Brevet FR2894987A1 — publié le 20070622

L'invention concerne la siderurgie et, plus precisement, le domaine des aciers a ressorts. De maniere generale, avec I'accroissement des sollicitations en fatigue appliquees aux ressorts, la durete et la resistance a Ia traction exigees pour les ressorts s'accroit continuellement. En consequence, la sensibilite a la rupture initiee sur des defauts, tels que des inclusions ou des defauts de surface generes pendant la fabrication des ressorts, augmente, et la resistance a la fatigue tend a devenir limitee. D'autre part, les ressorts utilises dans un environnement fortement corrosif, tels que les ressorts de suspension, doivent presenter des to proprietes en fatigue sous corrosion au moins equivalentes et meme superieures puisqu'ils utilisent des aciers presentant une durete et une resistance a la traction superieures. Ainsi, de tels ressorts tendent a se rompre au niveau de defauts, immediatement pendant des cycles de fatigue a fair, et plus tardivement pendant des cycles de fatigue dans un milieu corrosif. En particulier, pour la 15 fatigue sous corrosion, des defauts peuvent s'initier sur des piqures de corrosion. De plus, avec ('augmentation des contraintes appliquees, it est plus difficile d'ameliorer la dui-6e de vie en fatigue sous corrosion ou de la maintenir a un niveau equivalent, compte tenu du fait que les effets de la concentration de contraintes sur les piqures de corrosion, sur les defauts de surface des ressorts 20 eventuellement generes tors du bobinage du ressort ou d'autres etapes de sa fabrication, ou sur les inclusions non metalliques, deviennent plus critiques lorsque la durete du ressort augmente. Selon I'etat de ('art connu, les documents FR-A-2 740 476 et JP-A-3 474 373 decrivent une nuance d'acier a ressorts presentant une bonne 25 resistance a la fragilisation par I'hydrogene et une bonne resistance a Ia fatigue, dans lequel les inclusions de carbonitrosulfures comportant au moins un element parmi le titane, le niobium, le zirconium, le tantale ou le hafnium, sont controlees de maniere a avoir une taille moyenne reduite, inferieure a 5pm en diametre, et a titre tres nombreuses (10 000 ou davantage sur une section de coupe). 30 Cependant, ce type d'aciers conduit, apres une trempe et un revenu selon le procede industriel de fabrication des ressorts, a un niveau de durete de seulement 50HRC ou un peu plus, correspondant a une resistance a la traction de 1700MPa ou un peu plus, mais guere superieure a 1900MPa, correspondant a une durete de 53,5HRC. A cause de ce niveau de durete modere, cet acier ne presente qu'une resistance a I'avachissement model-6e, un acier presentant une resistance a la traction plus elevee etant necessaire pour ameliorer la resistance a I'avachissement. Ainsi, un tel acier n'assure pas un excellent compromis entre une resistance elevee, qui serait superieure a 2100MPa, une durete qui serait superieure a 55HRC, une resistance a la fatigue elevee dans ['air et une resistance a la fatigue sous corrosion au moins equivalente, et meme superieure, a ce qui est necessaire pour des ressorts. Le but de I'invention est de proposer des moyens pour realiser simultanement, par rapport aux aciers a ressorts connus, une augmentation de la durete et de la resistance a la traction des ressorts, des proprietes de fatigue superieures dans I'air, des proprietes en fatigue sous corrosion au moins equivalentes et meme superieures, une resistance a I'avachissement du ressort superieure et une moindre sensibilite aux defauts de surface qui peuvent etre generes pendant le torsadage du ressort. A cet effet ('invention a pour objet un acier a ressorts a tenue en fatigue elevee a ('air et sous corrosion et a haute resistance a I'avachissement cyclique, de composition, en pourcentages ponderaux : C = 0,45 ù 0,70% Si = 1,65 ù 2,50% Mn = 0,20 ù 0,75% Cr = 0,60 ù 2% Ni = 0,15 ù 1% Mo = traces ù 1% V = 0,003 ù 0,8% Cu = 0,10 ù 1% Ti = 0,020 ù 0,2% Nb = traces ù 0,2% Al = 0,002 ù 0,050% P = traces ù 0,015% S = traces ù 0,015% O = traces ù 0,0020% N = 0,0020 ù 0,0110% le reste etant du fer et des impuretes resultant de ('elaboration, et dont Ia teneur en carbone equivalent Ceq, calculee selon la formule Ceq% = [C%] + 0,12 [Si%]+ 0,17 [Mn%] ù 0,1 [Ni%] + 0,13[Cr%] ù 0,24 [V%] est comprise entre 0,80 et 1,00%, et dont la durete, apres trempe et revenu, est superieure ou egale a 55HRC. La taille maximale des nitrures ou carbonitrures de Ti observes a 1,5 0,5mm de la surface dune barre, ou d'un fil machine, d'un lopin ou d'un ressort sur 100mm' de la surface de coupe est de preference inferieure ou egale a 20pm, ladite taille etant la racine carree de la surface des inclusions considerees comme des carres. De preference, la composition de racier est : C = 0,45 ù 0,65% Si = 1,65 ù 2,20% Mn = 0,20 ù 0,65% Cr = 0,80 ù 1,7% Ni = 0,15 ù 0,80% Mo = traces ù 0,80% V = 0,003 ù 0,5% Cu = 0,10 ù 0,90% Ti = 0,020 ù 0,15% Nb = traces ù 0,15% Al = 0,002 ù 0,050% P = traces ù 0,010% S = traces ù 0,010% O = traces ù 0,0020% N = 0,0020 ù 0,0110% le reste etant du fer et des impuretes resultant de ('elaboration. L'invention a aussi pour objet un procede de fabrication d'un acier a ressorts a tenue en fatigue elevee a I'air et sous corrosion et a haute resistance a I'avachissement cyclique, selon lequel on elabore un acier liquide dans un convertisseur ou un four electrique, on ajuste sa composition, on le coule sous forme de blooms ou de billettes de coulee continue ou de lingots que I'on laisse refroidir a la temperature ambiante, on le lamine sous forme de barres, de fils machines ou de lopins et on le transforme en ressorts, caracterise en ce que : - ('acier est du type precedent ; - on impose aux blooms, billettes ou lingots pendant ou apres leur solidification, une vitesse de refroidissement moyenne minimale de 0, 3 C/s entre 1450 et 1300 C ; io - on lamine lesdits blooms, billettes ou lingots entre 1200 et 800 C en un ou deux cycles de rechauffage et laminage ; - et on realise sur les barres, les fils machines ou les lopins, ou sur les ressorts qui en sont issus, une austenitisation entre 850 et 1000 C, suivie par une trempe a ('eau, une trempe polymere ou une trempe a I'huile, et par un 15 revenu a 300-550 C, de maniere a conferer a ('acier une durete superieure ou egale a 55HRC. L'invention a egalement pour objet des ressorts realises en un tel acier, et des ressorts en un acier obtenu par le procede precedent. De maniere inattendue, les inventeurs se sont aperru qu'un acier 20 presentant les caracteristiques de composition et de morphologie inclusionnaires precitees permettait d'assurer, apres elaboration, coulee, laminage, trempe et revenu realises dans des conditions specifiques, une durete superieure a 55HRC, tout en realisant un excellent compromis entre une longue dui-6e de vie en fatigue dans ('air et en fatigue sous corrosion, une resistance a 25 I'avachissement cyclique elevee et une faible sensibilite aux defauts de surface survenant tors de la fabrication du ressort. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui suit, donnee en reference aux figures annexees suivantes : - Ia figure 1 qui montre les resultats d'essais de durete et 30 d'avachissement cyclique pour des aciers selon ('invention et des aciers de reference ; -la figure 2 qui montre les resultats d'essais de fatigue dans fair en fonction de la durete de racier, pour des aciers selon ('invention et des aciers de reference ; - la figure 3 qui montre les resultats d'essais de resilience Charpy en 5 fonction de la durete de racier, pour des aciers selon ('invention et des aciers de reference ; - Ia figure 4 qui montre les resultats d'essais de fatigue sous corrosion en fonction de la durete de racier pour des aciers selon ('invention et des aciers de reference. io La composition de racier selon ('invention doit repondre aux exigences suivantes. La teneur en carbone doit titre comprise entre 0,45 et 0,7%. Le carbone permet, apres la trempe et le revenu, d'augmenter la resistance a Ia traction et la durete de racier. Si la teneur en carbone est inferieure a 0,45%, 15 dans la gamme de temperature habituellement utilisee pour la fabrication des ressorts, aucun traitement de trempe et de revenu ne conduit a une haute resistance et a une haute durete de racier decrit dans ('invention. D'autre part, si la teneur en carbone excede 0,7% voire 0,65%, des carbures grossiers et tres durs, combines a du chrome, du molybdene et du vanadium, peuvent rester a 20 I'etat non dissout pendant I'austenitisation executee avant la trempe, et peuvent significativement affecter la duree de vie en fatigue dans ('air, la resistance a la fatigue sous corrosion et egalement la tenacite. En consequence des teneurs en carbone au dessus de 0,7% sont a exclure. De preference, elles ne doivent pas depasser 0,65%. 25 La teneur en silicium est comprise entre 1,65 et 2,5%. Le silicium est un element important permettant d'assurer, grace a sa presence en solution solide, de hauts niveaux de resistance et de durete, ainsi que des valeurs de carbone equivalent Ceq et de resistance a I'avachissement elevees. Pour obtenir les valeurs de resistance a la traction et de durete de racier selon ('invention, la 30 teneur en silicium ne doit pas titre inferieure a 1,65%. De plus, le silicium contribue au moins partiellement a la desoxydation de racier. Si sa teneur excede 2,5%, voire 2,2%, la teneur en oxygene de racier peut titre, par reaction thermodynamique, superieure a 0,0020 ou meme 0,0025%. Cela traduit la formation d'oxydes de diverses compositions qui sont dommageables a la resistance a la fatigue dans fair. De plus, pour des teneurs en silicium superieures a 2,5%, des segregations de differents elements combines tels que le manganese, le chrome ou autres, peuvent survenir pendant la solidification, apres la coulee. Ces segregations sont tres dommageables au comportement en fatigue dans fair et a la resistance a la fatigue sous corrosion. Enfin, pour une teneur en silicium superieure a 2,5%, la decarburation a la surface des barres ou des fils destines a former les ressorts devient trop importante pour les proprietes Jo en service du ressort. C'est pourquoi la teneur en silicium ne doit pas exceder 2,5%, et de preference 2,2%. La teneur en manganese est comprise entre 0,20 et 0,75%. Le manganese, en combinaison avec le soufre residuel compris entre des traces et 0,015%, doit titre ajoute a une teneur au moins superieure a dix fois la teneur en 15 soufre de maniere a eviter la formation de sulfures de fer extremement dommageables a Ia Iaminabilite de I'acier. En consequence, une teneur minimale en manganese de 0,20% est necessaire. De plus, le manganese contribue au durcissement en solution solide pendant la trempe de I'acier, au meme titre que le nickel, le chrome, le molybdene et le vanadium, ce qui permet d'obtenir les 20 valeurs de resistance a la traction et de durete elevees et les valeurs de carbone equivalent Ceq de I'acier selon ('invention. Pour des teneurs en manganese superieures a 0,75% voire 0,65%, des segregations, en combinaison avec le silicium, peuvent survenir pendant la phase de solidification suivant ('elaboration et la coulee de racier. Ces segregations sont dommageables aux proprietes en 25 service de I'acier et a I'homogeneite de racier. C'est pourquoi la teneur en manganese de I'acier ne doit pas exceder 0,75%, ou mieux 0,65%. La teneur en chrome doit titre comprise entre 0,60 et 2%, et de preference entre 0,80 et 1,70%. Le chrome est ajoute pour obtenir, en solution solide apres austenitisation, trempe et revenu, des valeurs elevees de resistance 30 a la traction et de durete, et pour contribuer a I'obtention de la valeur du carbone equivalent Ceq, mais aussi pour accroTtre la resistance a la fatigue sous corrosion. Pour assurer ces proprietes, la teneur en chrome doit titre d'au moins 0,60%, et de preference d'au moins 0,80%. Au dessus de 2%, voire de 1,7%, des carbures de chrome particuliers, grossiers et tits durs, en combinaison avec du vanadium et du molybdene, peuvent subsister apres le traitement d'austenitisation execute avant la trempe. De tels carbures affectent grandement Ia resistance a la fatigue dans fair. C'est pourquoi la teneur en chrome ne doit pas exceder 2%. La teneur en nickel est comprise entre 0,15 et 1%. Le nickel est ajoute de maniere a accroitre la trempabilite de racier, ainsi que la resistance a Ia traction et la durete apres trempe et revenu. Comme it ne forme pas de carbures, to le nickel contribue au durcissement de racier, tout comme le chrome, le molybdene et le vanadium, sans formation de carbures particuliers grossiers et durs qui ne seraient pas dissous pendant l'austenitisation executee avant la trempe et pourraient titre dommageables a la resistance a la fatigue dans fair. II permet egalement d'ajuster le carbone equivalent entre 0,8 et 1% dans racier 15 selon ('invention comme cela est necessaire. En tant qu'element non oxydable, le nickel ameliore la resistance a la fatigue sous corrosion. Pour s'assurer que ces effets soient significatifs, la teneur en nickel ne doit pas titre inferieure a 0,15%. Au contraire, au dessus de 1% voire 0,80%, le nickel peut conduire a une teneur en austenite residuelle trop elevee, dont la presence est tits dommageable a la 20 resistance a la fatigue sous corrosion. De plus, des teneurs elevees en nickel augmentent significativement le cout de racier. Pour toutes ces raisons, la teneur en nickel ne doit pas depasser 1%, mieux 0,80% La teneur en molybdene doit titre comprise entre des traces et 1%. Comme le chrome, le molybdene accroit la trempabilite de racier, de rneme que 25 sa resistance. De plus it a un faible potentiel d'oxydation. Pour ces deux raisons, le molybdene est favorable a la tenue en fatigue dans ('air et sous corrosion. Mais pour des teneurs superieures a 1%, voire 0,80%, des carbures de molybdene grossiers et tits durs peuvent subsister, eventuellement combines a du vanadium et a du chrome, apres I'austenitisation precedant la trempe. Ces 30 carbures particuliers sont tres dommageables pour la tenue en fatigue dans ('air. Enfin, une addition de molybdene depassant 1% accroit inutilement le cout de racier. C'est pourquoi la teneur en molybdene ne doit pas depasser 1%, mieux 0,80%. La teneur en vanadium dolt titre comprise entre 0,003 et 0,8%. Le vanadium est un element qui permet d'augmenter la trempabilite, la resistance a Ia traction et la durete apres trempe et revenu. De plus, en combinaison avec I'azote, le vanadium permet de former un grand nombre de fins nitrures de vanadium ou de vanadium et de titane submicroscopiques permettant d'affiner le grain et d'augmenter les niveaux de resistance a la traction et de durete, grace a un durcissement structurel. Pour obtenir la formation de nitrures to submicroscopiques de V et de Ti pour I'affinement du grain, le vanadium dolt titre present avec une teneur minimale de 0,003 %. Mais cet element est coateux et on dolt le maintenir proche de cette limite inferieure si un compromis entre le coat de ('elaboration et I'affinage du grain est recherche. Le vanadium ne doit pas depasser 0,8% et, de preference, 0,5%, car au-dela de cette valeur, une 15 precipitation de carbures contenant du vanadiums grossiers et tres durs, combines avec du chrome et du molybdene, peut rester a I'etat non dissout pendant I'austenitisation qui a lieu avant la trempe. Cela peut titre tres defavorable a la tenue en fatigue a fair, pour les hautes valeurs de resistance et de durete de racier selon ('invention. Et une addition de vanadium au-dela de 20 0,8% augmente inutilement le coat de racier. La teneur en cuivre doit titre comprise entre 0,10 et 1%. Le cuivre est un element qui durcit racier lorsqu'iI est en solution solide apres le traitement de trempe et de revenu. Ainsi, it peut titre ajoute avec d'autres elements contribuant a accroitre la resistance et la durete de racier. Comme it ne se combine pas avec 25 le carbone, i1 procure un durcissement de racier sans formation de carbures durs et grossiers dommageables a la resistance a la fatigue dans ('air. Du point de vue electrochimique, son potentiel de passivation est plus eleve que celui du fer et, en consequence, it est favorable a la resistance a la fatigue sous corrosion de racier. Pour s'assurer que ses effets sont significatifs, la teneur en cuivre ne doit 30 pas titre inferieure a 0,10%. Au contraire, pour des teneurs superieures a 1% voire 0,90%, le cuivre a une influence tres dommageable sur le comportement au laminage a chaud. C'est pourquoi les teneurs en cuivre ne doivent pas exceder 1%, mieux 0,90%. La teneur en titane dolt etre comprise entre 0,020 et 0,2%. Le titane est ajoute pour former, en combinaison avec I'azote, voire aussi le carbone et/ou le vanadium, de fins nitrures ou carbonitrures submicroscopiques permettant d'affiner le grain austenitique pendant le traitement d'austenitisation qui a lieu avant la trempe. Ainsi, it augmente la surface des joints de grains dans I'acier, conduisant ainsi a une reduction de la quantite d'impuretes inevitables segregees aux joints de grains, tel que le phosphore. De telles segregations ~o intergranulaires seraient tres dommageables a la tenacite et a la resistance a la fatigue dans fair si elles sont presentes a des concentrations par unite de surface elevees au niveau des joints de grains. De plus, combine au carbone et a I'azote, voire avec le vanadium et le niobium, le titane conduit a la formation d'autres nitrures ou carbonitrures fins produisant un effet de piegeage irreversible de 15 certains elements, tels que I'hydrogene forme pendant les reactions de corrosion, et qui peuvent etre extremement dommageables a la resistance a la fatigue sous corrosion. Pour une bonne efficacite, la teneur en titane ne doit pas etre inferieure a 0,020%. Au contraire, au dessus de 0,2% voire 0,15%, le titane peut conduire a la formation de nitrures ou de carbonitrures grossiers et durs, tres 20 dommageables a la resistance a la fatigue dans I'air. Ce dernier effet est encore plus dommageable pour les hauts niveaux de resistance a Ia traction et de durete de racier selon I'invention. Pour ces raisons la teneur en titane ne doit pas exceder 0,2%, mieux 0,15%. La teneur en niobium dolt etre comprise entre des traces et 0,2%. Le 25 niobium est ajoute pour former, en combinaison avec le carbone et I'azote, des precipites submicroscopiques extremement fins de nitrures et/ou de carbures et/ou de carbonitrures qui permettent, en particulier lorsque la teneur en aluminium est basse (0,002% par exemple), d'achever I'affinement du grain austenitique pendant le traitement d'austenitisation execute avant la trempe. 30 Ainsi, le niobium augmente la surface des joints de grains dans I'acier, et contribue au meme effet favorable que le titane en ce qui concerne la fragilisation des joints de grains par des impuretes inevitables telles que le phosphore, dont !'effet est tres dommageable a la tenacite et a la resistance a la fatigue sous corrosion. De plus, des precipites extremement fins de nitrures ou carbonitrures de niobium contribuent au durcissement de racier par durcissement structurel. Cependant, la teneur en niobium ne doit pas exceder 0,2% voire 0,15%, de sorte que les nitrures ou les carbonitrures demeurent tres fins, pour assurer !'affinement du grain austenitique et eviter la formation de fissures ou de crevasses tors du laminage a chaud. Pour ces raisons, la teneur en niobium ne dolt pas exceder 0,2%, mieux 0,15%. La teneur en aluminium doit titre comprise entre 0,002 et 0,050%. io L'aluminium peut titre ajoute pour parachever la desoxydation de racier et obtenir des teneurs en oxygene aussi basses que possible, et en tout cas inferieures a 0,0020% dans racier selon ('invention. De plus, combine avec I'azote, ('aluminium contribue a I'affinement du grain par la formation de nitrures submicroscopiques. Pour assurer ces deux fonctions, une teneur en aluminium qui n'est pas is inferieure a 0,002% est exigee. Au contraire, une teneur en aluminium excedant 0,05% peut conduire a Ia presence de grosses inclusions isolees ou a des aluminates plus fins, mais durs et anguleux, sous forme de longs chapelets, dommageables a la dui-6e de vie en fatigue dans !'air et a la proprete de racier. C'est pourquoi la teneur en aluminium ne doit pas exceder 0,05%. 20 La teneur en phosphore dolt titre comprise entre des traces et 0,015%. Le phosphore est une impurete inevitable dans racier. Pendant un traitement de trempe et de revenu, it co-segrege avec des elements tels que le chrome ou le manganese aux anciens joints de grains austenitiques. II en resulte une reduction de la cohesion des joints de grains et une fragilisation 25 intergranulaire tres dommageable a la tenacite et a la resistance a la fatigue dans ('air. Ces effets sont meme encore plus dommageables pour les hautes resistances a la traction et durete exigees pour les aciers selon ('invention. Dans le but d'obtenir simultanement une haute resistance a Ia traction et une haute durete de racier a ressorts et une bonne resistance a Ia fatigue dans ('air et a la 30 fatigue sous corrosion, la teneur en phosphore doit titre aussi basse que possible et ne doit pas exceder 0,015%, de preference 0,010%. La teneur en soufre est comprise entre des traces et 0,015%. Le soufre est une impurete inevitable dans Ies aciers. Sa teneur doit titre aussi basse que possible, entre des traces et 0,015%, et de preference au maximum de 0,010%. On veut ainsi eviter la presence de sulfures defavorables a la resistance a la fatigue sous corrosion et a Ia resistance a la fatigue dans ('air, pour les hautes valeurs de resistance et de durete de I'acier selon ('invention. La teneur en oxygene doit titre comprise entre des traces et 0,0020%. L'oxygene est aussi une impurete inevitable dans les aciers. Combine avec des elements desoxydants, I'oxygene peut conduire a ('apparition d'inclusions grossieres, isolees, tres dures et anguleuses, ou a des inclusions plus fines mais sous forme de longs chapelets qui sont tres dommageables a la resistance a la fatigue dans ['air. Ces effets sont encore plus dommageables aux valeurs elevees de resistance a la traction et de durete des aciers selon I'invention. Pour ces raisons, afin d'assurer un bon compromis entre de hautes resistance a la traction et durete et de hautes resistances a la fatigue dans ('air et a Ia fatigue sous corrosion pour I'acier selon ('invention, la teneur en oxygene ne doit pas exceder 0,0020%. La teneur en azote doit titre comprise entre 0,0020 et 0,0110%. L'azote doit titre controle dans cette gamme de maniere a former, en combinaison avec le titane, le niobium, I'aluminium ou le vanadium de tres fins nitrures, carbures ou carbonitrures submicroscopiques en nombre suffisant, permettant un affinage du grain. Ainsi, a cet effet, la teneur minimale en azote doit titre de 0,0020%. Sa teneur ne doit pas exceder 0,0110% de maniere a eviter la formation de nitrures ou carbonitrures de titane grossiers et durs plus grands que 20pm, observes a 1,5mm 0,5mm de la surface des barres ou des fits machines utilises pour la fabrication des ressorts. Cet emplacement est le lieu qui est le plus critique en ce qui concerne la sollicitation en fatigue des ressorts. De fait, de tels nitrures ou carbonitrures de grande taille sont tres defavorables a la resistance a la fatigue dans I'air pour les valeurs elevees de resistance et de durete des aciers selon I'invention, compte tenu du fait que pendant les essais de fatigue dans ('air, la rupture des ressorts survient a I'emplacement de telles grosses inclusions precisement situees au voisinage de la surface des ressorts comme mentionne, Iorsque ces inclusions sont presentes. Pour estimer la taille des nitrures et carbonitrures de titane, on considere les inclusions comme des carres et on pose que leur taille est egale a 5 la racine carree de leur surface. On va a present decrire un procede de fabrication de ressorts selon !'invention. Un exemple non limitatif de procede d'elaboration d'un acier conforme a ('invention est le suivant. Lacier liquide est produit soit dans un convertisseur, 10 soit dans un four electrique, puis subit un traitement de metallurgie en poche pendant lequel les additions d'elements d'alliage et la desoxydation sont executes, et en general toutes les operations de metallurgie secondaire permettant d'obtenir un acier ayant la composition selon ('invention et evitant la formation de sulfure complexes ou de carbonitrosulfures d'elements tels que 15 le titane et/ou le niobium et/ou le vanadium. Pour eviter la formation de tels precipites grossiers pendant !'elaboration, les inventeurs ont decouvert, de maniere inattendue, que les teneurs des differents elements, en particulier celles du titane, de I'azote, du vanadium et du soufre, doivent titre soigneusement controlees dans les limites precitees. Apres !'elaboration qui vient d'etre decrite, 20 !'acier est ensuite coule, soit par coulee continue sous forme de blooms ou de billettes, soit sous forme de lingots. Mais pour eviter completement ou autant que possible la formation de nitrures ou carbonitrures de titane grossiers pendant et apres la solidification de ces produits, on a trouve que la vitesse de refroidissement moyenne de ces produits (blooms, billettes ou lingots) doit titre 25 reglee de maniere a titre egale a 0,3 C/s ou davantage entre 1450 et 1300 C. Quant on opere dans ces conditions pendant I'etape de solidification et de refroidissement, on observe de maniere inattendue que la taille des plus gros nitrures ou carbonitrures de Ti observes sur les ressorts est toujours inferieure a 20 m. On parlera plus loin de la situation et de la taille de ces precipites de 30 titane. Apres leur passage a la temperature ambiante, les produits ayant la composition precise selon !'invention (blooms, billettes ou lingots) sont ensuite rechauffes et lamines entre 1200 et 800 C sous forme de fits machine, ou de barres en une sequence unique ou double de chauffage et de laminage. De maniere a obtenir les proprietes de ('acier specifiques de ('invention, les barres, les fils, les lopins, ou meme les ressorts produits a partir de ces barres ou fils machines, sont ensuite soumis a un traitement de trempe a ('eau, de trempe polymere ou de trempe a Thuile apres une austenitisation dans une gamme de temperatures de 850 a 1000 C, de maniere a obtenir un grain austenitique fin tel qu'il n'y ait pas de grains plus grossiers que 9 sur I'echelle ASTM de taille du grain. Ce traitement de trempe est ensuite suivi par un traitement de revenu execute specifiquement entre 300 et 550 C, permettant d'obtenir les hauts niveaux de la resistance a la traction et de la durete de ('acier exiges, et d'eviter d'une part une microstructure qui conduirait a une fragilite au revenu, et d'autre part une presence trop elevee d'austenite residuelle. On a trouve qu'une fragilisation au revenu et une presence trop forte d'austenite residuelle sont extremement dommageables a la resistance a la fatigue sous corrosion de ('acier selon ('invention. Dans le cas oia les ressorts sont fabriques a partir de barres non traitees thermiquement ou a partir de fits machines ou de lopins issus de telles barres, les traitements susmentionnes (trempe et revenu) doivent titre executes sur les ressorts eux-memes dans les conditions qui ont ete dites. Dans le cas oia les ressorts sont fabriques par formage a froid, ces traitements thermiques peuvent etre conduits sur les barres, ou sur les fils machines ou les lopins issus de ces barres avant la fabrication du ressort. II est bien connu que la durete d'un acier depend non seulement de sa composition, mais aussi de la temperature du revenu auquel it a ete soumis. II doit titre entendu que pour toutes les compositions de ('invention, it est possible de trouver des temperatures de revenu dans la gamme industrielle de 300-550 C permettant d'obtenir la durete minimale de 55HRC visee. Les nitrures et carbonitrures etant tres durs, leur taille telle que definie precedemment n'evolue pratiquement pas tors des etapes de la transformation de ('acier. II est donc sans importance qu'elle soit mesuree sur le demi-produit (barre, fil machine ou lopin) qui va servir a fabriquer le ressort ou sur le ressort lui-meme. 20 L'invention permet d'obtenir des aciers a ressorts capables de concilier une durete et une resistance a la traction elevees et ameliorees parrapport a fart anterieur, en meme temps que des proprietes en fatigue dans fair et une resistance a I'avachissement ameliorees, des proprietes en fatigue sous corrosion au moins equivalentes a celles des aciers connus pour cet usage, voire meme meilleures, et une moindre sensibilite aux concentrations de contraintes produites par les defauts de surface pouvant survenir Tors de la fabrication du ressort, grace a une addition d'elements de microalliage, une diminution des elements residuels et un controle de ('analyse et de la filiere de production de 1 o racier. L'invention va a present etre illustree au moyen d'exemples et d'exemples de reference. Le tableau 1 montre les compositions d'acier selon ('invention et d'aciers de reference. Le carbone equivalent Ceq est donne par la formule suivante : 15 Ceq = [C] + 0,12 [Si]+ 0,17 [Mn] - 0,1 [Ni] + 0,13[Cr] - 0,24 [V] ou [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr] et [V] representent la teneur de chaque element en pourcentages ponder-aux. C Si Mn Ni Cr V Ti Cu Mo Nb P S Al N 0 Ceq Acier de 0.48 1.82 0.21 0.15 1.48 0.204 0.072 0.20 0.02 0 0.006 0.006 0.034 0.0051 0.0007 0.86 I'invention 1 Acier de 0.58 1.79 0.22 0.15 0.98 0.216 0.073 0.20 0.03 0 0.006 0.008 0.032 0.0051 0.0007 0.89 ('invention 2 Acier de 0.59 1.80 0.22 0.15 0.99 0.212 0.025 0.20 0.03 0.022 0.007 0.008 0.032 0.0066 0.0008 0.91 ('invention 3 Acier de 0.48 2.10 0.21 0.70 1.50 0.152 0.069 0.51 0.03 0 0.005 0.005 0.032 0.0042 0.0008 0.86 ('invention 4 Acier de 0.54 1.81 0.23 0.34 1.25 0.098 0.077 0.42 0.02 0 0.006 0.008 0.031 0.0041 0.0007 0.90 ('invention 5 Acier de 0.60 1.73 0.88 0.08 0.20 0.154 0.002 0.19 0.03 0.020 0.010 0.019 0.002 0.0084 0.0010 0.94 reference 1 Acier de 0.40 1.79 0.17 0.53 1.04 0.166 0.064 0.20 0.01 0 0.013 0.004 0.020 0.0034 0.0011 0.69 reference 2 Acier de 0.48 1.45 0.89 0.11 0.47 0.136 0.002 0.19 0.02 0 0.011 0.013 0.003 0.0062 0.0010 0.82 reference 3 Tableau 1 : Compositions chimiques des aciers testes (en%) Le tableau 2 montre les valeurs de duret~ obtenues pour des aciers selon ('invention et des aciers de reference, en fonction de la temperature de revenu qui leur a ~t~ appliquee. Temperature de Durete HRC Temperature Durete HRC revenu ( C) de revenu ( C) Acier de I'invention 1 350 56.9 400 55.3 Acier de !'invention 2 350 58.5 400 57.1 Acier de ('invention 3 350 59.0 400 57.2 Acier de ('invention 4 350 56.7 400 55.6 Acier de ('invention 5 350 57.6 400 55.8 Acier de reference 1 350 57.9 400 55.1 Acier de reference 2 350 54.2 400 52.5 Acier de reference 3 350 54.8 400 51.3 Tableau 2 : Durete et resistance a la traction en fonction de la temperature de revenu. Le tableau 3 montre la taille maximale des inclusions de nitrures ou to carbonitrures de titane observes a 1,5mm de la surface d'aciers selon !'invention et d'aciers de reference, tel que definis pr&c&demment. On a egalement report& les teneurs en titane des divers aciers. La taille maximale des inclusions de nitrures ou carbonitrures de titane est determinee comme suit. Sur une section de barre ou de fil machine provenant 15 d'une coulee d'acier donne, une surface de 100mm2 est examinee a un emplacement situ& a 1,5mm 0,5mm sous la surface de la barre ou du fil machine. Apres ces observations, la taille de ('inclusion de nitrure ou carbonitrure de titane ayant la plus grande surface est determinee en considerant que les inclusions sont des carr&s et que la taille de chacune de ces inclusions, y compris 20 !'inclusion ayant la plus grande surface, est &gale a la racine carree de cette surface. Toutes les inclusions sont observes sur une coupe de barre ou de fil machine pour ressorts, les observations &tant ex&cutees sur 100mm2 de cette section. La coulee d'acier est conforme a ('invention lorsque la taille maximale des inclusions susmentionnees observes sur 100mm2 a 1,5mm 0,5mm sous 25 la surface est inferieure a 20pm. Les resultats correspondants obtenus sur des aciers selon !'invention et des aciers de reference sont donnes dans le tableau 3.5 En ce qui concerne les essais de reference 1 et 3, leur teneur en titane est pratiquement nulle et la taille des nitrures et carbonitrures observes est sans objet. Ti (%) Taille du plus gros nitrure/carbonitrure observe sur 100 mm2 (pm) Acier de ('invention 1 0.072 11.8 Acier de ('invention 2 0.073 12.4 Acier de ('invention 3 0.025 13 Acier de ('invention 4 0.069 11.9 Acier de ('invention 5 0.077 14.1 Acier de reference 1 0.002 - Acier de reference 2 0.064 20.8 (examen 1) Acier de reference 2 0,064 29 (examen 2) Acier de reference 3 0.002 - Tableau 3 : Tailles maximales des plus grosses inclusions de nitrures ou carbonitrures de titane trouvees a 1,5mm de la surface des echantillons. On n'a pas mesure la taille des inclusions des aciers de reference 1 et 3, comme leur teneur en Ti etait faible et non-conforme a ('invention : le resultat to aurait ete sans signification. Des echantillons pour essais de fatigue ont ete preleves dans des barres, le diametre final des echantillons d'eprouvettes etant de 11mm. La preparation des echantillons d'essais de fatigue comporte un usinage grossier, une austenitisation, une trempe a I'huile, un revenu, un meulage et un 15 grenaillage. Ces echantillons ont ete testes en fatigue-torsion dans ('air. La contrainte de cisaillement appliquee etait de 856 494MPA et le nombre de cycles jusqu'a la rupture a ete compte. Les essais ont ete arretes apres 2.106 cycles si les echantillons n'etaient pas rompus. Les echantillons pour essai de fatigue sous corrosion ont ete preleves 20 dans des barres, le diametre final des eprouvettes etant de 11mm. La preparation des echantillons pour essais de fatigue comporte un usinage grossier, une austenitisation, une trempe a I'huile, un revenu, un meulage et un grenaillage. Ces echantillons ont ete testes en fatigue sous corrosion, c'est-a-dire qu'une corrosion a ete appliquee en meme temps qu'une charge en fatigue. La charge en fatigue est une contrainte de cisaillement egale a 856 300MPa. La corrosion appliquee stait une corrosion cyclique en deux stapes alternees : - une etape etant une etape humide avec la pulverisation dune solution saline contenant 5% de NaCl pendant 5 minutes a 35 C ; - une etape etant une etape a sec sans pulverisation, de dui-6e 30 minutes a une temperature maintenue a 35 C. Le nombre de cycles jusqu'a la rupture a ets considers comme la dui-6e de vie en fatigue sous corrosion. La resistance a I'avachissement a ete determinee en utilisant un essai de compression cyclique sur des echantillons cylindriques. Le diametre des echantillons stait de 7mm et leur hauteur de 12mm. Its ont ete prelevss dans les barres d'acier. La fabrication des echantillons d'essais d'avachissement comportait un usinage grossier, une austenitisation, une trempe a I'huile, un revenu et un meulage fin final. La hauteur de I'echantillon a ete mesure precisement avant le debut du test en utilisant un comparateur d'une precision de l pm. Une precharge a ets appliquee de maniere a simuler le pretensionnement des ressorts, ce pretensionnement etant une contrainte de compression de 2200MPa. Puis le cycle de charge en fatigue a ete applique. Cette contrainte etait de 1270 730 MPa. La perte de hauteur de I'echantillon a ete mesuree pendant ('execution d'un certain nombre de cycles, jusqu'a 1 million. Ala fin de ('essai, I'avachissement total a ete determine par une mesure precise de la hauteur subsistante comparee a la hauteur initiale, la resistance a I'avachissement etant d'autant meilleure que la diminution de hauteur, en pourcentage de la hauteur initiale, etait plus faible. Les resultats des essais de fatigue, de fatigue sous corrosion et d'avachissement sur les aciers de ('invention et les aciers de reference sont donnes dans le tableau 4. Durete HRC Resistance a Duree de vie en Dui-6e de vie en fatigue Avachissement la traction fatigue sous corrosion (%) (MPa) (nombre de (nombre de cycles) cycles) Acier de ('invention 1 56.7 2129 1742967 192034 0.025 Acier de ('invention 2 56.4 2106 > 2000000 138112 0.01 Acier de !'invention 3 56.5 2118 > 2000000 135562 0.015 Acier de ('invention 4 56.9 2148 > 2000000 202327 0,025 Acier de ('invention 5 57.0 2156 > 2000000 139809 0,025 Acier de reference 1 56.7 2131 514200 96672 0.03 Acier de reference 2 53.8 1898 217815 241011 0.10 Acier de reference 3 55.6 2062 301524 150875 0.075 Tableau 4 : Resultats d'essais en fatigue, fatigue sous corrosion et 5 avachissement. De ces tableaux, it ressort que les differents aciers de reference sont insatisfaisants, notamment pour les raisons qui suivent. L'acier de reference 1 a, notamment, une teneur en soufre trop elevee to pour realiser un bon compromis entre la tenue en fatigue dans ('air et la teneur en fatigue sous corrosion. De plus, sa teneur en manganese est trop elevee, ce qui entralne des segregations dommageables pour I'homogeneite de !'acier et la tenue en fatigue dans ('air. L'acier de reference 2 a une teneur en carbone et un carbone is equivalent trop bas pour assurer une durete elevee. Sa resistance a la traction est trop basse pour une bonne tenue a la fatigue dans ('air. L'acier de reference 3 a, notamment, une teneur en silicium trop basse pour assurer une bonne resistance a I'avachissement, et aussi une bonne tenue a la fatigue dans ('air. 20 La resistance a I'avachissement est plus elevee pour les aciers de I'invention que pour les aciers de reference, comme le montre la figure 1, ou it est clair que, selon les mesures d'avachissement susmentionnees, les valeurs d'avachissement sont d'au moins 32% inferieures pour le pire cas des aciers de !'invention (acier de !'invention 1) par rapport au meilleur cas des aciers de 25 reference (acier de reference 1). La dui-6e de vie en fatigue dans fair est nettement plus elevee pour les aciers de ('invention par rapport aux aciers de reference. Cela est dG a ('augmentation de la durete, comme le montre la figure 2. Mais une augmentation de la durete n'est pas suffisante. En fait, de facon generale, des aciers de durete elevee sont d'autant plus sensibles aux defauts, tels que les inclusions et les defauts de surface, que la durete est plus elevee. Ainsi, les aciers selon ('invention sont moins sensibles aux defauts, en particulier aux grosses inclusions telles que les nitrures ou carbonitrures de titane, compte tenu de ce que ('invention evite ('apparition de telles inclusions de trop grande taille. Comme le to montre le tableau 3, les plus grosses inclusions trouvees dans les aciers selon ('invention n'excedent pas la taille de 14,1pm, alors que des inclusions plus grosses que 20pm se trouvent dans racier de reference 2. De plus, la moindre sensibilite aux defauts de surface tels que ceux pouvant survenir Tors de la fabrication du ressort ou d'autres operations Iorsqu'on utilise des aciers de 1s ('invention peut titre illustree par des essais de resilience executes sur les aciers de ('invention et les aciers de reference ayant subis un traitement thermique et ayant des duretes de 55HRC ou davantage, voir la figure 3. Les valeurs mesurees lors d'essais de resilience Charpy sur Ies aciers de ('invention (ou I'entaille de I'eprouvette simule une concentration de contraintes comme d'autres 20 concentrations de contraintes que I'on peut rencontrer sur des defauts de surface produits Tors de la fabrication du ressort ou d'autres operations) sont plus elevees que celles mesurees sur les aciers de reference. Cela montre que les aciers selon !'invention sont moins sensibles aux concentrations de contraintes sur Ies defauts que les aciers de reference selon ('art anterieur. 25 On sait qu'une augmentation de la durete reduit la resistance a Ia fatigue sous corrosion. Ainsi, it apparait que les aciers selon !'invention ont I'avantage que leur resistance a la fatigue sous corrosion est plus elevee que celle des aciers de reference selon ('art anterieur, et en particulier pour des duretes superieures a 55HRC comme le montre la figure 4. 30 Ainsi, ('invention permet d'obtenir une durete plus elevee avec un bon compromis entre la dui-6e de vie en fatigue dans ('air et une resistance a I'avachissement qui sont fortement accrues, et une dui-6e de vie en fatigue sous corrosion qui est meilleure que celle des aciers de reference selon fart anterieur. De plus, une moindre sensibilite a de possibles defauts de surface, en particulier ceux generes pendant la fabrication du ressort ou d'autres operations, est aussi obtenue. REVENDICATIONS 1. Acier a ressorts a tenue en fatigue elevee a I'air et sous corrosion et a haute resistance a I'avachissement cyclique, de composition, en pourcentages ponderaux: C = 0,45 ù 0,70% Si = 1,65 ù 2, 50% Mn = 0,20 ù 0,75% Cr = 0,60 ù 2% Ni=0,15ù1% Mo=tracesù1% V = 0,003 ù 0,8% Cu = 0,10ù1% Ti = 0,020 ù 0,2% Nb = traces ù 0,2% Al = 0,002 ù 0,050% P = traces ù 0,015% S = traces ù 0,015% 0 = traces ù 0,0020% N = 0,0020 ù 0,0110% le reste etant du fer et des impuretes resultant de i'elaboration, et dont la teneur en carbone equivalent Ceq, calculee selon la formule Ceq% = [C%] + 0,12 [Si%]+ 0,17 [Mn%] ù 0,1 [Ni%] + 0,13[Cr%] ù 0,24 [V%] est comprise entre 0,80 et 1,00%, et dont la durete, apres trempe et 25 revenu, est superieure ou egale a 55HRC. 2. Acier a ressorts selon la revendication 1, caracterise en ce que la taille maximale des nitrures ou carbonitrures de Ti observes a 1,5 0,5mm de la surface d'une barre, ou d'un fil machine, d'un lopin ou d'un ressort sur 100mm2 de la surface de coupe est inferieure ou egale a 20pm, ladite taille etant la racine 30 carree de la surface des inclusions considerees comme des carres. 3. Acier a ressorts selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que sa composition est : C = 0,45 ù 0,65% Si = 1,65 ù 2,20% Mn = 0,20 ù 0,65% Cr = 0,80 ù 1,7% Ni=0,15ù0,80% Mo = traces ù 0,80% V = 0,003 ù 0,5% Cu = 0,10 ù 0,90% Ti = 0,020 ù 0,15% Nb = traces ù 0,15% Al = 0,002 ù 0,050% P = traces ù 0,010% S = traces ù 0,010% O = traces ù 0,0020% N = 0,0020 ù 0,0110% le reste etant du fer et des impuretes resultant de ('elaboration. 4. Procede de fabrication d'un acier a ressorts a tenue en fatigue elevee a ('air et sous corrosion et a haute resistance a I'avachissement cyclique, selon lequel on elabore un acier liquide dans un convertisseur ou un four electrique, on ajuste sa composition, on le coule sous forme de blooms ou de billettes de coulee continue ou de lingots que I'on laisse refroidir a la temperature ambiante, on le lamine sous forme de barres, de fils machines ou de lopins et on le transforme en ressorts, caracterise en ce que : - ('acier est du type selon rune des revendications 1 a 3 ; - on impose aux blooms, billettes ou lingots pendant ou apres leur solidification, une vitesse de refroidissement moyenne minimale de 0, 3 C/s entre 1450 et 1300 C ; - on lamine lesdits blooms, billettes ou lingots entre 1200 et 800 C en un ou deux cycles de rechauffage et laminage ; - et on realise sur les barres, les fils machines ou les lopins, ou sur les ressorts qui en sont issus, une austenitisation entre 850 et 1000 C, suivie par une trempe a ('eau, une trempe polymere ou une trempe a I'huile, et par unrevenu a 300-550 C, de maniere a conferer a ('acier une durete superieure ou egale a 55HRC. 5. Ressort, caracterise en ce qu'iI est en un acier selon rune des revendications 1 a 3. 6. Ressort selon la revendication 5, caracterise en ce qu'iI est en un acier obtenu par le procede selon la revendication 4.