Brevet FR2705365A1 — publié le 19941125

L'invention concerne les aciers résistant à l'abrasion. L'industrie minérale notamment utilise des équipements soumis à l'usure par abrasion par des matériaux divisés et durs tels que des roches, des graviers, etc... Ces équipements sont fabriqués en particulier à l'aide de tôles en des aciers spécialement conçus pour résister à l'abrasion. Ces aciers sont soit du type carbone manganèse trempés à liteau soit du type faiblement alliés au chrome et au molybdène, trempés à l'air ou à l'eau. Pour une part importante de leurs applications, ces aciers ont une structure martensitique ou martensito-bainizique brute ou revenue et une dureté comprise entre 250 HB et 350 HB. Ils doivent de plus être soudables pour pouvoir être mis en oeuvre. Mais la recherche d'une résistance à l'abrasion améliorée est contradictoire avec la recherche d'une soudabilité meilleure. En effet, la résistance à l'abrasion est d'autant meilleure que la dureté est élevée et que la structure comporte plus de fins carbures précipités, c'est-adire que l'acier contient plus de carbone et d'éléments d'alliage tels que le manganèse, le chrome et le molybdène. Par contre, l'acier est d'autant plus facilement soudable que sa trempabilité est faible, c'est-à-dire qu'il contient moins de carbone et d'éléments d'alliage tels que le manganèse, le chrome, le nickel et le molybde- ne. Le but de la présente invention est de proposer un acier soudable résistant à l'abrasion qui offre des performances meilleures que les aciers connus jusqu'ici, soit parce que, à résistance à l'abrasion égale, sa soudabilité est meilleure, soit parce que, à soudabilité égale, la résistance à l'abrasion est plus grande. A cet effet, l'invention a pour objet un acier résistant à l'abrasion dont la composition chimique comporte, en pourcentage en poids 0,10 t 0,5 % s Si 0,5 % s Mn 0,5 % ( Cr 0 * De préférence, cet acier contient de 0,7 % à 0,9 * de silicium. De préférence également, il contient de 0,7 % à 1 % de chrome. Cet acier peut contenir en outre de 0 % à 1,5 % de nickel et au moins un élément pris parmi le vanadium, le niobium, le titane et le bore en des teneurs inférieures à 0,1 % pour le vanadium, le niobium, le titane, et inférieure à 0,001 % pour le bore. L'invention concerne également une tôle constituée d'un acier selon l'invention et dont la dureté est comprise entre 250 et 350 HB. L'invention va être décrite maintenant plus en détail mais de façon non limitative. Les inventeurs ont constaté de façon inattendue l'effet bénéfique d'une addition de silicium en des teneurs comprises entre 0,5 % et 1 % et de préférence entre 0,7 % et 0,9 %, à un acier faiblement allié du type comprenant de 0,1 % à 0,22 % de carbone, de 0,5 % à 1,7 % de manganèse, de 0,5 % à 1,5 % et de préférence de 0,7 % à 1 % de Cr, de O % à 3 % de molybdène, durci par trempe à l'air ou, si nécessaire, pour des épaisseurs de produit supérieures à environ 50 mm, à l'huile ou à l'eau, trempe réalisée dans la chaude de laminage ou après réausténitisation pour obtenir une dureté comprise entre 250 HB et 350 HB. L'acier résistant à l'abrasion et soudable conforme à l'invention comporte en pourcentage en poids - de 0,1 % à 0,22 % de carbone pour permettre d'obtenir une dureté suffisante sans pour autant trop détériorer la soudabilité, - de 0,5 % à 1 % de silicium et de préférence de 0,7 % à 0,9 % pour augmenter la résistance à l'abrasion, - de 0,5 % à 1,7 % de manganèse pour obtenir une trempabilité suffisante, - de 0,5 à 1,5 % de chrome et de préférence de 0,7 à 1 % pour augmenter la trempabilité et surtout pour former de fins carbures qui ont un effet favorable sur la résistance à l'abrasion, - de O % à 0,3 % de molybdène pour former de fins carbures favorables à la résistance à l'abrasion, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, parmi celles-ci, du cuivre en des teneurs comprises entre 0 t et 0,500 %. A ces éléments, on peut ajouter - de O t à 1,5 % de nickel comme élément auxiliaire de trempe par ailleurs favorable à la ténacité, - de O % à O,I % d'un élément tel que le vanadium, le niobium, le titane pour obtenir un durcissement secondaire par précipitation de carbures, nitrures ou carbonitrures, - de O % à 0,001 % de bore pour augmenter la trempabilité. Avec cet acier on fabrique des pièces moulées, des pièces forgées et des produits laminés tels que des tôles ou des barres. Après forgeage ou laminage, les pièces ou les produits subissent, soit dans la chaude de laminage ou de forgeage soit après austénitisation, un refroidissement à l'air, à l'huile ou à l'eau de façon à obtenir une structure martensitique comportant une fine dispersion de carbures et une dureté comprise entre 250 et 350 HB. En choisissant de façon spécifique la composition chimique de l'acier à l'intérieur du domaine défini par l'invention, l'homme du métier peut obtenir soit un acier aussi soudable que l'acier selon l'art antérieur, mais sensiblement plus résistant à l'abrasion, soit un acier aussi résistant à l'abrasion mais plus soudable. L'invention est illustrée et explicitée par les exemples suivants qui concernent des tôles laminées trempées à l'huile et de dureté comprise entre 250 HB et 350 HB. La résistance à l'abrasion de ces tôles a été mesurée par un essai dans lequel on fait tourner un échantillon de tôle dans un pot contenant des granulats de quartzite et on mesure la perte de poids de l'échantillon au bout d'un temps déterminé. Plus la perte de poids est faible, plus l'acier est résistant à l'abrasion. La soudabilité est évaluée de façon connue par le carbone équivalent Mn Cr + Mo Ni + Cu Ceq = C + --- + ------- + ------- ; 6 5 15 plus le Ceq est faible, meilleure est la soudabilité. Trois tôles ont été réalisées dans les compositions suivantes C Si Mn Cr Mo Ni Cu (en millié- --- ---- ---- ---- ---- ---- ---- mes de %) A 190 300 1100 1300 200 200 200 B 190 800 1100 1300 200 200 200 C 175 800 1350 800 100 200 200 l'acier A correspond à l'art antérieur ; les aciers B et C correspondent à l'invention. On détermine, pour chacune des trois tôles, la dureté, la résistance à l'abrasion mesurée par la perte de poids d'un échantillon avec pour indice 100 la perte de poids d'un échantillon de l'acier de référence selon l'art antérieur, et la soudabilité estimée par le carbone équivalent. Les trois tôles présentent les caractéristiques suivantes Dureté HB Perte de poids Soudabilité relative au cours Ceg de l'vessai d'abra sion A 300 100 0,700 B 300 84 0,700 C 280 100 0,607 La tôle B a la même soudabilité que la tôle A, mais elle a une résistance à l'abrasion améliorée de 16 % qui résulte de l'augmentation de la teneur en silicium. La tôle C a une forte teneur en silicium ce qui a permis de conserver la même résistance à l'abrasion que dans le cas de l'acier selon l'art antérieur malgré une baisse du carbone, du Cr et du Mo qui ont permis d'améliorer sensiblement la soudabilité. Les tôles en acier selon l'invention, trempées à l'air ou à l'huile pour obtenir une dureté comprise entre 250 HB et 350 HB peuvent être découpées, par exemple au chalumeau pour constituer des pièces. Ces pièces peuvent être assemblées par soudage pour constituer des composants pour matériels utilisés dans l'industrie minérale, par exemple, des goulottes, des tabliers, des godets, des lames de racloir, ou autres pièces. REVENDICATIONS 1.- Acier résistant à l'abrasion caractérisé en ce que sa composition chimique comporte en pourcentage en poids, 0,10 % s C 0,5 % ' Si 0,5 * 0,5 % ' Cr 2.- Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient de préférence de 0,7 % à 0,9 % de silicium. 3.- Acier selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il contient de préférence 0,7 % à 1 * de chrome. 4.- Acier selon l'une quelconque des revendications I à 3 caractérisé en ce qu'il contient en outre de 0 % à 1,5 % de nickel. 5.- Acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il contient au moins un élément pris parmi le vanadium, le niobium, le titane et le bore en des teneurs inférieures à 0,1 % pour V, le Nb, le Ti et inférieure à 0,001 % pour le bore. 6.- Tôle caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et en ce qu'elle a une dureté comprise entre 250 et 350 Brinell.