Brevet FR2471831A1 — publié le 19810626

La présente invention porte sur un procédé de réalisation d'un joint soudé entre une pièce coulée en acier dur au manganèse et une autre pièce en acier ferritique faiblement allié à 0,2 à 0,9 % de carbone, dans lequel un matériau intermédiaire austénitique, ne devenant pas fragile lors des opérations de soudage et de traitement thermique prévues, est soudé à l'acier dur au manganèse, l'ensemble est soumis à un traitement thermique et le matériau intermédiaire est ensuite soudé à l'acier ferritique. Dans les procédés connus de réalisation d'un joint entre l'acier dur au manganèse et un acier quelconque, il est courant de réaliser l'union entre le matériau intermédiaire et l'acier dur au manganèse par coulée.Ainsi, dans le brevet allemand 19 34 309, dans le cas d'un coeur coulé pour changements de voie, l'assemblage du coeur en acier dur au manganèse et de l'acier ferritique se fait par coulée composite par l'intermédiaire d'une tôle composite à deux couches. L'inconvénient de ce procédé est que le traitement thermique nécessaire à la réausténitisation de l'acier dur au manganèse, qui consiste en un recuit de mise en solution suivi d'une trempe à l'eau, provoque une surchauffe et une fragilisation de l'acier ferritique. Le brevet allemand 26 46 056 mentionne également comme état actuel de la technique le soudage de l'acier dur au manganèse au matériau intermédiaire. Il dit cependant que ce soudage est très compliqué et présente des inconvénients, et propose de réaliser le joint entre l'acier dur au manganèse et le matériau intermédiaire avec un acier spécial non affaibli ou non rendu fragile par l'élévation de température et le surdurcissement (c'est-à-dire le recuit de mise en solution et la trempe), par coulée à l'aide d'un moule sur la pièce en acier dur au manganèse, puis de le soumettre à un traitement thermique et enfin de souder l'acier spécial à une autre pièce quelconque en acier. Les joints coulés entre l'acier dur au manganèse et le matériau intermédiaire présentent une série d'inconvénients.D'une part, le joint entre l'acier dur au manganèse et le matériau intermédiaire coulé sur lui n'est pas absolument à l'abri de la rupture. Pour cette raison, le brevet allemand 26 49 834 propose, pour améliorer le cram ponnage, un profilage des extrémités de la partie coulée. D'autre part, l'élément intermédiaire austénitique coulé sur l'acier dur au manganèse a une plus faible résistance à l'usure que l'acier ferritique à unir à lui et à plus forte raison que l'acier dur au manganèse, de sorte qu'il apparait une zone intermédiaire sensible à l'usure qui a au moins l'étendue de l'élément coulé intermédiaire et est très indésirable par exemple# en cas d'emploi pour des rails. L'invention a pour but de fournir, entre l'acier dur au manganèse et un acier ferritique, un joint sûr qui, malgré les différents traitements thermiques nécessaires pour ces deux matériaux, ait des caractéristiques technologiques favorables, sans danger de fissuration, et une résistance uniforme à l'usure. L'invention atteint ce but avec un procédé du type indiqué plus haut grâce au fait que le matériau intermédiaire est uni à l'acier dur au manganèse par soudage par étincelage, qu'ensuite le matériau intermédiaire est ramené à une épaisseur de 5 à 20 mm, ensuite l'ensemble est soumis à un recuit' de mise en solution et une trempe à l'eau, ensuite l'acier ferritique faiblement allié est uni au matériau intermédiaire par soudage par étincelage, l'acier dur au manganèse étant pendant ce temps-là refroidi et, en même temps, la zone de jonction entre le matériau intermédiaire et l'acier ferritique étant, à partir de la température de soudage par pression, refroidi avec retard à raison de 80 à 100C/mn. La vitesse de refroidissement doit être déterminée d'après le diagramme TTT du matériau ferritique et être choisie de façon que la transformation se fasse dans le domaine de formation de la perlite fine. Le soudage par étincelage permet, avec l'emploi du matériau intermédiaire, la réalisation de joints très sûrs, le recuit de mise en solution et la trempe à l'eau de l'acier dur au manganèse uni au matériau intermédiaire donnant une ténacité aussi élevée que possible, y compris juste à la jonction, sans que le matériau intermédiaire soit altéré. Pendant le soudage par étincelage, effectué ensuite, de l'acier ferritique à l'alliage intermédiaire, l'acier dur au manganèse, en raison du procédé de soudage choisi, peut être refroidi, de sorte qu'il conserve ses caractéristiques technologiques et que la jonction entre l'acier ferritique et l'alliage intermédiaire, du fait qu'elle est insensible à la fragilisation, est sûre et n'a pas tendance à se fissurer, et le refroidissement retardé à 80 à 100 C/mn, à partir de la température de soudage par pression,donne dans l'acier ferritique, laténacité et la résistance à l'usure nécessaires.Du fait de la limitation de l'épaisseur de la couche de matériau intermédiaire à 5 à 20 mm avant le soudage à l'acier ferritique, le joint soudé présente seulement une zone très mince et guère gênante d'alliage intermédiaire austénitique moins résistant à l'usure, que le refoulement lors du soudage par étincelage rend très inférieure à l'épaisseur initiale. L'invention, décrite en détail, peut être réalisée avantageusement de la manière suivante. Un alliage à base de-nickel composé de 0,05 à 0,1#5 % de carbone, 14 à 17 % de chrome, 6 à 12 % de fer, 1 à 4 % de manganèse, 67 à 78 % de nickel et 1 à 4 S de niobium s'est révélé convenir particulièrement bien comme matériau intermédiaire. Il permet d'éviter la fragilisation par absorption de carbone lors du soudage, d'une part, à l'acier dur au manganèse, d'autre part, à l'acier ferritique. Les aciers austénitiques de compositions particulières se sont cependant aussi révélés appropriés comme matériaux intermédiaires. La dureté un peu plus faible des matériaux intermédiaires comparativement à l'acier dur au manganèse et à l'acier ferritique était un inconvénient.Pour compenser cet inconvénient, par exemple dans le cas des profils de rails, il peut etre avantageux, dans la zone de la surface de roulement et le cas échéant, pour des raisons de contrain;-es, dans la zone opposée du patin, de faire un peu dépasser le matériau intermédiaire par rapport aux surfaces voisines afin de consolider ces zones par un écrouissage, par exemple par martelage, pour augmenter leur résistance à l'usure. Un intervalle favorable, pour le recuit de mise en solution du joint soudé entre 11 acier dur au manganèse et le matériau intermédiaire,-est 950 à 1 000 C, car l'acier dur au manganèse a alors une meilleure aptitude à la consolidation. Le procédé convient à la réalisation de tous les joints entre acier dur au manganèse et acier ferritique qui sont soumis à l'usure et à des chocs, en particulier de cisaillement, comme par exemple dans le cas des convoyeurs de taille dans les mines. Le joint de lrinvention convient particulièrement bien à un coeur coulé en acier dur au manganèse pour croisements ou changements pour lesquels des morceaux de rail de raccord en acier à rails sont réalisés contre l'acier dur au manga nèse avec intercalation du matériau intermédiaire par le procédé de l'invention. Dans le--cas des rails, et particulièrement des coeurs, les charges d'usure, y compris des zones voisines, sont très fortes et l'on exige une très grande sûreté du joint, y compris au choc. Un exemple de réalisation de l'invention est expliqué ci-après à l'aide du dessin annexé. Sur ce dessin, la figure 1 est une représentation en perspective d'un coeur coulé en acier dur au manganèse à extrémités soudées et la figure 2 est une vue de détail de la zone du matériau intermédiaire. Le coeur 1, qui est une pièce coulée en acier dur au manganèse, est soudé à des morceaux de rail 2 en acier ferritique faiblement allié avec intercalation d'un matériau intermédiaire austénitique 3. L'ensemble a été réalisé de la maniéré suivante. Tout d'abord, le matériau intermédiaire 3 a été uni au coeur 1 en acier dur au manganèse par soudage par étincelage, puis le matériau intermédiaire a été ramené par sciage à une épaisseur de 12 mm. Ensuite, l'ensemble constitué de l'acier dur au manganèse et du matériau intermédiaire austénitique a été soumis à un recuit de mise en solution à 10000C pour l'austénitisation de l'acier dur au manganèse, puis trempé à l'eau. Après cela, l'acier à rails 2 a été soudé par étincelage au matériau intermédiaire. Le refroidissement à l'eau simultané de l'acier dur au manganèse 1 a limité un nouvel échauffement de celui-ci et ainsi évité sa fragilisation. Le refroidissement, à partir de la température de soudage par pression, a été effectué avec retard à raison de 50 C/mn conformément au diagramme TTT de l'acier à rails. L'élément intermédiaire 3 est constitué d'un alliage à base de nickel NICr 20 Nb composé de 0,05 à 0,15 % de carbone, 14 à 17 % de chrome, 6 à 12 % de fer, 1 à 4 S de manganèse, 67 i 78 % de nickel et 1 à 4 % de niobium. Il est insensible à l'absorption du carbone de l'acier à rails 2 et de l'acier dur au manganèse 1. Après le soudage de l'acier à rails 2, le matériau intermédiaire 3 dépassant légèrement dans la zone de la surface de roulement a été porté par martelage à une dureté d'environ 300 HB, puis la pièce a été finie à la meule. Revendications 1.- Procédé de réalisation d'un joint soudé entre une pièce coulée en acier dur au manganèse et une autre pièce en acier ferritique faiblement allié à 0,2 à 0,9 % de carbone, dans lequel un matériau intermédiaire austénitique, ne devenant pas fragile lors des opérations de soudage et de traitement thermique prévues, est soudé à l'acier dur au manganèse, l'ensemble est soumis à un traitement thermique et le matériau intermédiaire est ensuite soudé à l'acier ferritique, caractérisé par le fait que le matériau intermédiaire est uni à l'acier dur au manganèse par soudage par étincelage, qu'ensuite le matériau intermédiaire est ramené à une épaisseur de 5 à 20 mm, puis l'ensemble est soumis à un recuit de mise en solution et une trempe à l'eau, et ensuite l'acier ferritique faiblement allié est uni au matériau intermédiaire par soudage par étincelage, l'acier dur au manganèse étant pendant ce temps-là refroidi, et qu'en même temps, la zone de jonction entre le matériau intermédiaire et l'acier ferritique est refroidie avec retard, à partir de la température de soudage par pression, à raison de 80 à 10 C/mn, de façon qu'il se produise une transformation en perlite fine. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau intermédiaire est un alliage à base de nickel composé de 0,05 à 0,15 % de carbone, 14 à 17 % de chrome, 6 à -12 % de fer, 1 à 4 % de manganèse, 67 à 78 % de nickel et 1 à 4 % de niobium. 3.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau intermédiaire est un acier austénitique contenant de 0,2. à 0,5 % de carbone, de 17 à 19 % de manganèse et de 2 à 5 % de chrome, le reste étant du fer et des impuretés courantes. 4.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau intermédiaire est un acier austénitique contenant de 0,3 à 0,5 % de carbone, de 21 à 24 % de manganèse et de 2 à 5 % de chrome, le reste étant du fer et des impuretés courantes. 5.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le le matériau intermédiaire est un acier austénitique contenant de 0,2 à 0,3 % de carbone#, de 8 à 9 % de manganèse, de 8 à 9 % de chrome et de 5 à 7 % de nickel, le reste étant du fer et des impuretés courantes. 6.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau intermédiaire est un acier austénitique contenant au plus 0,10 % de carbone, de- 7 & 9 % de manganèse, de 17 à 19 % de chrome et de 4 à 7 % de nickel, le reste étant du fer et des impuretés courantes. 7.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau intermédiaire est un acier austénitique contenant au plus 0,20 % de carbone, de 5 à 7 % de manganèse, de 17 à 20 % de chrome et de 7 à 10 Z de nickel, le reste étant du fer et des impuretés courantes. 8.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau intermédiaire, après la réalisation du joint, est consolidé par écrouissage dans la zone de la surface travaillante, en particulier de la surface de roulement de rails, et le cas échéant dans la zone du patin opposée. 9.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, après le soudage, le matériau intermédiaire, sur les surfaces à consolider, dépasse légèrement des surfaces voisines de l'acier dur au manganèse et de l'acier ferritique. 10.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le recuit de mise en solution du joint soudé entre l'acier dur au manganèse et le matériau intermédiaire est effectué entre 950 et 10000 C. 11.- Coeur coulé en acier dur au manganèse pour croisements ou changements, caractérisé par le fait que des morceaux de rail de raccord en acier à rails sont soudés à l'acier dur au manganèse avec intercalation d'un matériau intermédiaire austénitique par le procédé selon l'une des revendications précédentes.