Brevet FR2619577A1 — publié le 19890224

Composition d'acier au silicium-chrome-molybdène-vanadium et son application aux noyaux perforants de projectiles anti-blindages L'invention concerne une composition d'acier au siliciumchrome-molybdène-vanadium, plus particulièrement destinée à constituer les noyaux perforants de projectiles anti-blindages et les balles, On connaît déjà de nombreuses compositions d'acier pour noyaux perforants, telles que l'acier au chrome (C = 1% Cr = 1,5% ; Mo) ou l'acier au chrome-tungstène-molybdène-vanadium (C = 0,65% ; W = 2% : Cr = 1% ; Mo ; V). Cependant, ces compositions ne donnent pas entièrement satisfaction pour les raisons suivantes. I1 convient en effet qu'un noyau perforant anti-blindage présente à la fois une dureté élevée (de préférence supérieure ou égale à 58 HRc) et une ténacité adéquate pour que, lors de la percussion du noyau sur le blindage, le corps du projectile ne soit pas déformé avant la traversée de la plaque, c'est-à-dire, que lors de l'impact, l'énergie cinétique soit en grande partie conservée et non partiellement ou totalement détruite par le travail de déformation (flambage). Les données balistiques requises font que l'ensemble des qualités demandées à l'acier est particulièrement difficile à obtenir. Pour résoudre ce problème, des projectiles ont été crées, qui présentent un rapport de géométrie longueur/diamètre trop élevé : ils accusent au moment de l'impact sur plan incliné un flambage tel qu'aucun acier actuel ne peut l'absorber sans éclatement instantané. On connaît par ailleurs la nuance d'acier 45 SCD 6 (cf. norme AFNOR NF A-35-571) d'analyse moyenne suivante : C = 0,45 Si = 1,50 ; Mn = 0,70 ; Cr = 0,70 ; Mo = 0,25. Cette nuance d'acier, préconisée pour la fabrication des ressorts formés à chaud, présente une bonne résistance au flambage, mais pas en revanche la dureté nécessaire pour une application aux noyaux perforants. Le but de l'invention est de proposer une nuance d'acier très tenace et adaptée, lors de l'impact, à l'absorption d'un flambage inéluctable, surtout avec impact oblique, et qui permette la perforation du blindage. Ce but est atteint selon l'invention grâce à une nuance d'acier ayant la composition suivante, en pourcentage : C = 0,50 à 1,00 ; Si = 1,0 à 3,0 ; Mn - 0,5 à 1,5 ; Cr = 1,0 à 2,5 ; Mo = 0,2 à 1,2 ; V = 0,05 à 0,50 ; S = pas plus de 0,010 ; P = pas plus de 0,020 ; le reste étant constitué par le fer et les impuretés habituelles. Dans cette plage, une composition d'acier préférée est la suivante : C = 0,70 ; Si = 2 ; Mn = 0,7 ; Cr = 2 Mo = 0,7 Cr = 2 ; Mo = 0,7 ; V = 0,18. De préférence, on a en outre S = pas plus de 0,003 ; P = pas plus de 0,010. Des études de la Demanderesse portant sur des compositions variant autour de la composition préférée ci-dessus, on peut tirer les enseignements suivants. Les teneurs en soufre et phosphore doivent être ajustées au minimum, et dans tous les cas S S0,010% et P S; 0,020S. Des teneurs plus élevées en soufre et phosphore induisent des macro et microségrégations et abatardissent la ductilé et la ténacité, tout particulièrement dans le sens "travers". L'élaboration de l'acier sera, en outre, conduite pour que la propreté inclusionnaire mesurée par une méthode de cotation classique, norme ASTM E 45 ou norme NF A 04-106, réponde aux critères suivants (en série fine) : A 4 2,0 ; C Q 2,0 D 1,5. L'acier pourra être un acier dit "électrique" de haute pureté, dégazé sous vide, ou un acier résultant d'une opération de refusion par tous procédés sous vide, sous pression partielle ou sous laitier. Ces techniques d'élaboration doivent faire acquérir à l'acier transformé par laminage matriçage, extrusion ou tout autre procédé de préparation (tel que frittage ou moulage par exemple) en température ou à l'ambiante, une pureté telle que celle définie par les indices de propreté inclusionnaire et éliminer toutes formes de ségrégations. Une dégradation de la propreté inclusionnaire et la présence de ségrégations marquées peuvent entraîner, en effet, des initiations et des propagations rapides de fissuration. Le noyau perforant doit présenter, dans toute sa masse, une dureté homogène. Grâce à ses teneurs élevées en éléments d'alliage dont le chrome et le molybdène, on a pu vérifier par l'étude des courbes de transformation en refroidissement continu, appelées courbes TRC, que la pénétration de trempe étaient totale avec les diamètres couramment utilisés pour les fabrications de noyaux perforants après refroidissement rapide suivant une mise en solution à 850/9000C. La teneur en chrome visée permet d'élever la dureté du projectile au-dessus de 58 HRc (58 Rockwell C). Parallèlement, explorant les modifications de la teneur en carbone entre 0,50 et 1,00%, on a constaté une élévation continue de la dureté après traitement thermique de 57 à 63 HRc. Le traitement thermique de l'acier permettant d'acquérir la dureté requise peut comporter une normalisation, une trempe suivie ou non d'un sous refroidissement et d'un simple ou double revenu, ou tout autre procédé tel que le durcissement sur matériau écroui. Le traitement thermique préféré de l'acier comporte si possible, une normalisation depuis 900/9500 avec refroidissement à l'air. Cette étape permet de régénérer totalement ou quasi totalement la structure austénitique perturbée par le refroidissement qui a suivi la transformation thermomécanique de mise en forme de la pièce. une mise en solution à 850/9000 dans une atmosphère garantissant tous risques de décarburation. cette mise en solution est suivie d'une trempe rapide à l'huile ou à l'air (suivant section du produit) provoquant la formation d'une structure mixte martensite et austénité résiduelle. après retour à l'ambiante et dans un délai court, le refroidissement peut être complété par une sous réfrigération à - 800C qui permet de poursuivre la transformation martensitique et tend à supprimer l'austénite résiduelle. enfin, un simple ou double revenu dans un intervalle de température compris entre 200 et 4000C, provoquant l'augmentation de ténacité nécessaire à l'emploi. Les essais rapportés ci-après illustrent les avantages de la nuance d'acier conforme à l'invention. 1. Essais de rupture et en flexion L'étude des corrélations entre dureté et ténacité mesurée par un essai de rupture au choc ainsi que par des essais complémentaire de flexion lente à partir de barreaux lisses déformés sur machine de traction a permis de définir, dans le domaine des compositions étudiées, la nuance la plus performante. - en flexion rapide au choc, on a utilisé des barreaux de 10 x 10 x 50 mm sans entaille rompus sur un mouton-pendule Charpy réglé avec une énergie de 300 Joules - en flexion lente, on a utilisé des éprouvettes de 8 x 10 x 40 mm, distance entre appuis de 30 mm, face 10 x 40 en appui sur le couteau A titre d'exemples, des aciers présentant l'analyse de base commune suivante Si = 2 % ; Cr = 2% ; Mo = 0,7% ; V = 0,18%, mais des teneurs en carbone différentes C1 = 0,59% ; C2 = 0,70% ; et C3 = 0,78% traités suivant les recommandations précédentes, par trempe à l'air ou à l'huile suivie d'une réfrigération à - 800C et après un double revenu à 3000, ont été soumis aux essais de flexions lente et rapide. Les résultats suivants ont été enregistrés En ce qui concerne les essais de rupture au choc (flexion rapide) Nuances Trempe HRc Rupture au choc Energie en Joules C1 9000 Air 60,5 259 8750 Huile 60,5 259 C2 9000 Air 61,5 254 8750 Huile 62,0 255 C3 9000 Air 61,5 125 8750 Huile 62,5 86 En ce qui concerne les essais de flexion lente Les résultats ne permettent pas une classification aussi nette des nuances ; en effet, les valeurs relevées de limite élastique, de résistance sont comprises dans les fourchettes suivantes résistance à la rupture RF 65000 à 72000 N limite élastique EF 0,2 % 55000 à 60000 N Flèche plastique (mm) q C1 C2 C3 0,50 0,60 0,25 On note, toutefois, que la nuance C3 accuse la ductilité la plus faible (flèche plastique la plus faible). L'examen des résultats et, tout particulièrement ceux des essais de flexion rapide au choc, a permis de sélectionner la nuance C2 qui présente le meilleur compromis entre énergie de rupture au choc (presque totalement élastique) et dureté souhaitée (supérieure à 61,0 HRc). 2. Essais de tir Ces essais ont été conduits sur blindage réglementaire OTAN traité au niveau de 1250 N/mm2 suivant cahier des charges DTAT/AMX/ISB 160/02 avec des noyaux perforants en acier ayant la composition préférée déjà mentionnée, avec S 4 0,003 et P mm. Sur une cible placée à 100 mètres, ces noyaux ont perforé au moins 25 mm de blindage à 300 (10/10)(n/10 signifie n perforations sur 10 tirs), au moins 18 mm de blindage à 460 (6/10). Sur une cible placée à 800 mètres, ces noyaux ont perforé au moins 15 mm à 300 (10/10) et au moins 10 mm à 460 (6/10). Avec un acier couramment utilisé pour ces noyaux perforants, en diamètre 12,7 mm tel que l'acier au chrome ou l'acier au chrome, tungstène, molybdène, vanadium de compositions rappelées en tête de ce mémoire, il n'y a aucune perforation possible dans ces conditions de tir et (ou) explosion du noyau. REYENDICATIONS 1. Acier au silicium-chrome-molybdène, vanadium, caractérisé par la composition chimique suivante 0,50 à 1,00 % de carbone 1,5 à 2,5 % de silicium 0,5 à 1,5 % de manganèse 1,0 à 2,5 % de chrome 0,2 à 1,2 % de molybdène 0,08 à 0,5 % de vanadium pas plus de 0,010 % de soufre pas plus de 0,020 % de phosphore, le reste étant constitué par le fer et les impuretés habituelles. 2. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient C = 0,70 % Si = 2,0 % Mn = 0,7 % Cr = 2 % Mo = 0,7 % V = 0,18 % 3. Acier selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que S 4 0,003 P 0,010 4. Acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il présente une dureté supérieure à 58 HRc et, de préférence, supérieure à 61 HRc. 5. Acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il a subi un traitement thermique comportant une normalisation, une trempe et un simple ou double revenu. 6. Acier selon la revendication 5, caractérisé en ce que la trempe est suivie d'un sous refroidissement. 7. Application de l'acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 à la fabrication de noyaux perforants de blindage et de balles.