Brevet FR2525634A1 — publié le 19831028

La présente invention est relative à un acier au manganè- se et en particulier à un alliage d'acier austénitique au man- ganèse présentant à l'état brut de coulée une microstructure perlitique -obtenue sans traitement thermique. La technique antérieure reconnaît l'importance de la finesse du grain dans l'acier austénitique au manganèse; pour que cette finesse de grain soit obtenue, la pièce coulée subit un recuit qui permet d'obtenir la perlite, qui est en- suite ré-austénitisée par le traitement thermique classique de"durcissement" Le traitement de recuit est généralement (ou typiquement) pratiqué à une température voisine de 5400 C pendant 24 heures ou plus La Demanderesse s'est rendu compte que la transformation qui se produit dans l'alliage n'est en général pas complète Cette méthode des traitements thermi- ques successifs permet d'obtenir un alliage d'acier austéni- tique au manganèse à grain fin, et vient s'ajouter à la mé- thode habituelle qui utilise de faibles surchauffes pendant la coulée Pour les pièces coulées plus importantes, l'usage de très faibles surchauffes n'est pas très pratique car il y a augmentation de la probabilité de l'existence de défauts dus aux phénomènes de retrait Un des buts de la présente invention est de produire, d'une manière plus économique que jusqu'à ce jour, un acier au manganèse à grain fin Plus pré- cisément, l'invention a pour but d'obtenir un acier au manga- nèse présentant une microstructure à grain fin, en formant à l'état brut de coulée une structure perlitique, qui se transforme pendant le traitement thermique classique d'aus- ténitisation "durcissement" pour donner l'acier au manganèse à grain fin recherché Ainsi, avec la présente invention, il n'est pas nécessaire d'appliquer un traitement thermique in- termédiaire; de même il n'est pas nécessaire d'utiliser de basses températures de coulée pour favoriser la formation de perlite. En d'autres termes, la présente invention a pour but d'obtenir à l'état coulé une structure perlitique à l'état brut de coulée, de telle sorte qu'avec le présent alliage il devient tout à fait inutile d'appliquer le traitement de re- cuit signalé comme nécessaire dans la technique antérieure pour obtenir la perlite, celle-ci étant ensuite transformée en une structure à grain fin. Conformément à la présente invention, les buts sont at- teints grâce à une combinaison remarquable des teneurs en manganèse, carbone et aluminium; cette combinaison explique les taux exceptionnrmellement élevés de structure perlitiaue à l'état brut de coulée pour des vitesses de refroidissement relativement lentes, cette structure perlitique se transfor- mant en austénite à grain fin lorsqu'elle subit le traite- ment thermique classique d'austénitisation, qui est fonction du temps et de la température selon la taille de la section et la composition chimique exacte Après le traitement ther- mique de transformation, il ne reste pratiquement rien de la structure perlitique initiale; il reste seulement l'austénite à grain fin qui est la structure recherchée. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple: la Fig I est une micro-photographie (xi OO) d'un acier au manganèse ( 12 % de manganese, 1, 15 % de carbone) à l'état brut de coulée; la Fig 2 est une microphotographie (x 100) de l'alliage à l'état brut de coulée mentionné ci-dessus après le traite- ment thermique-classique d'austénitisation; la Fig 3 est une microphotographie (x 100) d'un acier au manganèse ( 11 % de manganèse, 1,75 % de carbone, 2,5 % d' aluminium) à l'état brut de coulée, attaqué pour montrer la structure perlitique obtenue conformément à la présente in- vention; la Fig 4 est une micro-photographie (x 100) du même al- liage que celui présenté à la Fig 3, mais attaqué différem- ment pour montrer la taille des grains dans l'alliage à l'é- tat brut de coulée; et la Fig 5 est une micro-photographie (x 100) de l'alliage représenté aux Fig 3 et 4 après le traitement thermique classique d'austénitisation. nr ce oui concerne les micro-photoraphies, la v 1 montre un alliage typique (classique) d'acier au manganèse à l'état brut de coul Se présentant les gros grains typiques d' austénite, avec les carbures répartis aux joints "es grains et définissant ces derniers La Fig 2 montre la pièce coulée de la Fig 1 après le traitement thermique d'aust 6 nitisation, dans laquelle tout le carbure est entré en solution dans 1 ' austénite il n'y a pratiquement pas de changement dans la taille des grains. Ce traitement thermique dissout tous les carbures et est res- ponsable de la production d'un alliage résistant qui de maniè- re inhérente peut durcir lorsqu'il subit un traitement méca- nique Une méthode connue pour obtenir un grain fin, outre l'utilisation de basses températures de coulée pendant le processus de moulage, consiste à pratiquer un traitement thermique intermédiaire pour obtenir une structure perlitique. Les Fig 3 et 4 montrent pour comparaison le présent al- liage à l'état brut de coulée La Fig 3 montre le degré de perlitisation obtenu à l'état brut de coulée et la Fig 4 mon- tre la taille très importante des grains de l'alliage à l'état brut de coulée La Fig 5 représente la microstructure du pré- sent alliage après le traitement thermique La microstructure présentée aux Fig 3 et 4 est essentiellement une perlite à gros grain qui se transforme en austénite à grain fin au cours du traitement thermique ultérieur, quand la pièce coulée est chauffée à, par exemple, 1120 C pendant 2 à 4 heures avant d'être trempée dans de l'eau agitée. La mise en pratique de la présente invention est fonc- tion de l'incorporation dans l'alliage fondu d'une quantité d'aluminium qui demande que le mélange et la coulée soient faits dans des conditions non-oxydantes en utilisant une technique quelconque préférée. Les exemples ci-après représentent les modes préférés de réalisation de l'invention qui peut être mise en pratique dans les intervalles de valeurs suivants: C = 1,5 2,0 j.f = 10 13 Si = O 0,8 Cr = 0,5 2 Al = 1 3 Le reste étant du fer, éxception faite des impuretés et des éléments se trouvant dans les déchets de fer utilisés dans le bain fondu, tels que phosphore, soufre, molybdène et/ou nickel. Exemples C l Mn Si Al 1 1,76 10,46 0,55 2,50 2 1,46 11,13 0,46 1,19 3 1,5 10,67 0,55 2,50 4 1,94 12,68 0,24 2,26 ( les quantités limitées de chrome tique et n'ont pas d'influence sur vention s'appliquant à la grosseur *Après transformation à 1120 l'eau. c c Cr ASTN ' taille du Frain ),70 1-1-1/2 C ).71 1- (a 1-2 2 * augmentent la les principes du grain) limite élas- de cette -in- C 3 heures trempe à -Après transformation à 1120 C 4 heures trempe à l'eau. On peut utiliser des températures de coulée plus élevées, ce qui permet d'avoir de bonnes pièces coulées ne présentant pas de porosité due aux phénomènes de retrait; ce problème de porosité se rencontrait dans les techniques antérieures lors- que l'on cherchait à obtenir la perlite en quantité prédomi- nante avec de basses températures de coulée Dans le même or- dre d'idées, il est préférable de laisser les pièces coulées se refroidir lentement avant d'être retirées des moules en sable (par exemple en dessous de 315 C), car, comme on le sait, la formation de perlite est favorisée par un refroidis- sement lent. Cn Peut bien ent-endu faire varier i Vnretla ccinbi- naison des éneurs en carbone, en aluminium, et la forte te- neur en m;ane rroduisant 1-' laerlite recherch'3 dano l'al- liage à l'état brut ie coulee Ce serait un travail sans fin de déterminer les limites excactes à l'intérieur desquelles on obtient des résultats équivalents Par l'forte teneur en mran une certaine latitude est rrobablement permise clans l'inter- valle de 10 zà 13 préféré cionnc' ci-dessus. i ièce coule en acier austénitique au manganse à grain fin, caractérisée en ce que, dans cette nièce, l'aus- ténite est stabilisée par une teneur en malganèse comprise entre 10 et 15 3 % environ, et elle contient environ 1,5 à O, ' de carbone ainsi qu'environ 1 a 3 d'aluminium qui prcduizecnt de manière Prédominante uns microstructure rerli- tinue pour l'acier 'A l'état brut d Ce coulée, la terlite étant recristallisée par traitement thermisue pour donner la struc- ture austénitioue à grain Lin. 2 Pièce coulée en acier aust 6 nitique au manganèse à grain fin, caractérisée en ce que l'austénite est formée par un traitement thermique appliqué 6 à la pièce coulée, l'austé- nite étant stabilisée par une teneur en manganèse comprise entre 10 et 13 environ, et elle contient environ 1,5 à 2,0 % de carbone ainsi qu'environ 1 à 3 %, d'aluminium. 3 Procédé de fabrication d'une pièce coulée en acier au manganèse à grain fin caractérisé en ce qu'on prépare et coule un alliage fondu contenant comme ingrédients essentiels d'environ 10 à 13 % de manganèse, d'environ 1,5 à 2,0 % de carbone et d'environ 1 à 3 % d'aluminium, le reste étant es- sentiellement du fer avec un peu de silicium, ce qui donne une microstructure qui est de manière prédominante perlitique après refroidissement de la pièce coulée, et on transforme après ce refroidissement la perlite en austénite à grain fin par un traitement thermique.