Brevet FR2651507A1 — publié le 19910308

"Acier traité thermiquement, à propriétés mécaniques- technologiques de matériau améliorées" L'invention concerne un acier à propriétés de matériau améliorées, principalement dans la gamme dimensionnelle de types de fils et d'aciers fins, qui est avantageusement utilisable en particulier en tant qu'acier de construction. Le développement particulier de procédés et de produits dans le domaine du traitement thermique et du traitement thermique de formage d'aciers a conduit à ce que l'on fabrique et utilise à présent une série d'aciers ayant une résistance mécanique et une struc- ture hétérogènes déterminées en section transversale, correspondant aux conditions d'utilisation et de mise en oeuvre qui règnent dans la pratique. Ceux-ci com- prennent, par exemple, des aciers pour béton nervurés pour armature non tendue, en particulier pour treillis soudés (DD-A-106 661). Des aciers pour béton de ce ty- pe, écrouis thermiquement par refroidissement intense, à partir de la haute température de formage, sont constitués, en fonction de l'intensité de refroidisse- ment, d'une zone périphérique plus ou moins épaisse, fortement trempée et revenue, et d'un coeur ferriti- que-perlitique pratiquement inchangé. Il s'agit par conséquent d'un acier partiellement traité ayant d'a- vantageuses propriétés mécaniques-technologiques de matériau, qui se distingue en particulier également par une bonne soudabilité. Un acier à haute résistance, également trai- té partiellement dans la zone périphérique, en parti- culier un acier pour béton ou un matériau primaire d'étirage, ayant des propriétés de matériau amélio- rées, est caractérisé en ce que l'cier présente une répartition hétérogène de la résistance mécanique sur la section transversale, dans laquelle une couche mar- tensitique très résistante se trouve dans la zone de transition entre la couche externe à résistance rédui- te et la zone centrale moins dure (DD-C-268 258). La structure de cet acier est due au fait que la couche périphérique externe, au même titre que la couche de la zone de transition très résistante, est principale- ment constituée de martensite différemment recuite, tandis que la zone centrale est constituée de perlite ou de ferrite et de perlite avec des proportions défi- nies de bainite. On connaît en outre un acier très résistant, en particulier un acier pour béton précontraint, à ré- sistance améliorée à la fissuration par corrosion sous contrainte et aux ruptures différées (DD-C-267 513). Avec une composition chimique homogène et une trempe et un revenu continus sur la section transversale (y compris le coeur), l'acier est caractérisé par le fait qu'il possède dans la zone centrale une résistance de à 450 MPa plus élevée que dans la zone périphérique et le rapport de la limite d'élasticité Rpo,o01 à la résistance à la traction Rm va de 0,70 à 0,85. La cou- che périphérique a, par contre, une valeur de 0,05 plus élevée en ce qui concerne le rapport Rpo0,01 à Rm. Un perfectionnement avantageux de cet acier à haute résistance, ayant une structure martensitique continue sur la section transversale, est dû au fait que cet acier est constitué de plusieurs couches dans sa zone périphérique, la résistance de l'acier augmentant gra- duellement en direction du coeur et atteignant un maximum dans le coeur (C21D/316556.8). Le nombre des couches dans la zone périphérique ainsi que leur ex- tension en relation avec la partie superficielle de la section transversale du coeur, et la température gra- duelle de revenu, peuvent être librement choisis dans certaines limites. Etant donné que les aciers indiqués plus haut peuvent être produits avec leur structure hétéro- gène à partir de la haute température de formage, la conception, soutenue de façon répétée dans la littéra- ture spécialisée, selon laquelle le traitement thermo- mécanique classique d'aciers à haute température, mal- gré des avantages économiques convaincants, n'est évi- demment pas applicable vis-à-vis du traitement classi- que de trempe et revenu (A. Randak et coll., Stahl und Eisen (Fer et acier) 85 (1965) 22, p. 1452) est en même temps ainsi réfutée. L'inconvénient est toutefois qu'en particulier aux hautes températures du laminage final, la structure initiale n'est pas toujours opti- male pour le durcissement des aciers, en fonction de leur composition chimique. En égard à l'homogénéité et à la taille de grains de l'austénite, il serait avan- tageux de soumettre à une normalisation préliminaire l'acier laminé destiné au traitement de trempe et re- venu. L'état structurel défini du stade perlite qui peut ainsi être atteint serait à rechercher aussi bien en tant que stade intermédiaire pour des traitements thermiques subséquents (par exemple pour le traitement de trempe et revenu) qu'avantageux également en tant qu'état d'utilisation (par exemple pour des aciers de construction) car, à la finesse de grain correspondant à la relation Hall-Petch, est lié en particulier un accroissement non négligeable de la limite d'élastici- té. A cela s'oppose toutefois la conception objective fondée qu'un acier normalement recuit au sens du terme ne peut pas être produit à partir de la haute tempéra- ture de laminage (A. Randak et cool., Stahl und Eisen (1965) 22, p. 1457). Le but de l'invention est d'améliorer les propriétés mécaniquestechnologiques de matériau, en particulier d'aciers pour béton et d'aciers de cons- truction écrouis thermiquement, d'élargir les possibi- lités d'utilisation pour des raisons de matériaux, technologiques et économiques d'aciers de ce type, et de permettre leur production sur des lignes de produc- tion de fils et d'aciers fins. L'objet de l'invention est de mettre au point un acier dont les caractéristiques mécaniques et technologiques de matériau sont améliorées par le fait qu'eu égard à la structure d'aciers pour béton, est établi un état intermédiaire avantageux pour l'é- crouissage thermique subséquent, ou, eu égard à la structure d'aciers de construction purement ferriti- ques-perlitiques, est établi un état d'utilisation avantageux, ces états structuraux étant à réaliser en relation directe avec l'écrouissage thermique ou sous forme d'un traitement thermique séparé de l'acier dans le cycle de laminage. Ce but est atteint selon l'invention, par le fait que l'acier a une résistance et une structure hé- térogènes sur la section transversale, dans laquelle seule la zone périphérique se trouve à l'état normali- sé. La structure de cet acier est caractérisée par le fait qu'en tant qu'acier de construction il est cons- titué d'une zone centrale ferritique-perlitique non normalisée qui est entourée d'une zone périphérique ferritique-perlitique normalisée. D'autre part, la structure de cet acier est caractérisée par le fait qu'en tant qu'acier pour béton écroui thermiquement, il consiste en une zone centrale ferritique-perlitique non normalisée qui est entourée d'une zone périphéri- que normalisée et ensuite trempée et revenue. L'épaisseur de cette couche périphérique est déterminée, outre par les paramètres technologiques, du point de vue du matériau en particulier par la re- lation du point Ms, à la température Ac3. La tempéra- ture A3 diminue certes, avec une teneur croissante en Cdes aciers, mais comme cela concerne également la température Ms, les possibilités d'ajustement de l'é- paisseur de couche, en ce qui concerne le matériau, sont limitées lorsqu'on s'oriente seulement sur la conversion martensitique. La proportion de surface maximale réalisable de la couche normalisée est alors d'environ 15 à 20 %. La présente invention est illustrée à l'aide de l'exemple descriptif et non limitatif ci-après. Exemple L'exemple d'un acier soudable non allié, ayant une teneur en C de 0,23 %, une température Ac3 de 840 C, une température Ms de 430*C et un diamètre de 25 mm, fera apparaître les possibilités et limites du matériau selon l'invention. La formation de la couche périphérique nor- malisée de cet acier a été directement effectuée dans le cycle de laminage, par le fait que l'acier laminé a été pendant une courte durée refroidi en surface avec une grande intensité, ce par quoi, à partir d'une tem- pérature de fin de laminage de 1080 C, dans la zone périphérique on aboutit à une conversion Y - a - Y dé- finie avec équilibrage subséquent de la température de la partie périphérique et du coeur à 870 C. Après le refroidissement subséquent à l'air, la structure de cet acier consiste en une couche périphérique normali- sée ferritique-perlitique d'environ 1 mm d'épaisseur et une zone de coeur ferritique-perlitique non norma- lisée. Un autre échantillon de cet acier, après l'équilibrage de la température à 870 C, a été à nou- veau trempé intensément en surface pendant une courte durée, la température d'équilibrage atteignant désor- mais 600 C. La couche périphérique initiale déjà nor- malisée était alors constituée de martensite revenue à structure fine. R E V E N D I C A T I ONS 1) Acier traité thermiquement à caractéris- tiques de matériau mécaniques-technologiques amélio- rées, dans la gamme dimensionnelle de types de fils et d'aciers fins, qui est en particulier avantageusement utilisable en tant qu'acier de construction, caracté- risé en ce que l'acier a une résistance et une struc- ture hétérogène sur la section transversale, dans la- quelle seule la zone périphérique se trouve à l'état normalisé. ) Acier traité thermiquement selon la re- vendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une zone centrale ferritique-perlitique non normali- sée, qui est entourée d'une zone périphérique ferriti- que-perlitique normalisée. ) Acier traité thermiquement selon la re- vendication 1, caractérisé en ce qu'en tant qu'acier écroui thermiquement pour béton, il est constitué d'u- ne zone centrale ferritique-perlitique non normalisée qui est entourée d'une zone périphérique normalisée et ensuite traitée par trempe et revenu.