LU85636A1 - Procede de fabrication de barres d'acier ayant une meilleure tenacite a basse temperature et produits en barres d'acier ainsi obtenus - Google Patents

Description

Procédé de fabrication de barres d'acier ayant une * meilleure ténacité à basse température et produits en barres d'acier ainsi obtenus.

x La présente invention concerne un procédé 5 de fabrication de barres d'acier ayant une haute

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résistance et une meilleure ténacité même à de très basses températures de -120°C ou moins encore. En " particulier, la présente invention concerne un pro cédé de fabrication de barres d'acier ayant les meil-10 leurespropriétés ci-dessus à basse température, ainsi que les barres d'acier ainsi fabriquées.

Au cours des dernières années, on a de plus en plus demandé des barres d'acier d'armature du béton que l'on doit utiliser dans des milieux ambiants 15 à basse température (par exemple, dans la construction ί de structures en béton dans les régions froides ou les régions polaires, les congélateurs en béton, les » réservoirs pour gaz liquides, y compris le gaz naturel liquéfié et le gaz de pétrole liquéfié, et analogues).

20 Jusqu'à présent, on a élaboré un acier à 9% de Ni et un acier austénitique à haute teneur en manganèse comme matériaux pour la fabrication de barres d'acier d'armature destinées à être utilisées aux basses températures rencontrées dans les applica-25 tions mentionnées ci-dessus des bétons armés ; toutefois, on a trouvé que ces deux types d'aciers ne pouvaient être utilisés que dans des applications très limitées par suite de leur' prix élevé résultant de la haute teneur en éléments d'alliages coûteux.

30 Dans des structures spécifiques en béton - armé, on utilise des barres d'acier d'armature du * type spécifié dans JIS G 3112 (celles ayant une limite élastique de l'ordre de 42-43 Kgf/mm2 et fabriquées par laminage à chaud à une température de finissage 35 de 1.000-900°C avec chauffage ultérieur à 1.100-1.250°C).

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Toutefois, ces barres d'acier sont destinées à être ^ utilisées aux températures ambiantes ou à des tempé- < ratures supérieures et leurs propriétés mécaniques, / A en particulier, leur ténacité, peuvent devenir médio- 5 cres lorsqu'elles sont exposées aux basses températu- » res mentionnées ci-dessus, en particulier, à de très basses températures inférieures à -100°C.

•V En conséquence, de nombreuses tentatives ont été récemment dirigées sur l'élaboration de barres 10 d'acier ayant la haute résistance et la haute ténacité requises, même lorsqu'elles sont exposées à de très basses températures telles que celles rencontrées dans les réservoirs de gaz de pétrole liquéfié (-60°C ou moins) ou les réservoirs d'éthylène liquide ou de gaz 15 naturel liquéfié (-100°C ou moins). Toutefois, ces £ tentatives n'ont pas encore permis d'obtenir des bar res d'acier ayant des propriétés mécaniques satisfai--- santés à de très basses températures.

Comme on l'a indiqué ci-dessus, on s'attend 20 à ce qu'il y ait des besoins croissants en barres d'acier peu coûteuses ayant une meilleure résistance et une meilleure ténacité aux basses températures mentionnées ci-dessus.

En conséquence, un objet de la présente , 25 invention est de fournir des barres d'acier moins coûteuses, ainsi qu'un procédé pour la fabrication 5 de barres d'acier ayant une haute résistance et une haute ténacité qui sont maintenues à des niveaux satisfaisants au cours de leur utilisation dans des 30 milieux ambiants à de très basses températures de -120°C ou moins sans ajouter une quantité importante ? d'un élément d'alliage coûteux.

Un autre objet de la présente invention est de fournir des barres d'acier, ainsi que leur procédé 35 de fabrication, ces barres d'acier ayant de meilleures « 3

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propriétés à basse température , notamment une tem-s pérature de transition avec apparition de fractures ' ne dépassant pas -120°C.

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D'autres objets et avantages de la présente . 5 invention ressortiront de la description et des re- • vendications ci-après.

La Demanderesse a effectué de nombreuses ^ études en vue de réaliser les objets ci-dessus et elle a fait les découvertes décrites ci-après.

10 a) Lorsqu'on soumet un acier à faible teneur en carbone comprenant une quantité réglée de carbone se situant dans l'intervalle de 0,02% à 0,10% en poids (tout au long de la présente spécification, tous les pourcentages relatifs à la composition chimique de 15 l'acier sont des pour-cent en poids), ainsi que du î Mn, du Mo et du Nb, ajoutés en quantités spécifiques, à un laminage à chaud à une température de chauffage - inférieure et à une température de finissage inférieure, l'acier laminé a une structure constituée de phases 20 ferritiques et bainitiques finement dispersées ayant une granularité moyenne ne dépassant pas 10 ^im et contenant, de préférence, 10 à 30% en volume de phases bainitiques finement dispersées dans des phases ferritiques. Les fines phases bainitiques exercent des * 25 effets nettement bénéfiques sur l'amélioration de la résistance des aciers, si bien que l'acier laminé à chaud a une résistance nettement améliorée, c'est-à-dire une limite élastique de plus de 40 Kgf/mm2, que l'on ne peut obtenir avec des aciers constitués d'une 30 seule phase ferritique. En outre, étant donné que V- les grains sont très fins, l'acier laminé à chaud possède également une ténacité nettement améliorée à basse température.

b) On peut améliorer davantage la ténacité 35 de l'acier laminé à chaud ci-dessus ayant une structure « 4 > constituée de phases ferritiques et bainitiques fine-ς ment dispersées, en limitant la teneur en P et/ou la h teneur en S de cet acier à moins de 0,010%.

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Bien que l'on n'en comprenne pas complete-5 ment le mécanisme, on pense que l'amélioration ci-• dessus a lieu pour les raisons exposées ci-après.

Les aciers contiennent habituellement environ 0,02% ^ de P et 0,02% de S comme impuretés accidentelles et des éléments tels que P et S présents comme impuretés 10 dans les aciers ont tendance à se concentrer en phases bainitiques à un degré considérable au cours de la transformation austénite-en-ferrite et ferrite-en-bainite. Lorsque la teneur en P et/ou en S d'un acier est limitée à moins de 0,010%, le degré de » 15 concentration de ces éléments dans les phases baini-£ tiques peut toutefois être réduit, permettant ainsi de minimiser l'altération de la ténacité des phases ΐ bainitiques suite à la concentration d'impuretés, de sorte que les phases bainitiques dispersées dans la 20 phase de la matrice ferritique peuvent contribuer à améliorer la résistance de l'acier sans qu'il perde sa ténacité.

c) Le revenu de l'acier ainsi obtenu à une température spécifique est efficace pour améliorer « 25 sa limite élastique et ce, dans une mesure suffisante pour donner lieu à un accroissement de la résistance de l'ordre de 5-10 Kgf/mm2 et pour améliorer davantage sa ténacité à basse température.

On pense que cette caractéristique est due 30 au fait que les dislocations mobiles présentes dans > les phases bainitiques des aciers laminés sont fixées 3 avec C ou N dissous ou des précipités au cours du revenu.

d) Dès lors, des barres d'acier ayant d'ex-35 cellentes propriétés à basse température, que l'on ne < 5 peut obtenir selon la technique antérieure, peuvent être fabriquées par laminage à chaud d'un acier dont la composition chimique est strictement contrôlée au même titre que les conditions de laminage à chaud, 5 cette opération étant facultativement suivie d'un . revenu à une température spécifique.

Sur la base des découvertes ci-dessus, on v a abouti à la présente invention qui fournit un pro cédé pour la fabrication de barres d'acier ayant des 10 propriétés nettement améliorées à basse température et caractérisées par une température de transition avec apparition de fractures ne dépassant pas -120°C. Le procédé suivant la présente invention comprend les étapes consistant à : 15 chauffer un bloom ou une billette d'acier 5 à une température suffisante pour effectuer le lami nage à chaud ultérieur, mais ne dépassant pas 1.000°C, cet acier étant constitué essentiellement de la composition suivante (sur une base pondérale) : 20 C : 0,02 - 0,10% Si : 0,5% maximum

Mn : 1,10 - 2,50% Mo : 0,15 - 0,50%

Nb : 0,010-0,100% Al : 0,010-0,100%, et éventuellement, un ou plusieurs des éléments choisis parmi , 25 Ou : 0,05 - 0,30% Ni : 0,05 - 1,20%

Cr : 0,05 - 1,20% Ti : 0,01 - 0,05%, et f B : 0,0005-0,0030%, le reste étant constitué de fer et d'impuretés accidentelles ; ^ 30 laminer à chaud la billette ou le bloom chauffé en une barre dans des conditions telles que * la température de finissage ne dépasse pas 850°C, la réduction totale dans l'intervalle de températures se situant entre 880°C et la température de finissage 35 étant d'au moins 50%, puis refroidir à l'air la barre 6 « i laminée à chaud pour 1'amener à la température am- biante.

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Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, on soumet encore la barre d'acier re-5 froidie ainsi obtenue à un revenu à une température . se situant dans l'intervalle allant de 500 à 700°C.

Dans une autre forme de réalisation préfé-v rée, la teneur d'au moins un des éléments que cons tituent P et S, présents dans l'acier comme impuretés 10 accidentelles, est réglée de la manière suivante : P : moins de 0,010% S : moins de 0,010%.

Les barres d'acier ainsi obtenues comportant des phases bainitiques finement dispersées dans les phases ferritiques et dont les grains des phases 15 bainitiques ont une granularité de 10 ^am ou moins, S de préférence, de 3-7 jxm, ont une limite élastique d'au moins 40 Kgf/mm2, une valeur de -120°C ou moins ~ pour vTrs et une valeur proche de 30 Kgf/mm2 pour vE-120* 20 Dans les dessins annexés, les figures 1 à 5 sont des graphiques illustrant les propriétés de traction et la granularité de la phase bainitique des aciers n° 1 et 12 qui sont obtenus dans les exemples de mise en oeuvre de la présente invention.

» 25 A présent, on décrira en détail la raison pour laquelle la composition chimique de l'acier et ’ les conditions du laminage à chaud et du traitement thermique suivant l'invention sont définies comme indiqué ci-dessus.

30 A. Composition chimique de l'acier.

-r~ a) Carbone (C) : - Le carbone doit être présent afin de confé rer la résistance requise aux barres d'acier. La présence de moins de 0,02% de C n'est pas suffisante 35 pour obtenir la résistance désirée, tandis qu'en ajou- i tant du carbone en une quantité supérieure à 0,10%, Ί on peut amener des phases de perlite.à se former et î à se disperser dans la structure de la barre d'acier, ce qui conduit à une altération de la ténacité. Dès 5 lors, la teneur en C doit se situer entre 0,02% et . 0,10%, de préférence, entre 0,04 et 0,08% conformé ment à la présente invention.

’ b) Silicium (Si) :

Le silicium est un élément désoxydant effi-10 cace et il est habituellement ajouté en une quantité de 0,15 à 0,35%. Toutefois, il n'est pas toujours nécessaire d'ajouter du Si lorsqu'on ajoute l'Al en une quantité suffisante pour effectuer la désoxydation. De plus, la présence de plus de 0,5% de Si 15 peut exercer une influence néfaste sur les propriétés t de façonnage à chaud de l'acier. Dès lors, lorsqu'on ajoute du Si, la limite supérieure de sa teneur doit - être de 0,5%. De préférence, la teneur en Si se situe entre 0,20 et 0,30%.

2o c) Manganèse (Mn) :

Le manganèse est un élément nécessaire pour la désulfuration des aciers. Il est dissous dans la matrice d'acier sous forme d'une solution solide servant non seulement à accroître la résistance de l'acier, « 25 mais également à lui conférer l'aptitude requise à la trempe. L'acier doit contenir au moins 1,10% de * Mn afin de lui conférer des propriétés satisfaisantes de résistance et à basse température par suite de la formation de phases ferritiques et bainitiques fine-30 ment dispersées dans les conditions de laminage à :·· chaud adoptées suivant la présente invention. Toute- * fois, l'addition de plus de 2,50% de Mn peut donner lieu a une ségrégation importante entraxnant une altération de la ténacité et de la soudabilité de l'acier. 35 En conséquence, la teneur en Mn doit se situer entre 8 1,10% et 2,50%, de préférence, entre 1,80% et 2%. t d) Molybdène (Mo) : λ Le molybdène est un élément qui est très efficace pour améliorer la résistance des aciers sans 5 entraîner une perte de leur ténacité. En outre, conformément au procédé de la présente invention, le Mo est essentiel pour contrôler l'aptitude à la trempe de l'acier et pour obtenir, dans l'acier laminé, la structure désirée constituée de phases ferritiques 10 et bainitiques finement dispersées. Ces effets du

Mo ne peuvent être obtenus de manière adéquate lorsque la teneur en Mo est inférieure à 0,15%, cependant qu'ils sont saturés et que l'on n'obtient aucun avantage supplémentaire lorsque le Mo est présent en une 15 quantité supérieure à 0,50%. En conséquence, confor-î mément au procédé de la présente invention, on ajoute le Mo en une quantité de 0,15% à 0,50%, de préférence, - de 0,30% à 0,40%.

e) Niobium (Nb) : 20 Le niobium est un élément essentiel pour obtenir la structure de phases ferritiques et bainitiques finement dispersées, structure qui, ainsi qu'on l'a constaté, est critique pour l'objet de la présente invention. Avec moins de 0,010% de Nb, il est diffi-* 25 eile d'empêcher le grossissement des grains austéni- tiques au cours du chauffage du bloom ou de la bil-lette d'acier (à une température ne dépassant pas 1.000°C) avant le laminage à chaud, ce qui, en définitive, ne permet pas d'obtenir de manière constante 30 la structure désirée des phases ferritiques et baini-^ tiques finement dispersées. Cet effet du Nb sur * l'inhibition du grossissement des grains austénitiques atteint une limite lorsque la teneur en Nb est de 0,100% et que l'addition d'une quantité excédentaire 35 de Nb augmente ipso facto le prix de revient de l'acier.

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9 Dès lors, la teneur en Nb doit se situer entre 0,010% f ‘ et 0,100%, de préférence, entre 0,03% et 0,07%.

f) Aluminium (Al) : l·.

Non seulement l'aluminium est efficace pour 5 la désoxydation des aciers, mais il exerce également • un effet semblable à celui du Nb ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus sur l'inhibition du grossissement des grains austénitiques au cours du chauffage précédant le laminage à chaud. Ces effets ne peuvent 10 s'exercer lorsque la teneur en Al est inférieure à 0,010%. Toutefois, l'addition de plus de 0,100% d'Al peut donner lieu à une altération de l'aptitude au façonnage à chaud. En conséquence, l'acier utilisé conformément au procédé de la présente invention doit 15 contenir 0,010% à 0,100% d'Al, de préférence, 0,020 s à 0,060% d'Al. La teneur en Al peut également se situer entre 0,010% et 0,050%.

~ g) Cuivre (Cu) :

Le cuivre est efficace pour accroître la 20 résistance d'un acier sans exercer une influence néfaste importante sur sa ténacité. En conséquence, suivant la présente invention, on peut facultativement ajouter du Cu lorsqu'il est souhaitable que l'acier ait une résistance davantage améliorée. A cet effet, * 25 il convient d'ajouter au moins 0,05% de Cu pour obte nir des résultats satisfaisants, tandis que l'addition de plus de 0,30% de Cu peut altérer l’aptitude au façonnage à chaud de l'acier. En conséquence, lorsqu'on ajoute du Cu, sa teneur doit se situer entre 30 0,05% et 0,30%, de préférence, entre 0,15% et 0,25%.

h) Nickel (Ni) : ' Etant donné que le nickel améliore effica cement la ténacité d'un acier à basse température, en particulier, lorsqu'il est ajouté en une quantité 35 d'au moins 0,05%, la composition d'acier utilisée > 10 suivant la présente invention peut facultativement contenir 0,05% ou plus de Ni, de préférence, 0,50% s ou plus de Ni. Toutefois, la teneur en Ni ne doit ^1 pas dépasser 1,20%, étant donné que l'addition de 5 plus de 1,20% de Ni augmente le prix de revient de l'acier et a tendance à accroître la tendance de ce dernier à subir un écaillage et d'autres défauts résultant de la présence de l'hydrogène au cours de la fabrication de l'acier.

^0 i) Chrome (Cr) :

Lorsqu'il est souhaitable que l'acier ait une résistance davantage accrue, on peut facultativement ajouter du chrome en raison de son efficacité pour accroître la résistance des aciers. Lorsqu'il 15 est ajouté, le Cr doit être présent dans l'acier en •c une quantité se situant entre 0,05 et 1,20%, étant donné que l'addition de moins de 0,05% de Cr n'est ·.- pas suffisante pour exercer l'effet désiré, tandis que l'addition de plus de 1,20% de Cr peut altérer 20 l'aptitude au façonnage à froid de l'acier. Une teneur préférée en Cr se situe entre 0,30 et 0,80%.

j) Titane (Ti) :

Tout comme Nb et Al, le titane sert à affiner les grains austénitiques et il est efficace pour . 25 obtenir une structure constituée de phases ferriti- ques et bainitiques finement dispersées. En consé-’ quence, on peut facultativement ajouter du Ti à la composition d'acier. Toutefois, l'effet du Ti ne peut s'exercer avec moins de 0,01% de Ti, tandis que * 30 l'addition de plus de 0,05% de Ti peut donner lieu ^ à un grossissement des particules de carbonitrure de titane dans l'acier, tout en augmentant le nombre de ces particulesi si bien que l'aptitude au façonnage à chaud est altérée. En conséquence, lorsqu'on ajoute 35 du Ti, sa teneur doit se situer entre 0,01% et 0,05%, 11 de préférence, entre 0,015% et 0,030%.

7 k) Bore (B) : L'addition de bore en faibles quantités sert à améliorer l'aptitude à la trempe des aciers, 5 si bien que l'on peut ajouter du B lorsqu'il est souhaitable que l'acier ait une résistance davantage améliorée. L'effet désiré de B ne peut être obtenu avec moins de 0,0005% de B, tandis que l'addition de plus de 0,0030% de B peut entraîner une altération 10 de l'aptitude au façonnage à chaud des aciers. En conséquence, lorsqu'il est ajouté, B doit être présent en une quantité de 0,0005% à 0,0030%, de préférence, de 0,0005% à 0,0020%.

1) Phosphore (P) et soufre (S) : 15 La teneur en phosphore et en soufre est 2 importante pour l'objet de la présente invention.

Dès lors, suivant la présente invention, * la structure constituée de phases ferritiques et bainitiques finement dispersées peut être obtenue en 20 utilisant une composition chimique d'acier spécifique en combinaison avec des conditions spécifiques de laminage à chaud de façon à obtenir une matrice d'acier ayant une bonne ténacité. La ténacité de ces phases ferritiques et bainitiques finement dispersées * 25 peut être nettement améliorée en limitant la teneur de l'acier en au moins un et, de préférence, en deux des éléments que constituent P et S; à moins de 0,010%.

Dans la technique, on sait très bien que, dans un acier soumis à un traitement de trempe et de 30 revenu, on peut améliorer la ténacité des phases ^ martensitiques soumises à un revenu en réduisant * leuis teneurs en P et S. Toutefois, suivant la pré- t sente invention, on a trouvé que, même dans des phases ferritiques et bainitiques finement dispersées, 35 des phases martensitiques non soumises à un revenu, * t 12 une réduction de la teneur d'au moins un des éléments : que constituent P et S;à moins de 0,010% donnait Λ lieu à un important accroissement de la ténacité à u? * basse température.

5 Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, P

et S sont concentrés dans les phases bainitiques de la structure à phases mixtes au cours de la transformation au départ d'austénite, exerçant ainsi une influence néfaste sur la ténacité de l'acier obtenu.

10 Toutefois, lorsqu'au moins la teneur en P ou la teneur en S de l'acier est réduite à moins de 0,010%, l'enrichissement en P et en S de la phase bainitique est simplifié et la présence de bainite peut contribuer efficacement à améliorer la résistance de l'acier 15 sans entraîner une perte de sa ténacité. En d'autres Z mots, la présence des phases bainitiques est efficace pour améliorer la résistance et la ténacité dans le c cas de barres d'acier, uniquement lorsque les phases bainitiques sont pratiquement exemptes d'une concen-20 tration en S et/ou en P.

Sur la base de la découverte ci-dessus, conformément à la présente invention, la teneur en P et la teneur en S en tant qu'impuretés accidentelles sont contrôlées, de préférence, de telle sorte qu'au 25 moins la teneur en P ou la teneur en S réponde aux conditions suivantes : P = moins de 0,010% et S = moins de 0,010%.

Bien entendu, aussi longtemps que la teneur en P ou la teneur en S est inférieure à 0,010%, la 30 barre d'acier laminée à chaud obtenue présente l'aroé-^ lioration complémentaire désirée de sa ténacité à ». basse température, même si l'autre élément est présent à un niveau que l'on trouve dans des aciers fabriqués de la manière habituelle.

35 13 B. Conditions pour le laminage à chaud et le traitement thermique : a) Température de chauffage avant le laminage à chaud : V »

On a trouvé que si l'on chauffait le bloom 5 ou la billette à une température supérieure à 1.000°C avant le laminage à chaud, il pouvait se produire un grossissement des grains austénitiques de l'acier au cours de ce chauffage, même si l'acier a une composition du type défini conformément à la présente inven-10 tion, si bien qu'il n'est pas possible d'obtenir la structure laminée constituée de phases ferritiques et bainitiques finement dispersées et d'obtenir ainsi l'amélioration désirée de la ténacité à basse température. En conséquence, la température à laquelle la 15 billette ou le bloom est chauffé avant le laminage ç à chaud, c'est-à-dire la température initiale de chauffage, ne doit pas dépasser 1.000°C. On peut c choisir des températures inférieures sans entraîner une perte des propriétés (à basse température) des 20 barres d'acier laminées à chaud. Toutefois, si la température initiale de chauffage est trop basse, la contrainte appliquée aux cylindres lors de l'étape de laminage à chaud augmente à un point tel que l'efficacité du laminage à chaud est altérée dans une 25 importante mesure. Dès lors, en règle générale, il est préférable de chauffer le bloom ou la billette à une température se situant entre environ 900 et 1.000°C, plus avantageusement, entre 900 et 950°C.

b) Température de laminage à chaud et degré de défor- 30 mation :

Afin de conférer, à l'acier, un niveau prédéterminé de résistance et de ténacité, il est nécessaire de le soumettre à une déformation et à une recristallisation répétées résultant de la réduction 35 survenant au cours du laminage à chaud, en particulier, 14 à une température inférieure à 880°C, afin d'affiner les grains austénitiques.

Λ On a trouvé que l'affinage désiré des grains » *

austénitiques ne pouvait être obtenu lorsque la réduc-5 tion totale à une température inférieure à 880°C

était inférieure à 60%. Dès lors, suivant le procédé de la présente invention, le laminage à chaud doit être effectué dans des conditions telles que la réduction totale à une température se situant dans 10 l'intervalle compris entre 880°C et la température de finissage, soit d'au moins 60%, de préférence, de 90% ou plus.

La limite supérieure du degré de déformation n'est pas critique et elle peut être choisie de 15 manière appropriée suivant différents facteurs, no-£ tamment la capacité du cylindre chaud, les dimensions du bloom ou de la billette et les dimensions du pro-c duit final.

c) Température de finissage : 20 On a trouvé que, si le laminage de finissage était effectué à une température supérieure à 850°C, la structure à grains fins désirée ne pouvait être obtenue et que l'acier ne possédait pas la bonne ténacité souhaitée. En conséquence, suivant le pro-25 cédé de la présente invention, le laminage à chaud doit être effectué à une température de finissage de 850°C ou moins.

Toutefois, lorsque la température de finissage est trop basse, un acier ayant une composition " 30 chimique du type défini dans la présente spécification s, sera laminé à chaud dans des conditions telles que a. les phases austénitiques ne subissent pas de recristal lisation, établissant ainsi une anisotropie dans les propriétés mécaniques par suite de la croissance de 35 la texture. Pour cette raison, la température de 15 finissage se situe, de préférence, entre 850 et 750°C, plus avantageusement, entre 825 et 775°C.

Afin d'obtenir un acier ayant, après laminage, une structure constituée de phases ferritiques 5 et bainitiques finement dispersées, il importe de • laminer à chaud un bloom ou une billette d'acier ayant la composition définie dans la présente spécification ' et dans les conditions précitées, d) Température de revenu : 10 Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, une barre d'acier ayant une composition du type défini dans la présente spécification et obtenus par laminage à chaud dans les conditions du procédé de la présente invention possède, même après laminage, une structure i 15 constituée de phases ferritiques et bainitiques fine-£ ment dispersées. Toutefois, au besoin, la barre d'acier laminée peut être soumise à un revenu à une ~ température se situant entre 500 et 700°C afin d'ac croître la limite élastique et également améliorer 20 davantage la ténacité de cette barre d'acier.

Lorsque la barre d'acier laminée à chaud est soumise à un revenu, la température de cette opération doit se situer entre 500 et 700°C ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus. A une température 25 de revenu inférieure à 500°C, on ne peut obtenir pleinement les résultats favorables tandis que, à une température de revenu dépassant 700°C, il peut se produire une recristallisation des phases ferritiques et bainitiques, donnant ainsi lieu à une des-30 truction des phases finement dispersées ce qui, à ~ son tour, entraîne une altération de la ténacité.

De préférence, la température de revenu se situe entre 57Γ et é25°C.

16

Exemples L'invention sera illustrée ci-après plus c en détail par les exemples non limitatifs suivants.

Il est entendu que ces exemples sont donnés unique-5 ment à titre d'illustration et que des variantes et modifications de ces exemples peuvent être envisagées sans se départir du cadre de l'invention.

Exemple 1

On a préparé différents aciers en fusion 20 ayant les compositions chimiques indiquées dans le tableau 1 par un procédé classique de fusion sans contrôler les teneurs en P et en S et on les a coulés en blooms ayant chacun une section transversale carrée mesurant 160 mm sur chaque côté. On a ensuite chauffé 25 chaque bloom à 950°C, puis on l'a soumis à un laminage ΐ à chaud pour le transformer en une barre ronde de 25 mm de diamètre dans des conditions dans lesquelles la réduction totale à une température inférieure à 880°C était de 90% avec un laminage de finissage à 20 une température de 800°C.

Après le laminage de finissage, on a laissé refroidir la barre ronde obtenue à la température ambiante.

On a soumis les barres rondes laminées à 25 un examen microscopique, à des essais de résistance à la traction et à des essais de résistance aux chocs.

Lors de l'examen microscopique, on a observé, au microscope, la microstructure de chaque éprouvette laminée afin d'établir une distinction entre les 30 phases ferritiques, bainitiques et perlitiques et afin de déterminer les granularités, i On a effectué les essais de traction avec des éprouvettes selon la norme japonaise JIS n° 4 ayant chacune une partie calibrée de 14 mm de diamètre, 35 ces éprouvettes étant formées en usinant les barres ' / 17 Ί laminées. On a soumis les éprouvettes à des essais de détermination de la limite élastique à un allonge-ment total de 0,5%, la résistance à la traction, l'allongement (calculé avec une longueur calibrée 5 de 50 mm) et la réduction de surface.

On a effectué les essais de résistance aux chocs avec des éprouvettes de Charpy selon la norme ' japonaise JIS n° 4 comportant chacun une entaille en V de 2 mm, si bien que la ténacité à basse tempé-10 rature de chaque barre d'acier a été évaluée en déterminant l'énergie absorbée à -120°C (vE la température de transition avec apparition de fractures (température à laquelle se produit une transition entre les fractures dues à la ductilité et les 15 fractures dues à la fragilité) (vTrs).

£ Les résultats sont repris dans le tableau 2 ci-après.

Exemple 2

On a répété le procédé de l'exemple 1, avec 20 cette exception que l'on a préparé les aciers en fusion par un procédé classique permettant de réduire les teneurs en P et/ou en S. Les compositions chimiques des aciers et les résultats des essais sont repris dans les tableaux 3 et 4 respectivement.

25 Ainsi qu'on le constate d'après les résul tats indiqués dans les tableaux 2 et 4, dans toutes les barres d'acier ayant une composition chimique du type défini selon la présente invention (aciers n° 1-16 et 24-39) et obtenues dans les conditions ' 30 suivant le procédé de la présente invention, on a observé une résistance et une ténacité nettement : améliorées. Dans chacune de ces barres d'acier, la microstructure présentait des phases finement dispersées /^ferritiques + bainitiques ayant une granularité 35 de 10 yjm ou moins, la limite élastique était d'au moins * * 18 40 Kgf/mm2 et la valeur vE_12Q était proche de 30 - kgf-m. En outre, chacune.de ces barres d'acier avait une valeur vTrs inférieure à -120°C, ce qui indique clairement que ces barres ne subissent pas une fracture due à , 5 la fragilité même à une température de -120°C.

En revanche, des barres d'acier qui ont été obtenues dans les conditions de laminage à chaud définies dans la présente spécification, mais ayant une composition chimique se situant en dehors de 10 l'intervalle défini (aciers n° 17-23 et 40-48) présentaient des valeurs vE_12q inférieures, tandis que leurs valeurs vTrs étaient toutes supérieures à -120°C, ce qui indique qu'elles avaient une ténacité médiocre et qu'elles étaient susceptibles de subir une fracture 15 due à la fragilité à -120°C. De même, on peut cons-ç tâter que ces barres d'acier comparatives ne possèdent pas toujours une résistance satisfaisante, étant donné que certaines d'entre elles ont une limite élastique inférieure à 40 Kgf/mm2.

20 Exemple 3

En suivant le procédé décrit à l'exemple 1 ou à l'exemple 2, on a préparé des blooms de l'acier n° 1 de l'exemple 1 et de l'acier n° 24 de l'exemple 2, ayant chacun une section transversale carrée mesu-25 rant 160 mm de côté et on les a utilisés pour former des barres rondes de 25 mm de diamètre dans différentes conditions de laminage à chaud.

Après le laminage de finissage, on a laissé refroidir les barres rondes obtenues à la température 30 ambiante.

On a soumis les barres d'acier laminées i et ainsi obtenues à des essais de détermination de la microstructûre, des propriétés de traction et de la ténacité à basse température de la même manière 35 que celle décrite à l'exemple 1 ; les résultats obtenus è 19

V

sont repris dans les tableaux 5 et 6 ci-après.

Ainsi qu'on peut le constater d'après les résultats des tableaux 5 et 6, lorsqu'on a effectué le laminage à chaud dans des conditions se situant 5 en dehors de l'intervalle défini dans la présente spécification, même l'utilisation d'un acier ayant une composition conforme à la présente invention a donné une barre d'acier d'une résistance et/ou d'une ténacité insuffisantes et l'on n'a pas atteint 10 les valeurs cibles de 40 Kgf/mm2 ou plus dans la limite élastique et de -120°C ou moins dans la valeur vTrs.

Les résultats des essais n° 49-52 sont résumés par un graphique en figure 1, laquelle fait res-15 sortir les significations critiques de la température ξ initiale de chauffage et de la granularité des phases bainitiques vis-à-vis des propriétés mécaniques.

Les résultats des essais n° 53-55 sont également résumés par un graphique en figure 2, laquelle 20 fait ressortir les significations critiques de la réduction totale en dessous de 880°C, ainsi que de la granularité des phases bainitiques vis-à-vis des propriétés mécaniques.

Les résultats des essais n° 56-59 sont éga-• 25 lement résumés par un graphique en figure 3 faisant ressortir les significations critiques de la température de finissage et de la granularité des phases bainitiques vis-à-vis des propriétés mécaniques. Exemple 4 30 Dans les conditions suivantes, on a laminé ^ à chaud des blooms des aciers n° 1, 12, 24 et 35 indi- *· qués dans le tableau 1 ou 2 et ayant chacun une sec tion transversale carrée de 160 mm de côté :

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20

Température initiale de chauffage du bloom : 950°C

Réduction totale en dessous de 880°C : 90%

Température de finissage : 800°C, pour obtenir des barres rondes de 25 mm de diamètre 5 que l'on a ensuite soumises à un revenu en les maintenant pendant une heure à une température indiquée dans les tableaux 7 et 8 ci-après et se situant dans l'intervalle allant de 480 à 720°C, après quoi on a procédé à un refroidissement à l'air.

10 On a soumis les barres rondes obtenues à des essais de détermination de la microstructure, de la résistance et de la ténacité de la même manière que celle décrite à l'exemple 1 ; les résultats obtenus sont également indiqués dans les tableaux 7 et 8.

15 Ainsi qu'on peut le constater d'après les î résultats donnés dans ces tableaux, à une température de revenu de 480°C, les barres d'acier soumises au revenu n'ont pas subi de changement important dans la limite élastique et la valeur vTrs comparativement 20 aux barres d'acier laminées, si bien que le revenu n'a pas exercé son effet.

En revanche, à des températures de revenu se situant entre 500 et 700°C, les barres d'acier soumises au revenu présentaient une limite élastique 25 nettement accrue, ainsi que des valeurs vTrs nettement inférieures. Dès lors, le traitement thermique suivant le procédé de la présente invention est nettement efficace pour améliorer sensiblement à la fois la résistance et la ténacité des barres d'acier lami-30 nées.

Toutefois, lorsqu'on a effectué le revenu à une température supérieure à 700°C, la microstruc- t ture de l'acier a grossi au cours du revenu, si bien que les barres d'acier soumises au revenu présentaient 35 une plus faible résistance et une ténacité altérée.

/ 21

Les résultats des essais n° 71-76 pour l'acier n° 1 sont résumés par un graphique en figure 4 faisant ressortir les significations critiques de la température de revenu et de la granularité des pha-5 ses bainitiques vis-à-vis des propriétés mécaniques.

Les résultats des essais n° 77-82 pour l'acier n° 12 sont également résumés par un graphique en figure 5 faisant ressortir les significations critiques de la température de revenu et de la granu-10 larité des phases bainitiques vis-à-vis des propriétés mécaniques.

Comme on l'a décrit ci-dessus, suivant le procédé de la présente invention, des barres d'acier ayant une haute résistance et une haute ténacité, 15 qui sont maintenues à des niveaux satisfaisants même à des températures très basses de -120°C ou moins, peuvent être obtenues à un faible prix de revient en contrôlant uniquement la composition chimique de l'acier et les conditions de laminage à chaud sans 20 devoir ajouter d'importantes proportions d'éléments d'alliages coûteux ou sans devoir recourir à des opérations compliquées. Dès lors, le procédé suivant la présente invention offre un grand intérêt commercial .

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Claims (10)

1. Procédé de fabrication de barres ^ d'acier ayant une meilleure ténacité à basse tempé rature, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes 5 qui consistent à : chauffer un bloom ou une billette d'acier à une température suffisante pour effectuer le laminage à chaud ultérieur, mais ne dépassant pas 1.000°C, cet acier étant constitué essentiellement de la compo-10 sition suivante (sur une base pondérale) : C : 0,02 - 0,10% Si : 0,5% maximum Mn : 1,10 - 2,50% Mo : 0,15 - 0,50% Nb : 0,010-0,100% Al : 0,010-0,100% Cu : 0 - 0,30% Ni : 0 - 1,20%

15 Cr : 0 - 1,20% Ti : 0 - 0,05%, et B : 0 - 0,0030%, le reste étant constitué de fer et d'impuretés acci-^ dentelles ; laminer à chaud la billette ou le bloom 20 chauffé en une barre dans des conditions tellesque la température de finissage ne dépasse pas 850°C, la réduction totale à une température se situant dans l'intervalle compris entre 880°C et la température de finissage, étant d'au moins 60% ; et 25 refroidir à l'air la barre laminée à chaud pour 1'amener à la température ambiante.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsqu'ils sont ajoutés intentionnellement, les teneurs en Cu, en Ni, en Cr, en w 30 Ti et/ou en B de l'acier se situent dans les inter- s valles suivants : - Cu : 0,05 -0,30% Ni : 0,05 - 1,20% Cr : 0,05 - 1,20% Ti : 0,01 - 0,05%, et B : 0,0005-0,0030%. 33

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la teneur d'au moins un des éléments que constituent P et S, qui sont présents <> . dans l'acier comme impuretés accidentelles, est li-5 mitée à : P : moins de 0,010%, S : moins de 0,010%.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire consistant à soumettre la barre 10 d'acier refroidie à l'air à un revenu à une température se situant dans l'intervalle allant de 500 à 700°C.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la barre d'acier refroidie à l'air i 15 est soumise à un revenu à une température se situant dans l'intervalle allant de 575 à 625°C.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend '.V les étapes qui consistent à : 20 chauffer un bloom ou une billette d'acier à une température de 900 à 950°C, cet acier étant constitué essentiellement de la composition suivante (sur une base pondérale ) : C : 0,04 - 0,08% Si : 0,20 - 0,30%

25 Mn : 1,80 - 2,00% Mo : 0,30 - 0,40%' Nb : 0,030 - 0,07% Al : 0,020 - 0,060% Cu : 0 - 0,25% Ni : 0 - 1,20% Cr 0 - 0,80% Ti : 0 - 0,030%, et B : 0 - 0,0020%, 30 le reste étant constitué de fer et d'impuretés acci-ï dentelles ; ^ laminer à chaud la billette ou le bloom chauffé en une barre dans des conditions telles que la température de finissage se situe entre 775 et 35 825°C, la réduction totale à une température se situant . i 34 dans l'intervalle compris entre 880°C et la température de finissage, étant d'au moins 90% ; et f-· refroidir à l'air la barre laminée à chaud pour 1'amener à la température ambiante. *'.5

7. Barre d'acier obtenue conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle a une limite élastique d'au moins 40 Kgf/mm2, tandis qu'elle présente une valeur vTrs de -120°C ou moins et une valeur 10 v^-i20 Proche de 30

8. Barre d'acier ayant une meilleure ténacité à basse température, caractérisée en ce que la composition d'acier comprend : C : 0,02 - 0,10% Si : 0,5% maximum

15 Mn : 1,10 - 2,50% Mo : 0,15 - 0,50% Nb : 0,010 - 0,100% Al : 0,010 - 0,100% & Cu : 0 - 0,30% Ni : 0 - 1,20% ~ Cr : 0 - 1,20% Ti : 0 - 0,05%, et B : 0 - 0,0030%, 20 le reste étant constitué de fer et d'impuretés accidentelles ; la composition d'acier comprenant une phase bainitique ayant une granularité moyenne ne dépassant pas 10 jiva.

9. Barre d'acier selon la revendication 25 8, caractérisée en ce qu'elle a une granularité moyenne de 3-7y^m.

10. Barre d'acier obtenue conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisée en ce qu'elle a une limite élas-- 30 tique d'au moins 40 Kgf/mm2, une valeur vTrs de -120°C ou moins et une valeur VE_^20 Proche de kgf-m. * Γ t f t ! : \ - I