Brevet FR2106544A1 — publié le 19720505

La présente invention concerne un produit en acier plat pour profilés légers en acier, présentant une limite élastique de préférence supérieure à 36 kg/mm2 et destiné notamment à la fabrication de profilés pliés à froid et de profilés tubulaires soudés longitudinalement constitués par des aciers à haute résistance mécanique. La nécessité d'obtenir des poids encore réduits et de tirer un meilleur profit de la matière dans le cas de profilés en aciers légers pliés à froid oblige à mettre au point et à utiliser des aciers à résistance mécanique accrue, susceptibles d'être soudés et résistant à la rupture par fragilité. Dans ce cas l'accroissement de la limite élastique et par conséquent de la résistance mécanique est soumis à certaines limites par suite de la fissuration se produisant en cas de profilage à froid de l'acier lors duquel la matière subit une contrainte de flexion en direction transversale avec de faibles rayons de pliage r = 1,5 à 2 . s (s - épaisseur du feuillard).D'après l'état actuel des connaissances on peut conférer à l'acier une ténacité suffisante en direction transversale pour le profilage en rendant non seulement la surface du feuillard ou des tôles aussi exempte de défauts que possible mais en lui assurant encore une structure pauvre en perlite (C = 0,10 %), une faible grosseur de grain et peu de structure linéaire ainsi qu'un faible degré de contamination par des inclusions non métalliques. Etant donné que dans le cas d'aciers non alliés pauvres en perlite la limite élastique est évidemment basse, on a été amené à mettre à profit les propriétés renforçantes du niobium incorporé dans des aciers doux non alliés. Ainsi on peut chaque fois par addition de 0,01 % de niobium accroitre la limite élastique d'environ 4 kg/mm2 et la résistance à la rupture de 2 kg/mm2. Le fait d'accroître la teneur en carbone ou d'ajouter d'autres éléments d'alliage susceptibles d'élever le carbone équivalent, afin d'obtenir une résistance et une limite élastique plus élevées, entraîne à son tour un accroissement nuisible de la teneur en perlite et ces mesures ne peuvent d'ailleurs être prises que jusqu'à concurrence de certaines valeurs connues pour lesquelles une soudabilité satisfaisante subsiste encore. Ceci concerne tant le soudage suivant un Joint longitudinal en cas de fabrication de profilés tubulaires que le soudage d'assemblage d'éléments de construction. Il est en outre connu d'éviter les difficultés du profilage à froid d'aciers à haute résistance mécanique en soumettant des aciers susceptibles d'être profilés à froid, après profilage, à un traitement thermique de renforcement. Des traitements thermiques supplémentaires aussi bien que des additions d'alliage entraînent des frais supplémentaires sans permettre d'obtenir un accroissement vraiment décisif de la résistance mécanique et de la limite élastique pour une facilité suffisante de façonnage à froid.En outre, dans le cas du traitement thermique destiné à accroître la résistance mécanique après le profilage à froid, il se produit à la suite du soudage une diminution des valeurs de résistance dans la zone de soudage puisque l'effet du traitement thermique est annulé par le soudage. Déjà dans le cas du profilage à froid de l'acier de construction à haute résistance mécanique connu sous la désignation St 52 et qui présente une limite élastique d'au moins 36 kg/mm2 et une composition chimique comprenant 0,20 % de C et 1,20 à 1,50 % de Mn il se présente des difficultés lorsqu'il s'agit de façonner des feuillards d'acier à froid sous forme de profilés de construction légers. Ces difficultés s'accentuent encore lorsque la limite élastique et la résistance mécanique sont encore accrues par exemple jusqu'à 45 kg/mm2 pour la première et à 60 kg/mm2 pour la seconde, c'est-à-dire lorsqu'il s'agit d'utiliser pour des profilés de construction légers pliés à froid un type d'acier dont on se sert déjà courramment en tant que profilés d'acier laminé dans des constructions en acier. La difficulté que présente le profilage à froid de ces aciers à haute résistance mécanique se manifeste par le fait que le matériau se fissure sur le côté de traction du profilé plié à froid, cette fissuration étant due notamment à l'anisotropie du feuillard d'acier dans sa direction longitudinale ou transversale par rapport au sens de laminage. Etant donné que l'accroissement de la ténacité d'un acier met obstacle à l'élévation de sa limite élastique et de sa résistance mécanique, on est obligé dans le cas des matériaux en acier jusqu'ici utilisés pour des profilés de construction légers pliés à froid d'accepter des compromis, l'élévation des valeurs de résistance mécanique étant soumise à certaines limites. De plus, la résistance à la rupture fragile est encore influencée de façon défavorable par le façonnage à froid. La présente invention a pour objet d'élargir le domaine d'application de profilés en acier légers à haute résistance mécanique et de réduire la quantité de matériau utilisé dans la construction légère en acier. Elle vise d'autre part à éviter les inconvénients qui se présentent lors du façonnage d'aciers à haute résistance mécanique sous forme de profilés en acier légers pliés à froid et à fabriquer un produit en acier plat à haute résistance mécanique qui possède de bonnes propriétés de déformation et de soudage, ce produit présentant en outre une surface à résistance accrue à la corrosion et, étant sus- ceptible de subir un traitement d'amélioration superficielle. Ce résultat est obtenu suivant la présente invention par le fait que le produit en acier plat est constitué par deux couches d'acier différentes par leur composition chimique et leurs propriétés physiques, la transition entre les deux couches étant homogène. La couche extérieure de cet acier composite se compose d'un acier à faible teneur en carbone, de préférence 0,10 %, et présentant une structure pauvre en perlite. La couche intérieure est par contre formée d'un acier à haute résistance mécanique.La proportion de la couche extérieure douce, rapport à la section totale, peut être choisie à volonté entre 25 et 35 *. Une soudabilité satisfaisante et économiquement acceptable du produit en acier plat est obtenue lorsque les bords du feuillard d'acier qui, après avoir été façonnés sous forme d'un profilé fermé, doivent être reliés par soudage suivant un joint longitudinal sont constitués par une matière facile à souder. Compte tenu de ce qui vient d'être observé quant à la facilité de profilage à froid et de soudage, la composition de la matière constitutive de la couche extérieure doit être choisie à peu près de la façon suivante C P 0,10% ; Si =0,25 à 0 > 35 ; fln = 0,40 à 0,60 i i P et S chacun 0,050 % au maximum. La composition de la couche intérieure peut etre choisie à volonté et ce essentiellement en fonction des valeurs de résistance mécanique requises et d'autres caractéristiques de la matière, en tenant compte de la facilité de soudage du produit en acier plat destiné au soudage d'assemblage. Une résistance accrue à la corrosion de profilés en acier légers à haute résistance mécanique peut être obtenue lorsque la couche extérieure du produit en acier plat est constituée par un acier peu sujet à la corrosion et qui présente de préférence la composition suivante C = 0,10 % au maximum ; Si = 0,25 à 0,50 % Mn 3 0,25 à 0,50-% ; P w 0,50 à 0,10 % ~i S = 0,04 % au maximum ; Cu = 0,25 à 0,80 % Cr = 0,60 à 0,80 % ;Al = 0,02 % au minimum Dans ce cas la couche intérieure est également réalisée en un acier à haute résistance mécanique. Il est en outre possible d'utiliser pour la couche extérieure un acier particulièrement apte à subir le traitement d'amélioration superficielle. La présente invention a pour avantage que les fissures se produisant jusqu'ici lors du profilage à froid d'aciers à haute résistance mécanique sur le c8té de traction du feuillard d'acier plié à froid peuvent être évitées puisque la couche extérieure soumise aux plus fortes sollicitations de traction est constituée par de l'acier doux et tenace, pauvre en perlite. Le matériau à haute résistance mécanique est déplacé dans la direction des contraintes de traction plus faibles. Le fluage le plus prononcé subi par le matériau lors du pliage à froid se produit dans la couche extérieure douce et tenace. Il est également évident que par suite de la couche extérieure douce et tenace la tendance à la rupture fragile de l'ensemble du profilé se trouve considérablement réduite par rapport à un matériau dont toute la section transversale présente les mêmes valeurs de résistance mécanique. Un autre avantage réside dans le fait que les bords à relier du produit en acier plat sont par suite de leur composition chimique constitués par une matière facile à souder et qui en comparaison des aciers à haute résistance peut être soudée au moyen de soudeuses automatiques avec des rendements accrus pour une haute qualité du joint de soudure. Le fait que la couche extérieure soit réalisée en un acier résistant à la corrosion résoud un problème qui revêt une importance particulière pour des profilés en acier légers à paroi mince puisque de ce fait le revêtement protecteur contre la corrosion, qui traditionnellement doit être renouvelé tous les cinq ans, n'est plus nécessaire, ou que les périodes au bout desquelles l'application d'une nouvelle couche anti-corrosion doit être effectuée peuvent être considérablement prolongées. Ceci permet de réaliser des économies en matière et en main d'oeuvre et constitue en même temps un facteur qui n'ést pas à sousestimer sur le plan économique de la construction métallique légère. La présente invention est expliquée ci-dessous plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation illustré au dessin annexé. La fig. 1 représente un produit en acier plat. La fig. 2 représente un profilé en acier léger. Le produit en acier plat, constitué par la zone extérieure 1 et la zone intérieure 2 ainsi que les bords externes 3 et 4 et qui est destiné à la fabrication d'un profilé léger en acier présentant une limite élastique supérieure à 40 kg/mm2, est constitué notamment de la façon suivante. La couche extérieure représente 30 % de la section transversale totale et répond à la composition chimique suivante X C n 0,10 % ; Si = 0,25 % ; Mn = 0,55 % P . 0,030 % ; S = 0,042 Ce matériau possède une limite élastique de 22,5 kg/mm2. Pour la couche intérieure on choisit un acier répondant à la composition chimique suivante C . 0,31 % ; Si = 0,27 % ; Mn = 1,58 96 ; P n 0,15 % ; S n 0,032 % La limite élastique de cet acier est de 51,8 kg/mm2. La limite élastique pour l'ensemble de la section transversale se calcule de la façon suivante .,totale n F1 . lEî + F2 IE2 = 0,3 . 22,5 + 0,7 . 51,8 P 42,5 kg/mm2 Dans le cas des compositions d'acier proposées dans cet exemple la teneur moyenne en C est inférieure à 0,25 %. Par conséquent, des assemblages par soudage peuvent être réalisés sans difficulté. La fig. 2 montre que les contraintes de traction maximales 5 se produisant lors du façonnage du produit en acier plat et qui sont normalement génératrices de fissurations sont absorbées par la couche extérieure tenace et douce. REVENDICÂTIONS 1 - Produit en acier plat pour la fabrication de profilés en acier légers pliés à froid ou de profilés tubulaires soudés à limite élastique acrrue, caractérisé en ce qu'un produit en acier plat est constitué par deux couches d'acier différentes par leur composition chimique et par leurs propriétés physiques, la couche extérieure 1 étant constituée par un acier doux, pauvre en perlite et la couche intérieure 2 étant constituée par un acier à haute résistance mécanique. 2 - Produit en acier plat suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les bords 3, 4 du feuillard d'acier qui doivent entre reliés par soudage suivant un joint longitudinal sont constitués par l'acier de la couche extérieure à faible teneur en carbone et présentant de bonnes caractéristiques de soudage. 3 - Produit en acier plat suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche extérieure 1 est constituée par un acier résistant à la corrosion. 4 - Produit en acier plat suivant la revendication 1, caractérisé en ae que l'on utilise pour la couche extérieure 1 un acier qui se prête à un traitement d'amélioration superficielle.