Brevet FR2588570A1 — publié le 19870417

L'invention se réfère à un procédé pour la fabrication d'éléments de construction en acier à haute résistance avec en même temps une haute tenacité, ces pièces présentant lesdites propriétés même après une déformation thermique. Les aciers ont la propriété de présenter après un traitement thermique une haute résistance mais une tenacité insuffisante s'ils n'ont pas été recuits à une température proprotionnellement élevée. Pour de nombreux éléments de construction, par exemple les fusées d'essieux de camion, il est souhaitable qu'une haute résistance soit associée à une tenacité suffisante du matériau. L'invention a donc pour objet de fabriquer des éléments de construction à base d'acier, sur lesquels le matériau présente non seulement une haute résistance mais une bonne tenacité sans traitement de revenu particulier après une déformation provenant d'un dépassement du seuil thermique de transformation. Ces propriétés devraient être obtenues, selon le problème posé, même après refroidis- sement antérieur et réchauffage d'un élément de construction ou seulement après sont réchauffage au-delà du seuil thermique de transformation. Ce problème est résolu conformément à l'invention par le fait que a) l'acier présente une teneur en carbone inférieure à 0,3 % en poids et b) la vitesse de refroidissement est réglée de telle sorte qu'il se produit en prépondérance une structure bainitique basse. Un procédé de ce genre présente l'avantage que des éléments de construction tels que par exemple les fusées d'essieux de camion présentent de manière prépondérante une structure bainitique basse qui associe à une haute résistance une bonne tenacité, malgré le forgeage à des températures allant jusqu'à 1300 C (déformatipn à chaud) même sans traitement thermique spécifique ultérieur tel que par exemple un recuit. En fabriquant des éléments de construction ayant les propriétés souhaitées mentionnées plus haut, on se sert, conformément à l'invention, d'un acier dont la teneur en carbone est inférieure à 0,3 % en poids. En même temps, la vitesse de refroidissement doit être contrôlée de façon à obtenir en prépondérance une structure bainitique basse. Le procédé derefroidissement souhaité dépend alors essentiellement des dimensions géométriques de l'élément de construction. Des procédés connus tels que le refroidissement en atmosphère calme, en atmosphère agitée, nébulisation d'un réfrigérant, bain d'huile, bain de sel, refroidissement par couches turbulentes, eau avec additions de sel ou de lessive pour ne citer que quelques exemples, peuvent être appliqués. Contrairement à la trempe étagée conventionnelle (obtention de la structure bainitique) lors de laquelle le refroidissement s'effectue jusqu'à une température déter- minée située au-dessus de la température de formation de la martensite et maintien ensuite à l'état isotherme jusqu'à ce que l'austénite soit transformé en bainite, 2,588570 dans le procédé conforme à l'invention le refroidissement s'effectue de manière continue à l'étape intermédiaire. Pour améliorer encore davantage la formation finement structurée de la bainite, il est possible d'ajouter à l'alliage des micro-additifs tels que par exemple le Nb et/ou aussi le Ti, le Zr ou V mais aussi l'Al (ce dernier toutefois seulement en association avec l'un des éléments précités). Ces additions d'alliage ont pour conséquence que, par la formation de carbures, de nitrures ou de carbo-nitrures lors de la déformation à chaud d'un tel élément de construction, tout agrandis- sement des grains avec toutes ses répercussions négatives connues, soit maintenu entre certaines limites malgré des températures de travail allant jusqu'à environ 1300 C, par exemple la cristallisation directe ainsi que le grossis- sement des grains après déformation à chaud se trouvent réprimés ou du moins retardés. On obtient d'une structure à grains particulièrement fins si cette structure est soumise à un traitement thermomécanique à des températures proportionnellement basses tel que le forgeage ou le laminage. Dans un développement avantageux de l'invention, il est possible d'ajouter des éléments générateurs de bainite tels que par exemple le Mn, le B et le Mo. Ainsi, si la vitesse de refroidissement est contrôlée de manière correspondante, on empêche la formation de martensite, de bainite haute et de ferrite/perlite, structures qui se répercutent négativement sur les propriétés de tenacité et les propriétés de résistance. Etant donné qu'un élément de construction présentant différentes sections se refroidit plus vite dans les zones à sections plus minces et plus lentement dans les zones à sections plus épaisses, il est nécessaire que la vitesse de refroidissement soit contrôlée de manière ciblée sur les différentes zones. Ceci s'effectue par des dispositifs de trempes spécifiques qui ou bien ralentissent la vitesse de trempe dans les sections les plus minces ou bien l'accélèrent dans les sections les plus épaisses. On peut auss. refroidir les sections les plus minces au cours d'une opération de refroidissement séparée avant les sections les plus épaisses, pour obtenir ou bien la structure bainitique ou bien une structure ferrite/perlite (si aucune sollicitation sévère n'est prévue), avant de refroidir la section plus épaisse de l'élément de o10 construction jusqu'au point o celui-ci n'est plus austénitique. Un autre avantage du procédé conforme à l'invention consiste donc dans le fait que l'on peut obtenir une structure bainitique seulement dans les parties marginales des pièces par exemple qui sont soumises à de hautes sollicitations. De ce fait, on peut obtenir dans les différentes sections d'un élément de construction des valeurs de résistance différentes (selon les spécifi- cations). Des pièces en saillie ou des zones à parois minces placées sur le côté extérieur ou encore à l'intérieur d'une pièce usinée peuvent être traitées de différentes façons selon les caractéristiques contenues dans les revendications 5 à 8. D'une part, ces parties peuvent être habillées d'une gaine de protection thermo-isolante avant la trempe, ou encore il est possible de soumettre ces parties avant la trempe à un refroidissement contrôlé (par exemple en dirigeant le brouillard nébulisé d'un fluide réfrigérant de manière ciblée sur ces parties). Pendant ces opérations a lieu un refroidissement contrôlé de manière différentielle de ces parties jusqu'en deçà du seuil thermique de transformation, de telle sorte qu'aucun processus de trempe n'a lieu sur ces parties lorsqu'elles ont été jetées dans le bain. Il est possible également que les pièces en saillie ou zones citées soient d'abord recouvertes par des éléments façonnés et qu'ensuite seules les zones importantes de la pièce soient soumises au refroidissement contrôlé par l'application du jet d'un fluide réfrigérant. Dans un développement ultérieur de cette idée inventive, il est enfin proposé que les éléments façonnés soient enlevés lorsqu'un équilibre de température est atteint entre les zones à parois minces et les zones à parois épaisses de la pièce et soient également directement soumis au jet du fluide de refroi- dissement, toutefois ceci ayant lieu avant que la température ne soit descendue en deçà du seuil de trans- formation de l'acier. Avec un acier conforme à l'invention, 15 CrMo 5, par exemple un rond de 70 mm de diamètre, on a pu démontrer, à une distance de 1/3 du rayon mesuré de l'extérieur, la présence de valeurs qui dépassent les valeurs minimales d'un acier 42 CrMo 4 selon la norme DIN 17200 de Rm = 1139 N mm- 2, Ro 0,2 = 964 N mm-2 et Av = 54 J. Rm signifie ici la résistance à la traction, Rp la limite de dilatation à 0,2 % et Av la résilience. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'éléments de construction en acier, à haute résistance et haute tenacité simultanément qui présentent ces propriétés même après une déformation thermique, caractérisé par le fait que a) l'acier présente une teneur en carbone inférieure à 0,3 % en poids b) que la vitesse de refroidissement est réglée de façon à produire en prépondérance une structure bainitique basse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on ajoute à l'alliage des micro-additifs aptes à former des carbures et/ou des nitrures et/ou des carbo-nitrures, tels que par exemple du Nb. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la structure est soumise à un traitement thermomécanique, par exemple à un forgeage ou à un laminage à des températures proportionnellement basses. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on ajoute à l'alliage des éléments générateurs de bainite, par exemple Mn, B et Mo. 5. Procédé selon les revendications 1 à 4, carctérisé par le fait que des parties en saillie ou des zones à parois minces présentes du côté extérieur ou à l'intérieur d'une pièce sont revêtues d'une gaine protectrice thermo-isolante avant la trempe. 6. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que des parties en saillie ou des zones à parois minces présentes du côté extérieur ou à l'intérieur d'une pièce sont soumises, avant la trempe, à un refroidissement contrôlé obtenu au moyen de la nébulisation d'un fluide réfrigérant dirigée de manière précise sur ces parties. 7. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les parties en saillie ou les zones à parois minces présentes sur le côté extérieur ou à l'intérieur d'une pièce sont recouvertes par des éléments façonnés et qu'ensuite seules les zones importantes de la pièce sont soumises au jet d'un fluide réfrigérant en vue d'obtenir un refroidissement contrôlé. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les pièces façonnées sont enlevées dès l'atteinte d'un équilibre de température entre les zones à parois minces et à parois épaisses de la pièce, toutefois au plus tard avant refroidissement en deçà du seuil thermique de transformation (Ar3) de l'acier et que ces pièces sont également soumises directement au jet du fluide réfrigérant.