Brevet FR2652821A1 — publié le 19910412

La présente invention concerne un acier de haute dureté pour blindage, surblindage et volet de surprotection, utilisable sous forme de tole et/ou de-pièces et présentant des performances balistiques élevées. La présente invention a également pour objet un procédé d'élaboration d'un tel acier. On connait des aciers pour blindage comme par exemple l'acier 28 NCD6 dont la composition pondérale est: Carbone: 0,28 X Nickel: 1,6 ' Chrome: 1,6 % Molybdène: 0,3 Z ou encore l'acier 50 CDV5 dont la composition pondérale est: Carbone: 0,5 X Chrome: 5 X Molybdène: 1,3 Z Vanadium: 0,45 Z Le but de l'invention est d'améliorer les qualités de résistance balistique des blindages monoblocs. En effet, l'augmentation de la dureté permet aux aciers de mieux résister à l'impact d'un projec- tile, l'acier devant être apte à fracasser le projectile. Cependant l'augmentation de la dureté peut entrainer une diminution de la résilience, c'est à dire une augmentation de la fragilité. L'invention a pour objet un acier conciliant une dureté comparable et même supérieure aux aciers actuellement connus et une résilience restant néanmoins élevée. L'acier, selon la présente invention, est caractérisé en ce que sa composition pondérale est la suivante: - 0,4 à 0,7% de Carbone - 0,3 à 1, 5X de Manganèse - 0,1 à 2 %. de Chrome - 0,5 à 1,5% de Silicium - 1 à 5 ' de Nickel - 0,2 à 1 % de Molybdène - moins de 0,015. de phosphore - moins de 0,005% de soufre le reste étant du fer et des impuretés résiduelles résultant de la fusion des matières nécessaires à l'élaboration. La présence dans la composition des éléments carburigènes tels que Carbone, Chrome, Manganèse et Molybdène permet d'assurer de hauts niveaux de dureté. La teneur en Nickel est déterminée de façon à assurer une bonne trempabilité et à permettre l'obtention d'un acier de résilience élevée. La teneur en soufre est de préférence inférieure à 0,0021. pour améliorer la résilience. La présente invention a également pour objet un procédé d'élaboration d'un acier de haute dureté caractérisé en ce que l'acier est soumis: - à un laminage à chaud de mise en forme à une température comprise entre 1000 et 1300 C, - à une trempe sous presse, - et à un revenu effectué à une température comprise entre 150 et 250 C. De préférence le laminage à chaud est effectué à une température comprise entre 1150 et 1250 C avec un taux de corroyage supérieur à 2. La trempe sous presse qui évite une déformation impor- tante de la tôle, s'effectue après chauffage à une température comprise entre 800 et 960'C. L'invention a encore pour objet un blindage obtenu selon ce procédé. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le blindage est constitué d'une tôle d'acier de haute dureté percée d'orifices régu- lièrement repartis et présentant 30 à 60Z de vide par rapport au volume total. - le blindage est constitué d'une tôle d'acier de haute dureté recouverte d'un élastomère. - l'élastomère est mélangé à de la fibre synthétique. L'invention concerne aussi un volet de surprotection balistique pour vitrage de fenêtres ou de pare-brise de véhicules blindés réalisé avec un blindage en acier selon l'invention. Le volet de surprotection permet une visi- bilité acceptable et assure une protection balistique efficace. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue en coupe d'une tôle d'acier pour blindage selon l'invention; - la Fig. 2 est une vue partielle en pers- pective d'un véhicule blindé muni d'un volet de surprotection selon l'invention. L'acier de haute dureté selon l'invention pour blindage est utilisable de préférence, sous forme de tôle pour la protection balistique. La tôle d'acier laminée et traitée présente des performances balistiques élevées. Un exemple de composition de l'acier selon l'invention est donné en proportion pondérale dans le tableau I. Eléments C Si Mn Ni Cr Mo S P Proportion Z 0,5 0,8 0,5 1,9 0,2 0,4 0,0007 0,004 TABLEAU I La teneur en carbone de 0,5. permet d'obte- nir après la trempe un très haut niveau de dureté. Cependant, pour une bonne résistance au choc la teneur en soufre doit être la plus faible possible. Afin d'obtenir les propriétés de blindage, l'acier élaboré est soumis à un laminage à chaud. La température de chauffage avant laminage est comprise entre 1000 et 1300 C et de préférence comprise entre 1150 et 12500C, le taux de corroyage étant supérieur à 2. Après élaboration d'une tôle, de 7 mm d'épaisseur par exemple, ladite tôle est soumise à un traitement thermique de trempe à huile. Elle est maintenue sous presse pendant l'opération de trempe afin d'obtenir une planéité d'environ de 3mm/m, la température d'austénisation étant de 850 C. La trempe est suivie d'un revenu à une température comprise entre 150 et 250 C et de préférence égale à 220 C. Les propriétés mécaniques de la tole élaborée et traitée comme décrit cidessus sont comparées aux aciers 28 NCD6 et 50 CDV5 et regroupées dans le tableau II ci-dessous: Traction - Résilience J/cm Acier Dureté _ HB Rm Re AI. + 20'C - 40'C (MPal (MPa) (5d) 022. II 28NCD6 500 1750 1350 13 45 40 CDV5 620,2200 1700 5 4 4 Acier selon l'in- 625 2270 1710 4,5 15 12 vention TABLEAU II Les propriétés mécaniques mesurées des tales sont, la dureté Brinell HB, les propriétés en traction de l'acier, limite élastique Re, résistance à la rupture Rm et l'allongement à la rupture A ainsi que ses propriétés aux chocs à deux températures déterminées (+ 20'C et -40 C). En comparant les valeurs données dans le tableau II, on constate que l'acier selon l'invention a une meilleure résilience que l'acier 50 CDV 5 avec une dureté comparable. L'acier selon l'invention a de meilleurs propriétés en élasticité et en dureté que l'acier 28 NCD6 avec une résistance au choc comparable. De plus, l'acier selon l'invention peut être découpé par procédé plasma, oxycoupage ou par laser, moyennant des précautions adaptées aux différentes épaisseurs de tôles. Afin d'optimiser les performances balistiques de la tôle soumise aux impacts de projectiles, celle-ci, après laminage, est percée d'orifices. Les trous ont par exemple un diamètre compris entre 3 et 15 mm. La tôle percée d'orifices est ensuite trempée, puis soumise à un revenu dans les conditions décrites précédemment. Dans une utilisation de surblindage, la tôle perforée et traitée a pour but de fracasser ou de faire éclater le noyau du projectile sans détérioration immédiate dudit surblindage. La masse surfacique- de la tôle perforée est réduite dans le rapport de la surface globale des orifices sur la surface totale de la tôle avant perçage, la tôle pouvant présenter de 30 à 607 de réduction en poids, pour une même efficacité de protection balistique. Les orifices améliorent la résistance à la fissuration lors d'impacts. Afin d'améliorer d'une autre façon la résistance balistique, le blindage est formé d'une tôle massive 1 (Fig. 1) selon l'invention, recouverte sur l'une des ses faces ou sur ses deux faces d'une matière synthétique 2 comme par exemple un élastomère pouvant être renforcé, en le mélangeant à une fibre synthétique. Le blindage selon l'invention présente des performances balistiques élevées notamment contre les projectiles perforants des armes de calibre 5,56mm, 7,62 mm et 12,7 mm. Dans le cas d'une utilisation comme tôle de surblindage, l'acier selon l'invention peut résister notamment aux projectiles perforants d'armes de calibre 12,7 mm, 14,5 mm, et 20mm. Sa tenacité, c'est à dire sa résistance à plusieurs impacts successifs, est améliorée par le perçage d'orifices et/ou par un revêtement d'une matière synthétique. L'invention trouve son application dans notam- ment des surblindages, placés en avant de blindages de structure déjà existante, surblindages qui permettent de fracasser le projectile et donc de réduire son pouvoir perforant. L'invention trouve également son application dans un volet de surprotection balistique pour fenêtres ou pare-brise de véhicules blindés légers. Sur la Fig. 2, on a représenté schématiquement la partie avant d'un véhicule blindé léger constitué par une carapace 10. La carapace 10 comporte des ouvertures et notamment à l'avant une ouverture 20 munie d'un vitrage légèrement blindé et permettant au conducteur d'avoir une bonne visibilité et de pouvoir ainsi piloter le véhicule. Pour augmenter la protection balistique de chaque fenêtre et notamment du vitrage de pare-brise , le véhicule est équipé de volets rabattables 40 formés par un blindage 50 en acier de très haute dureté selon l'invention. Le blindage 50 est percé d'une multitude de petits orifices 60 régulièrement répartis et repre- sentant 30 à 60%. de vide par rapport à la surface de ladite plaque. Les orifices 60 ont un diamètre inférieur au plus petit calibre que ne protège pas à lui seul le pare-brise et le volet 40 ménage avec le vitrage 30 un espace vide. Cette disposition permet d'obtenir une surprotection des fenêtres ou pare-brise du véhicule, tout en assurant une visibilité grâce au grand nombre de petits orifices 60. De plus, le volet 40 fracasse ou freine les projectiles notamment perforants, ce qui permet d'arrêter avec le pare-brise blindé les projectiles ralentis ou la gerbe d'éclats traversant le volet. REVENDICATIONS 1. Acier de haute dureté pour blindage, utilisable sous forme de t6les et/ou de pièces et présentant des performances balistiques élevées, caractérisé en ce que sa composition chimique pondérale est la suivante: 0,4 à 0,7t de Carbone - 0,3 à 1,5. de Manganèse - 0,1 à 2. de Chrome - 0, 5 à 1,5. de Silicium - 1 à 5 Z de Nickel - 0,2 à 1 / de Molybdène - moins de 0,0151 de phosphore - moins de 0,005X de soufre le reste étant du fer et des impuretés résiduelles résultant de la fusion des matières nécessaires à l'élaboration. 2. Acier de haute dureté selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en soufre est inférieure à 0,002Z. 3. Procédé d'élaboration d'un acier de haute dureté selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'acier est soumis: - a un laminage à chaud à une température comprise entre 1000 et 1300 C, puis - à une trempe sous presse, - et à un revenu effectué à une température comprise entre 150 et 250 C. 4. Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le laminage à chaud est effectué de préférence à une température comprise entre 1150 et 1250 C avec un taux de corroyage supérieur à 2. 5. Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la trempe est réalisée après 1 0 chauffage à une température comprise entre 800 et 960-C. 6. Blindage, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé selon l'une des revendications 3 à 5. 7. Blindage selon la revendication 6, ca- ractérisé en ce qu'il est constitué d'une tôle d'acier de haute dureté percée d'orifices régulièrement répartis et présentant 30 à 60. de vide par rapport au volume total. 8. Blindage selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une tôle d'acier de haute dureté recouverte d'un élastomère. 9. Blindage selon la revendication 8, carac- térisé en ce que l'élastomère est mélangé à de la fibre synthétique. 10. Volet de surprotection balistique pour vitrage de fenêtres ou de parebrise de véhicules blindés, caractérisé en ce qu'il est réalisé avec un blindage en acier selon l'une des revendications 6 et 7.