Brevet FR2213982A1 — publié le 19740809

L'invention concerne la fabrication de barreaux et de tiges d'acier et plus particulièrement un procédé métallurgique de mise en forme desdits barreaux et tiges pour obtenir leur degré voulu de cintrage ou planage, tout en évitant ia détérioration, normalement prévisible, de leurs propriétés mécaniques. Les barreaux et tiges d'acier qui ont subi une réduction de leurs dimensions transversales par étirage, extrusion, laminage, forgeage, scalpage ou usinage, et autres opérations semblables, ne répondent que rarement aux exigences de rectignilité normalement requises. On fait généralement passer les barreaux et tiges traités, a' travers un planeur tournant, dans une étape ultime de finition, pour éliminer la courbure indésirable des barreaux bruts, par exemple non étirés, et obtenir un produit fini dans les limites de tolérance commercialement acceptables. Pour lui conférer la rectignilité voulue, on fait subir au barreau brut une déformation plastique en le faisant passer dans un laminoir planeur, ce qui a-pour effet de modifier sa configura- tion de contraintes résiduelles. Ceci altère les propriétés de résistance et de ductilité de 1 'acier brut, en provoquant généralement une diminution des valeurs de limite élastique et de résistance à la traction, qui n'accompagnent que de faibles modifications d'allongement ou de diminution du diamètre. Ces variations sont difficilement contralables et, -en conséquence, les barreaux et tiges finis présentent, en général, une gamme entendue de variations de leur résistance. L'invention a pour objet un procédé métallurgique selon lequel des barreaux ou tiges d'acier sont déformés au degré voulu de courbure ou de. rectignilité, sans subir la diminution normalement prévisible de leurs propriétés de résistance. Cette non-altération de la résistance de l'acier après l'opération de planage constitue un trait caractéristique de l'invention. Selon l'invention, on peut éviter la diminution de résistance des barreaux et tiges d'acier, en les soumettant aux opérations de mise en forme, en vue de les cintrer ou de les redresser, tandis que 1' acier est maintenu dans une gamme de températures comprises entre environ 150 et 4850C, de préférence entre environ 205 et 3700C, Par "mise en formez, on entend ici non seulement les opérations usuelles de plana > ,e, dans lesquelles on redresse les bar- reaux d'acier par passage dans un laminoir planeur, mais encore sout processus métallurgique permettant de déformer l'acier pour obtenir un degré voulu de courbure du produit fini.Un tel traitement des barreaux d'acier implique généralement la déformation de l'acier au delà de sa limite élastique, pour obtenir le degré voulu de rectignilité ou de courbure. Ces opérations de mise en forme peuvent être effectuées de diverses façons, telles que par laminoir planeur, enclumes, mandrins, matrices déformantes ou es tapage. Le phénomène de rétention de la résistance tel que décrit ici, au cours des opérations de mise en forme, ne se présente pas pour tous les aciers. On le rencontre seulement dans les aciers durcissables par écrouissage, qui durcissent par précipitation des atomes de carbone et d'azote, par exemple, dans les lacunes structurales, généralement désignées par le terme de "vieillissement par contrainte dynamique". Les aciers à faible ou moyenne teneur en carbone présentent cette caractéristique, et particulièrement les aciers non austénitiques, comprenant une structure perlitique dans une matrice de ferrite libre, ou de bainite.Les aciers dont la structure ne comporte que peu, ou pas, de ferrite libre semblent dénués de la propriété de conserver leur résistance après mise en forme aux températures élevées précitées. C'au- tre part, les aciers non austénitiques, contenant des quantités appréciables de ferrite libre, conservent leurs propriétés de re- sistance aux températures de l'ordre d'environ 150 à 485au, de préférence 205 à 3700cl Le barreau d'acier doit Etre chauffé à la température voulue immédiatement avant l'opération de mise en forme au laminoir planeur, par estampage, ou sur enclume, matrices déformantes,etc. Ceci peut être réalisé en faisant passer l'acier dans un appareil laye de chauffage par induction, aligné avec le système de dressage, et placé immédiatement devant son ouverture ; on peut aussi immerger l'acier dans un bain de sel ou de métal fondus, comme un bain de plomb fondu, immédiatement avant son introduction dans le système de mise en forme ; on peut encore introduire des aciers préalablement traités à une température élevée-, supérieure à la température voulue pour l'opération de dressage, en réglant le refroidissement de l'acier à la température voulue, pour l'intro- duire immédiatement dans le système de mise en forme.On peut chauffer l'acier à la température voulue de diverses façons, mais il est préférable d'éviter tout chauffage prolongé ou lent qui pourrait modifier les caractéristiques de surface de 1' acier, ou ses propriétés mécaniques et physiques. Après l'opération de mise en forme à chaud, on peut laisser refroidir normalement la pièce d'acier finie, ou on peut accélérer le refroidissement par trempe à l'air ou dans un liquide. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de plusieurs exemples non limitatifs d'un mode de réalisation de l'invention. Exemple 1 Composition d'acier (acier 1041) 0,39 pour-cent de carbone 1,50 pour-eent de manganèse 0,015 pour-cent de phosphore 0,025 pour-cent de soufre 0,280 pour-cent de silicium ( 0,10 pour-cent de chrome ( 0,10 pour-cent de nickel À 0,03 pour-cent de molybdène le reste = fer Exemple 2 Composition d'acier-(acier 1011) 0,08 pour-cent de carbone 0,75 pour-cent -4e manganèse 0,12 pour-cent de phosphore 0,27 pour-cent de soufre 0,01 pour-cent de silicium 0,C15 pour-cent d'azote le reste = fer Exemple 3 Composition d'acier (acier 1052) 0,48 pour-cent de carbone 1,50 pour-cent ae manganèse 0,03 pour-cent de phosphore 0,27 pour-cent de soufre 0,30 pour-cent de silicium 0,005 pour-cent d'azote le reste = fer Exemple 4 Composition d'acier (acier 1018) 0,17 pour-cent de carbone 0,75 pour-cent de manganèse 0,03 pour-cent de phosphore 0,04 pour-cent de soufre 0,08 pour-cent de silicium 0,005 pour-cent d'azote le reste = fer On utilise corme produit de départ l'acier de ltexemple 1, sous forme de tiges qui ont été étirées à un diamètre d'environ 9,6 mm à une température d'environ 3709cl L'enroulement d'acier étiré est divisé en torons, qu'on fait passer dans un laminoir planeur à cinq cylindres, à différentes températures comprises entre la température ambiante et une température maximale d'environ 4850C, Les brins traités à une température supérieure à envi- ron 1500C, sont chauffés dans un bain de pomb fondu, puis immédiatement introduits dans le laminoir, pour éviter toute perte de chaleur. Après refroidissement à la température ambiante, on coupe 4 échantillons sur des portions espacées de chacun des brins, et on les soumet aux essais de résistance à la traction. Les moyennes des résultats obtenus sur chaque ensemble de 4 échantillons,swrlr données sur la courbe N01 de la figure en annexe, qui indique les valeurs de limite élastique et de résistance à la traction en fonction de la température de mise en forme. On voit que l'élévation de la température de mise en forme produit une augmentation rapide des valeurs de limite '-astivue et de résistance à la traction du produit fini, dans l'i-ntervr11e de températures d'environ 204 à 31SDC, comparativemerft à la mise en forme à température ambiante. Les valeurs de ces propriétés physiques tendent à décroître aux tenérftures de dressage supérieures à environ j150, mais ces valeurs sont encore supérieures à celles des tiges brutes d'étirage, ou des ties brutes d'étirage soumises à la mise en forme à température ambiante ou à des températures inférieures à environ 1500C. On obtient des résultats semblables avec les aciers resul furisés, à teneur moyenne en carbone, comme l'acier 1144, ou l'un quelconque des aciers décrits dans les exemples 2 à 4. Comme précédemment, on divise une tige brute d'étirage en plusieurs torons que lton soumet à l'opération de dressage dans un laminoir planeur, à différentes températures comprises entre la température ambiante et environ 3160C, puis on les laisse refroidir normalement à l'air. On prélève des échantillons pour les essais mécaniques, comme précédemment décrit, dont les résultats sont indiqués sur la courbe N 2 de la figure en annexe. De même qu'avec les aciers à teneur moyenne en carbone, les aciers à teneur élevée en manganèse et les aciers resulfurisés, à teneur moyenne en carbone, présentent des propriétés mécaniques accrues après mise en forme à des températures comprises dans l'intervalle d'environ 204 à 3L60C, Cet accroissement des valeurs de résistance ne s' accompagned'aucune diminution observable de l'allongement ni du diamètre. A l'examen des figures en annexe, on voit que non seulement l'acier est déformé sans perte de ses propriétés de résistance, mais encore, dans certains cas, il présente, de façon surprenante, une augmentation de résistance, après déformation à chaud, selon le procédé de l'invention. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. - REVENDICATIONS - 1 - Procédé de mise en forme d'aciers durcissables par précipitation, sans diminution Qe leurs propriétés de résistance, Ca- ractérisé en ce que l'on déforme un barreau ou une tige a'acier au degré voulu de courbure ou de rectlgnilité, tandis que 1'acier est à une température comprise dans l'intervalle d'environ 150 à 4v5 C. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'acier est un acier perlitique, comprenant une matrice de ferrite libre ou de bainite. 3 - Procéaé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'acier est sous forme de barreaux, tiges ou bandes. 4 - Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'acier est déformé, tandis qu'il est à une température comprise dans l'intervalle d'environ 205 à 370 C. 5 - Procédé suivant les révendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'acier est mis en forme par passage dans un laminoir planeur. 6 - Procédé suivant les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'acier est un acier brut, provenant d'une opération métallurgique telle qu'étirage, extrusion, laminage, forgeage, scalpage ou usinage.