WO1985004906A1 - Method for producing steel bars or rod wire and corresponding products - Google Patents

Method for producing steel bars or rod wire and corresponding products Download PDF

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WO1985004906A1
WO1985004906A1 PCT/FR1985/000094 FR8500094W WO8504906A1 WO 1985004906 A1 WO1985004906 A1 WO 1985004906A1 FR 8500094 W FR8500094 W FR 8500094W WO 8504906 A1 WO8504906 A1 WO 8504906A1
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bars
mpa
resilience
steel
tempering
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PCT/FR1985/000094
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Inventor
Bernard Heritier
Philippe Maitrepierre
Jaime Rofes-Vernis
Original Assignee
Ugine Aciers
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese

Definitions

  • the method of the present invention relates to a method of manufacturing bars or wire rod of steel having in the raw state of hot transformation mechanical properties that are especially high, and further having after tempering, a set of mechanical characteristics and properties. more interesting to use than that traditionally obtained with heat treated steel bars.
  • the bars often have a diameter greater than 80 mm, and for all requirements the diameters or thicknesses can range from 4 mm to 210 mm, whether they are erect or slightly straight bars. or crown wires.
  • CrMo steel bars are commonly used (typical composition: C 0.42%, Cr 1%, Mo 0.25% - designation "42CD4" according to standard AFNOR NF A 35-557 of June 1975 ), close to grade AISI 4145H, in the quenched-tempered state.
  • the Applicant has sought to develop an economical manufacturing process which makes it possible to satisfy these two types of need (bars with high mechanical characteristics such as "petroleum bars” on the one hand, and pretreated bars on the other hand), products obtained satisfying the various requirements of users: mechanical resistance, resilience, machinability, ability to be cold or lukewarm, weldability. -
  • An essential advantage of the steel of the invention is that it can be produced in an electric steelworks, and obtained directly by hot working in a wide range of dimensions, from 4 mm to 210 mm in diameter or thickness.
  • the invention thus relates to a method of manufacturing bars or steel wire rod having, after hot working and cooling, an essentially bainitic structure and high minimum characteristics: - breaking load: R ⁇ 1000 MPa
  • composition intervals have been determined for the following elements, taken separately or in any combination:
  • Nb preferably 0.05 to 0.10%.
  • the role of Nb in manganese steels is similar to that observed in microalloyed steels: according to the publications made, Nb delays the recrystallization of austenite and allows hardening by precipitation. It is also known that the addition of Mn produces an increase in the solubility of Nb in austenite (publication by MGABKEN, J.WEISS and JJJONAS in Acta Metallurgica, 29, 1981, p.121).
  • - N preferably between 0.003 and 0.010%, which is easily obtained in an electrical steelworks, equipped with a degasser.
  • Tempering can thus be used for various uses, notably involving machining, welding and / or cold or lukewarm conformations, at a temperature usually below 300 ° C.
  • a particular case is the manufacture of bolts, screws or nuts by cold or warm striking or by stamping, from bars or wire rod with a diameter between 4 and 50 mm, or on these same drawn bars or wire rod or drawn, with a diameter of between 3.3 and 50 mm.
  • FIG. 1 represents the variations in the breaking load "R” and the elastic limit at 0.2% “E” as a function of the final forging temperature, for steels according to the invention and for reference steels without B.
  • FIG. 2 represents the variations of the resilience KCU at 20 ° C. as a function of the temperature of final forging, for the same steels.
  • Bars or wire rod with a diameter between 4 and 50 mm can be straightened or drawn (elongation between 3 and 20%) or drawn (total elongation up to 200%), cold or warm, preferably after tempering.
  • the ingots from the castings of Table I were in all cases (for this series of tests and for the two following series) roughed into 40 x 40 mm squares. Then the ingots were brought to 1150 ° C for 30 min and cooled naturally to the forging temperature (T f ), and then underwent rapid forging to the square of 25 x 25 mm and were cooled either under vermiculite, either with water.
  • T f forging temperature
  • the law (time, cooling temperature under vermiculite) of a 25 mm steel square corresponds substantially to that of a 150 mm diameter bar in air.
  • the first series of tests uses the ingots corresponding to the
  • This third series of tests relates to the influence of an annealing heat treatment on the mechanical characteristics of the raw products of hot working.
  • the tempering temperatures and the mechanical characteristics obtained are given in Table VI.
  • the influence of the income is determined by comparison between the characteristics after income (Table VI) and those before income (Table IV or Table V), for each casting and for the same final forging temperature (T.).
  • the tempering temperature (T) varies from 500 to 650 ° C for 2 batches forged at 1000 ° C (castings "88" and "89"), and is 450 ° C and 500 ° C for the other batches which are forged at 880 ° C or 900 ° C.
  • the study of these results shows that, for flows at 4% Mn without B and for casting with B:
  • the elastic limit E is improved, especially for the lowest tempering temperature tested, that is to say 450 ° C; the improvement is particularly significant in the case of the addition of 0.1% V (casting "18");
  • the breaking load R is lowered in all cases, it decreases when the tempering temperature increases;
  • tempering tests confirm the importance of carrying out the hot working, with a final working sufficient below 950 ° C. and better still below 900 ° C., to obtain high mechanical characteristics, both at state returned to the rough state of hot working.
  • the set of results also shows that a temperature lower than 450 ° C, at least 400 ° C, may in some cases be preferable for tempering.
  • a temperature lower than 450 ° C, at least 400 ° C may in some cases be preferable for tempering.
  • the tempering temperature range 400-475 ° C is especially useful for improving the yield strength and elongation without greatly reducing the breaking load and resilience, while the range 475-600 ° C is particularly useful when after the tempering, a cold deformation or conformation is made.
  • the laboratory flows carried out are of 3 kinds: flows at 4% Mn + B, flows at 4% Mn with staggered Ti additions, and a comparison flow of the "35CD4" type (AFNOR NF A35 standard -557).
  • the ingots of the 4% Mn castings were first transformed into square bars of cross section 50 x 50 mm by forging at 1000 ° C, then cooled in air. They then underwent a controlled forging according to the following stages: heating to 1150 ° C., beginning and end of forging at 900 ° C., the forging of each ingot for approximately 90 s and the cross section obtained being a square of 25 ⁇ 25 mm (the ratio defined previously is then 4), then cooling under verjiiculite from around 750 ° C.
  • the mechanical characterization (table VII) was made in the raw state of forging.
  • the temperature of 525 ° C. is ill suited for the income of these bars ⁇ 170 mm in the event that good resilience is sought at heart.
  • Table X groups the contents of certain elements particularly important for machinability (C, S, Te), the mechanical characteristics, averages of the results of Tables VIII and IX (R, E, A%, Z%, KCU at +20 ° C) and the result of the machining test.
  • the Z% necking during the tensile test is indicated in these 3 tables in addition to the elongation A%, caractest as A% an interesting criterion of ductility and deformability.
  • Table IX shows that the necking remains high across the cross section of the bars ⁇ 170 mm marked (2P) and (9P).
  • Table X shows that in the case of bars (9P), elongation and relatively weak necking in the raw rolling state, the tempering at 525 ° C. makes it possible to increase these characteristics and to obtain a very interesting compromise in properties, taking into account the improvement in machinability.
  • the machinability criterion chosen is the wear criterion of tool V B30-0.3 according to standard NF A 03-655, that is to say the cutting speed leading to wear in clearance of 0 , 3 mm in 30 minutes.
  • the sixth series of tests relates to hot rolling and drawing of a 13 mm diameter machine wire according to the invention.
  • the wire rod crown (1 ton) laminated to the diameter 13 mm comes from the ingot portion "1P" of industrial casting, the analysis of which is given in Table III.
  • the hot rolling conditions are summarized as follows: - hot rolling in billets of straight section 108x108 mm and cooling - reheating to 1150-1200 ° C and hot rolling with engagement of the round of diameter 25 mm at 920 ° C and end of rolling at 800-850 ° C with a diameter of 13 mm with winding and air cooling. - the ratio characterizing the wrinkling below 950 ° C is at least equal to

Abstract

Method for producing bars or rod wire having in the raw hot transformation state specially high mechanical characteristics. The method for producing steel bars or rod wire having after hot bonding and cooling a bainitic structure and characteristics: R >= 1000 Mpa, E >= 600 Mpa, and resilience KCU at 20oC >= 60 J/cm2, utilizes a steel containing substantially (% by mass): C 0.07-0.13; Mn 3.0-4.5; Si 0.1-1.0; Nb 0.03-0.12; B and/or Ti verifying either of the two following conditions: a) B >= 0.0010% and B + Ti/10 = 0.0020 to 0.0040%; b) Ti <= 0.010% and B = 0.0020 to 0.0080% and comprises a hot bonding terminated under 950oC. The products obtained by the method of the invention are used for example in the raw state of hot bonding as bars for oil drilling devices, and in a drawing temper state for machining, welding or cold or lukewarm conformations.

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE BARRES OU DE FIL MACHINE EN ACIER ET PRODUITS CORRESPONDANTS METHOD FOR MANUFACTURING STEEL BARS OR MACHINE WIRE AND RELATED PRODUCTS
Le procédé de la présente invention concerne une méthode de fabrication de barres ou de fil machine en acier présentant dans l'état brut de transformation à chaud des caractéristiques mécaniques spécialement élevées, et présentant en outre après revenu, un ensemble de caractéristiques mécaniques et de propriétés d'emploi plus intéressant que celui obtenu traditionnellement avec des barres en acier traitées thermiquement.The method of the present invention relates to a method of manufacturing bars or wire rod of steel having in the raw state of hot transformation mechanical properties that are especially high, and further having after tempering, a set of mechanical characteristics and properties. more interesting to use than that traditionally obtained with heat treated steel bars.
EXPOSE DU PROBLEME II y a un besoin important de barres de caractéristiques mécaniques élevées, par exemple de "barres pétrole", utilisées notamment dans les dispositifs de forage pétrolier, ayant les caractéristiques mécaniques suivantes :PRESENTATION OF THE PROBLEM There is a great need for bars with high mechanical characteristics, for example "petroleum bars", used in particular in petroleum drilling devices, having the following mechanical characteristics:
- charge de rupture supérieure ou égale à 965 MPa (soit 140 000 psi ou 98,4 kg/mm2) ;- breaking load greater than or equal to 965 MPa (i.e. 140,000 psi or 98.4 kg / mm 2 );
- resilience KCU sens long à 20°C supérieure à 60 J/cm2 (soit 3430 in. lb/in2) .- resilience KCU long direction at 20 ° C greater than 60 J / cm 2 (i.e. 3430 in. lb / in 2 ).
Il existe également un besoin important de barres prétraitées, de charge de rupture supérieure à 900 MPa et de bonne resilience, pouvant être mises en oeuvre de diverses façons parmi lesquelles on peut citer l'usinage, le soudage et les conformations à froid ou à tiède, telles que le matriçage.There is also a significant need for pretreated bars, with a breaking load greater than 900 MPa and of good resilience, which can be implemented in various ways among which mention may be made of machining, welding and cold or lukewarm conformations. , such as mastering.
Dans les deux cas, les barres ont souvent un diamètre supérieur à 80 mm, et pour l'ensemble des besoins les diamètres ou épaisseurs peuvent aller de 4 mm à 210 mm, qu'il s'agisse de barres dressées ou à peu nrès droites ou de fils en couronne.In both cases, the bars often have a diameter greater than 80 mm, and for all requirements the diameters or thicknesses can range from 4 mm to 210 mm, whether they are erect or slightly straight bars. or crown wires.
Dans le premier cas, on utilise couramment des barres en acier au CrMo (composition typique : C 0,42%, Cr 1%, Mo 0,25% - désignation "42CD4" selon la norme AFNOR NF A 35-557 de juin 1975),voisin de la nuance AISI 4145H, à l'état trempé-revenu.In the first case, CrMo steel bars are commonly used (typical composition: C 0.42%, Cr 1%, Mo 0.25% - designation "42CD4" according to standard AFNOR NF A 35-557 of June 1975 ), close to grade AISI 4145H, in the quenched-tempered state.
Dans le deuxième cas, celui des barres prétraitées, on utilise aussi des aciers au Cr-Mo tels que le "35CD4" (C 0,35%, Cr 1%, Mo 0,25%) ou le "42CD4" déjà cité, à l'état trempé-revenu avec température de revenu le plus souvent comprise entre 550 et 650°C. Ces aciers trempants sont difficilement soudables et se prêtent mal aux conformations à froid. Les opérations de mise en oeuvre autres que l'usinage requièrent un traitement thermique final.In the second case, that of the pretreated bars, we also use Cr-Mo steels such as "35CD4" (C 0.35%, Cr 1%, 0.25% Mo) or "42CD4" already mentioned, in the quenched-tempered state with the most tempering temperature often between 550 and 650 ° C. These hardening steels are difficult to weld and do not lend themselves well to cold conformation. Processing operations other than machining require a final heat treatment.
Dans les deux cas examinés, on utilise ainsi des aciers relativement coûteux à cause de leurs teneurs en Cr et en Mo et à cause des traitements thermiques nécessaires. De plus, ces aciers se prêtent mal aux opérations de mise en oeuvre autres que l'usinage.In the two cases examined, relatively expensive steels are thus used because of their Cr and Mo contents and because of the necessary heat treatments. In addition, these steels are poorly suited to processing operations other than machining.
La demanderesse a cherché à mettre au point un procédé de fabrication économique permettant de satisfaire à ces deux types de besoin (barres de hautes caractéristiques mécaniques telles que les "barres pétrole" d'une part, et barres prétraitées d'autre part), les produits obtenus satisfaisant aux diverses exigences des utilisateurs : résistance mécanique, resilience, usinabilité, aptitude à la conformation à froid ou à tiède, soudabilité. -The Applicant has sought to develop an economical manufacturing process which makes it possible to satisfy these two types of need (bars with high mechanical characteristics such as "petroleum bars" on the one hand, and pretreated bars on the other hand), products obtained satisfying the various requirements of users: mechanical resistance, resilience, machinability, ability to be cold or lukewarm, weldability. -
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE CONNUKNOWN PRIOR ART
Dans le brevet US 3.518.080, on décrit des aciers ayant de très bonnes caractéristiques mécaniques à l'état brut de laminage à chaud, ayant la composition suivante : 0,01 à 0,04% C ; 2,2 à 6% Mn ; Si 1% maximum ; Al soluble 0,2% maximum ; 0,01 à 0,2% d'au moins un élément du groupe consistant en (Nb, V, Zr) ; impuretés et Fe = le solde. Les caractéristiques mécaniques mesurées sur des barres laminées de section droite 12 x 12 mm, sont au niveau de 4 à 5% Mn : limite éla¬- tique à 0,2% = 76 à 84 kg/mm2 et charge de rupture = 88 a 104 kg/mm2. II est indiqué que la resilience mécanique des aciers est "relativement indépendante de la température de fin de laminage", et des exemples de température de fin de laminage compris entre 860 et 770°C sont donnés. Toutefois, il s'agit là de barres de section droite ou épaisseur faible vis-à-vis de l'essentiel des barres étudiées dans la présente demande.In US Pat. No. 3,518,080, steels having very good mechanical characteristics in the raw state of hot rolling are described, having the following composition: 0.01 to 0.04% C; 2.2 to 6% Mn; If 1% maximum; Al soluble 0.2% maximum; 0.01 to 0.2% of at least one element from the group consisting of (Nb, V, Zr); impurities and Fe = the balance. The mechanical characteristics measured on laminated bars of cross section 12 x 12 mm, are at the level of 4 to 5% Mn: elastic limit at 0.2% = 76 to 84 kg / mm 2 and breaking load = 88 at 104 kg / mm 2 . It is indicated that the mechanical resilience of the steels is "relatively independent of the end of rolling temperature", and examples of the end of rolling temperature between 860 and 770 ° C. are given. However, these are straight section bars or thin thickness vis-à-vis most of the bars studied in the present application.
Dans METALLURGICAL TRANSACTIONS - Vol.2, Dec.1971, "The Effect of the Transformation Substructure on the Mechanical Properties of a Low-Carbon Manganèse Martensitic Steel" p.3490, il est indiqué au sujet des mêmes aciers à 3,5 et 4,5% Mn + 0,1% Nb, que "les propriétés de resilience se détériorent considérablement lorsque la teneur en carbone excède environ 0,04%". Bien que les aciers ci-dessous satisfassent aux impératifs techniques exposés au début de cette description, leur teneur très basse en C entraîne l'obligation d'une élaboration spéciale coûteuse.In METALLURGICAL TRANSACTIONS - Vol.2, Dec. 1971, "The Effect of the Transformation Substructure on the Mechanical Properties of a Low-Carbon Manganese Martensitic Steel "p.3490, it is stated about the same steels at 3.5 and 4.5% Mn + 0.1% Nb, that" the resilience properties deteriorate considerably when the carbon content exceeds about 0.04% ". Although the steels below meet the technical requirements set out at the beginning of this description, their very low C content entails the obligation of an expensive special preparation.
EXPOSE DE L'INVENTION La demanderesse a découvert au cours de ses études et de ses essais un fait surprenant et de grande importance : une addition faible de B à un acier à 4% Mn, 0,1% Nb et 0,1% C permet d'obtenir des bonnes propriétés de resilience. On peut aussi employer une addition de Ti, mais la quantité de Ti semble critique et son réglage est donc difficile en pratique. On préconise donc en alternative à l'addition de B seul une addition de B et de Ti. On explique l'effet de B et/ou de Ti sur la resilience par une action probable sur l'azote contenu, telle que la fixation de l'azote libre. Par ailleurs, la demanderesse a précisé que, dans le cas des aciers de l'invention, le forgeage ou le laminage effectué en-dessous de 950°C à la fin du corroyage à chaud a une grande influence sur la resilience.STATEMENT OF THE INVENTION The Applicant has discovered during its studies and its tests a surprising fact of great importance: a weak addition of B to a steel at 4% Mn, 0.1% Nb and 0.1% C provides good resilience properties. It is also possible to use an addition of Ti, but the quantity of Ti seems critical and its adjustment is therefore difficult in practice. Therefore, as an alternative to adding B alone, an addition of B and Ti is recommended. The effect of B and / or Ti on the resilience is explained by a probable action on the nitrogen contained, such as the fixation of free nitrogen. Furthermore, the Applicant has clarified that, in the case of the steels of the invention, the forging or rolling carried out below 950 ° C. at the end of the hot working has a great influence on the resilience.
Enfin, la demanderesse a montré que à l'aide d'un traitement de revenu on peut adapter les caractéristiques mécaniques au cahier des charges du client, en accroissant éventuellement la limite élastique, et en améliorant l'usinabilitê et l'aptitude à la conformation.Finally, the applicant has shown that using an income treatment it is possible to adapt the mechanical characteristics to the specifications of the client, possibly increasing the elastic limit, and improving the machinability and the suitability for conformation. .
Un avantage essentiel de l'acier de l'invention est de pouvoir être élaboré en aciérie électrique, et obtenu directement par corroyage à chaud dans une large gamme de dimensions, de 4 mm jusqu'à 210 mm de diamètre ou épaisseur.An essential advantage of the steel of the invention is that it can be produced in an electric steelworks, and obtained directly by hot working in a wide range of dimensions, from 4 mm to 210 mm in diameter or thickness.
L'invention concerne ainsi un procédé de fabrication de barres ou de fil machine en acier présentant, après corroyage à chaud et refroidissement, une structure essentiellement bainitique et des caractéristiques minimales élevées : - charge de rupture : R ≥ 1000 MPaThe invention thus relates to a method of manufacturing bars or steel wire rod having, after hot working and cooling, an essentially bainitic structure and high minimum characteristics: - breaking load: R ≥ 1000 MPa
- limite élastique à 0,2% : E ≥ 600 Mpa- elastic limit at 0.2%: E ≥ 600 Mpa
- resilience à 20°C : KCU ≥ 60 J/cm cet acier, élaboré de préférence en aciérie électrique, contenant en % en masse :- resilience at 20 ° C: KCU ≥ 60 J / cm this steel, preferably produced in an electric steelworks, containing in% by mass:
- C 0,07 à 0,13% ; Mn 3,0 à 4,5% ; Si 0,1 à 1,0% ; Nb 0,03 à 0,12% ; B et/ou Ti satisfaisant à l'une ou l'autre des deux conditions suivantes :
Figure imgf000006_0001
b) Ti≤ 0,010% et B = 0,0020 à 0,0080%
- C 0.07 to 0.13%; Mn 3.0 to 4.5%; If 0.1 to 1.0%; Nb 0.03 to 0.12%; B and / or Ti satisfying one or the other of the two following conditions:
Figure imgf000006_0001
b) Ti≤ 0.010% and B = 0.0020 to 0.0080%
N ≤ 0,015% ; Ni+Cr+Mo+Cu ≤ 1,0% (avec de préférence Ni≤ 0,3% ;N ≤ 0.015%; Ni + Cr + Mo + Cu ≤ 1.0% (with preferably Ni≤ 0.3%;
Cr≤ 0,5% et Mo ≤ 0,1%) ; Al≤ 0,08% ; S ≤ 0,090% ; Te≤ 0,015% ;Cr≤ 0.5% and Mo ≤ 0.1%); Al≤ 0.08%; S ≤ 0.090%; Te≤ 0.015%;
P ≤ 0,020% ; autres éléments et Fe : le solde ; et la fin du corroyage à chaud étant effectuée de préférence endessous de 950°C. Les "autres éléments" sont dans les teneurs habituelles à une élaboration en aciérie électrique à partir de ferrailles, leur total est habituellement inférieur à 0,5%. On évite alors en fin de corroyage à chaud le grossissement du grain de l'austénite et on obtient après refroidissement une structure bainitique résultant de la transformation de l'austénite écrouie ou à grains fins en bainite, avec une resilience fortement améliorée.P ≤ 0.020%; other elements and Fe: the balance; and the end of the hot working is preferably carried out below 950 ° C. The "other elements" are in the usual contents for an elaboration in electric steelworks from scrap, their total is usually less than 0.5%. At the end of the hot working, the magnification of the grain of the austenite is then avoided and a bainitic structure resulting from the transformation of the hardened or fine-grained austenite into bainite is obtained after cooling, with a greatly improved resilience.
Des intervalles de composition préférentiels ont été déterminés pour les éléments suivants, pris séparément ou en combinaison quelconque :Preferential composition intervals have been determined for the following elements, taken separately or in any combination:
- C : de préférence 0,08 à 0,11%- C: preferably 0.08 to 0.11%
- Mn: de préférence 3,1 à 3,6 % lorsqu'on se contente des caractéristiques mécaniques minimales suivantes à l'état brut de laminage ou de forgeage à chaud : . R ≥ 1000 MPa ; E ≥ 600 MPa ; resilience à 20°C . KCU ≥ 60 J/cm2 et de préférence 3,6 à 4,3% avec S+Te ≤ 0,015% pour obtenir des caractéristiques mécaniques plus élevées dans le mime état : . R ≥ 1100 MPa ; E ≥ 750 MPa ; resilience à 20°C . KCU ≥ 70 J/cm2 - Mn: preferably 3.1 to 3.6% when one is satisfied with the following minimum mechanical characteristics in the raw state of hot rolling or forging:. R ≥ 1000 MPa; E ≥ 600 MPa; resilience at 20 ° C. KCU ≥ 60 J / cm 2 and preferably 3.6 to 4.3% with S + Te ≤ 0.015% to obtain higher mechanical characteristics in the same state:. R ≥ 1100 MPa; E ≥ 750 MPa; resilience at 20 ° C. KCU ≥ 70 J / cm 2
- Si : de préférence 0,2 à 0,9% ; il ne semble pas y avoir d'influence marquée de Si sur les caractéristiques mécaniques dans cet intervalle de teneurs et on peut donc s'y maintenir ; - Nb : de préférence 0,05 à 0,10%. Le rôle de Nb dans les aciers au manganèse est semblable à celui observé dans les aciers microalliés: d'après les publications effectuées, Nb y retarde la recristallisation de l'austénite et permet un durcissement par précipitation. II est connu aussi que l'addition de Mn produit un accroissement de la solubilité de Nb dans l'austénite (publication de M.G.ABKEN, J.WEISS et J.J.JONAS dans Acta Metallurgica, 29, 1981, p.121).- If: preferably 0.2 to 0.9%; there does not seem to be a marked influence of Si on the mechanical characteristics in this range of contents and we can therefore maintain it; - Nb: preferably 0.05 to 0.10%. The role of Nb in manganese steels is similar to that observed in microalloyed steels: according to the publications made, Nb delays the recrystallization of austenite and allows hardening by precipitation. It is also known that the addition of Mn produces an increase in the solubility of Nb in austenite (publication by MGABKEN, J.WEISS and JJJONAS in Acta Metallurgica, 29, 1981, p.121).
- L'addition de B et/ou de Ti qui vient améliorer de façon surprenante la resilience n'a pas d'effet perceptible sur la microstructure en micrographie optique. Un mécanisme probable est une action sur l'azote, qui de son coté doit être maintenu de préférence à un niveau assez faible car il a un effet défavorable sur la resilience. L'action du B et/ou du Ti n'est pas bien éclaircie, les essais montrent que l'addition du B est préférable à l'addition du Ti pour une production industrielle. Les additions de B et de Ti peuvent toutefois être combinées en maintenant Ti de préférence compris entre 0,010 et 0,030%, dans le cadre de la première condition(a) :
Figure imgf000007_0001
L'intervalle préférentiel B = 0,0030 à 0,0070% correspond aux principaux essais effectués.
- The addition of B and / or Ti which surprisingly improves resilience has no perceptible effect on the microstructure in optical micrography. A likely mechanism is an action on nitrogen, which for its part should preferably be kept at a fairly low level because it has an unfavorable effect on resilience. The action of B and / or Ti is not well understood, tests show that the addition of B is preferable to the addition of Ti for industrial production. The additions of B and of Ti can however be combined while keeping Ti preferably between 0.010 and 0.030%, within the framework of the first condition (a):
Figure imgf000007_0001
The preferred range B = 0.0030 to 0.0070% corresponds to the main tests carried out.
- N : de préférence compris entre 0,003 et 0,010%, ce qui est facilement obtenu en aciérie électrique, équipée d'un dégazeur.- N: preferably between 0.003 and 0.010%, which is easily obtained in an electrical steelworks, equipped with a degasser.
- Les additions de S, Te, peuvent être ajustées comme suit pour obtenir une usinabilité améliorée à l'état brut de corroyage à chaud ou à l'état revenu, avec éventuellement un dressage, un étirage, ou une conformation à froid ou à température inférieure à 300°C après le corroyage à chaud ou après le revenu : S 0,015 a 0,090% et Te ≤ 0,015% avec S + Te = 0,020 à 0,090%- The additions of S, Te, can be adjusted as follows to obtain improved machinability in the raw state of hot working or in the annealed state, possibly with straightening, stretching, or cold or temperature conformation below 300 ° C after hot working or after tempering: S 0.015 to 0.090% and Te ≤ 0.015% with S + Te = 0.020 to 0.090%
- Pour améliorer l'usinabilitë, on peut aussi utiliser une addition de Ca en teneur préférentiellement compjrise entre 0,001 et 0,004%. D'autres additions secondaires connues pour leur effet favorable sur l'usinabilitë peuvent être employées sans sortir du cadre de la présente invention.- To improve machinability, it is also possible to use an addition of Ca in a content preferably comprised between 0.001 and 0.004%. Other secondary additions known for their favorable effect on machinability can be used without departing from the scope of the present invention.
- Des intervalles de teneurs préférentielles sont également indiqués pour d'autres impuretés, ils correspondent à un resserrage normal de ces teneurs en aciérie électrique, en vue d'une meilleure reproductibilitê de la qualité : . Ni + Cr + Mo + Cu ≤ 0,8% . Al 0,02 à 0,06% . P ≤ 0,015%- Preferential content intervals are also indicated for other impurities, they correspond to a normal tightening of these contents in electric steelworks, with a view to better quality reproducibility:. Ni + Cr + Mo + Cu ≤ 0.8%. Al 0.02 to 0.06%. P ≤ 0.015%
Comme le montrent plus loin les résultats d'essais, il est particulièrement important pour la resilience des produits en acier de l'invention que le corroyage à chaud, habituellement un laminage ou un forgeage, se termine en-dessous de 950°C, ou mieux en-dessous de 900°C. Compte tenu des possibilités pratiques de déformation, la fin du corroyage à chaud est ainsi effectuéje en-dessous de 950°C ou de 900°C et habituellement au-dessus de 700°C, ou éventuellement à température plus faible tout en restant au-dessus de 600°C pour les produits de plus faible section droite. Cette particularité importante du procédé de l'invention, est caractérisée par une condition portant sur le rapport de réduction de section "S" étant la section droite avant
Figure imgf000008_0001
le début du corroyage en-dessous de 950°C et "s" étant la section droite obtenue en fin de corroyage. Dans le cas d'un changement de forme important de la section droite sans variation importante de la surface de cette section droite, par exemple dans le cas d'un aplatissement ou d'une ovalisation, il sera sans doute plus correct d'appliquer les conditions ci-dessous au rapport des épaisseurs.
As the test results show below, it is particularly important for the resilience of the steel products of the invention that hot working, usually rolling or forging, ends below 950 ° C, or better below 900 ° C. Taking into account the practical possibilities of deformation, the end of the hot working is thus carried out below 950 ° C or 900 ° C and usually above 700 ° C, or possibly at a lower temperature while remaining above above 600 ° C for products with a smaller cross section. This important feature of the process of the invention is characterized by a condition relating to the reduction ratio of section "S" being the straight section before
Figure imgf000008_0001
the beginning of the working below 950 ° C and "s" being the cross section obtained at the end of working. In the case of a significant change in shape of the cross section without significant variation in the surface of this cross section, for example in the case of a flattening or an ovalization, it will undoubtedly be more correct to apply the conditions below to the thickness ratio.
Dans le cas des transformations courantes par forgeage ou par laminage à chaud, dans lesquelles les réductions de section ont un rôle primordial, les conditions pratiques suivantes doivent être de préférence respectées :In the case of standard transformations by forging or by hot rolling, in which section reductions play a key role, the following practical conditions should preferably be observed:
- grosses barres de diamètre ou épaisseur en fin de corroyage à chaud de 80 à 210 mm environ : rapport de réduction de section par corroyage entre 950 et 700°C supérieur à 1,2 et typiqueme
Figure imgf000008_0002
nt compris entre 1,2 et 2,5 ;
- large bars of diameter or thickness at the end of hot working from 80 to 210 mm approximately: section reduction ratio by working between 950 and 700 ° C greater than 1.2 and typically
Figure imgf000008_0002
nt between 1.2 and 2.5;
- barres de diamètre ou épaisseur en fin de corroyage à chaud allant de 20 à 80 mm environ : rapport de réduction de section par
Figure imgf000008_0003
corroyage entre 950 et 700°C supérieur à 1,5 et typiquement compris entre 1,5 et 3,5 ; - barres ou fils machine de diamètre ou épaisseur en fin de corroyage à chaud allant de 4 à 50 mm environ : rapport de réduction de section " " par corroyage entre 950°C et 600°C supérieur à 2 et typi
Figure imgf000008_0004
quement compris entre 2 et 5. Les intervalles typiques indiqués ci-dessous pour correspondent
Figure imgf000009_0001
aux corroyages en-dessous de 950°C pratiquables avec les moyens connus, ces corroyages permettent l'obtention- optimale des résultats de l'invention.
- bars of diameter or thickness at the end of hot working from 20 to 80 mm approximately: section reduction ratio by
Figure imgf000008_0003
wrought between 950 and 700 ° C greater than 1.5 and typically between 1.5 and 3.5; - rods or wire rods of diameter or thickness at the end of hot working from 4 to 50 mm approximately: section reduction ratio "" by working between 950 ° C and 600 ° C greater than 2 and typically
Figure imgf000008_0004
only between 2 and 5. Typical intervals shown below to match
Figure imgf000009_0001
to wrinkles below 950 ° C practicable with known means, these wrinkles allow the optimal results to be obtained.
Ainsi, on obtient avec une teneur en C de l'ordre de 0,1% une resilience à la température ambiante typiquement comprise entre 70 et 120 J/cm2 en même temps que des caractéristiques mécaniques R et E élevées, suivant le réglage du laminage ou du forgeage à chaud. Un traitement de revenu de 2 à 8 h à température entre 400 et 650°C est utilisé pour modifier les propriétés. Un tel traitement :Thus, a resilience at room temperature typically between 70 and 120 J / cm 2 is obtained with a C content of the order of 0.1%, at the same time as high mechanical R and E characteristics, depending on the setting of the hot rolling or forging. A tempering treatment of 2 to 8 h at temperature between 400 and 650 ° C is used to modify the properties. Such treatment:
- abaisse R,- to lower,
- augmente E lorsque sa température ne dépasse pas une température limite comprise entre 450 et 550°C, température dépendant de la composition et des conditions de corroyage,- increases E when its temperature does not exceed a limit temperature between 450 and 550 ° C, temperature depending on the composition and the working conditions,
- augmente l'allongement A% et améliore donc la ductilité,- increases the elongation A% and therefore improves the ductility,
- abaisse la resilience des barres à 4% Mn selon l''invention à partir d'une température de revenu de 450 à 500°C environ, mais l'accroît pour des températures de revenu plus élevées, - améliore l'usinabilitë.- lowers the resilience of the bars to 4% Mn according to the invention from an tempering temperature of about 450 to 500 ° C., but increases it for higher tempering temperatures, - improves machinability.
En pratique, un temps de 3h à 5h à température est préféré pour ce traitement de revenu.In practice, a time of 3h to 5h at temperature is preferred for this tempering treatment.
Un revenu peut être ainsi employé pour diverses utilisations impliquant notamment des usinages, des soudages et/ou des conformations à froid ou à tiède, à température habituellement inférieure à 300°C. Un cas particulier est la fabrication de boulons, vis ou écrous par frappe à froid ou à tiède ou par matriçage, à partir de barres ou de fil machine de diamètre compris entre 4 et 50 mm, ou bien sur ces mêmes barres ou fil machine étirés ou tréfilés, de diamètre alors compris entre 3,3 et 50 mm.Tempering can thus be used for various uses, notably involving machining, welding and / or cold or lukewarm conformations, at a temperature usually below 300 ° C. A particular case is the manufacture of bolts, screws or nuts by cold or warm striking or by stamping, from bars or wire rod with a diameter between 4 and 50 mm, or on these same drawn bars or wire rod or drawn, with a diameter of between 3.3 and 50 mm.
L'insensibilité relative des caractéristiques (R, E et resilience) aux conditions de refroidissement, favorable à la soudabilité, ainsi que les autres particularités du procédé et du produit de l'invention vont être illustrées et commentées au moyen de l'exposé des principaux résultats d'essais. EXPOSE DES PRINCIPAUX RESULTATS D'ESSAISThe relative insensitivity of the characteristics (R, E and resilience) to the cooling conditions, favorable to the weldability, as well as the other particularities of the process and of the product of the invention will be illustrated and commented on by means of the description of the main test results. PRESENTATION OF THE MAIN TEST RESULTS
La figure 1 représente les variations de la charge de rupture "R" et de la limite élastique à 0,2% "E" en fonction de la température de forgeage final, pour des aciers selon l'invention et pour des aciers de référence sans B.FIG. 1 represents the variations in the breaking load "R" and the elastic limit at 0.2% "E" as a function of the final forging temperature, for steels according to the invention and for reference steels without B.
La figure 2 représente les variations de la resilience KCU à 20°C en fonction de la température de forgeage final, pour les mêmes aciers.FIG. 2 represents the variations of the resilience KCU at 20 ° C. as a function of the temperature of final forging, for the same steels.
Les analyses des coulées d'essai sont présentées dans 3 tableaux :The analyzes of the test flows are presented in 3 tables:
- Tableau I : coulées élaborées dans un four HF de laboratoire au (Mn + Nb) et au (Mn + Nb + B)- Table I: flows produced in a laboratory HF oven at (Mn + Nb) and (Mn + Nb + B)
- Tableau II : coulées au four HF de laboratoire au (Mn + Nb+ B) et au (Mn + Nb + Ti), avec un témoin au Cr-Mo- Table II: cast in a laboratory HF oven at (Mn + Nb + B) and (Mn + Nb + Ti), with a control at Cr-Mo
- Tableau III : coulée industrielle avec variantes analytiques concernant S et Te.- Table III: industrial casting with analytical variants concerning S and Te.
Les barres Ou fil machine de diamètre compris entre 4 et 50 mm peuvent être dressés ou étirés (allongement compris entre 3 et 20%) ou bien tréfilés (allongement total pouvant atteindre 200%) , à froid ou à tiède, de préférence après revenu.Bars or wire rod with a diameter between 4 and 50 mm can be straightened or drawn (elongation between 3 and 20%) or drawn (total elongation up to 200%), cold or warm, preferably after tempering.
1ère série d'essais Ces essais concernent l'influence de B et l'influence de la température de fin de corroyage à chaud.1st series of tests These tests concern the influence of B and the influence of the temperature at the end of hot working.
Les lingotins provenant des coulées du Tableau I ont été dans tous les cas (pour cette série d'essais et pour les deux séries suivantes) dégrossis en carrés de 40 x 40 mm. Puis les lingotins ont été portés à 1150°C pendant 30 mn et refroidis naturellement jusqu'à la température de forgeage (Tf) , et ont subi alors un forgeage rapide jusqu'au carré de 25 x 25 mm et ont été refroidis soit sous vermiculite, soit à l'eau. La loi (temps, température de refroidissement sous vermiculite) d'un carré de 25 mm en acier correspond sensiblement à celle d'une barre de diamètre 150 mm à l'air.The ingots from the castings of Table I were in all cases (for this series of tests and for the two following series) roughed into 40 x 40 mm squares. Then the ingots were brought to 1150 ° C for 30 min and cooled naturally to the forging temperature (T f ), and then underwent rapid forging to the square of 25 x 25 mm and were cooled either under vermiculite, either with water. The law (time, cooling temperature under vermiculite) of a 25 mm steel square corresponds substantially to that of a 150 mm diameter bar in air.
La première série d'essais utilise les lingotins correspondant auxThe first series of tests uses the ingots corresponding to the
6 coulées de la partie supérieure du Tableau I.6 flows from the top of Table I.
Les caractéristiques mécaniques mesurées à l'état brut de forgeage sont présentées dans le Tableau IV ci-après.The mechanical characteristics measured in the raw state of forging are presented in Table IV below.
Les résultats (R,E) sont repris dans la figure 1 et les résiliences moyennes observées dans chaque cas sont reprises dans la figure 2. En ce qui concerne ces caractéristiques mécaniques, ces 6 coulées à 0,1%C - 4%Mn et 0,1%Nb environ sont à peu près comparables par leur analyse, à l'exception des seules variantes concernant la présence ou non de B et l'ajustement de la teneur en Si au niveau 0,9 à 1% pour les deux coulées "19" et "24". L'influence propre de la teneur en B n'apparaît pas sensible lorsque la température du corroyage final, ici un forgeage, se situe au-dessus de 950 à 1000°C, qu'il s'agisse de E et R ou de la resilience KCU. Lorsque la température du corroyage final s'abaisse jusqu'à 950 à 880°C (coulées "19", "89" et "24") avec dans tous les cas refroidissement sous vermiculite qui correspond sensiblement au refroidissement à l'air d'une grosse barre (0 150 mm), on voit que, pour les nuances avec B comme pour les nuances sans B, les caractéristiques E et R augmentent progressivement de 100 à 200 MPa.The results (R, E) are shown in Figure 1 and the average resiliency observed in each case are shown in Figure 2. With regard to these mechanical characteristics, these 6 flows at 0.1% C - 4% Mn and 0.1% Nb approximately are roughly comparable by their analysis, with the exception of the only variants concerning the presence or absence of B and the adjustment of the Si content to the level 0.9 to 1% for the two flows "19" and "24". The inherent influence of the B content does not appear to be appreciable when the temperature of the final working, here a forging, is above 950 to 1000 ° C, whether it is E and R or the KCU resilience. When the temperature of the final working drops to 950 to 880 ° C (flows "19", "89" and "24") with in all cases cooling under vermiculite which corresponds substantially to air cooling a large bar (0 150 mm), we see that, for shades with B as for shades without B, the characteristics E and R gradually increase from 100 to 200 MPa.
Quant à la resilience KCU à 20°C, elle s'améliore également dans les deux cas, mais de façon beaucoup plus importante pour les nuances au B (coulées "89" et "24"). Pour ces coulées on passe ainsi du niveau "50 J/cm2" pour 1000°C, au lieu de "22-24 J/cm2" pour la coulée "88" sans B, à un niveau de résilience de 100 à 125 J/cm2 pour les températures de corroyage final comprises entre 920 et 880°C. Le refroidissement à l'eau (forgeages à 890°C) améliore sensiblement E et un peu R, sans diminuer la resilience, ceci pour les deux coulées "19" sans B et "24" avec B. L'influence éventuelle du "fort Si", avec peut-être un accroissement de E et de R et une baisse limitée de la resilience (comparaison des coulées "89" et "24" pour des forgeages à 900°C d'une part et à 920 et 880°C d'autre part), ne paraît pas gênante et on retire de ces essais l'enseignement qu'on peut limiter la teneur en Si de l'acier de l'invention à 1,0% et de préférence à 0,9%.As for the KCU resilience at 20 ° C, it also improves in both cases, but much more significantly for the B grades (castings "89" and "24"). For these flows, we thus go from the level "50 J / cm 2 " for 1000 ° C, instead of "22-24 J / cm 2 " for the casting "88" without B, to a resilience level from 100 to 125 J / cm 2 for final working temperatures between 920 and 880 ° C. Water cooling (forging at 890 ° C) significantly improves E and a little R, without reducing the resilience, this for the two flows "19" without B and "24" with B. The possible influence of "strong If ", with perhaps an increase in E and R and a limited decrease in resilience (comparison of castings" 89 "and" 24 "for forgings at 900 ° C on the one hand and at 920 and 880 ° C on the other hand), does not seem annoying and we withdraw from these tests the teaching that the Si content of the steel of the invention can be limited to 1.0% and preferably to 0.9%.
2ëme série d'essais Cette série d'essais concerne l'influence de variations analytiques sur Mn, C, Si, V, cette dernière étant testée sur la nuance de comparaison sans B (coulée "18").2nd series of tests This series of tests concerns the influence of analytical variations on Mn, C, Si, V, the latter being tested on the nuance of comparison without B (casting "18").
Les 5 coulées du bas du Tableau I ont été utilisées ainsi que les 3 coulées "19" "89" et "24" déjà utilisées dans la 1ère série d'essais. La méthode de transformation à chaud est la même que dans la 1ère série d'essais, la température de forgeage- rapide ou corroyage final à chaud est de 880 à 900°C, les refroidissements sont faits sous vermiculite. Ces essais dont les résultats apparaissent dans le tableau V sont pour une part une confirmation de la 1ère série d'essais.The 5 flows at the bottom of Table I were used as well as the 3 flows "19""89" and "24" already used in the 1st series of tests. The hot transformation method is the same as in the 1st series of tests, the rapid forging or final hot working temperature is 880 to 900 ° C, the cooling is done under vermiculite. These tests, the results of which appear in Table V, are in part a confirmation of the 1st series of tests.
La variation de la teneur en Si de 0,24% (coulée "26") à 0,87% (coulée "24") ne semble pas ici affecter de façon importante les caractéristiques mécaniques. La teneur en C faible (0,062% coulée "25") donne dans ces conditions de corroyage à chaud des caractéristiques "E" et "R" plus faibles, mais encore d'un bon niveau, et la resilience est améliorée. Enfin, l'abaissement de la teneur en Mn à 3,5% et à 3% entraîne un abaissement progressif des caractéristiques E, R et KCU surtout sensible pour E et la resilience KCU : celle-ci pour 3% Mn est comparable à celle obtenue avec un acier à 4% Mn sans B. (coulée "19").The variation in the Si content from 0.24% (casting "26") to 0.87% (casting "24") does not seem to have a significant effect on the mechanical properties. The low C content (0.062% casting "25") gives under these hot working conditions characteristics "E" and "R" lower, but still of a good level, and the resilience is improved. Finally, the lowering of the Mn content to 3.5% and to 3% leads to a gradual lowering of the E, R and KCU characteristics, especially sensitive for E and the KCU resilience: this for 3% Mn is comparable to that obtained with 4% Mn steel without B. (casting "19").
L'addition de V, qui ii'a pas d'interférence avec l'addition de B et est testée dans la coulée "18" avec 4% Mn sans B, n'a pas d'effet sensible dans cet état brut de corroyage à chaud.The addition of V, which has no interference with the addition of B and is tested in casting "18" with 4% Mn without B, has no appreciable effect in this raw state of wrought hot.
3ème série d'essais3rd series of tests
Cette troisième série d'essais concerne l'influence d'un traitement thermique de revenu sur les caractéristiques mécaniques des produits bruts de corroyage à chaud.This third series of tests relates to the influence of an annealing heat treatment on the mechanical characteristics of the raw products of hot working.
Les barres de section droite 25 x 25 mm refroidies sous vermiculite après le forgeage final à chaud, barres obtenues dans les deux séries d'essais précédentes, y sont soumises à des revenus de durée 4 heures. Les températures de revenu et les caractéristiques mécaniques obtenues sont portées dans le tableau VI. L'influence du revenu est déterminée par comparaison entre les caractéristiques après revenu (tableau VI) et celles avant revenu (tableau IV ou tableau V) , pour chaque coulée et pour la même température finale de forgeage (T.). La température du revenu (T ) varie de 500 à 650°C pour 2 lots forgés à 1000°C (coulées "88" et "89"), et est de 450°C et de 500°C pour les autres lots qui sont forgés à 880°C ou 900°C. L'étude de ces résultats montre que, pour les coulées à 4% Mn sans B et pour les coulées avec B :The 25 x 25 mm straight section bars cooled under vermiculite after the final hot forging, bars obtained in the two preceding series of tests, are subjected to incomes therefrom lasting 4 hours. The tempering temperatures and the mechanical characteristics obtained are given in Table VI. The influence of the income is determined by comparison between the characteristics after income (Table VI) and those before income (Table IV or Table V), for each casting and for the same final forging temperature (T.). The tempering temperature (T) varies from 500 to 650 ° C for 2 batches forged at 1000 ° C (castings "88" and "89"), and is 450 ° C and 500 ° C for the other batches which are forged at 880 ° C or 900 ° C. The study of these results shows that, for flows at 4% Mn without B and for casting with B:
- la limite élastique E est améliorée, surtout pour la température de revenu la plus faible testée c'est-à-dire 450°C ; l'amélioration est particulièrement importante dans le cas de l'addition de 0,1% V (coulée "18") ;- The elastic limit E is improved, especially for the lowest tempering temperature tested, that is to say 450 ° C; the improvement is particularly significant in the case of the addition of 0.1% V (casting "18");
- la charge de rupture R est abaissée dans tous les cas, elle diminue quand la température de revenu augmente ;- the breaking load R is lowered in all cases, it decreases when the tempering temperature increases;
- l'allongement augmente de 10-11% à 15-16%, sauf pour les teneurs les plus faibles en Mn : coulées "36" et "37" auxquelles correspondent un meilleur allongement à l'état brut de forgeage, cet allongement est alors faiblement amélioré par le revenu à 450 ou 500°C ;- the elongation increases from 10-11% to 15-16%, except for the lowest Mn contents: castings "36" and "37" to which correspond a better elongation in the raw forging state, this elongation is then slightly improved by tempering at 450 or 500 ° C;
- la resilience est souvent peu modifiée par le revenu à 450°C et abaissée par le revenu à 500°C : c'est le cas des coulées à 4%Mn "19", "18", "26" et "25". La coulée "24" (4% Mn + B fort Si) donne une resilience abaissée dès le revenu à 450°C. Les barres de la coulée "37" à 3% Mn + B ont leur resilience fortement améliorée par le revenu à 450-500°C : elles passent d'une resilience moyenne de l'ordre de 70 J/cm2 à l'état brut de forgeage (tableau V) à une resilience de l'ordre de 110-120 J/cm2 après revenu à 450 ou 500°C (tableau VI). La coulée "36" à 3,5% Mn +B a un comportement intermédiaire : la resilience moyenne des barres obtenues passe de 80-- the resilience is often little modified by tempering at 450 ° C and lowered by tempering at 500 ° C: this is the case with 4% Mn "19", "18", "26" and "25" flows . The flow "24" (4% Mn + B strong Si) gives a resilience lowered from the tempering to 450 ° C. The bars of the "37" casting at 3% Mn + B have their resilience greatly improved by tempering at 450-500 ° C: they pass from an average resilience of the order of 70 J / cm 2 to the state crude forging (table V) at a resilience of the order of 110-120 J / cm 2 after tempering at 450 or 500 ° C (table VI). The "36" casting at 3.5% Mn + B has an intermediate behavior: the average resilience of the bars obtained goes from 80-
85 J/cm2 à l'état brut de forgeage à environ 90 J/cm2 après revenu à 450°C ou à 500°C. Enfin les barres des coulées "88" et "89" forgées à 1000°C et ayant une resilience faible à l'état brut de forgeage ont leur resilience améliorée dès la température de revenu de 500°C, cela surtout pour les barres de la coulée "88" sans B qui ont une resilience particulièrement faible à l'état brut de forgeage. Mais la resilience de ces barres "88" et "89" n'est fortement améliorëe qu'après le revenu à 650°C, et on a alors des caractéristiques mécaniques (E,R) trop faibles vis-à-vis du besoin étudié (cas des barres prétraitées) .85 J / cm 2 in the raw forging state at around 90 J / cm 2 after tempering at 450 ° C or 500 ° C. Finally, the bars of the "88" and "89" castings forged at 1000 ° C and having a low resilience in the raw forging state have their improved resilience from the tempering temperature of 500 ° C, especially for the bars of the casting "88" without B which have a particularly low resilience in the raw forging state. However, the resilience of these bars "88" and "89" is only greatly improved after tempering at 650 ° C., and we then have mechanical characteristics (E, R) which are too weak vis-à-vis the need studied. (case of pretreated bars).
D'après tous ces résultats, seules les barres ayant les caractéristiques mécaniques les plus élevées à l'état b'rut de corroyage à chaudbarres à 4% Mn ayant subi un forgeage final nettement en-dessous de 950°C (à 880°C)- ont leur resilience abaissée par le revenu à 500°C, le compromis (E,R,KCU) obtenu alors pour des barres telles que "24" et "26" pouvant être intéressant pour certaines applications : E particulièrement élevé, resilience supérieure à 70 J/cm2.According to all these results, only the bars having the highest mechanical characteristics in the b'rut state of hot working, bars at 4% Mn having undergone final forging clearly below 950 ° C (at 880 ° C ) - have their resilience lowered by tempering to 500 ° C, the compromise (E, R, KCU) obtained then for bars such as "24" and "26" can be interesting for certain applications: E particularly high, resilience greater than 70 J / cm 2 .
Ces essais de revenu confirment l'importance de la conduite du corroyage à chaud, avec un corroyage final suffisant en-dessous de 950°C et mieux en-dessous de 900°C, pour obtenir des caractéristiques mécaniques élevées, aussi bien à l'état revenu qu'à l'état brut de corroyage à chaud.These tempering tests confirm the importance of carrying out the hot working, with a final working sufficient below 950 ° C. and better still below 900 ° C., to obtain high mechanical characteristics, both at state returned to the rough state of hot working.
Les résultats du tableau VI suggèrent que des revenus entre 450 et 650°C environ peuvent être intéressants en préalable à un étirage à froid ou à tiède ou à une conformation à froid ou à tiède (par exemple entre 100 et 300°C) . Ces corroyages à froid ou à tiède permettent alors de rehausser E et R.The results in Table VI suggest that tempering between about 450 and 650 ° C may be advantageous prior to cold or warm drawing or cold or warm conformation (for example between 100 and 300 ° C). These cold or lukewarm treatments then make it possible to enhance E and R.
L'ensemble des résultats montre aussi qu'une température plus faible que 450°C, au minimum 400°C, peut dans certains cas être préférable pour le revenu. De façon typique, pour les coulées selon l'invention laminées ou forgées en final en-dessous de 950°C et ayant une teneur en Mn supérieure à 3,6 %, teneur de préférence comprise entre 3,6 et 4,3%, l'intervalle de températures de revenu 400-475°C est spécialement intéressant pour améliorer la limite élastique et l'allongement sans trop diminuer la charge de rupture et la resilience, tandis que l'intervalle 475-600°C est spécialement intéressant lorsqu'on fait après le revenu une déformation ou une conformation à froid.The set of results also shows that a temperature lower than 450 ° C, at least 400 ° C, may in some cases be preferable for tempering. Typically, for the castings according to the invention laminated or final forged below 950 ° C. and having an Mn content greater than 3.6%, content preferably between 3.6 and 4.3%, the tempering temperature range 400-475 ° C is especially useful for improving the yield strength and elongation without greatly reducing the breaking load and resilience, while the range 475-600 ° C is particularly useful when after the tempering, a cold deformation or conformation is made.
4ème série d'essais4th series of tests
Ces essais portent sur le remplacement éventuel du bore par le titane. L'effet surprenant du B sur la resilience de l'acier étudié étant probablement dû à son action sur l'azote, il était intéressant d'étudier si le titane, agent dénitrurant, avait aussi un effet.These tests relate to the possible replacement of boron by titanium. As the surprising effect of B on the resilience of the steel studied is probably due to its action on nitrogen, it was interesting to study whether titanium, a denitriding agent, also had an effect.
Les coulées de laboratoire réalisées (tableau II) sont de 3 sortes : des coulées à 4% Mn + B, des coulées à 4% Mn avec additions de Ti échelonnées, et une coulée de comparaison du type "35CD4" (norme AFNOR NF A35-557) .The laboratory flows carried out (table II) are of 3 kinds: flows at 4% Mn + B, flows at 4% Mn with staggered Ti additions, and a comparison flow of the "35CD4" type (AFNOR NF A35 standard -557).
Les lingotins des coulées à 4% Mn ont d'abord été transformés en barres carrées de section droite 50 x 50 mm par forgeage à 1000°C, puis refroidis à l'air. Ils ont ensuite subi un forgeage contrôlé selon les étapes suivantes : chauffage à 1150°C, début et fin de forgeage à 900°C, le forgeage de chaque lingotin durant 90 s environ et la section droite obtenue étant un carré de 25 x 25 mm (le rapport défini précédemment est alors de 4), puis refroidissement sous
Figure imgf000015_0001
verjiiculite à partir de 750°C environ. La caracterisation mécanique (tableau VII) a été faite à l'état brut de forgeage. Le lingotin de la coulée n°18 de comparaison (AFNOR "35CD4 ou encore AISI 4137) a été forgé en carré de 25x25 mm à 1100°C et refroidi à l'air, puis a subi le traitement thermique classique suivant : austénitisation 30 mn à 850°C trempe huile revenu 4 h à 575°C les caractéristiques mécaniques portées dans le tableau VII correspondent à l'état trempé-revenu ainsi obtenu.
The ingots of the 4% Mn castings were first transformed into square bars of cross section 50 x 50 mm by forging at 1000 ° C, then cooled in air. They then underwent a controlled forging according to the following stages: heating to 1150 ° C., beginning and end of forging at 900 ° C., the forging of each ingot for approximately 90 s and the cross section obtained being a square of 25 × 25 mm (the ratio defined previously is then 4), then cooling under
Figure imgf000015_0001
verjiiculite from around 750 ° C. The mechanical characterization (table VII) was made in the raw state of forging. The ingot of comparison n ° 18 (AFNOR "35CD4 or AISI 4137) was forged into a 25x25 mm square at 1100 ° C and air-cooled, then underwent the following conventional heat treatment: austenitization 30 min at 850 ° C. quenching oil quenched for 4 h at 575 ° C. the mechanical characteristics given in table VII correspond to the quenched-quenched state thus obtained.
L'examen du tableau VII et du tableau II conduit aux conclusions suivantes :Examination of Table VII and Table II leads to the following conclusions:
- l'addition de Ti a un effet optimal sur la resilience pour 0,03% Ti, mais cet effet est nettement plus faible aux niveaux de 0,05% et de 0,015% Ti, et par ailleurs les caractéristiques R et E obtenues wsont plus faibles que dans le cas de l'addition de B (coulées "100" et "101")- the addition of Ti has an optimal effect on the resilience for 0.03% Ti, but this effect is clearly weaker at the levels of 0.05% and 0.015% Ti, and moreover the R and E characteristics obtained w are lower than in the case of the addition of B (flows "100" and "101")
- le réglage de la teneur en Ti pour obtenir l'effet recherché paraît donc difficile, et l'addition de B est préférable à l'addition de Ti pour l'application industrielle.- Adjustment of the Ti content to obtain the desired effect therefore seems difficult, and the addition of B is preferable to the addition of Ti for industrial application.
Ces résultats tendent à conforter ici l'hpothèse d'une action dénitrurante de Ti ou tout au moins d'une action semblable à celle de B, il est intéressant en pratique d'associer B et Ti en évitant les teneurs en Ti supérieures à 0,030% et en maintenant un minimum de teneur en B de 0,010%, avec la condition déjà indiquée plus haut :
Figure imgf000015_0002
These results tend to confirm here the hypothesis of a denitriding action of Ti or at least of an action similar to that of B, it is advantageous in practice to associate B and Ti while avoiding Ti contents greater than 0.030 % and maintaining a minimum B content of 0.010%, with the condition already indicated above:
Figure imgf000015_0002
- les coulées au "Mn+B" n°100 et 101 se comparent favorablement, dans leur état brut de forgeage, avec le témoin "35CD4"n°018 dans l'état trempé-revenu, en ce qui concerne les;*caractéristiques mécaniques à la température ambiante. Par contre, leur resilience à -50°C est un peu moins bonne. On a vérifié que cette resilience à -50°C était toutefois meilleure que celle d'un acier "42CD4" à 0,46%C trempê-revenu.- the castings at "Mn + B" n ° 100 and 101 compare favorably, in their raw forging state, with the witness "35CD4" n ° 018 in the quenched-tempered state, with regard to; * characteristics mechanical at room temperature. On the other hand, their resilience at -50 ° C is a little less good. It was verified that this resilience at -50 ° C was, however, better than that of a "42CD4" steel at 0.46% C quenched-income.
5ëme série d'essais5th series of tests
Elle porte sur les conditions de corroyage à chaud de grosses barres issues d'une coulée industrielle, et d'autre part sur l'amélioration de l'usinabilitë par adjonction de S et/ou de Te.It relates to the conditions of hot working of large bars from an industrial casting, and on the other hand to the improvement of the machinability by adding S and / or Te.
Dans une même coulée industrielle, on a fait 3 variantes analytiques (tableau III) . Les lingots obtenus ont été transformés par laminage à chaud en barres de diamètre 170 mm et de diamètre 105 mm. Les caractérisâtions mécaniques ont été faites à l'état brut de laminage puis après revenu 4h à 525°C, et des essais d'usinage ont été effectués dans ces deux états. Seules les analyses des portions de lingots ainsi caractérisées sont portées dans le tableau III. II y a en outre dans chacune des 3 variantes du calcium en teneur comprise entre 0,002 et 0,003%.In the same industrial casting, 3 analytical variants were made (Table III). The ingots obtained were transformed by hot rolling into bars with a diameter of 170 mm and a diameter of 105 mm. The mechanical characteristics were made in the raw rolling state and then after tempering for 4 hours at 525 ° C., and machining tests were carried out in these two states. Only the analyzes of the portions of ingots thus characterized are shown in Table III. There is also in each of the 3 variants calcium in a content of between 0.002 and 0.003%.
Les caractéristiques mécaniques et les résultats d'essais d'usinage figurent dans les tableaux VIII, IX et X.The mechanical characteristics and the results of machining tests are given in Tables VIII, IX and X.
Dans les 3 premières séries d'essais faites à partir des coulées de laboratoire du tableau I, on a constaté l'influence importante du corroyage final effectué en-dessous de 950°C, en l'occurrence un forgeage rapide exécuté à des températures initiales comprises selon les cas entre 950 et 880°C, le rapport de réduction de section endessous de 950°C étant alors toujours égal à 402/252 = 2,56.
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In the first 3 series of tests made from the laboratory castings in Table I, we noted the significant influence of the final working carried out below 950 ° C, in this case a rapid forging performed at initial temperatures included as appropriate between 950 and 880 ° C, reduction of area of the report endessous 950 ° C being still equal to 40 2/25 2 = 2.56.
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Dans les essais présents, concernant des grosses barres, les conditions de corroyage à chaud sont fortement différentes :In the present tests, concerning large bars, the hot working conditions are very different:
- barres de ∅ 170 mm ("2P" et "9P") : chauffage à 1200°C et dégrossissage au blooming, finissant sur produit de section 191x200 mm ; puis laminage en cage à billettes, avec début à 1020°C, engagement du pré-ovale 150x200 mm à 910°C, engagement rond à 835°C et fin de laminage à 800°C environ ; le rapport sur cette grosse section est au moins égal au rapport entre
Figure imgf000016_0002
la section ovale 150x200 mm et la section circulaire ∅ 170 mm, c'est-à-dire au moins égal à environ 1,24.
- bars of ∅ 170 mm ("2P" and "9P"): heating to 1200 ° C and roughing in blooming, finishing on product with section 191x200 mm; then rolling in a billet cage, starting at 1020 ° C, engagement of the pre-oval 150x200 mm at 910 ° C, round engagement at 835 ° C and end of rolling at around 800 ° C; the ratio on this large section is at least equal to the ratio between
Figure imgf000016_0002
the oval section 150x200 mm and the circular section ∅ 170 mm, i.e. at least equal to approximately 1.24.
- barres de ∅ 105 mm ("1P" et "19P") : chauffage à 1200°C et dégrossissage au blooming, finissant sur produit de 160x164 mm, puis laminage débutant à 930-960°C, avec engagement du pré-ovale 120x160 mm à 920°C, engagement rond à 820°C environ, et fin du laminage vers 800°C ; le rapport est ici au moins égal au rapport entre la section ovale
Figure imgf000017_0001
120 x 160 mm et la section circulaire 0105 mm, et au plus égale au rapport entre la section 160 x 164 mm et cette même section circulaire 0 105 mm, ce rapport est donc compris entre 2,2 et 3.
Figure imgf000017_0002
- bars of ∅ 105 mm ("1P" and "19P"): heating to 1200 ° C and roughing in blooming, finishing on 160x164 mm product, then rolling starting at 930-960 ° C, with engagement of the pre-oval 120x160 mm at 920 ° C, round engagement at around 820 ° C, and end of rolling around 800 ° C; the ratio here is at least equal to the ratio between the oval section
Figure imgf000017_0001
120 x 160 mm and the circular section 0 105 mm, and at most equal to the ratio between the section 160 x 164 mm and this same circular section 0 105 mm, this ratio is therefore between 2.2 and 3.
Figure imgf000017_0002
Dans les deux cas, les barres ont été refroidies à l'air. Les caractéristiques mécaniques à l'état brut de laminage à chaud figurent dans le tableau VIII et les caractéristiques à l'état revenu 4h à 525°C figurent dans le tableau IX. On observe que les barres ∅ 105 mm sans addition de S ni de Te ont des caractéristiques d'un très bon niveau, avec une resilience à 20°C de 100-110 J/cm2. Les barres ∅ 170 mm sans doute moins corroyées en-dessous de 950°C ont une resilience plus faible du niveau de 70 J/cm2. La dureté est homogène dans la section des produits d'après les déterminations faites sur ∅ 170 mm à l'état revenu (tableau IX). Par contre la resilience est plus faible à mi-rayon que plus près de la surface, c'est-à-dire à seulement 12,5 mm ou 25,4 mm de cette surface.In both cases, the bars were air-cooled. The mechanical characteristics in the hot-rolled raw state are shown in Table VIII and the characteristics in the 4 hour tempered state at 525 ° C are shown in Table IX. It is observed that the bars ∅ 105 mm without addition of S or Te have characteristics of a very good level, with a resilience at 20 ° C of 100-110 J / cm 2 . Bars ∅ 170 mm undoubtedly less corrected below 950 ° C have a lower resilience of the level of 70 J / cm 2 . The hardness is homogeneous in the product section according to the determinations made on ∅ 170 mm in the tempered state (Table IX). On the other hand, the resilience is weaker at mid-radius than closer to the surface, that is to say only 12.5 mm or 25.4 mm from this surface.
La température de 525°C est mal adaptée pour le revenu de ces barres ∅ 170 mm dans le cas où on rechercherait de bonnes rësiliences à coeur.The temperature of 525 ° C. is ill suited for the income of these bars ∅ 170 mm in the event that good resilience is sought at heart.
Les essais précédents (tableau VI) montrent comment choisir les conditions de revenu pour optimiser les propriétés.The previous tests (Table VI) show how to choose the tempering conditions to optimize the properties.
Le tableau X regroupe les teneurs en certains éléments particulièrement importants pour l'usinabilitë (C, S, Te), les caractéristiques mécaniques, moyennes des résultats des tableaux VIII et IX (R, E, A%, Z%, KCU à +20°C) et le résultat du test d'usinage. La striction Z% lors de l'essai de traction est indiquée dans ces 3 tableaux en complément de l'allongement A%,caractest comme A% un critère intéressant de ductilité et de dêformabilitë.Table X groups the contents of certain elements particularly important for machinability (C, S, Te), the mechanical characteristics, averages of the results of Tables VIII and IX (R, E, A%, Z%, KCU at +20 ° C) and the result of the machining test. The Z% necking during the tensile test is indicated in these 3 tables in addition to the elongation A%, caractest as A% an interesting criterion of ductility and deformability.
Le tableau IX montre que la striction reste élevée au travers de la section droite des barres ∅ 170 mm repérés (2P) et (9P) . Le tableau X montre que dans le cas des barres (9P), d'allongement et de striction relativement faibles à l'état brut de laminage, le revenu à 525°C permet d'augmenter ces caractéristiques et d'obtenir un compromis de propriétés tout à fait intéressant, compte tenu de l'amélioration de l'usinabilitë.Table IX shows that the necking remains high across the cross section of the bars ∅ 170 mm marked (2P) and (9P). Table X shows that in the case of bars (9P), elongation and relatively weak necking in the raw rolling state, the tempering at 525 ° C. makes it possible to increase these characteristics and to obtain a very interesting compromise in properties, taking into account the improvement in machinability.
Essais d'usinageMachining tests
Les essais d'usinage, aboutissant aux résultats "VB30_0,3" portés dans le tableau X, consistent en des essais de tournage effectués selon la norme NF A 03-655 sur des échantillons de barres écroûtées de longueur 600 mm environ, par passes successives avec interruption d'au moins 5 minutes après chaque passe, dans les conditions de coupe suivantes :The machining tests, leading to the results "V B30 _ 0.3 " shown in table X, consist of turning tests carried out according to standard NF A 03-655 on samples of peeled bars of length approximately 600 mm, by successive passes with interruption of at least 5 minutes after each pass, under the following cutting conditions:
- avance 0,25 mm/tour - profondeur de passe 1,5- feed 0.25 mm / turn - depth of cut 1.5
- plaquette carbure SNUN 12-04-08 suivant dénomination ISO, carbure du type P20 suivant classification ISO des carbures.- SNUN carbide plate 12-04-08 according to ISO name, type P20 carbide according to ISO classification of carbides.
Le critère d'usinabilité choisi est le critère d'usure de l'outil VB30-0,3 selon la norme NF A 03-655, c'est-à-dire la vitesse de coupe conduisant à une usure en dépouille de 0,3 mm en 30 minutes.The machinability criterion chosen is the wear criterion of tool V B30-0.3 according to standard NF A 03-655, that is to say the cutting speed leading to wear in clearance of 0 , 3 mm in 30 minutes.
Les résultats portés dans le tableau X montrent l'influence des additions "S+Te" sur l'usinabilitë à l'état brut de laminage : influence déjà sensible pour 0,02% S et 0,005% Te (vitesse de coupe augmentée de 17,5%), influence beaucoup plus importante pour 0,067% S et 0,009% Te (185 m/mn comparé à 132 m/mn soit +40%).The results given in table X show the influence of the additions "S + Te" on the machinability in the raw rolling state: influence already sensitive for 0.02% S and 0.005% Te (cutting speed increased by 17 , 5%), much greater influence for 0.067% S and 0.009% Te (185 m / min compared to 132 m / min or + 40%).
Ils montrent aussi l'influence favorable du revenu sur l'usinabilitë se traduisant par une augmentation de vitesse de coupe comprise entre +20 et +40%.They also show the favorable influence of income on machinability, resulting in an increase in cutting speed of between +20 and + 40%.
On a reporté les valeurs typiques observées avec un acier "35CD4" selon norme AFNOR NF A 35-557, avec addition de soufre (S 0,03%) pour amélioration de l'usinabilitë. Cet acier est couramment utilise sous forme de barres prétraitées à l'état trempé-revenu.The typical values observed with a "35CD4" steel according to AFNOR standard NF A 35-557 have been reported, with addition of sulfur (S 0.03%) to improve machinability. This steel is commonly used in the form of pre-treated bars in the quenched-tempered state.
L'examen du tableau X permet de conclure que, même avec cette faible addition de S, les barres brutes de laminage selon l'invention donnent, avec une charge de rupture beaucoup plus élevée, une usinabilité aussi bonne que le "35CD4" traité. Et pour le même niveau de resilience mécanique et une teneur en "S+Te" comparable, les barres selon l'invention à l'état revenu s'usinent beaucoup mieux : c'est le cas des barres "9P" à l'état revenu à 525°C (tableau X) ou à une température un peu plus faible (450 à 500°C) de façon à avoir une charge de rupture R un peu plus élevée.Examination of Table X makes it possible to conclude that, even with this small addition of S, the rough rolling bars according to the invention give, with a much higher breaking load, a machinability as good as the "35CD4" processed. And for the same level of mechanical resilience and a comparable “S + Te” content, the bars according to the invention in the tempered state are machined much better: this is the case for the “9P” bars in the state returned to 525 ° C (Table X) or to a slightly lower temperature (450 to 500 ° C) so as to have a slightly higher breaking load R.
Sixième série d'essaisSixth series of tests
La sixième série d'essais concerne le laminage à chaud et le tréfilage d'un fil machine de diamètre 13 mm selon l'invention.The sixth series of tests relates to hot rolling and drawing of a 13 mm diameter machine wire according to the invention.
La couronne de fil machine (1 tonne) laminée au diamètre 13 mm provient de la portion de lingot "1P" de la coulée industrielle dont l'analyse figure dans le tableau III.The wire rod crown (1 ton) laminated to the diameter 13 mm comes from the ingot portion "1P" of industrial casting, the analysis of which is given in Table III.
Les conditions de laminage à chaud se résument comme suit : - ler laminage à chaud en billettes de section droite 108x108 mm et refroidissement - réchauffage à 1150-1200°C et laminage à chaud avec engagement du rond de diamètre 25 mm à 920°C et fin de laminage à 800-850°C au diamètre 13 mm avec mise en spires et refroidissement à l'air. - le rapport caractérisant le corroyage en-dessous de 950°C est
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au moins égal à
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The hot rolling conditions are summarized as follows: - hot rolling in billets of straight section 108x108 mm and cooling - reheating to 1150-1200 ° C and hot rolling with engagement of the round of diameter 25 mm at 920 ° C and end of rolling at 800-850 ° C with a diameter of 13 mm with winding and air cooling. - the ratio characterizing the wrinkling below 950 ° C is
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at least equal to
Figure imgf000019_0001
Les caractéristiques mécaniques à l'état brut de laminage et après revenu 4 h à 470°C figurent dans le tableau XI, ainsi que les caractéristiques du fil revenu-trëfilë après des passes successives de tréfilage. Après 4 passes de trëfilage, on atteint ainsi 165% d'allongement total ou allongement cumulé, et les caractéristiques mécaniques obtenues alors sont très intéressantes car elles associent une limite élastique à 0,2% "E" supérieure à 1000 MPa et une charge de rupture supérieure à 1100 MPa à une réserve de ductilité encore importante si l'on en juge par le coefficient de striction "Z%". Ce compromis de caractéristiques mécaniques est obtenu dès 70 à 80% d'allongement total, et les essais mécaniques complétés par des mesures de dureté Vickers à mi-rayon (les duretés portées dans le tableau XI sont les moyennes de 10 mesures) montrent que la qualité obtenue est excellente. Ces résultats de tréfilage montrent la bonne aptitude à la déformation à froid de l'acier de l'invention après revenu, et permettent de conclure que des barres ou fils de cette qualité peuvent être dressés ou étirés à froid ou "à tiède" à moins de 300°C, à des diamètres couramment compris entre 3,3 et 20 mm et pouvant aller jusqu'à 50 mm. Cette aptitude à la déformation à froid après revenu permet également des conformations par frappe à froid ou à tiède, ou par matriçage à froid ou à tiède, en particulier la fabrication de boulons, vis ou êcrous de hautes caractéristiques mécaniques. The mechanical characteristics in the raw rolling state and after tempering for 4 h at 470 ° C. are shown in Table XI, as well as the characteristics of the tempered-drawn wire after successive passes of drawing. After 4 wire drawing passes, 165% of total elongation or cumulative elongation is thus reached, and the mechanical characteristics obtained then are very advantageous since they combine an elastic limit at 0.2% "E" greater than 1000 MPa and a load of rupture greater than 1100 MPa at a still significant ductility reserve if we judge by the necking coefficient "Z%". This compromise in mechanical characteristics is obtained from 70 to 80% of total elongation, and the mechanical tests supplemented by Vickers hardness measurements at mid-radius (the hardnesses given in table XI are the means of 10 measurements) show that the quality obtained is excellent. These wire drawing results show the good ability to cold deformation of the steel of the invention after tempering, and make it possible to conclude that bars or wires of this quality can be straightened or drawn cold or "warm" unless 300 ° C, diameters commonly between 3.3 and 20 mm and up to 50 mm. This aptitude for cold deformation after tempering also allows conformations by cold striking or lukewarm, or by cold or lukewarm stamping, in particular the manufacture of bolts, screws or nuts with high mechanical characteristics.
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Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication de barres ou de fil machine en acier présentant après corroyage à chaud et refroidissement une structure bainitique et des caractéristiques mécaniques (R, E, KCU) élevées :1. Method of manufacturing bars or steel wire rod having after hot working and cooling a bainitic structure and high mechanical characteristics (R, E, KCU):
- charge de rupture R ≥ 1000 MPa - limite élastique à 0,2% E ≥ 600 MPa -_-rêlisience KCU à 20% ≥ 60 J/cm2 caractérisé en ce qu'on élabore un acier contenant en % en masse :- breaking load R ≥ 1000 MPa - elastic limit at 0.2% E ≥ 600 MPa -_- KCU reflectance at 20% ≥ 60 J / cm 2 characterized in that a steel is produced containing in% by mass:
- C 0,07 à 0,13% ; Mn 3,0 à 4,5% ; Si 0,1 à 1,0% ; Nb 0,03 à 0,12% ; B et/ou Ti satisfaisant à l'une ou l'autre des deux conditions suivantes :
Figure imgf000032_0001
b) Ti ≤0,010% et B = 0,0020 à 0,0080% ;
- C 0.07 to 0.13%; Mn 3.0 to 4.5%; If 0.1 to 1.0%; Nb 0.03 to 0.12%; B and / or Ti satisfying one or the other of the two following conditions:
Figure imgf000032_0001
b) Ti ≤0.010% and B = 0.0020 to 0.0080%;
N ≤ 0,015%; Ni+Cr+Mo+Cu ≤ 1,0% ; Al≤ 0,08% ; S ≤ 0,090% ; Te≤ 0,015%; P ≤ 0,020% ; autres éléments et Fe : le solde ; et en ce que la fin du corroyage à chaud est effectuée en-dessous de 950°C.N ≤ 0.015%; Ni + Cr + Mo + Cu ≤ 1.0%; Al≤ 0.08%; S ≤ 0.090%; Te≤ 0.015%; P ≤ 0.020%; other elements and Fe: the balance; and in that the end of the hot working is carried out below 950 ° C.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acier élaboré contient :2. Method according to claim 1, characterized in that the steel produced contains:
- C 0,08 à 0,11% ; Mn 3,1 à 4,3% ; Si 0,2 à 0,9% ; Nb 0,05 à 0,10% ; B 0,0030 à 0,0070% ; N 0,003 à 0,010% ; Ni + Cr + Mo + Cu≤ 0,8 % ; Al 0,02 à 0,07% ; S ≤0,090% ; Te≤0,015% ; P≤ 0,015% ; autres éléments et Fe : le solde.- C 0.08 to 0.11%; Mn 3.1 to 4.3%; If 0.2 to 0.9%; Nb 0.05 to 0.10%; B 0.0030 to 0.0070%; N 0.003 to 0.010%; Ni + Cr + Mo + Cu≤ 0.8%; Al 0.02 to 0.07%; S ≤0.090%; Te≤0.015%; P≤ 0.015%; other elements and Fe: the balance.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'acier élaboré contient 3,1 à 3,6% Mn.3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the steel produced contains 3.1 to 3.6% Mn.
4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les barres en acier obtenues ont une charge de rupture R ≥ 1100 MPa, une limite élastique E ≥ 750 MPa et une resilience KCU ≥ 70J/cm2, caractérisé en ce que l'acier élaboré contient 3,6 à 4,3% Mn et S + Te ≤ 0,015%.4. Method according to claim 2, in which the steel bars obtained have a breaking load R ≥ 1100 MPa, an elastic limit E ≥ 750 MPa and a resilience KCU ≥ 70J / cm 2 , characterized in that the steel produced contains 3.6 to 4.3% Mn and S + Te ≤ 0.015%.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'acier élaboré contient S = 0,015 à 0,090% et Te ≤ 0,015% avec S+Te = 0,020 à 0,090%. 5. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the steel produced contains S = 0.015 to 0.090% and Te ≤ 0.015% with S + Te = 0.020 to 0.090%.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les barres obtenues ont un diamètre ou une épaisseur compris entre 80 et 210 mm, caractérisé en ce que la fin du corroyage à chaud est effectuée entre 950°C et 700°C et produit une réduction de section de rapport supérieur à 1,2, "S" étant la section droite
Figure imgf000033_0001
avant le début duS corroyage en-dessous de 950°C et "s" étant la section droite obtenue à la fin duecorroyage.
6. Method according to any one of claims 1 to 5, wherein the bars obtained have a diameter or a thickness between 80 and 210 mm, characterized in that the end of the hot working is carried out between 950 ° C and 700 ° C and produces a reduction in section ratio greater than 1.2, "S" being the cross section
Figure imgf000033_0001
before the start of the S wrought below 950 ° C and "s" being the cross section obtained at the end of the wrought.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les barres obtenues ont un diamètre ou une épaisseur compris entre 20 et 80 mm, caractérisé en ce que la fin du corroyage est effectuée entre 950 et 700°C et produit une réduction de section de rapport supérieur à 1,5.
Figure imgf000033_0003
7. Method according to any one of claims 1 to 5, in which the bars obtained have a diameter or a thickness between 20 and 80 mm, characterized in that the end of the working is carried out between 950 and 700 ° C and product a ratio section reduction greater than 1.5.
Figure imgf000033_0003
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les barres ou les fils machines obtenus ont un diamètre ou une épaisseur compris entre 4 et 50 mm, caractérisé en ce que la fin du corroyage à chaud est effectuée entre 950 et 600°C et produit une réduction de section de rapport supérieur à 2.
Figure imgf000033_0002
8. Method according to any one of claims 1 to 5, in which the bars or machine wires obtained have a diameter or a thickness of between 4 and 50 mm, characterized in that the end of the hot working is carried out between 950 and 600 ° C and produces a reduction in section ratio greater than 2.
Figure imgf000033_0002
9. Procédé selon-d'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les barres ou les fils machine bruts de corroyage à chaud subissent un revenu de température comprise entre 400°C et 650°C avec un temps de maintien à température compris entre 2h et 8h.9. Method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the bars or raw machine wires of hot working undergo a tempering between 400 ° C and 650 ° C with a holding time at temperature between 2h and 8h.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérise en ce que les barres ou les fils machine obtenus, de diamètre ou épaisseur compris entre10. The method of claim 9, characterized in that the bars or machine wires obtained, of diameter or thickness between
4 et 50 mm sont ensuite étirés ou dressés à froid ou à tiède à température inférieure à 300°C.4 and 50 mm are then stretched or straightened cold or warm at a temperature below 300 ° C.
11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les barres ou les fils machine obtenus, de diamètre ou épaisseur compris entre11. Method according to claim 9, characterized in that the bars or machine wires obtained, of diameter or thickness between
4 et 50 mm sont tréfilés à froid ou à tiède à température inférieure à 300°C avec un allongement total inférieur ou égal à 200%.4 and 50 mm are cold or warm drawn at a temperature below 300 ° C with a total elongation less than or equal to 200%.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les barres ou fils machine obtenus par corroyage à chaud suivi d'un revenu, avec éventuellement un étirage, un dressage ou un tréfilage avant ou après le revenu, de diamètre ou épaisseur alors compris entre 3,3 et 50 mm, sont transformés par mise en forme à froid, ou à tiède à température inférieure à 300°C en boulons,vis ou écrous.12. Method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the bars or machine wires obtained by hot working followed by tempering, possibly with drawing, straightening or a wire drawing before or after tempering, of diameter or thickness then between 3.3 and 50 mm, are transformed by cold forming, or warm at temperature below 300 ° C into bolts, screws or nuts.
13. Barre, fil machine ou pièce conformée en acier de structure bainitique contenant en % en masse :13. Rod, wire rod or shaped piece of bainitic structure steel containing in% by mass:
- C 0,07 à 0,13% ; Mn 3,0 à 4,5% ; Si 0,1 à 1,0% ; Nb 0,03 à 0,12% ; B et/ou Ti satisfaisant à l'une ou l'autre des deux conditions suivantes :
Figure imgf000034_0001
b) Ti ≤ 0,010% et B = 0,0020 à 0,0080%
- C 0.07 to 0.13%; Mn 3.0 to 4.5%; If 0.1 to 1.0%; Nb 0.03 to 0.12%; B and / or Ti satisfying one or the other of the two following conditions:
Figure imgf000034_0001
b) Ti ≤ 0.010% and B = 0.0020 to 0.0080%
N≤ 0,015% ; Ni+Cr+Mo+Cu ≤ 1,0% ; Al ≤ 0,08% ; S ≤ 0,090% ; Te ≤ 0,015% ; P ≤ 0,0020% ; autres éléments et Fe : le solde.N≤ 0.015%; Ni + Cr + Mo + Cu ≤ 1.0%; Al ≤ 0.08%; S ≤ 0.090%; Te ≤ 0.015%; P ≤ 0.0020%; other elements and Fe: the balance.
14. Barre, fil machine ou pièce conformée selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il a comme caractéristiques mécaniques :14. Bar, wire rod or shaped part according to claim 11, characterized in that it has as mechanical characteristics:
- charge de rupture R ≥ 900 MPa - limite élastique E ≥ 600 MPa- breaking load R ≥ 900 MPa - elastic limit E ≥ 600 MPa
- resilience à 20°C KCU ≥ 60J/cm2 - resilience at 20 ° C KCU ≥ 60J / cm 2
15. Barre ou fil machine ou pièce conformée selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il contient en % en masse : C 0,08 à 0,11% ; Mn 3,6 à 4,3% ; Si 0,2 à 0,9% ; Nb 0,07 à 0,11% ; B 0,0030 à 0,0070 ; N 0,003 à 0,010% ; Ni+Cr+Mo+Cu ≤ 1,0% ; Al 0,02 à 0,07% ; S ≤ 0,090%; Te ≤ 0,015% ; P ≤ 0,015% ; autres éléments et Fe : le solde, et en ce qu'il a comme caractéristiques mécaniques :15. Rod or wire rod or shaped part according to claim 13, characterized in that it contains in% by mass: C 0.08 to 0.11%; Mn 3.6-4.3%; If 0.2 to 0.9%; Nb 0.07 to 0.11%; B 0.0030 to 0.0070; N 0.003 to 0.010%; Ni + Cr + Mo + Cu ≤ 1.0%; Al 0.02 to 0.07%; S ≤ 0.090%; Te ≤ 0.015%; P ≤ 0.015%; other elements and Fe: the balance, and in that it has mechanical characteristics:
- charge de rupture R ≥ 1100 MPa - limite élastique E ≥ 750 MPa- breaking load R ≥ 1100 MPa - elastic limit E ≥ 750 MPa
- resilience à 20°C KCU≥ 70J/cm2.- resilience at 20 ° C KCU≥ 70J / cm 2 .
16. Barre, fil machine ou pièce conformée selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il ou. elle contient en % en masse :16. Bar, wire rod or shaped part according to any one of claims 12 to 14, characterized in that it or. it contains in% by mass:
S 0,015 à 0,090% et Te ≤ 0,015% avec S+Te = 0,020 à 0,090%.S 0.015 to 0.090% and Te ≤ 0.015% with S + Te = 0.020 to 0.090%.
17. Boulon, vis ou écrou selon l'une quelconque des revendications 12 à 15.17. Bolt, screw or nut according to any one of the claims 12 to 15.
18. Barre, fil machine ou pièce conformée obtenus par le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 12. 18. Bar, wire rod or shaped part obtained by the process of any one of claims 1 to 12.
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