FR 2137842 A1 19721229 FR 7217075 A 19720512 72 17075 -1- 2137842 La présente invention concerne un procédé de traitement thermique continu d'aciers de construction sous forme de barres, à faible teneur en carbone (maximum 0,26 G), le reste étant du fer et les constituants habituels dans les aciers de construction 5 en général, pour améliorer les propriétés mécaniques du matériau (résistance, allongement, ou leur relation entre eux) en utilisant un chauffage rapide suivi d'une trempe. Le procédé par induction convient en particulier pour un chauffage rapide. Ses principes appartiennent à l'état de la 10 technique et sont décrits, en même temps que des exemples d'application, dans "Grundlagen der induktiven ErwSrmung" (Das Industrieblatt, Stuttgart .Avril 1960, pages 204 - 210). Le domaine d'application le plus connu est la trempe superficielle par induction. Dans ce procédé, on chauffe pendant une courte 15 durée, dans leur couche superficielle, ou croûte, des qualités d'acier à farte teneur en carbone (trempables ou encore qu'on peut améliorer! puis on les trempe. On obtient ainsi une trempe de la croûte tandis que la texture en direction du coeur reste inaltérée. 20 Mais, ainsi que cela apparaît également de cette publication, il est égslôsfcent possible d'obtenir par induction un chauffage à coeur aussi uniforme que possible des pièces (chauffage de forge). On. T* exaariner ci-après des procédés connus qui utilisent !©• chauffage rapide par induction. 25 II» est connu par le brevet allemand 879 111 de faire subir un revenu par induction à un acier trempé provenant de préférence du laminage à chaud. Un traitement d'amélioration est connu par le brevet autrichien 175 4-74-, d'après lequel on austénise complètement un fil 30 4'acier en le chauffant, on le trempe, puis on le soumet à un revenu d'une façon particulière. Les 4oawines d'application qui viennent d'être indiqués se rapport aient à des qualités d'acier à forte teneur en carbone et non soudables, en particulier aux aciers d'amélioration. 35 H, appartient également à l'état de la te&hnique, du fait &u. trevetr .autrichien 281 089» cLe traiter par un procédé à défi-leneniiy des qualités d'acier non trempable en soi (0,10 à 0,23 % C) par des chalumeaux à gaz et à oxygène ou par des dispositifs de chauffage électrique, puis par des dispositifs d'ar-t^Q r os âge à. eau disposés à la suite. Ce procédé conduit à une ame— 72 17075 -2- 2137842 lioration considérable des propriétés de résistance. Suivant la résistance exigée, on nivelle, dans le revenu qui suit les différences de trempe entre la surface et le coeur, de sorte qu'on peut à bon droit parler' d'une amélioration parfaite» Dans le cadre d'essais de laboratoire, on a également appliqué à un fil d'acier à faible teneur en carbone un procédé de traitement thermique; le fil d'acier était ensuite soumis à un formage à l'état froid. Dans ce procédé, on portait par induction à des températures élevées des fils d'acier d'un diamètre compris entre 8 et 2 mm, puis les trempait rapidement à l'eau pour les faire sortir de la zone de l'austénite, ce qui provoquait la formation de marteasite. quand on élevait la température de trempe, la résistance à la traction augmentait, les propriétés d'allongement devenant moins bonnes. Ces essais n'ont évidemment pas conduitr à m procédé industriel. On a également fait connaître, dans les circonstances suivantes, l'utilisation d'un chauffage rapide suivi d'une trempe pour le traitement thermique de ronds à béton : D'après Evangulova E«F. et Golovin G.F. ("Trempe superficielle des ronds à béton", Hanuel pour les collaborateurs) de l'Institut Allunion de Recherche pour la technique des Hautes fréquences, " Construction Mécanique", Ho se ou-Lém* ngr ad (1965), partie 6, pages 92—100), an chauffe rapidement dans sa couche superficielle jusqu'à $70 à 980°CT un fer d'armature de 52 mm de diamètre (0,26 % C; 0,55 % Hn),-puis on le trempe et on le refroidit à nouveau alors-qu'il est à une température de 500 à 530°G. Des mesures ont montré que le coeur se réchauffait jusqu'à une température de 600 à 650°C. Ainsi qu'on l'esgplique également, on ne peut pas utiliser -sans nouveau recuit les fers après leur trempe superficielle, parce que leur allongement est trop faible . On renverra finalement également au brevet allemand 1 24-6 002, d'après lequel on peut soumettre du rond à béton présent à l'état laminé à un traitement de recuit par induction, ou des parties voisines de la surface à "une température comprise entre 600 et 1 050°C, avec ensuite trempe puis déformage à froid par torsion, étirage, etc.. Dans les deux publications indiquées en dernier lieu, le principe du chauffage rapide suivi d'une trempe est une partie des étapes obligatoires du procédé. 72 17075 -3- 2137842 On a cherché à indiquer, pour des aciers à "basse teneur en carbone, un procédé de traitement thermique conduisant à une augmentation de la résistance, les valeurs de l'allongement restant bonnes# On indiquera plus loin des valeurs minimales préférées que le procédé suivant l'invention permet d'atteindre; car seul un acier ayant encore des valeurs d'allongement encore très bonnes ou satisfaisantes peut, trouver son emploi avec les exigences croissantes de la pratique, car il assure encore une sécurité suffisante. Suivant l'invention, on atteint ce but comme suit : on chauffe l'acier dans sa couche superficielle jusqu'à une température comprise entre Ac^ et 1 300°G de manière que le coeur se réchauffe, à raison en moyenne d'au moins 100°C par seconde, de préférence 300°G par seconde, jusqu'à une température située entre le début de la transformation en perlite (Ac^ ) et 900°0; après quoi, et avant que se soit établi l'équilibre relativement à la teneur en earbone, on le trempe. On obtient l'impression la plus imagée de l'intervalle de température choisi pour la treape en considérant la figure 1 qui sera décrite plus loin. Qa chauffe de préférence en moyenne le coeur à raison d'environ 700°S/s* On treape de façon particulièrement avantageuse à l'instant où la température du coeur et la température superficielle de la couche superficielle sont égales (t = ^ d'après la figure 1). La durée totale entre le franchissement du point ic^j et le début de la trempe est avantageusement au maximum, de 5 secondes. On obtient des avantages particuliers quand la durée de séjour entre le premier franchissement de la ligne de perlite à coeur et le début de la trempe sur la surface est au maximum de 1,5 particulier est inférieur à 1 s. On obtient enco re de -bons résultats au-dessous de 0,5 s. Le premier franchissement de la ligne de perlite se rapporte à une première partie transformée de la texture à coeur (et non à l'ensemble de la texture). On peut facilement constater cet instant par des examens microscopiques. Otn trempe de préférence par de l'eau dirigée à la façon d'un arrosoir ou en éventail, sous une pression d'au moins 72 17075 2137842 2 atmosphères. On obtient des avantages (en particulier économiques) quand, avant de traiter thermiquement l'acier, on le chauffe préalablement au maximum jusqu'à des températures inférieures à Ac^. On limite de préférence ce préchauffage à la région supérieure de la détente cristalline. Avec les aciers considérés ici, à faible teneur en carbone, cette région doit être au plus à 550°0. Dans cette région, des changements de texture (recristallisation) ne devraient pas encore avoir lieu. De façon particulièrement avantageuse, on réchauffe préalablement l'acier de façon continue par induction avec une grande profondeur de pénétration. On entend par ces derniers mots que pour des barres de minces dimensions, telle s que 6 mm de diamètre une fraction de plus de 90 % de la section de la barre est préchauffée, de façon primaire, tandis que le restant de la section est préchauffée par conduction calorifique en direction du coeur. Pour les dimensions les plus courante s-te lie s que -12 à 16 mm de diamètre - une fraction d'au moins 60 % de la section de la barre est, comme limite inférieure de la grande profondeur de pénétration, intéressée de façon primaire par le préchauffage. En pratique, il est à cet effet préférable de faire précéder dans le sens du défilement de la barre, l'installation d'induction à haute fréquence servant au chauffâge rapide, par une installation d'induction à fréquence moyenne. Il est particulièrement avantageux de provoquer, dans le procédé suivant l'invention, afin d'augmenter les caractéristiques de résistance les propriétés d'allongement restant encore très bonnes, une température à coeur d'au moins Ac^j pour une température superficielle de couche superficielle allant jusqu'à 1 000°C (voir figure 1), après quoi, en partant de là, on trempe à une vitesse de refroidissement (valeur moyenne) d'au moins 800°C/s. La valeur moyenne indiquée de la vitesse de refroidissement se rapporte à l'intervalle de temps pendant lequel la surface est trempée en étant portée sensiblement à une température inférieure à 150°0. Au début de la trempe, la valeur est notablement supérieure. A ce début, les vitesses sont comprises entre 1 200 et 1 700°G/s. De préférence, on provoque, à l'intérieur de l'intervalle d'égalisation des températures pour l'instant t = auquel la température à coeur et la température superficielle de la 72 17075 -5- 2137842 croûte sont égales, "une température de 750 à 850°C, après quoi on trempe en partant de là. Comme agent de trempe, on préfère l'eau, que, sous une pression allant jusqu'à 12 atmosphères, on amène sur la surface des barres. On préfère en particulier une quantité d'eau comprise entre 6 et 30 litres par kilo d'acier. L'indication "kilo d'acier* correspond à la quantité d'acier en barres amenée dans la zone de trempe• On préfère spécialement une pression d'eau comprise entre 3 et 7 atm. Comme limite supérieure de temps, à laquelle il faut au plus tard procéder à la trempe, on doit considérer l'instant où la température superficielle de la croûte tombe au-dessous de 650°C (t = t^ suivant la figure 1). Pour certaines applications, il est avantageux de procéder, après la trempe, à nn léger formage à froid, sous forme d'un âressage. Pour d'autres applications, en particulier pour augmenter la limite d'élasticité (ainsi que la limite de fluage), il est avantageux de procéder après la trempe à un traitement thermique à des températures comprises entre 100 et 380°C, de préférence voisines de 34-0°0j en particulier dans la région de temps d'arrêt, dans lesquels la limite d'élasticité augmente fortement (par exemple un temps d'arrêt de 20 à 30 minutes). On applique avantageusement le procédé suivant l'invention à une barre ayant une texture consistant pour plus de 50 % en ferrite proeutectolde, en particulier un matériau en barres refroidi à l'air après son laminage à chaud. Relativement à la teneur en constituants d'alliage, on applique de préférence le procédé suivant l'invention à des aciers nonNalliés ayant une teneur en carbone comprise entre 0,06 et 0,26 en particulier entre 0,12 et 0,22 %, avec les tenaurs usuelles en manganèse et en silicium. Il est avantageux que la teneur en Si soit au maximum de 0,5 et celle de Hh au maximum de 0,8 %. Mais on obtient également de bons résultats avec des aciers dont la teneur en Mn s'élève jusqu'à 1,8 %. La teneur totale en éléments d'alliage ne devrait pas dépasser 3 %, le reste étant du fer et du carbone ainsi que les éléments d'accompagnement (impuretés) dans les quantités connues dues à la fabrication. On applique avec avantage le procédé suivant l'invention 72 17075 2137842 à des barres dont le diamètre est compris entre 4- et 36 mm, en particulier entre 5 et 16 mm. On a obtenu des résultats particulièrement bons en appliquant le procédé à un matériau en barres formé à £roid de 20 à 70 %, en particulier de 30 à 50 %• Dans le cas d'un matériau en barres constitué par du rond à béton, les qualités traitées suivant l'invention conviennent en particulier pour l'application, constituée par l'armature précontrainte ,c On fera remarquer qu'en particulier les points de transformation A indiqués sont déplacés par les éléments d'alliage • 3?our le point Ac^ il y a par exemple un abaissement de ce point d'environ 15°0 pour cliaque 1 % de manganèse. L'avantage particulier du procédé suivant l'invention consiste en ce que, tandis que les qualités de résistance s'améliorent nettement» de très bonnes propriétés d'allongement subsistent. On va tout d'abord définir certains termes utilisés dans la description et les revendications : "En forme de barresr, on. entend par là des pièces qui, perpendiculairement à leur axe longitudinal, présentent tou-jcrars sensiblement la même sttr£ace de section, mais plus particulièrement les pièces qui pessèctent en outre un même contour superficiel. "Couche superficielle ou croûte*; on entend par là la couche de la barre située à l'extérieur et opposée à la zone du coeur. Ainsi que cela apparaîtra au paragraphe qui suivra, l'épaisseur de cette croûte, c'est-à-dire en particulier son volume comparé au volume du coeur, est déterminée par la température désirée du coeur. Techniquement, dans le cas d'un procédé à induction, l'épaisseur de la croûte désirée est déterminée par la fréquence existante. Plus la fréquence choisie est étroite, plus l'épaisseur de la croûte est grande. On règle la quantité de chaleur transmise au moyen de la dimension de la bobine et de la densité de puissance. Plus la densité de puissance choisie est grande, plus rapidement et plus s'échauffe la croûte. On règle donc la température désirée dans la croûte et par suite aussi la température qui en résulte à coeur en choisissant la fréquence et en réglant la vitesse de 72 17075 -7- 2137842 défilement de la barre sur la dimension de la bobine et sur la densité de puissance (durée du. séjour de la barre dans la zone d'induction). Le réglage de la densité de puissance nécessaire, en fonc-5 tion du rapport entre le -volume de la croûte et le volume du coeur, a lieu d'après la température désirée de l'intervalle de température dans lequel il y a lieu de procéder à la trempe (intervalle d'égalisation des températures), Pour mieux le faire comprendre, on renverra à ce sujet à 10 la figure 1, On a représenté schématiquement sur cette figure la variation de la température en fonction du temps lors d'un chauffage par induction non suivi d'une trempe (refroidissement à l'air par rayonnement), La représentation schématique correspond approximativement à la variation de température d'un fil de 8 mm 15 de diamètre qu'au moyen d'une certaine fréquence on avait chauffé dans sa croûte d'environ 0,8 mm d'épaisseur. Gomme le montre la figure 1, un flux calorifique en direction du coeur a déjà JLieu dans une faible mesure pendant la durée du séjour d'induction dans la bobine. Dans l'exemple représenté, la plus grande 20 partie, de beaucoup, du flux calorifique de la croûte chaude vers le coeur relativement £roid a lieu quand la pièce a quitté la embobine d'induction 0?Qg dans la figure 1), Cette égalisation sur la section de la barre, qui s'accomplit dans le temps, a lieu dans la zone de 1'équilibragd des températures At, Pour 25 obtenir l'effet suivant l'invention, la trempe à l'eau qui suit doit avoir lieu à l'intérieur de cet espace de temps (intervalle d'égalisation des températures). Le graphique représenté sur la figure 1 montre la variation de température, simulée au moyen d'un ordinateur, sans la 30 trempe par de l'eau qui suit, seuls ayant été indiqués l'instant inférieur et l'instant supérieur, où doit commencer la trempe à l'eau. Pour satisfaire à la limite inférieure dans le temps (abscisse t^) il est nécessaire que la température du coeur soit 35 située au-dessus de , Pour satisfaire à la limite supérieure dans le temps abscisse t^) la température superficielle de la croûte ne doit pas tomber au-dessous de ^3g« tempéra tures indiquées dans les revendications et dans les exemples indiquent les conditions marginales (températures de la sur-40 face de la croûte et du coeur). 72 17075 -8- 2137842 Il apparaît que, dans le chauffage et le refroidissement extrêmement rapidesfles valeurs différentielles de température -c'est-à-dire les températures vues spatialement à mesurer entre la croûte et le coeur - peuvent s'en écarter, par exemple être supérieures à l'instant t = tg. Hais le procédé suivant l'invention, en indiquant les conditions marginales, donne une directive claire. D'après la revendication 1, on doit procéder à la trempe à l'intérieur de l'espace de temps suivant : A la limite inférieure dans le temps t = t^, la température à coeur CC^) doit se trouver au début de la transformation en perlite (Ac^), et cet instant est basé sur les premières parties décelables de la texture qui dans le coeur sont passées par la transformation (a-5-a). Pour la limite supérieure t = tj, on indique qu'à 1'intérieur de l'intervalle de température indiqué (depuis Ac^ jusqu'à 900°C) on trempe avant que l'établissement de l'équilibre relativement à la teneur en carbone soit atteint. Ainsi qu'on l'expliquera plus loin, les circonstances devront être telles que, dans le cas de l'austé-nisation, une homogénéisation complète de la teneur en carbone par diffusion ne devra pas avoir eu lieu dans le matériau chauffé. Le spécialiste devra également considérer les points suivants dans l'exécution de la directive donnée suivant l'invention : "Oh écart entre, d'une part» les tracés des courbes de la température superficielle et de la température à coeur simula-bles au moyen d'ordinateurs, etfd'autre part, les tracés .effectifs obtenus dans la pratique, peut provenir de ce que, dans le programme de l'ordinateur, on n'a pas pris en considération les pertes par rayonnement depuis la surface en direction de l'atmosphère quand le matériau a quitté la bobine d'induction. Le plus simple est,d'autre part, en pratique f pour le spécialiste, de mesurer la température superficielle au moyen d'un pyromètre à filament. Pour ce motif, les /températures indiquées dans les revendications et dans la description se rapportent à des températures mesurées au pyromètre (surface de la croûte). Relativement à la limite supérieure, dans le temps, de l'intervalle d'égalisation des températures (abscisse t^), on doit noter que cette température n'est pas préférée pour la mise en oeuvre pra- 72 17075 -9- 2137842 tique, mais que cette indication sert au contraire à délimiter le procédé suivant l'invention pour l'instant supérieur de la trempe à l'eau. D'après le procédé suivant l'invention, on choisit en pratique pour la trempe, à l'intérieur de l'intervalle 5 indiqué d'égalisation de la température, l'instant auquel la température croissante à coeur et la température décroissante de la surface se recoupent (t = d'après la figure 1), On peut parfaitement, en pratique, déterminer par une mesure pyrométrique la région, dans le temps, de ce point d'inter-10 section, car, après l'égalisation thermique en direction du coeur, la chute de température mesurable sur la surface de la croûte a lieu, de façon marquée, plus lentement que précédemment, car un flux calorifique n'a plus lieu que par rayonnement dans l'atmosphère, 15 On va expliquer ci-après en détail au moyen d'exemples les opérations que le spécialiste devra effectuer pour satisfaire aux conditions marginales indiquées dans les revendications. Conformément à la directive suivant l'invention, on chauffe la croûte jusqu'àixune température comprise entre Ac^ et 20 1 300°C de manière que le coeur s'échauffe en moyenne d'au moins- 10Q*C/s, de préférence d'au moins 300°C/s pour être porté à tme température comprise entre Ac^ et 900°C, après quoi, et avant que 1'équilibre soit établi relativement à la teneur en carbone, on trempe, 25 Ainsi qœ cela apparaîtra des exemples ci*après, on préfè re une température à coeur de 750°C (respectivement de 850°C), que le montre le calcul, il-résulte cbe la vitesse préférée de chauffage d'en moyenne 300°C/s et de la température à coeur de 750°G que 2,5 (2,8) secondes s' écoulent entre l'entrée 30 dans la bobine et l'instant de la trempe par l'eau. En partant des conditions marginales indiquées et d'un diamètre de barres de 8 mm, on. calcule que, pour une durée de séjour de 1,3 s dans la bobine» une fréquence de 485 kHz et une densité de puissance à l'intérieur de l'intervalle de 800 à 1 200 W/cm2 sont néces- s aire 2» sur Quand on fait usage de la possibilité préférée d'exécuter/ une barre préchauffée le traitement thermique suivant l'invention^ les durées de chauffage sont écourtées en relation avec la température de départ à laquelle on avait porte la barre. Si 40 donc on avait préchauffé la barre à par exemple 550°0 et si 72 17075 -10- 21378^2 l'on veut atteindre une température à coeur de 750°C, 0,66 seconde seulement s'écoulent entre l'entrée dans la bobine de haute fréquence et le début de la trempe, pour uns vitesse de chauffage d'environ 300°G/s. Pour respecter cette vitesse de chauffage, il est nécessaire de chauffer la croûte à une température élevée en. conséquence dans la bobine de haute fréquence, sans atteindre alors, après cette courte durée, déjà l'instant t = tg dans l'intervalle d'égalisation des températures. Dans l'exécution pratique, on peut, pour un diamètre donné de barre, atteindre par différentes possibilités cet instant (température) en réglant la vitesse de défilement, la fréquence et la densité de puissance à l'intérieur des limites indiquées dans les revendications» C'est ainsi par exemple qu'on peut chauffer jusqu'à une température très élevée dans la bobine (très au-dessus de Ac^) une croûte très mince (par rapport au volume du coeur), ou éventuellement une croûte très épaisse jusqu'à une température qui ne s'écarte pas beau&aap (50 à 200°G) de la température apparaissant à l'instant- tg (d'après la figure 1 ) . On. va décrire ci-après, quelques exemples de mise en oeuvre çui sont reproduits en. détail dans les tableaux 1, 2 et 3, Les tableaux montrent respectivement, chacun pour une certaine section de barre et pour l'analyse indiquée, les modifications des caractéristiques mécaniques en fonction du traitement thermique suivant l'invention. Pour toutes les valeurs, on a trempé à l'instant préféré t = t£ de la figure 1. La valeur désignée par A indique les valeurs mécaniques du matériau de départ (état de laminage à chaud; température ambiante). I désigne la région d'un refroidissement faible (3 à 5 atmosphères) et II la région d'un refroidissement fort (7 à 12 atmosphères), l'agent de refroidissement étant de l'eau. Les valeurs techniques pour le tableau 1 sont les suivantes : Etat de départ A laminé à chaud, température ambiante Analyse : 0,16 % C, 0,09 °/° Si, 0,52 % Mh, le reste étant du fer et les éléments usuels d'accompagnement. Diamètre 6 mm Durée de séjour dans la bobine 1 seconde 72 17075 2137842 Fréquence 485 ]shz Durée totale jusqu'au début de la trempe 2 secondes _ Intensité de la trempe (eau) I pression effective 4 atm, ; quan tité 8 1/kg d'acier (eau) II pression effective 8 atm.; quan tité 26 1/kg d'acier Durée de séjour sur le parcours de refroidissement 0,5 seconde Avec l'intensité de refroidissement I, la barre a encore une température d'environ 60°0 à sa surface peu après avoir quitté la section de refroidissement» 15 Comme le montre 3e tableau 1, on obtient, aux températures d'égalisation (t = tg) de 750°C, 800°G et 850°C, une forte augmentation des caractéristiques de résistance, les caractéristiques d'allongement restant encore très bonnes. C'est ainsi que pour une température d'égalisation de 800°C, on obtient par le 20 traitement thermique suivant l'invention un acier ayant une ré- 1 O sistance à la traction de 75j5 kg/mm et un allongement (S/jq) de 12,1 Où obtient des valeurs encore bien meilleures de la résistance à la traction pour des teneurs légèrement supérieures en carbone et en manganèse, comme le montre par exemple le ta-25 bleau 3 pour un fil laminé d'un diamètre de 12 mm. Pour une tem- - pérature d'égalisation de 800°C et l'intensité de refroidissement II, on y atteint une résistance à la traction de 93 jO kg/ ma pour un allongement (ô.n)de 11 %. Cet acier avait une dureté 2 2 Vickers de 359 kg/mm 4 ta périphérie et de 300 kg/mm à coeur, 30 (Ces valeurs-sont des valeurs moyennes et on ne peut les prévoir que sous réserves, parce que, en particulier pour les durées très courtes et les basses températures d'austénisation, il se produit une structure fortement hétérogène relativement à la fois à la section d'ensemble et aux différents cristallites, 35 Comme le montre la figure 1, on obtient, en même temps - qu'une forte augmentation de la résistance à la traction, également une augmentation de la dureté Vickers à la périphérie et au coeur de la barre d'acier. les valeurs indiquées de la dureté Vickers sont des valeurs moyennes provenant de 8 mesures in-40 dividuelles, lies valeurs individuelles relatives à une valeur moyenne peuvent varier suffisamment fortement pour que la valeur la plus élevée dépasse de plus du double la valeur la plus basse. 72 17075 -12- 2137842 10 Le procédé suivant l'invention permet d'obtenir de préférence les caractéristiques minimales suivantes de matériau : résistance à la traction = 70 kg/mm et plus pour un allongement ô^q = '11,0 % et plus et ion allongement uniformément réparti Ô de 5,0% et plus. S r Pour délimiter plus étroitement le procédé suivant l'invention dn indique ci-après des résultats qu'on peut obtenir en utilisant les conditions préférées du procédé : Suivant la directive préférée, on provoque, à l'instant t = tg de la figure 1, une température de 750 à 850°C. Les valeurs particulières ci-après sont particulièrement importantes : Etat initial : fil diamètre % G % Mn % Si 1 6 mm 0,10 0,61 0,16 2 8 mm 0,21 0,70 0,17 Caractéristiques du matériau : état initial température de t = t« déformation à froid de 36% d'après la figure 1 750° 0 800° C 850° C 20 g-g kg/mm 64,0 80,0 85-,0 113,0 15 25 ^ kg/mm2 56,0 45,0 56,0 93,0 Fil 1 Fil 2 610 &) 10,2 9,5 10,0 8,2 3,0 6,7 5,2 4,1 q-b kg/mm 72,0 78,0 116,0 132,0 kg/mm2 65,0 56,0 88,0 110,0 ôi0 (%) 6,9 8,3 8,5 8,0 30 6 (%) 2,9 7,3 5,2 5,0 & Le chauffage rapide dépassait 300°C/s et la durée de trempe par arrosage à l'eau était d'environ 1 seconde. Dans le cadre des teneurs en.carbone indiquées ci-dessus, on fait donc particulièrement ressortir, pour les conditions 35 préférées du procédé, les valeurs minimales suivantes : une ré- O sistance à la traction 72 17075 2137842 Les circonstances techniques exposées ci-dessus conduisent à l'idée générale qu'il s'agit de phénomènes dans lesquels des défauts, d'homogénéité de la structure cristalline jouent un rôle essentiel. Ainsi qu'on le sait, avec les aciers hypo-eutec-toïdes traités, quand on les refroidit à travers la zone à deux phases 8 /a, il se produit une ségrégation - sur le .graphique (diagramme) d'état Fe-Pe^C, le long de la ligne GOS, Une séparation proeutectoïde de ferrite a lieu suivant la ligne GP, L'austénite subsistant s'enrichit en carbone jusqu'au point de perlite "S* et se transforme en perlite quand la ligne de perlite est atteinte. Lors du chauffage rapide suivant l'invention et les durées courtes qu'on y utilise dans la région de la température de l'austénisation, on provoque un état de texture dans lequel une homogénéisation complète du carbone à l'intérieur de la texture n'a pas encore eu lieu. On peut alors créer des circonstances telles que seule la perlite soit transformé» en austénite. Hais on peut aussi supplément air ement admettre une transformation de ferrite en austénite, à condition, que cette austénite reste plus pauvre en. carbone qu'une austénite correspondant à l'état d'équilibre après l'homogénéisation c empiète par diffusion, La trempe prévu» suivant l'invention transforme la partie la plus riche en carbone de la texture en un constituant ayant une résistance supérieure, la martensite toutefois n'apparaissant généralement qu'en, quantités minimes. Il en résulte une structure différenciée, à laquelle il semble que sont dues les caractéristiques mécaniques favorables du matériau, en particulier une relation remarquable entre la résistance et l'allongement, De cette idée générale de l'invention résulte la directive suivante s On. chauffe .avec une vitesse élevée de chauffage, à travers la zone de température située au-dessus de la ligne de perlite, un acier de construction à faible teneur en carbone de la nature décrite ci-dessus possédant une texture cristalline de départ (a. et perlite) hétérogène, par exëmple provenant d'un formage à chaud. On choisit la vitesse de chauffage et la température finale telle qu'accidentellement la partie perlite et éventuellement aussi la ferrite proeutectoïde se transforment en austénite, en trempant toutefois prématurément pour éviter l'établis- 72 17075 "w- 2137842 sement d'un équilibre concernant la teneur en carbone. Les micrographies des barres traitées par le procédé de 1 invention montrent, dans une forme typique de réalisation, des centres de ferrite relativement pauvres en carbone, qui sont en-5 tourés d'un large réseau de troostite, et aussi, aux vitesses relativement élevées de refroidissement, de textures de bainite . Ces limites nettes entre le centre de ferrite et le réseau qui l'entoure s'estompent au contraire de plus en plus pour les temps d'arrêt relativement longs (par exemple 10 s) et des tempé-10 ratures suffisamment élevées d'austénisation. La barre doit être presque exempte de martensite sur l'ensemble de sa section. Mais de faibles teneurs en martensite sont admissibles sur la périphérie de la barre . Par faibles teneurs en martensite, on entend des teneurs en martensite infé-15 rieures à 5 %• Si, à-la suite du traitement thermique suivant l'invention, on exécute le traitement thermique suivant la revendication 15 (limite d'élasticité) à 340°C pendant JQ minutes, on obtient des augmentations de la limite d'élasticité allant jusqu'à 50 %, 20 par exemple, pour la qualité suivant le tableau 3> (II 850°G), passant de 51 à 76 kg/mm * La limite d'allongement se maintient, tandis que la résistance à la traction diminue légèrement. La striction, se comporte de façon assez analogue à la limite.d'é-lasticité» 25 Un changement de la teneur en carbone à l'intérieur des limites indiquées exige, pour conserver les conditions optimales, tme température à coeur plus élevée dans les limite s de l'intervalle d'égalisation revendiqué que dans les exemples d'exécution, quand la teneur en carbone s'abaisse assez fortement et 30 inversement. 'On adaptera à la température à coeur plus élevée ou moins élevée la température dans la croûte rapidement chauffée. Sur la figure 2 est représenté sehématiquement un dispositif préféré pour mettre en oeuvre le procédé suivant l'inven-35 tion. 1 désigne la barre, 2 l'installation de fréquence moyenne - servant au préchauffage rapide, et 4 l'arrosage par de l'eau, à la distance a de l'installation 3 et servant à la trempe. La zone de préchauffage peut être limitée par la vitesse minimale indiquée de chauffage à coeur. 40 Les avantages particuliers des fers à béton fabriqués sui 72 17075 -15- 2137842 vant 1*invention consistent en ce qu'avec les barres ayant des caractéristiques élevées d'allongement, les constructions à armature sans précontrainte présentent une sécurité bien plus grande grâce à la partie élevée de l'allongement uniformément 5 réparti, tandis que les barres à haute résistance conviennent • en particulier pour l'armature précontrainte. Il est en outre essentiel qu'en particulier avec les qualités à faible teneur en carbone les caractéristiques de matériau obtenues suivant l'invention, par exemple par le soudage 10 par points,!^ sont pas amoindries. On a procédé aux essais sur une croix soudée de treillis métallique soudé en acier de construction. L'examen de la force de cisaillement minimale dans un essai de cisaillement (S = 0,3 x On ne peut, dans l'état de la technique, obtenir des caractéristiques mécaniques de matériau sensiblement comparables à l'objet de l'invention qu'avec des aciers d"amélioration ayant des teneurs convenables en éléments d'alliage et un procédé com-20 pliqué de traitement thermique, et encore faut-il considérer que ces aciers ne sont pas soudables à cause de leur teneur élevée en carbone, gableau 1 Etat initial A Laminage à chaud température 6 mm de diamè- ambiante tre 25 Analyse : 0,16 % C; 0,09 % Si; 0,52 % Mh reste fer et les teneurs habituelles S St dureté Yickers HY t * t2 610 S Périphérie coeur °0 kg/mm 2 kg/mm % % A 2 7,5 42,7 33,5 21,7 181 172 I 700 44,5 48,1 26,3 15,0 195 170 I 750 45,2 69,0 13,3 8,8 255 262 II 8Ô0 51,5 75,5 12 j1 6,2 234 256 II 850 56,5 77,0 11,6 6,0 314 320 55 I' -faible intensité de refroidissement II = forte intensité de refroidissement. 72 17075 -16- 2137842 gableau 2 Etat initial A; Laminage à chaud ; température , 8 mm de dia- ambiante ' mètre Analyse : 0,16 % 0; 0,16 % Si; 0,70 % Ma Reste : fer et les teneurs habituelles °0 t = t2 Ç5*B 2 kg/mm Ô10 (% ) ô g m A 34 48 2 7,7 15,0 2 750 42 70 15,2 10,0 I 800 53,5 77 13 7,0 I 850 69 • 87 10 5,4 gableau 3 Etat initial A; Laminage à chaud; température 12 mm de diaèètre ambiante 15 analyse : 0,17 % 0; 16 % Si; 0,63 % Mn Heste : fer et les teneurs habituelles t t = t2 O) o ôg °0 !kg/mm2 kg/mm2 % % 20 A 25,2 44,0 32,6 22,0 I 700 40,-5 57,5 20,0 13,8 X 750 39,2- 58,2 19,0 15,0 X 800 49,5 71,5 14,8 9,5 25 II 800 51,5 93,ô 11,0 5,0 II 850 78,0 105,0 f,4 4,5 72 17075 -17- 2137842 BEVEHDICAIIONS 1.- Procédé de traitement thermique continu d'aciers de construction sous forme de barres, à faible teneur en carbone Gaaximum 0,26 0), le reste étant du fer et les constituants ha- 5 bituels dans les aciers de construction en général, pour améliorer les propriétés mécaniques du matériau (résistance, allongement, ou leur relation entre eux), en utilisant un chauffage rapide suivi d'une trempe, caractérisé par le fait quéon chauffe l'acier dans sa couche superficielle jusqu'à une température com-10 prise entre Ac^ et 1 300°0 de manière que le coeur se réchauffe, à raison en moyenne d'au-moins /100°0 par seconde, de préférence 300°0 par seconde, jusqu'à une température située entre le début de la transformation en perlite (Ac^)et 900°0; après quoi, et avant que se soit établi l'équilibre relativement à la teneur en 15 carbone, on le trempe. 2.- Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on chauffe en moyenne le coeur à raison d'environ 700°C/s. 3.— Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on trempe à l'instant où la température du coeur et la température su- 20 perficielle de la couche superficielle sont égales (t = t^) • 4.- Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la durée totale entre le franchissement du point Ac^ et le début de la trempe est au maximum de 5 secondes. 5«- Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la du-25 rée de séjour entre le premier franchissement de la ligne de perlite à coeur et le début de la trempe sur la surface est au maximum de 1,5 s t 611 particulier est inférieur à 1 s. 6.- Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on trempe par de l'eau dirigée à la façon d'un arrosoir ou en éventail, 30 sous une pression d'au moins 2 atmosphères. 7»- Procédé suivant la revendication 1, dans lequel, avant de traiter thermiquement l'acier, on le chauffe préalablement au maximum jusqu'à des températures inférieures à Ac^. 8.- Procédé suivant la revendication 7, dans lequel on ré-55 chauffe préalablement l'acier de façon continue par induction avec une grande profondeur de pénétration. 9.- Procédé suivant la revendication 1, dans lequel, afin d'augmenter les caractéristiques de résistance (5~g, 72 17075 -18- 2137842 une température à coeur d'au moins Aa^ (^ t -^t^), pour une température superficielle de couciie superficielle allant jusqu'à 1 000°C, après quoi, en partant? de là, on trempe à une vitesse de refroidissement (valeur moyenne) d'au moins 800°C/s, 10.- Procédé suivant la revendication 9, dans lequel on provoque, à l'intérieur de l'intervalle d'égalisation des températures pour l'instant t = t2 me température de 750 à 850°C, après quoi on trempe en partant de là. 11.- Procédé suivant la revendication 10, dans lequel on trempe avec des vitesses de refroidissement de 1 200 à 1 700°C,é. 12.- Procédé suivant la revendication 10, dans lequel on trempe en dirigeant de l*eau soua une pression allant jusqu'à 12 atmosphères. 13.- Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la quantité d'eau. représente entre 6 et 30 1/kg d'acier . 14*- Procédé suivant la revendication 1, dans lequel, après la trempe, on proaède à un léger formage'à froid (dressage), 15»- Procédé suivant la reveadication. 1, dans lequel, après la trempe, on procède à. tm traitement thermique à des températures comprises entre 100 et 380°C, en particulier voisines de 34-0°C, avec un temps d'arrêt (en-particulier de 20 à 30 minutes) pendant lequel la limite d'élasticité augmente fortement. 16,- Application du pra 17«- Application du procédé suivant la revendication 1 à des aciers non alliés, ayant une teneur en carbone comprise entre 0,06 et 0,26 %, de préférence entre 0,12 et 0,22 %, avec les teneurs usuelles en manganèse et en silicium. 18.- Application du procédé suivant la revendication 1 à des aciers alliés ayant jusqu'à 1,8 % de manganèse, 19.- Application du procédé suivant la revendication 1 à des barres dont le diamètre est compris entre 4- et 36 ®m, en particulier entre 6 et 16 mm. 20.- Application du procédé suivant la revendication 1 à un matériau en barres déformé à froid de 20 à 70 %, de préférence de 30 à 50 %• 21.- Application du procédé suivant la revendication 1 à des barres de ronds à béton pour armature précontrainte ou-non, 72 17075 -19- 2137842 en particulier pour treillis métalliques soudés en acier de construction. 22.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte, disposés successivement dans le sens du défilement des barres, une installation à fréquence moyenne, puis une installation à haute fréquence, et finalement un moyen d'arrosage d'eau.