C à 950 C jusqu'aux températures de 500 C à 550 C, à des vitesses de

refroidissement de 10 C/min à 150 C/min.

Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre l'addition à la

composition d'au moins un élément choisi dans le groupe constitué par le calcium, le tellure, le cérium et autres5 terres rares, le mischmétal, et leurs mélanges, dans des quantités de 0,0001 % en poids à 0,04 % en poids.