Brevet FR2930609A1 — publié le 20091030

La présente invention a trait à un boulon ou une vis à haute résistance ainsi qu'à son procédé de production approprié. L'état de la technique le plus proche de cette invention est décrit dans EP 1 273 670 Al ou dans US 6 605 166 B2. Un boulon à haute résistance ayant des valeurs de résistance de 1 200 N/mm2 ou plus est connu d'après cet état de la technique et se compose d'un acier contenant les éléments d'addition suivants : carbone, silicium, manganèse, phosphore et soufre. Il est toutefois obligatoire, d'après l'état de la technique connu, de soumettre le boulon ~o correspondant, après le formage ou la fabrication, à un traitement thermique à des températures comprises entre 100°C et 400°C, communément appelé "vieillissement". Le traitement thermique du produit fini comporte des inconvénients majeurs : il occasionne des frais de traitement 15 supplémentaires, nécessite une grande quantité d'énergie, peut entraîner des variances considérables des valeurs de résistance. Le but de la présente invention est de fabriquer une vis ou un boulon qui atteigne les valeurs de résistance correspondantes de 900 MPa et au-delà, sans avoir besoin de prévoir un traitement 20 thermique après la fabrication ou le formage, ni de spécifier un procédé de fabrication approprié. En outre, la variance des valeurs de résistance ne doit pas être aussi élevée que dans l'état de la technique. Selon la présente invention, ce but est atteint en ce que le boulon ou la vis est fabriqué dans un acier qui contient en outre au maximum 25 0,05% en poids de nickel (toutes les données de pourcentage à venir se rapportent toujours au pourcentage en poids), au maximum 0,15% de cuivre et jusqu'à 0,01% d'aluminium, le fil d'acier brut à partir duquel est fabriqué le boulon ou la vis, après laminage à chaud, étant refroidi à l'état encore incandescent de manière maîtrisée par soufflage d'air (ce 30 procédé est communément appelé "patentage à l'air selon le procédé de Stelmore" dans l'industrie) et n'étant fileté qu'après. L'acier acquiert ainsi une structure perlitique finement lamellaire, qui donne lieu à une grande ductilité et à une plus grande résistance. À partir de cette matière, un boulon ou une vis peut être fabriqué selon la présente invention exclusivement par formage à froid (formage à froid de la tête, roulage du filetage) sans aucun traitement thermique, et présente des valeurs de résistance correspondantes à celles que les boulons ou les vis selon l'état de la technique ne peuvent atteindre qu'après le laborieux traitement thermique. En outre, ce but est atteint selon la présente invention au moyen d'un procédé dans lequel une telle vis ou un tel boulon à haute résistance est fabriqué dans un acier contenant les éléments d'addition susmentionnés, en ajoutant à l'acier au maximum 0,05% de nickel, au maximum 0,15% de cuivre et au maximum 0,01% d'aluminium et en fabriquant un fil d'acier à partir de cet acier, fil qui, après laminage à chaud, est refroidi à l'état encore incandescent de manière maîtrisée par soufflage d'air ("patenté à l'air" selon le procédé de Stelmore) et n'est fileté qu'après, en réalisant exclusivement les étapes de procédé du formage à froid (formage à froid de la tête ; roulage du filetage) pour la fabrication de la vis ou du boulon sans aucun traitement thermique. L'acier acquiert ainsi une structure perlitique finement lamellaire qui donne lieu à une grande ductilité et à une plus grande résistance. Selon la présente invention, le coût de fabrication et la consommation d'énergie sont donc considérablement diminués, les pièces fabriquées selon la présente invention présentent des variances nettement réduites des valeurs de résistance. Il est particulièrement préférable, selon la présente invention, que l'acier contienne en plus au maximum 0,005% de bore. En effet, l'acier présente alors un meilleur allongement à la rupture. Selon la présente invention, les boulons et les vis ayant une résistance avoisinant ou même dépassant 900 MPa sont fabriqués dans un acier, qui contient les éléments d'addition suivants (les données se rapportent toutes au pourcentage en poids) ; Carbone : 0,45% à 0,9% Silicium : 0,1% à 0,3% Manganèse : 0,4% à 0,9% Phosphore : jusqu'à 0,025% Soufre : jusqu'à 0,025% to Chrome : jusqu'à 0,3% Nickel : jusqu'à 0,05% Molybdène : jusqu'à 0,05% Cuivre : jusqu'à 0,15% Aluminium : jusqu'à 0,01%. 15 De préférence, l'acier peut contenir en plus jusqu'à 0,005% de bore. Pour atteindre une grande résistance, il est nécessaire que le fil, qui constitue la matière première pour la fabrication de la vis ou du boulon, soit, après avoir été comme d'habitude laminé à chaud à l'état encore incandescent, soumis à un traitement particulier, qui est 20 désigné par le terme technique de la métallurgie "patentage à l'air selon le procédé de Stelmore". Après le laminage à chaud, le fil est ensuite refroidi de manière maîtrisée par soufflage d'air avant d'être fileté. L'acier acquiert ainsi une structure perlitique finement lamellaire particulière qui donne lieu à urne grande ductilité et à une plus grande 25 résistance. À partir d'un acier ainsi 1:raité contenant les éléments d'addition susmentionnés, un boulon ou une vis peut être alors fabriqué selon la présente invention exclusivement par formage à froid (formage à froid de la tête, laminage du ou des filetages) sans aucun traitement thermique, et sa résistance avoisine ou dépasse 900 N/mm2. Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait que la variance des valeurs de résistance des vis ou des boulons selon la présente invention est beaucoup plus faible que dans les pièces traitées thermiquement selon l'état de la technique. Pendant le traitement thermique obligatoire selon l'état de la technique, les paramètres correspondants comme la température, le temps de traitement et la composition de l'atmosphère peuvent en effet varier dans le four qui sert au vieillissement. Or, ces paramètres exercent une influence tout à fait considérable sur la future résistance du produit fini. L'amplitude de variation de la résistance dans les pièces qui sont fabriquées selon l'état de la technique est habituellement de � 75 MPa. Par rapport à la valeur de résistance souhaitée de 900 MPa, cela représente une tolérance de plus de 10%. Une tolérance de � 50 MPa ou encore inférieure ne peut, d'après l'état de la technique, être atteinte que très difficilement et à grands frais. Les vis ou les boulons selon la présente invention, qui ne doivent donc avoir été soumis un aucun processus de traitement thermique, 20 atteignent cette faible variance des valeurs de résistance. Selon la présente invention, il est ainsi possible de fabriquer, au moyen d'un procédé de fabrication beaucoup moins coûteux, une vis ou un boulon qui présente une résistance aussi élevée que dans l'état de la technique, mais avec l'avantage de pouvoir respecter les valeurs de 25 résistance de manière plus précise et d'avoir une variance bien plus faible. En outre, l'allongement à la rupture du boulon ou de la vis selon la présente invention peut être considérablement accru, lorsque 20 à 50 ppm, de préférence 30 à 50 ppm de bore sont ajoutés à l'acier. Selon la présente invention, une plus grande résistance à la fatigue est atteinte pour les vis sans traitement thermique par rapport aux vis soumises à un vieillissement. L'explication réside dans les contraintes résiduelles en partie réduites lors du vieillissement, qui ont s été préalablement établies dans le matériau des vis lors du roulage des filets. REVENDICATIONS1. Boulon ou vis à haute résistance, fabriqué dans un acier contenant les éléments d'addition suivants, en pourcentage en poids : C : 0,45% à 0,9% Si : 0,1% à 0,3% Mn : 0,4% à 0,9% P : au maximum 0,025% S : au maximum 0,025% Cr : au maximum 0,3% Mo : au maximum 0,05%, le complément de Fe et d'impuretés habituelles caractérisé en ce que, l'acier comprend en outre au maximum 0,05% de Ni, au maximum 0,15% de Cu, au maximum 0,01% de Al et de préférence également au maximum 0,005% de bore, et le boulon ou la vis est fabriqué à partir d'un fil d'acier qui, après laminage à chaud, a été refroidi à l'état encore incandesc:ent de manière maîtrisée par soufflage d'air, donc "patenté" selon le procédé de Stelmore, et qui n'a été fileté qu'après, exclusivement par formage à froid, à savoir formage à froid de la tête et roulage du filetage sans aucun traitement thermique, et l'acier dans lequel est fabriqué le boulon ou la vis présente ainsi une structure perlitique finement lamellaire, qui donne lieu à une grande ductilité et à une plus grande résistance. 2. Procédé de fabrication d'un boulon ou d'une vis à haute résistance, caractérisé en ce que le boulon ou la vis est fabriqué à partir d'un fil d'acier qui, après laminage à chaud, est refroidi à l'état encore incandescent de manière maîtrisée par soufflage d'air, donc "patenté"selon le procédé de Stelmore, et qui n'est fileté qu'après, le boulon ou la vis étant fabriqué exclusivement par formage à froid, à savoir formage à froid de la tête et roulage du filetage sans aucun traitement thermique, et l'acier dans lequel est fabriqué le boulon ou la vis acquiert ainsi une structure perlitique finement lamellaire, qui donne lieu à une grande ductilité et à une plus grande résistance. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fil d'acier est fabriqué dans un acier qui contient les éléments d'addition suivants (données exprimées en pourcentage en poids) : to C : 0,45% à 0,9% Si : 0,1% à 0,3% Mn : 0,4% à 0,9% P : au maximum 0,025% S : au maximum 0,025% 15 Cr : au maximum 0,3% Mo : au maximum 0,05% Ni : au maximum 0,05% Cu : au maximum 0,15% Al : au maximum 0,01% 20 de préférence en plus au maximum 0,005% de bore, le complément de Fe et d'impuretés habituelles.