Brevet FR2525503A1 — publié le 19831028

PXOEIDE DE FABRICATICN DE BARRES ET DE MUES EN ACIER A HA Il ES CARACIERISTIQUES MECANIQUES Le procédé qui fait l'objet de l'invention concerne une nouvelle méthode de fabrication de barres et de tubes en acier faiblement allié, présen- tant à l'état brut de transformation à chaud de hautes caractéristiques mécaniques, la limite d'élasticité, la charge de rupture et la rési- lience étant particulièrement élevées Le procédé concerne également une méthode qui permet d'abaisser de façon très importante les frais de transformation de l'acier sous forme de barres ou de tubes à hautes caractéristiques mécaniques. L'invention concerne aussi des barres et des tubes présentant de hautes caractéristiques mécaniques à l'état brut de laminage à chaud grâce à la combinaison d'une composition définie à l'intérieur de fourchettes pré- cises et d'une structure à prédominance bainitique. De façon plus précise, 1 ' invention concerne des barres ou tubes présen- tant des caractéristiques mécaniques au moins égales aux caractéristi- ques minimales du grade N 80 de l'American Petroleum Institute, obtenues par une méthode d'élaboration et de transformation beaucoup plus écono- mique que les méthodes habituellement utilisées. Les méthodes habituelles de fabrication de barres ou tubes présentant des caractéristiques mécaniques correspondant au grade N 80 de l'American Pe- troleum Institute, consistent à élaborer un acier faiblement allié tel que l'acier suivant norme AFNOR 40 >D 7 Cet acier contient en % en masse C 0,25 à 0,50; Mn 1,2 à 1,7; Mo 0,2 et les impuretés habituelles Après coulée en lingots ou en barres de coulée continue, cet acier est trans- formé par laminage à chaud en barres de la section voulue, par exemple des barres rondes de 100 à 200 mm de diamètre A l'état brut de laminage à chaud, ces barres ont généralement une limite élastique d'environ 750 M Pa mais une résilience faible inférieure à 30 Joules/cm 2, mesurée sur éprouvettes ICU. Dans le but de leur conférer les caractéristiques mécaniques désirées, on leur fait alors subir un traitement thermique corportant un recuit d'aus- ténitisation à une température d'environ 875 C, suivi d'un refroidissement à l'air jusqu'au voisinage de la temperature ambiante et enfin, un revenu à une terpérature d'environ 600 à 650 C. Les ronds obtenus présentent des caractéristiques mécaniques conformes au grade N 80, à savoir: Charge de rupture R > 700 l Pa Limite élastique E >, 550 Mpa Résilience KCU >, 80 J/cm 2 Ces cpérations de traitement thermique après laminage sont coûteuses en temps de fabrication, en frais de manutention et de contrôle ainsi qu'en énergie thermique et nécessitent, de plus, de disposer d'importantes ins- tallations spécialisées pour l'exécution de tels traitements. On a recherché la possibilité de mettre au point un procédé d'élaboration et de transformation appliqué à une composition particulière d'acier per- mettant d'obtenir à l'état brut de laminage à chaud, des barres présen- tant directement les caractéristiques mecaniques exigées par les utili- sateurs On a recherché aussi la possibilité de réaliser, à partir de ces barres, par perçage à chaud puis laminage à chaud sur mandrin, des tubes présentant à l'état brut de laminage à chaud des caractéristiques mécaniques coparables à celles de ces barres. Le procédé suivant 1 ' invention permet d'obtenir des barres ou tubes pré- sentant à l'état brut de laminage à chaud une limite élastique supérieure à 550 M Pa associée à une résilience MCU supérieure à 80 J/cm 2. Il consiste à élaborer un acier dont la composition est comprise à l' in- térieur des limites suivantes, en % en masse: C 0,07 à 0,12; Si 0,3 à 0,7; Mn 1,5 à 2,0; Nb 0,05 à 0,12; A 1 0,04 à 0,08; B 0,0025 à 0,0060; N 0,01; reste Fe et inpuretés habituelles. Une addition éventuelle de V, jusqu'à 0,12 %, peut également être effectuée. Après coulée sous forme de lingots ou de barres de coulée continue, l'a- cier est transformé dans des conditions contrôlées Le dégrossissage des lingots, au blooming, est effectué de façon classique à une température d'environ 1200 à 10500 C Les barres ainsi obtenues, ou bien les barres de coulée continue subissent un laminage contrôlé à une température comprise entre 950 et 7000 C en une seule chaude jusqu'à l'obtention de barres de la section voulue, circulaire ou non Dans le cas du laminage de tubes, la barre brute de laminage à chaud est percée par perçage à chaud puis l'ébauche de tube obtenue est laminée à chaud sur mandrin jusqu'à la dimension désirée Pour les barres comrme pour les tubes, il peut être avantageux d'effectuer un revenu permettant de compléter la précipitation du Nb et dont l'intérêt principal est de relever la limite d'élasticité Ce revenu est de préférence effectué à une température comprise entre 550 et 700 C. Les hautes caractéristiques mécaniques des produits obtenus par le pro- cédé suivant l'invention résultent essentiellement de l'action de l'o- pération de laminage à chaud effectuée dans des limites de température définies et avec un taux de corroyage bien déterminé sur un acier dont la composition est à 1 ' intérieur des limites précisées plus haut Grâce à sa faible teneur en carbone, associée à une combinaison d'additions de niobium, bore et aluminium, dans des proportions critiques, il est possible de supprimer les traitements classiques qui étaient considérés comme obligatoires pour obtenir ces caractéristiques mécaniques tout à fait particulières. L'exemple non limitatif ci-après décrit un m Dde de mise en oeuvre du pro- cédé suivant l'invention. On a élaboré un acier contenant en % en masse: C 0,085; Si 0,452; Mn 1, 520; Nb 0,060; AI 0,071; B 0,0049; N 0,007; Ni 0,136; Cr 0,167; Cu 0,228; S 0,028; P 0,017; reste Fe et inpuretés habi- tuelles. Cet acier a été coulé en lingots de 5,8 tonnes Ces lingots ont été pré- chauffés à 1230 C, puis dégrossis au blooming en barres de 182 x 182 mm à une température comprise entre 1200 et 10500 C puis laminés de façon continue en barres rondes de diamètre 140 mm La température d'entrée était d'environ 9500 C et la température à la sortie de la dernière cage du laminoir était d'environ 7100 C On a prélevé sur ces barres, brutes de laminage à chaud, des éprouvettes de 10 mm, de diamètre pour essais de traction ainsi que des éprouvettes pour mesures de résilience du type KCU sens long Ces prélèvements ont été faits à 25 mm de la surface (axe de l'éprouvette 10 mm situé à 25 mm au-dessousdecette surface). Le tableau ci-après donne les caractéristiques mécaniques obtenues. On voit que la limite élastique est supérieure à 540 M Pa et que la rési- lience est supérieure à 80 J/cm 2 Par ailleurs, les examens microgra- phiques ont montré que la structure de la barre est homogène et à prédominance bainitique en tous po Lnts Il est également possible d'ap- pliquer le procédé suivant 1 ' invention à la réalisation de barres de section autre cque circulaire, telles que des barres carrées ou rectan- gulaires ou de section quelconque Dans tous les cas, l'opération de laminage qui permet d'obtenir ces barres doit être effectuée à une température comprise entre 950 et 700 C et le taux de corroyage doit de préférence atteindre au ndoins 50 % sans réchauffage intermédiaire. Comme cela a été dit plus haut, il est possible d'accroître encore la limite élastique des barres brutes de laminage à chaud en leur faisant subir un revenu à une température de préférence comprise entre 550 et 700 C. Limite Charge de d Laiitée Charge de Allongement Striction Résilience d'élasticité rupture AK E R A Z K CU E R M Pa M Pa J/cm 2 600 680 24 53 90 i REVlNDICATICE 6 / Procédé d'obtention de barres en acier présentant à l'état brut de laminage une structure à prédominance bainitique fine, une limite élas- tique supérieure à 550 M Pa et une résilience supérieure à 80 J/cm 2, ca- ractérisé en ce qu'on élabore un acier contenant en % en masse: C 0,07 à 0,12; Si 0,3 à 0,7; Mn 1,5 à 2,0; Nb 0,05 à 0,12; A 10,04 à 0,08 B 0,0025 à 0,0060; N tuelles, et en ce qu'on coule cet acier sous forme de lingots ou de barres de coulée continue, et en ce qu'après avoir, dans le cas des lingots, effectué un dégrossissage à chaud au toyen d'un blooming, les barres obtenues ou les barres de coulée continue subissent un laminage à chaud contr 8 ôlé jusqu'à la section finale désirée. / Procédé suivant revendication 1, caractérisé en ce que le laminage contr 8 ôlé est effectué à une tenperature comprise entre 950 et 700 C en une seule chaude. 3 / Procédé suivant revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au cours du laminage contr 8 lé, la section initiale de la barre est réduite d'au moins 50 %. 4 / Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les barres ou tubes bruts de laminage à chaud subissent un revenu à une température de préférence oomprise entre 550 et 700 C. 50/ Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les barres obtenues par laminage à chaud sont ensuite percées puis la- minées à chaud sur mandrin. 6 / Barres ou tubes bruts de laminage à chaud ayant une structure à pré- dominance bainitique à grains fins, une limite élastique, à 25 mm au- dessous de la surface, supérieure à 550 M Pa et une résilience supérieure à 80 J/cm 2, caractérisés en ce qu'ils sont constitués d'un acier contenant en % en masse: C 0,07 à 0,12; Si 0,3 à 0,7; Mn 1,5 à 2,0; Nb 0, 05 à 0,12; A 1 0,04 à 0,08; B 0,0025 à 0,0060; N Fe et imnpuretés habituelles. 7 / Barres ou tubes suivant revendication 6, caractérisés en ce que le Nb qu' ils contiennent est à l'état conplètement précipité grâce à un revenu effectué après le laiminage à chaud.