Brevet FR2339678A1 — publié le 19770826

L'invention qui résulte des travaux de Messieurs Daniel THIVELLIER, Daniel ROUSSEAU et Roland TRICOT concerne de nouveaux aciers ayant des caractéristiques améliorées de trempabilité et de ténacité. Ces aciers s'appliquent a toutes sortes d'utilisation et, plus particulièrement, dans les domaines qui concernent les aciers de construction, de traitement et de cémentation. Ces aciers se caractérisent par des additions contrôlées de B, Al et N L'invention concerne aussi une méthode nouvelle de préparation d'aciers au bore qui permet de conférer à ces aciers simultanément des caractéristiques améliorées de trempabilité et de ténacité grâce à des additions contrôlées de B, AL et N. L'invention concerne également des pièces mécaniques présentant une grande dureté et une grande ténacité réalisée au moyen d'aciers comportant des additions contrôlées de B, Al et N. L'influence du bore sur les caractéristiques mécaniques des aciers est connue depuis longtemps. C'est ainsi qu'en 1921, le brevet U.S. 1.159.388 enseigne l'addition de petites quantités de bore pour améliorer la trempabilité de l'acier. Depuis cette date, un nombre considérable d'études ont été publiées qui ont donné des enseignements très souvent contradictoires sur les quantités de bore qu'il convient d'introduire dans les aciers, les conditions dans lesquelles cette introduction doit être faite, et son effet sur les propriétés de ces aciers. Il existe cependant un ensemble de résultats montrant l'action de quelques dizaines de ppm de bore sur la trempabilité des aciers et on peut citer, parmi les travaux faisant le point sur cette question, celui de R. SCHERER et K. BUNGARDT (Revue de Metallurgie L nO 2 - 1953 pp 73-94), relatif à la trempa bilité des aciers de cémentation et de traitement au bore. Ce travail montre que des quantités de bore de l'ordre de 30 à 40 ppm permettent, soit d'augmenter de façon sensible la trempabilité des aciers en question, soit de maintenir leur trempabilité en réduisant leurs teneurs en'éléments d'addition.L'existence d'interactions entre le bore et l'azote présent dans l'acier a été signalée par différents auteurs, tels que, par exemple, T.G. DIGGES et F.H REINHART (Trans.ASM- 1948-40 pp 1124-1145). Ces auteurs montrent que, dans les aciers à forte teneur en azote, l'effet des additions de bore est en quelque sorte neutralisé par cet élément. Ils l'expliquent par une réaction entre le bore et l'azote qui donne un compose insoluble dans l'acide sulfurique 1/I, sans effet sur la trempabilité. Pour éviter cette action défavorable de l'azote, leurs essais montrent qu'on peut le fixer par du titane ou du zirconium qui ont, pour cet élément, une affinité supérieure à celle du bore. Ce résultat peut êtrfbtenu en introduisant le bore dans l'acier sous forme d'alliages complexes contenant, en général, plusieurs élé! ments fortement réducteurs tels que Mn, Si, Al, Ti et Zr. Ces éléments protégeant le bore contre ltoxydation et la nitruration, son action sur l'aptitude à la trempe de l'acier atteint alors le maximum d'efficacité. La demande de brevet néerlandais NL. 130.179, déposée le 20 Mars 1963 (demande prioritaire nO ST 18.989 du 21 Mars 1962 en République Fédérale d'Allemagne) concerne des aciers contenant à la fois du bore et de l'azote dans lesquels, selon l'invention, la formation de nitrure de bore permet d'améliorer la ténacité. Toujours selon l'invention, il est possible, dans ces aciers, en ajustant les teneurs en bore et en azote libre, d'avoir, d'une part, du bore sous forme de BN insoluble qui augmente la ténacité et, d'autre part, un excès de bore appelé bore dissout qui augmente la trempabilité. Il résulte des exemples que la quantité d'azote, dit libre, est calculée en déduisant de l'azote total la quantité d'azote qui est liée à l'aluminium présent dans le métal liquide sous forme de nitrure. l'addition Il est revendiqué, dans ce brevet, de 0,0001 à 0,03 Z de bore dans une masse fondue d'acier calmé contenant encore 0,001 à 0,03 Z d'azote libre. Beaucoup plus récemment, le problème de la teneur optimale en bore soluble, seul actif pour accroître la trempabilité des aciers, a été réexaminé par Ryuichi HABU et coll. (Tetsu to Hagahe Septembre 1974 - 60 nO 10 p. 1470 1482) dans le cas des aciers faiblement alliés contenant de 1 'aluminium. Les calculs de ces chercheurs, confirmés par leurs expériences, tendent à montrer que le bore réduit le nitrure d'aluminium, même en présence d'un très large excès d'aluminium pour former du nitrure de bore. Tant que la totalité du nitrure d'aluminium nta pas été réduite par le bore, il n'existe, selon les auteurs, à l'état dissous, qu'une petite quantité de bore, c'est le bore soluble qui est présent à des teneurs ne dépassant pratiquement pas 6 à 7 ppm, tant qu'il y a de l'azote disponible.Pour ces auteurs, il n'y a donc pas d'azote libre et le nitrure d'aluminium joue un rôle de tampon ; c'est seulement lorsque ce nitrure a été entièrement réduit par le bore que la quantité de bore soluble peut s'accroître et dépasser la dizaine de ppm. Toujours selon ces auteurs, la teneur optimale en bore soluble, pour favoriser la trempe, est de 3 à 5 ppm, et, pour atteindre ces niveaux, il faut une forte teneur en Al de l'ordre de 0,06 à 0,08 %, en présence de teneurs en N2 comprises entre 0,004 et 0,012 %. Dans la pratique, selon les mêmes auteurs, il suffira d'introduire une dizaine de ppm de bore dans un tel acier pour obtenir automatiquement 3 à 5 ppm de bore soluble. Des quantités de bore total plus grandes sont sans inconvénient tant qu'il reste du nitrure d'aluminium en excès. Ces derniers résultats sont en contradiction avec l'essentiel de l'enseignement du brevet NL. 130.179 selon lequel seul l'azote libre, c'est-à-dire celui qui n'est pas lié à l'aluminium, est disponible pour former du nitrure de bore. D'autres auteurs : H. TREPFSCHlH et coll (Stahl und Eisen 2 Novembre 1967 vol. 87 nO 22 p. 1355 - 1368) estiment que, à l'état liquide, le bore fixe l'azote contenu dans l'acier, meme en présence d'un excès d'aluminium. Si, donc, on désire avoir du bore soluble, il faut utiliser des additions d'éléments dénitrurants efficaces tels que le titane et le zirconium. Cependant, selon les memes auteurs, à température plus basse dans le métal solide, L'affinité de l'AI pour l'azote devient supérieure à celle du bore et il peut y avoir réver- sion et réduction par l'aluminium d'une partie du nitrure de bore.Les resul- tats présentés par les auteurs montrent que, pour obtenir un peu moins de 10 ppm de bore en solution solide , en présence d'azote et en l'absence de dénitrurants, il faut une addition d'aluminium dans l'acier de 1,2 Kg/Tonne, soit 0,12 Z, quantité bien supérieure à la pratique courante. Devant ces résultats contradictoires, l'homme de l'art n' arrive pas à dégager un enseignement lui permettant de prévoir l'effet des additions de bore et d'ajuster celles-ci en fonction d'un résultat à atteindre. Ceci explique les échecs rencontrés - dans l'utilisation du bore dans les aciers, la relative médiocrité et la dispersion des résultats obtenus avec, pour conséquence, un manque de confiance des utilisateurs dans ces nuances d'aciers. En effet, les efforts de promotion de nuances d'aciers contenant moins d'éléments d'addition coûteux et rares tels que Cr, Ni, Mo etc... et présentant une aussi bonne trempabilité grâce à l'addition de bore, ont été compromis par la grande irrégularité des résultats obtenus. Dans le cas, par exemple, des aciers cémentés, utilisés dans l'índus- trie automobile, cette irrégularité s 'est traduite soit par des déformations de pièces de dureté trop faible, soit par des fissuration intergranulaires dues à des composés fragiles riches en bore. Les inventeurs ont découvert, de façon tout à fait imprévue, de norr veaux aciers au bore qu'il est possible de préparer avec une très grande sécu rité et une très grande reproductibilité et qui présentent des caractéristiques parfaitement définies à l'avance, combinant une meilleure trempabilité et une ténacité considérablement accrue. Ces aciers se caractérisenf non seulement par leurs teneurs en bore total, mais encor X ar la présence simultanée, à des niveaux optimaux, de bore efficace pour la trempabilité et de bore efficace pour la ténacité. Ce sont des aciers de tous types, tels que des aciers de construction, des aciers de cémentation, des aciers de traitement dans lesquels on obtient des caractéristiques améliorées de façon contrôlée et reproductible de trempabilité et de ténacité. Ces nouveaux aciers peuvent être produits Industriellement de façon plus économique que des aciers à plus fortes teneurs en éléments d'addltion cob- teux qu'ils peuvent remplacer grâce à des performances au moins égales du point de vue dureté et limite élastique et, en général, supérleures du point de vue ténacité. L'élaboratlon de ces aciers présente également l'avantage d'une mise en oeuvre simple qui ne nécessite pas de traitements coûteux par des agents renforçateurs spéciaux tels que le titane ou le zlrconium. Les inventeurs ont, tout d'abord} estimé que les contradictions observées dans les travaux antérieurs pouvaient stexpiJquer, en partie, par l'uti- lisation de méthodes d'analyse imprécises, ou systématiquement faussées par des étalonnages défectueux, II est connu, en effet, que le dosage précis de teneurs de l'ordre de grandeur de la partie par million présente de grosses difficultés que les laboratoires d'aciéries n'ont pas l'habitude de résoudre. De même, les inventeurs ont pensé que les données de la thermodynamique étaient insuffisantes pour prévoir. les réactions possibles entre des éléments susceptibles d'interaction tels que le bore, I'aluminium et l'azote. A partir de ces hypothèses de travail, iis ont eu l'idée simple mais inattendue qu'il devait être possible de découvrir une relation entre les teneurs en aluminium, en azote et en bore qui expliquerait, dans une large mesure, les phénomènes constatés et, surtout, qui permettrait de prévoir les caractéristiques des aciers en fonction de ces trois éléments et, à partir de là, de mettre au point de nouveaux aciers à caractéristiques améliorées. Les essais effectués ont totalement justifié cette idée de départ et ont perm-is d'établir une relation qui, lorsqu'elle est satisfalte, conduit à ltob- tention d'un effet optimal du bore en ce qui concerne à la fois la trempabilité et la ténacité. II s'agit d'une relation alinéaire très simple entre les teneurs en bore total Bt, en azote et en aluminium exprimées en ppm, qui se trouvent dans l'acier. Cette relation est la suivante (1) 10 N - 17 Bt - Al = - 300 - 200 On doit, de plus, avoir (4) 200 (5) 30 (6) 40 Comme le montreront les exemples, ces relations ne sont valables que si certaines conditions expérimentales sont réunies. Tout d'abord, N, Bt et Al sont respectivement les teneurs exprimées en parties par million d'azote total, de bore total et d'aluminium total. On- entend par aluminium total celui qui est présent dans acier à l'état dissout ou combiné. Une fraction se trouve sous forme d'inclusions d'alumine qui n'ont pas eu le temps de décanter.L'aluminium ainsi fixé n'a plus d'action sur l'équilibre bore azote. L'expérience monte qu'il s'agit là d'une cause d'erreur qui peut être négligée dans l'exploitation de la relation ci-dessus, à condition que les prélèvements pour analyse soient effectués, soit sur le métal solidifié après moulage, soit sur le métal liquide à la fin de la période de décantation juste avant le moulage. Dans la pratique, la quantité d'aluminium ainsi fixée sous forme d'alumine est de l'ordre de 10 à 30 ppm. Par ailleurs, les essais ont montré que l'aluminium pouvait être remplacé, au moins partiellement, par du vanadium, du niobium ou,du tantale qui jouent un rôle similaire vis à vis de l'azote et du bore. Ce remplacement doit être effectué dans le rapport des poids atomiques de ces différents éléments. Il en résulte que, si on exprime les teneurs en aluminium, vanadium, niobium et tantale en ppm, on peut définir une somme équivalente à l'aluminium, So, exprimée en ppm, telle que (2) So = A1 + V + Nb + Ta 1,9 3,4 6,7 Cette valeur So peut donc être substituée à la teneur en Aluminium exprimée en ppm dans la relation qui a été définie plus haut qui s'écrit alors (3) 10 N - 17 Bt - So = - 300 ± 200 On remarque que si V= O, Nb = O et Ta = 0, simultanément, on a alors So = Al et on est ramené à la relation initiale. Cette relation (3) est donc la forme généralisée de la relation (1). De même façon que précédemment, les trois fourchettes de teneurs doivent être réalisées (7) 200 (5) 30 (6) 40 Bien que la valeur maximale de AI soit de 800 ppm, il suffit, le plus souvent, d'introduire dans les aciers suivant l'invention des teneurs en AI ne dépassant pas 400 ppm ; il en est de même pour la valeur de So qui ne dépasse pas, le plus souvent, 400 ppm. Pour l'azote, les quantités qui pourraient être éventuellement fixées par des dénitrurants très puissants tels que le titane ou le zirconium ne sont pas prises en compte dans la relation. Au cas où on serait conduit à utiliser de telles additions, il faudrait donc, pourl'application de-la relation ci-dessus, déduire l'azote qui serait fixé par ces éléments sous forme de nitrures stables. Souvent, il n'est pas nécessaire, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dé modifier la teneur en azote présente dans le bain d'acier qui se trouve naturellement dans une fourchette de 1 'ordre de 40 à 100 ppm. Cependant, dans le cas des élaborations au four à arc basique, il ar rive que la teneur en azote soit supérieure à la valeur désirée pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. On peut alors abaisser cette teneur par dégazage sous vide, par exemple, ou bien, ce qui n'est passalnconvenient, par des additions soigneusement ajustées d'éléments dénitrurants, tels que le titane ou le zirconium, en général sous forme de ferro-alliages. Un accroissement de teneur en azote peut être obtenu, au contraire, par diverses méthodes : barbottage de N2, introduction d'un ferro-alliage nitruré, de cyanamide calcique etc... Bien que la teneur en azote des aciers suivant l'invention puisse atteindre jusqu'à 220 ppm, cette teneur est limitée, le plus souvent, à des valeurs inférieures à 150 ppm. On entend par bore total Bt, le bore qui est effectivement présent dans le métal liquide. La méthode d'analyse qui est décrite plus loin permet de le déterminer. Il faut cependant savoir que dans ce bore total ainsi dosé, il peut exister de petites quantités sous forme d'oxyde de bore si cet élément a été introduit sans précautions et si le bain métallique n'a pas été correctement désoxydé au préalable. Cet oxyde est sans effet aussi bien pour la trem- pabilité que pour la ténacité de l'acier. Si on a pris la précaution d'introduire l'aluminium dans les conditions qui ont été précisées, avant d'introduire le bore, l'expérience montre que les quantités de bore susceptibles d'être oxydées dans le bain métallique sont négligeables et n'entraînent pas d'incertitudes dans l'exploitation de la relation entre bore, l'azote et L'aluminium.Le bore peut être introduit dans le bain d'acier liquide sous forme de ferrobore, dans le four ou dans la poche de coulée ou, éventuellement, en cours de dégazage ou encore, enfin, dans la lingotière. Sauf cas particulier, il faut éviter d'introduire le bore au moyen de mélanges dits renforçateurs (intensifiers) qui ont pour but de désoxyder et dénitrurer le bain. Ces mélanges comportent des désoxydants et des dénitrurants qui auront, en général, pour effet d'éliminer l'azote et, s'ils contiennent de l'aluminium, d'accroître encore la teneur en cet élément, ce qui pourra empêcher de satisfaire la relation donnée plus haut, à moins de faire de nouvelles additions d'azote. Il convient de remarquer que, dans la plupart des cas, la teneur en bore des aciers suivant l'invention est sensiblement inférieure a 100 ppm et ne dépasse guère 60 ppm. Bien que les bases théoriques de l'invention ne soient pas encore parfaitement élucidées, les études analytiques très approfondies qui ont été faites ont montré que, en réalisant des aciers conformes à l'invention, c'està-dire en ajustant a la fin de l'élaboration de l'acier, dans les conditions précisées plus haut, les teneurs en bore, azote et aluminium, de façon à satisfaire la relation (1) ou la relation généralisée (3) et en respectant les fourchettes de teneur (5) et (6) ainsi que (4) ou (7) données plus haut, on obtient dans cet acier une teneur en bore soluble de 15 à 50 ppm et également 15 à 50 ppm de bore insoluble.Le bore soluble, tel qu'il est défini dans ce procédé., est celui qui est dosé par la méthode suivante : attaque dans un bécher en quartz de 100 ml de 100 mg d'acier pour les teneurs en B supérieures à 50 ppm et de 250 mg pour les teneurs inférieures, par un mélange de 20 ml de S04H27N + 10 ml de PO H 9N en bain-marie bouillant. Lorsque l'attaque semble s'arrêter, on la prolonge de 15 mn, on refroidit, on ajoute 5 mi de H202 à 55 volumes, on chasse l'excès par maintien de 10 mn en bain-marie bouillant, on laisse refroidir et on ajuste à 50 mi en ballon jaugé.Le bore present dans la solution est dosé, suivant une méthode connue de l'homme de l'art, telle que l'absorption lumineuse à 6500 A du complexe triple bore fluorure de méthylène extrait par le dichloroéthane. La teneur en bore total Bt qui, dans un acier conforme à l'invention, doit satisfaire à la fois aux relations (1) ou (3) ainsi que (5) données plus haut, est dosée après mise en solution complète de l'échantillon. La méthode de dosage consiste en une attaque sulfurique à fumées blanches. Les vapeurs nssues de l'attaque sont recueillies après condensation et réunies à la solution d'attaque initiale. Le bore est ensuite dosé dans la solution par une méthode comparable à celle décrite plus haut. Par définition, la teneur en bore insoluble est la différence entre les teneurs en bore total et en bore soluble déterminées de la façon qui vient d'être décrite. Les exemples non limitatifs ci-après décrivent-un certain nombre de cas de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Ce procédé s'applique en réalité aux aciers élaborés par toute méthode, étant donné que le procédé suivant l'invention consiste en un réglage d'un certain nombre de parametres de composition de l'acier, qui doit être effectué en fin d'élaboration dans le four lui-méme, ou, éventuellement, dans la poche de coulée EXEMPLES ExemeLe I - On a élaboré quatre coulées repérées IA, IB, 1C et 1D. Les trois coulées IA, 1C et ID étaient conformes à la norme AFNOR 19 NCDB 2 qui concerne un acier au nickel chrome molybdène comportant une addition de bore de 8 à 50 ppm environ La -coulée 1B était conforme à la norme AFNOR 20 NCD 2 qui concerne un acier sans bore dont les fourchettes de composition pour les autres éléments daddition sont identiques à celles de l'acier 19 NCDB 2. Les conditions opératoires ont été les suivantes : Coulée 1A. L'acier type 19 NCDB 2 a été élaboré au four à arc basique de façon connue.Ensuite, le métal a été brassé dans la poche de coulée avec un laitier contenant approximativement 50 Z de CaO et 50 Z de AI203. L'AI a été ajouté sous forme de FeM dans le jet de basculage et le B a été ajouté Bous forme de ferrobore. Le métal a ensuite été dégazé sous vide.Après coulée en Iingotières, la minage en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevas pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques La composition chimique pondérale (en 2) est la suivante C 0,24 b 0,20 N2 0,0080 Si 0,31 S 0,030 B total 0,0050 Mn 0,84 P 0,020 B soluble 0,0025 Ni 0,70 AI 0,030 B insoluble 0,0025 Cr 0,67 02 0,0025 Cet acier est conforme à l'invention les les teneurs en Nz, B total et AI vérifient la relation (1) et les fourchettes de conposition (4), (5) et (6). Les teneurs en B soluble et B insoluble trouvees correspondent au résultat qui était vise. Coulée 1B. L'acier de type 20 NCD 2 a été élaboré au four à arc basique de façon connue. Ensuite, le métal a été brassé avec un laitier à 50 Z de CaO et 50 % de Au203. L'Al a été ajouté sous forme de FeAl dans le jet de basculage. Il n'y a pas eu addition de B. Le métal a ensuite été dégazé sous vide. Après coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des echantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques meca niques. La composition chimique pondérale (en Z) est la suivante C 0,22 Cr 0,55 Al 0,034 Si 0,31 Mo 0,25 02 0,0025 Mn 0,77 S 0,030 N2 0 ,0090 Ni 0,63 P 0,011 B O Cet acier n'est donc pas conforme à l'invention puisqu'il ne contient pas de B. Coulée 1C. L'acier de type 19 NCDB 2 a été élaboré au four à arc basique de fa çon connue. Le métal n'a pas été brassé. L'Al a été ajouté sous forme de FeAl dans le jet de basculage. Le métal a été ensuite dégazé sous vide. Le B a été ajouté en lingotières sous forme d'un alliage de type grainal contenant Ti, Zr, Al. Apres coulés en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques. La composition chimique pondérale (en %) est la suivante C 0,20 Mo 0,19 N2 0,0125 Si 0,42 S 0,039 Ti 0,065 Mn 0,71 P 0,012 B total 0,0065 Ni 0,54 Al 0,040 B soluble 0,0060 Cr 0,58 02 0,0025 fi insoluble 0,0005 Cet acier ntest donc pas conforme à l'invention car le titane présent fixe l'azote sous forme de TiN. Comme il y a un excès de titane par rapport à la stoechiométrie, il ne reste plus d'azote disponible pour interagir avec le bore et l'aluminium. Coulée 1D. L'acier type 19 NCDB 2 a été élaboré au four à arc basique de façon connue. Ensuite, le métal a été brassé avec un laitier à 50 % de CaO et 50 Z de Al203. L'Al a été ajouté sous forme de FeAl dans le jet de basculage et le B a été ajouté sous forme de ferrobore. Le métal n'a pas été dégazé. Après coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des échantil- lons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques. La composition chimique pondérale (en %) est la suivante C 0,21 Mo 0,20 N2 0,0135 Si 0,26 S 0,010 B total 0,0055 Mn 0,85 P 0,010 B soluble 0,0012 Ni 0,58 Al 0,027 B insoluble 0,0043 Cr 0,57 O2 0,0035 Cet acier n est pas conforme l'invention car il ne satisfait pas la relatio La trempabilité des aciers correspondants à ces quatre coulées a été évaluée de façon classique par le tracé des courbes JOMINY. Les courbes sont représentées en traits pleins sur la figure unique avec, en abscisse, les distances en inni et, en ordonnée, les duretés exprimées en unités ROCKWELL C. Sur la même figure, on a reporte en traits interrompus la courbe de trempabilité d'un acier classique sans bore à teneur en nickel environ 6 fois plus élevée, l'acier conforme à la norme AFNOR 18 NC 13, pour lequel la teneur en nickel était de 3,25 Z. La courbe 1 correspond à l'acier provenant de la coulée IA, seul confor- me à l'invention, qui présente la trempabilité la plus élevée, supérieure même à celle de l'acier type 18 NC 13 dont la forte teneur en nickel augmente de façon importante le prix de revient. Les résultats les plus médiocres sont ceux obtenus avec les aciers des coulées IB (courbe 2) et ID (courbe 4). Ceci est logique car la coulée 1B est exempte de bore et la coulée 1D, bien qu'elle ait une teneur en bore du même ordre de grandeur que celle des coulées 1A et 1C a une teneur trop faible en bore soluble seul efficace pour la trempabilité. La coulée 1C (courbe 3) qui présente une forte teneur en bore soluble a cependant une trempabilité un peu inférieure à celle de la coulée 1A. Ceci s'explique car il semble que l'effet du bore soluble passe par un optimum vers 20 à 30 ppm. La ténacité de ces mêmes aciers a été évaluée par mesure de l'effort de fissuration d'éprouvettes cémentées et trempées. Le type d'essai effectué est celui qui ett décrit dans l'article de H. BRUGGER et G. KRAUS : Arch. Eisenhüt- tenw, 32 n 8 (1961), 529. Le tableau ci-après donne, d'une part, les valeurs des efforts de fissuration en KN ainsi déterminés et, d'autre part, les dimensions des grains selon l'échelle ASTM mesurées sur des gchåntillons des mêmes coulées après un es sai Mac Quaid qui comporte un traitement de cémentation de 10 heures àz92S0 C. TABLEAU I N de la Type de l'acier EFFORT de FISSURATION GROSSEUR du GRAIN après coulée (AFNOR) en K N essai Mc QUAID - échel le ASTM. 1 A 19 NCDB 2 61 6 - 8 1 B 20 NCD 2 47 1 7 - 8 1 C 19 NCDB 2 56 4 - 6 I D 19 NCDB 2 52 6 - 8 18 NC 13 60 7 - 8 On voit que l'acier selon l'invention correspondant à la coulée 1A présente la ténacité maximale pratiquement égale à celle de l'acier fortement allié 18 NC 13 qu'il peut donc remplacer dans ce type d'application ce qui entraîne une économie très appréciable. Les trois autres coulées, non conformes à l'invention, ont des ténacités inférieures soit par manque de trempabilité dûe à l'absence de bore, c'est le cas des coulées 1B sans bore et ID à bore soluble trop faible, soit, malgré une trempabilité suffisante à une teneur en bore insoluble trop faible, c'est le cas de la coulée 1C. Dans cette dernière, on observe, de plus, l'exis- tence d'un grain grossier après essai Mc Quaid. Ce mauvais contrôle du grain, malgré une teneur normale en aluminium, est une conséquence du piégeage de l'azote par le titane. Une cinquième coulée 1E a été réalisée. Cet acier du même type que celui des coulées lA, 1C et 1D a été élaboré de la même façon que la coulée 1A. La composition chimique pondérale (en %) est la suivante C 0,20 Mo 0,21 B total 0,0028 Si 0,23 S 0,036 B soluble 0,0011 Mn 0,91 P 0,009 B insoluble 0,0017 Ni 0,61 Al 0,035 Cr 0,55 N2 0,0100 Cet acier n' est pas conforme à l'invetition car ses teneurs en Al, B total et 2 ne vérifient pas la relation (1). Les essais ont montré que la trempabilité était analogue à celle de la coulée de même nuance sans B (exemple n 1B). En outre, sa ténacité est insuffisante. Exemple 2 - On a élaboré un acier type 18 MGDB 6 (désignation AFNOR) de la même façon que la coulée de l'exemple IA. Sa composition chimique pondérale (en %) est la suivante : C 0,19 Mo 0,20 N2 0,0115 Si 0,36 S 0,007 B total 0,0070 Mn 1,39 P 0,013 B soluble 0,0025 Ni 0,28 Al 0,030 B insoluble 0,0045 Cr 1,03 02 0,0030 Cet acier est donc conforme à l'invention : les teneurs en N2, Bore total et Al vérifient bien la relation (I) et les fourchettes de composition (4), (5) et (6). On a comparé cet acier à un acier de même nuance sans bore élaboré dans des conditions semblables. Les mesures de trempabilité Jominy et les mesures de ténacité ont été faites dans les mêmes conditions que dans l'exemple 1, pour la nuance comportant du bore. La nuance avec bore présentait une dureté J 40 (mesurée en éprouvette Jominy à 40 mm de 1 Textrémité trempée) supérieure de 15 unités RC à la nuance sans bore. De même la ténacité de la nuance atec bore était supérieure de 7 KN à celle de la nuance sans bore. ExemtLe 3 - On a élaboré deux coulées repérées 3A et 3B, d'acier de type 16 MCB 5 au four à arc basique de façon connue Coulée 3A. Le métal a été brassé avec un laitier à-50 Z de CaO et 50 Z de AI203. L'AI a été ajouté sous forme de FeAl dans le jet de basculage et le B a été ajouté sous forme de ferrobore en lingotières. Le métal nta pas été dégazé. Après coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques. La composition chimique pondérale (en %) est la suivante C 0,17 Mo 0,03 N2 0,0130 Si 0,24 S 0,0035 B total 0,0090 Mi 1,25 P 0,016 B soluble 0,0025 Ni 0,29 Al 0,020 B insoluble 0,0065 Cr 0,93 02 0,0040 Cet acier est conforme à l'invention : les teneurs en N2, B total et Al verifient la relation (1) et les fourchettes de teneur (4), (5) et (6). Les teoeurs en B soluble et B insoluble se trouvent dans les limites prévues. On constate cependant que la teneur en Al correspond-at minimum acceptable. On a comparé cet acier à un acier de même nuance sans bore élaboré dans des conditions semblables. La nuance avec bore avait une dureté J 20 (mesu- rée sur éprouvette Jominy à 20 ... de l'extrémité trempée) supérieure de 12 uni tés RC à la nuance sans bore. La ténacité de la nuance avec bore était supérieure de 5 KN à celle de la nuance sans bore. Coulée 3B. Le métal a été traité de la même façon que pour la coulée 3A, à ceci près que l'Al n'a pas été ajouté sous forme de Féal, mais de Al pur. La conposition chimique pondérale (en Z) est la suivante C 0,16 Cr 1,06 AI 0,105 Si 0,29 Mo 0,02 N2 0,0155 1,30 S 0,029 B total 0,050 Ni 0,12 P 0,023 Lea teneurs en A1, B total et N2 vérifient bien la relation (1) mais la teneur en Al est supérieure a la fourchette de teneur (4). Bien que la trenr pabilité et la ténacité soient satisfaisantes, on observe un grain mal contrôlé: 2 a 6 ASTM après essai Mac QUAID. ExeBeleR4- On a élaboré un acier de type 20 MB 5 (Norme AFNOR) au four à arc basique de façon connue. Ensuite, le métal a été brassé avec un laitier à 50 Z de CaO et 50 Z de A1203. Le métal a ensuite été dégazé sous vide. L'Al et le B ont été ajoutés sous vide, sous forme de Al pur et FeB. Après coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques. La composition chimique pondérale (en Z) est la suivante C 0,19 Cr 0,15 Al 0,027 Si 0,18 Mo 0,03 N2 0,0O Ma 1,19 S 0,009 B total 0,0040 Ni 0,15 P 0,008 Cet acier est conforme à l'invention : les teneurs en N2, B total et Al vérifient bien la relation (1) et les fourchettes (4), (5) et (6). La trempe pabilité de cet acier est conforme à celle prescrite par la norme AFNOR n0 NF A 35-551. La ténacité (mesurée sur éprouvette trempée) est excellente (KCU = 150 J/cm2 à la température ambiante) supérieure au minimum prescrit par la norme (90 J/cm2). Exemple 5 - On a élaboré un acier de type 21 B 3 (Norme AFNOR) de la même façon que l'acier de l'exemple n 4. La composition chimique pondérale (en %) est la suivante C 0,22 Cr 0,09 Al 0,033 Si 0,22 Mo 0,02 N2 0,0070 Mn 0,82 S 0,0011 Ni 0,19 P 0,008 B total 0,0035 Cet acier est conforme à l'invention : les teneurs en N2, B total et Al vérifient bien la relation (1) et les fourchettes. La trempabilité de cet acier est conforme à celle prescrite par la norme AENOR n NF A 35-551. La té nacité est bonne (KCU = 140 J/cm2, à la température ambiante), supérieure au minimum prescrit par la norme (100 Jjcm2). Exemple 6 - Trois coulées acier type 16 NCDB 2 (Norme AFNOR) ont été élaborées au four à haute fréquence de façon connue. Le métal n'a pas été brassé. Il a été dégazé sous vide. L'Al et le B ont été ajoutés sous vide, sous forme Al pur et FeB. Apres coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesures des caractéristiques mécaniques. Ces coulées sont repérées 6A, 6B et 6C. .Coulée 6A. La composition chimique pondérale (en %) est la suivante C 0,16 Mo 0,22 N2 0,0130 Si 0,30 S 0,013 B total 0,0045 110 0,42 P 0,008 B soluble 0,0025 Ni 0,60 Al 0,075 B insoluble 0,0020 Cr 0,77 Q2 0,0007 Cet acier est conforme à l'invention : les teneurs en N2, B total et AI vérifient bien la relation (I) et les fourchettes de teneurs (4), (5) et (6). Les teneurs en B soluble et B insoluble sont aussi conformes à la description de l'invention. On a comparé cet acier à un acier de méme nuance sans-bore éla boré dans des conditions semblables. La nuance avec bore a une dureté J 20 su périeure de 10 unités RC à la nuance sans bore.!La ténacité est meilleure que celle de la même nuance sans B: la température de transition à l'essai KCV est de 70" C plus basse. Le grain est bien contrôlé : 6-8 ASTM apres essai Mac QUAID. Coulée 6B. La composition chimique pondérale (en %) est la suivante C 0,12 Mo 0,22 N2 0,0065 Si 0,30 S 0,015 B total 0,0045 Mm 0,55 P 0,011 B soluble 0,0025 Ni 0,61 Al 0,010 B insoluble 0,0020 Cr 0,75 02 0,0020 Cet acier n'est pas conforme à 1 invention car si les teneurs en Ai, B total et N2 vérifient bien la relation (1) la teneur en Al est trop faible et se trouve en dehors de la fourchette de teneur (4). La trempabilité et la ténacité sont analogues à celles de l'acier de la coulée 6A mais la teneur en Al est trop faible. Il en résulte un grossissement important du grain après essai Mac QUAID : 3 - 8 ASTM. Coulée 6C. La composition chimique pondérale (en Z) est la suivante C 0,13 Mo 0,22 N2 0,0060 Si 0,35 S 0,013 B total 0,0065 Mn 0,51 P 0,019 B soluble 0,0050 Ni 0,59 Al 0,043 B insoluble 0,0010 Cr 0,60 02 0,0007 Cet acier n'est pas conforme à l'invention car les teneurs en Al, B total et N2 ne vérifient pas la relation (1). La trempabilité est correcte, mais la ténacité insuffisante : en effet, la température de transition KCV est de 200 C, c'est-à-dire du même ordre que la nuance correspondante sans bore. Ceci peut s'expliquer par une teneur trop faible en bore insoluble. ExegEle 7 - On a élaboré un acier type 16 MCB 5 au four à haute fréquence de façon connue. Le métal n'a pas été brassé. Il a été dégazé sous vide. On a introduit sous vide, non seulement du FeAl,sB relativement petite quantité, mais du FeV. On a ensuite ajouté de la même façon du FeB. La La composition chimique pondérale (en %) est la suivante C 0,17 Cr 1,05 Al 0,010 Si 0,30 Mo 0,014 V 0,040 Mn 1,29 S 0,021 N2 0,0110 Ni 0,09 P 0,0(33 B total 0,0070 Cet acier est conforme à l'invention car ses teneurs en B total, N2, Al et V vérifient la relation (3) et sont à l'intérieur des fourchettes (5), (6) et (7). Sa trempabilité et sa ténacité sont analogues à celles de l'acier de même nuance de l'exemple n 3A. En outre, le grain est bien contrôlé (ASTM > 5) tant que la température d'austénisation ne dépasse pas 8750 C. Au-delà, le grain grossit, ce qui est bien connu pour les aciers au V. Exemple 8 - n a élaboré un acier de type 16 MCB 5 de la même façon que dans l'exemple 7, si ce ntest qu'on a remplacé l'addition de FeV par une addition de FeNb. La composition chimique pondérale (en %) est la suivante C 0,18 Cr 1,03 Al 0,011 Si 0,31 Mo 0,014 Nb 0,101 Ma 1,30 S 0,022 N2 0,0090 Ni 0,10 P 0,004 B 0,0040 Cet acier est conforme à l'invention car ses teneurs en Total, N2 et Nb vérifient la relation (3) et sont à l'intérieur des fourchettes (5), (6) et (7). Sa trempabilité et sa ténacité sont analogues à celles de l'acier de même nuance de l'exemple n 3A. En outre, le grain est bien contrôlé (ASTM > 5) jusqu'à 950" C. Exemple 9 - - On a élaboré un acier de type 38 MB5 (Norme AFNOR) au four à arc basique de façon connue. Ensuite, le métal a été brassé avec un laitier à 50 z de CaO et 50 Z de Al2O3. Le métal a ensuite été dégazé sous vide. L'Al et le B ont été ajoutés sous vide, sous forme de Al pur et FeB. Après coulée en lingotières, laminage en blooms et forgeage en petits profils, des échantillons ont été prélevés pour analyses chimiques et mesure des caractéristiques mécani- ques. La composition chimique pondérale (en Z) est la suivante C 0,39 Cr - 0,20 Al 0,020 Si 0,18 Mo 0,02 N2 0,0050 Mn 1,21 S 0,012 B total 0,0040 Ni 0,25 P 0,009 Cet acier est conforme à l'invention : les teneurs en N2, B total et Al vérifient bien la relation (I) et les fourchettes (4), (5) et (G), La tren- pabilité de cet acier est conforme à celle prescrite par la norme AFNOR Uc NF A 35-551. La ténacité, mesurée sur éprouvette trempée et revenue à 5500C, I h., est excellente ( KCU = 105 J/cm2 à la température ambiante), supérieure au minimum prescrit par la norme qui est de 50 J/cm2. Exemple 10 - On a élaboré un acier de type 38 B3 (Norme AFNOR) de la meme façon que l'acier de l'exemple nO 9. La composition chimique pondérale (en %) est la suivante : C 0,39 Cr 0,20 Al 0,026 Si 0,29 Mo 0,03 N2 0,0065 Mu 0,82 S 0,023 B total 0,0035 Ni 0,16 P 0,030 Cet acier est conforme à l'invention : les teneurs en N2, B total et AI vérifient la relation (1) et les fourchettes (4), (5) et (6). La trempabilité de cet'acier est conforme à celle prescrite par la norme AFNOR no NF A 35-551. La ténacité, mesurée sur éprouvette trempée et revenue à 5500 C, 1 h. est très bonne : KCU = 85 J/rm2 à la température ambiante, supérieure au minimum prescrit par la norme qui est de 60 J/cm2. Les exemples non limitatifs qui viennent entre donnés indiquent dif férentes façons d'obtenir les aciers suivant l'invention. Ileest bien évident, pour l'homme de l'art, qu'il existe bien d'autres façons de réaliser de tels aciers et que de très nombreuses nuances différentes peuvent etre réalisées sans sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1 / Aciers au bore ayant, à l'état trempé ou à l'état cémenté et trempé, des caractéristiques de dureté et de ténacité améliorées, grâce à des teneurs optimales en bore soluble et en bore insoluble, caractérisés an ce qu'ils contiennent 30 à 100 ppm de bore total, 40 à 220 ppm d'azote et en ce que la somme équivalente à l'aluminium, So, est comprise entre 200 et 800, cette somme étant exprime par la relation :: Sp = A1 V + No + Ta 1,9 3,4 6,7 dans laquelle A1, V, Nb et Ta sont les teneurs en ppm de ces éléments1 la présence de V et/ou Nb et outEZ étant facaltative, et en ce que la relation + 10 N - 17 Bt - So - - 300 -+200 est satisfaite, Bt et N étant respectivement les teneurs en bore total et en azote exprimées eg ppm et So étant calculée par la relation qui vient d'être établie. 20/ Aciers suivant 1, caractérisés en ce qu'ils contiennent 30 à 60 ppm'de bore total, 40 à 150 ppm d'azote, et en ce que la valeur de So est connu rise entre 200 et 400, 30/ Aciers suivant 1 ou 2 dans lesquels on proscrit la présence d'agents dénitrurants très puissants tels que Ti ou Zr. 4 / Procédé d'élaboration d'aciers à caractéristiques mécaniques amé- liorées grâce à des teneurs optimales en bore soluble et en bore insoluble, caractérisé en ce que les teneurs en bore total Bt, en azote, en aluminium et, éventuellement, en V et/ou Nb et/ou Ta sont ajustées, après une désoxydation soignée, de façon à satisfaire les relations établies en 1 ou en 2. 50/ Procédé suivant 4 dans lequel on proscrit l'utilisation de dénitrurants très puissants tels que Ti ou Zr, 6 / Pièces mécaniques à l'état trempé , ou cémenté et trempé, réalisées au moyen d'aciers conformes aux revendications 1, 2 ou 3. 7/ Pièces mécaniques à l'étant trempé, ou cmenté et trempé, réalisées par le procédé suivant revendications 4 ou 5.