Brevet FR2488279A1 — publié le 19820212

TKAITEMENT DE BARRES EN ACIER L'invention a pour objet le traitement de barres en acier afin de leur conférer directement leurs caractéristiques mécaniques d'emploi. Actuellement, on utilise beaucoup de barres en acier allié, de plusieurs centimètres de diamètre, pour la fabrication de pieces mécaniques à hautes caractéristiques. En général, le sidérurgiste livre les barres à l'état brut de laminage ou recuit. L'utilisateur, après avoir usiné les pièces, leur fait subir un traitement thermique, comportant généralement une trempe suivie d'un revenu. I1 arrive, de plus en plus fréquemment, que l'utilisateur demande à ne pas avoir à effectuer ce traitement thermique final ; dans ce cas, le siderurgiste lui livre des barres "pre-traitées", c'est-à-dire auxquelles on a fait subir, à l'état brut de laminage, un traitement thermique de trempe et revenu.Les caractéristiques mécaniques requises pour les barres ainsi "pré-traitées", peuvent être très variables suivant l'utilisation envisagée. Toutefois, on recherche, le plus souvent, des résistances de l'ordre de 1 000 à 1 300 N/mm2, ainsi qu'une tenacité et une tenue en fatigue suffisantes. Le but de la présente invention est précisément de fournir un procédé de traitement de barres en acier dans la chaude de laminage permettant de leur conférer les caractéristiques mécaniques mentionnées ci-dessus, dans des conditions économiques intéressantes. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement de barres en acier selon lequel on soumet la barre, directement dans la chaude de laminage, à un refroidissement accéléré contrôlé. Par refroidissement accéléré contrôlé, on entend que l'on règle la température à laquelle on arrête le refroidissement accéléré en fonction de la composition de l'acier, du diamètre de la barre et de la vitesse à laquelle la barre sort de l'installation de laminage. Selon une première variante du procédé suivant l'invention, dans le cas de barres de gros diamètre et de nuances microalliées (Nb, V, Ti...), on choisit la température à laquelle on arrête le refroidissement accéléré de façon à ce que la majeure partie de la section de la barre se transforme en une structure ferrite-perlite fine. Selon une deuxième variante du procédé suivant l'invention, dans le cas de barres de diamètre moyen et de nuances à bonne trempabilité bainitique, comportant de préférence du bore, on choisit la température à laquelle on arrête le refroidissement accéléré de façon à ce que le coeur de la barre se transforme essentiellement en une structure du type bainite inférieure. Selon une troisième variante du procédé suivant l'invention, dans le cas de barres de petit diamètre et de nuances suffisamment trempantes, telles que des nuances de type 35CD4, on choisit la température à laquelle on arrête le refroidissement accéléré de façon à ce que pratiquement toute la section de la barre se transforme en une structure martensitique. Comme on le comprend, il est particulierement intéressant, au niveau économie d'énergie, d'effectuer le refroidissement contrôlé directement dans la chaude de laminage. D'autre part, il est indispensable de rechercher la formation de structures permettant de conférer au produit fini les caractéristiques mécaniques d'emploi demandées ; ces structures doivent être suffisamment homogènes dans la section du produit pour que l'on puisse procéder à l'enlèvement de matière, lors de l'usinage, sans nuire aux caractéristiques globales. Compte tenu de ces considérations, les travaux du demandeur l'ont amené à mettre au point un procédé de refroidissement contrôlé, le réglage de ce refroidissement étant destiné à obtenir une transformation du produit en une structure donnee. Le choix de la structure que llon cherche à obtenir est plus particulièrement fonction de la composition de l'acier de départ, mais tient compte également du diamètre de la barre et de la vitesse de laminage. Ainsi, pour des nuances mi-dures, peu trempantes, microalliées, et des diamètres relativement importants (50 à 80 mm), on cherche à obtenir une structure ferrite-perlite fine formée vers 6000 C, durcie par précipitation interphase d'éléments dispersoides (Nb, V, Ti...). Ceci peut entre obtenu par une trempe au défilé, depuis la température de fin de laminage jusque vers 600"C. Il est inutile, dans ce cas, de procéder à un revenu complémentaire. On peut ainsi traiter des barres de diamètres allant jusqu'à 80 mm, en utilisant des installations de refroidissement de longueur raisonnable (30 m à 50 m). A titre d'exemple, une barre en acier de composition : 0,40 % C 1,25 % Mn ; 0,15 % V, présente, après avoir subi le traitement décrit cidessus, les caractéristiques mécaniques suivantes : résistance supérieure à I 000 N/mm2 et ténacité de 60 lepaÎni. Pour des aciers présentant une bonne trempabilité bainitique, tels que des nuances au bore dont la courbe TRC présente un large domaine bainitique, et des diamètres intermédiaires (30 à 60 mm), on cherche à obtenir une transformation du coeur de la barre en bainite inférieure, la peau se transformant éventuellement en martensite auto-revenue. Ceci peut être obtenu par une trempe au défilé, depuis la température de fin de laminage jusque vers 4000C. On peut ainsi traiter des barres de diamètres allant jusqu'à 60 mm, en utilisant des installations de refroidissement de longueur raisonnable (30 à 50 m). Dans cette variante du procédé de l'invention, on peut envisager d'effectuer ensuite un léger revenu (par exemple, quelques minutes à une température de 500"C à 600 C), pour garantir une bonne ténacité. Toutefois, on a vérifié, tant sur des nuances à relativement basses teneurs en carbone (par exemple, une composition du type : 0,30 % C ; 1,5 % Mn ; 0,5 % Cr 0,1 % Mo ; 50 ppm de bore), que sur des nuances à plus fortes teneurs en carbone, qu'il était possible, après des trempes bainitiques amenant une transformation en bainite inférieure, d'éviter un traitement de revenu complémentaire, tout en obtenant des niveaux de ténacité raisonnables. Pour des barres en aciers suffisamment trempants vis-à-vis du diamètre traité et pour lesquelles l'utilisation envisagée exige une structure martensitique revenue (vitesse de refroidissement martensitique de l'acier voisine de la vitesse de refroidissement à coeur du produit), on cherche à obtenir une transformation de pratiquement toute la section de la barre en martensite. Ceci peut être obtenu par une trempe au défilé, depuis la température de fin de laminage jusque vers 250"C à 2000 C. On peut ainsi traiteur, si la trempabilité de l'acier est suffisante, des barres de diamètres allant jusqu'à 40 mm, en utilisant des installations de refroidissement de longueur raisonnable (30 m à 50 m). On effectue ensuite, évidemment, un revenu complémentaire. A titre d'exemple, une barre en acier 35CD4 (0,35 % C ; 1 % Mn 0,5 % Mo ; 1 % Cr), traitée de la façon décrite ci-dessus, présente des valeurs de resistance et de ténacité tout-à-fait comparables à celles obtenues après un traitement thermique complémentaire terminé par un même revenu. La trempe au défilé, effectuée selon le procédé de l'invention, est mise en oeuvre dans des installations appropriées, telles que les dispositifs à lame d'eau décrits dans les demandes de brevet n" 79/01567 du 19 janvier 1979 et n" 79/14383 du ler juin 1979 au nom du demandeur. Il est nécessaire que les dispositifs de refroidissement utilisés présentent des coefficients d'échange thermique tres élevésafin de réduire les durées de traitement et les débits d'eau nécessaires. Les hétérogénéités de refroidissement dans la section de la barre doivent être prises en considération en fonction de la trempabilité de l'acier considéré de manière à obtenir des structures formées à des températures voisines dans toute la barre. Il va de soi que le procédé décrit peut présenter de nombreuses variantes sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. En particulier, dans le cas de barres en aciers microalliés (Eb, Ti, Mo...), si la température de fin de laminage est suffisamment basse (température inférieure à 850"C - 900"C), l'austénite, refroidie rapidement dès la sortie du laminoir, pourra se transformer sans avoir été préalablement recristallisée. L'affinement du grain ferritique (dans le cas de la première variante), ou l'affinement du grain austénitique et l'héritage des défauts cristallins de l'austénite écrouie lors d'une transformation bainitique et/ou martensitique ultérieure (dans le cas de la deuxième et la troisième variantes), peuvent alors contribuer à une amélioration des caractéristiques finales de la barre traitée (ténacité, fatigue...). Ainsi, on a intérêt à contrôler, dans la mesure du possible, l'état de l'austénite en sortie de laminoir avant de préciser les conditions du refroidissement. Selon un mode de réalisation du procédé de l'invention, notamment dans le cas ou la longueur disponible, entre la dernière cage de laminage et le refroidissoir, est insuffisante, on ne procède au refroidissement accéléré contrôlé, selon l'une des trois variantes décrites précédemment, qu'après un refroidissement naturel de la barre jusque vers 7500C - 800"C. En effet, cette première phase de refroidissement est généralement sans incidence sur les conditions de transformation ultérieure et permet de gagner sur la longueur du dispositif de trempe et le débit d'eau nécessaires. REVENDICATIONS 1) Procédé de traitement de barres en acier, selon lequel on soumet la barre, directement dans la chaude de laminage, à un refroidissement accéléré, procédé caractérisé en ce que l'on règle la température à laquelle on arrête le refroidissement accéléré en fonction de la composition de l'acier, du diamètre de la barre et de la vitesse à laquelle la barre sort de lins- tallation de laminage. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de barres de gros diamètre et de nuances microalliées (Nb, V, Ti...), on choisit la température à laquelle on arrête le refroidissement accéléré de façon à ce que la majeure partie de la section de la barre se transforme en une structure ferrite-perlite fine. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de barres de diamètre moyen et de nuances à bonne trempabilité bainitique, comportant de préférence du bore, on choisit la température à laquelle on arrente le refroidissement accéléré de façon à ce que le coeur de la barre se transforme en une structure du type bainite inférieure. 4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de barres de petit diamètre et de nuances suffisamment trempantes, on choisit la température à laquelle on arrête le refroidissement accéléré de façon à ce que pratiquement toute la section de la barre se transforme en une structure martensitique. 5) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on soumet ensuite la barre à un revenu de quelques minutes à une température de 5000C à 6000C. 6) Procédé selon les revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on procède au refroidissement accéléré contrôlé, après un refroidissement naturel de la barre jusque vers 7500C - 8000C. 7) Barres en acier obtenues par le procédé selon les revendications 1 à 6.