Construction steel with high fatigue resistance

Abstract: 1. Constructional steel which has high fatigue strength, possesses good weldability up to a carbon content of 0.3% and is resistant to atmospheric corrosion, characterised in that in addition to iron it contains at most 1.6% (by weight) of C, 0.3 to 3.0% (by weight) of Mn and/or of Ni, at most 1.8% (by weight) of Si, 0.6 to 4.0% (by weight) of Cu, at most 3.0% (by weight) of Mo and/or Co, 0.02 to 0.4% (by weight) of Nb and/or of V, at most 0.006% (by weight) of B, at most 0.4% (by weight) of Zr and/or of Be, 0.02 to 0.2% (by weight) of Al, 0.005 to 0.2% (by weight) of N, at least 0.0001% (by weight) of Ca and at most 0.25% (by weight) of Ce and/or of Pb, and up to 0.1% of sulphur.

Description: La présente invention concerne un acier de construction présentant une haute résistance à la fatigue et, jusqu'à une teneur en carbone bien définie, une bonne sou dabilité, et qui est résistant à la corrosion par l'air, cet acier étant notamment destiné à la réalisation de constructions et ossatures, d'ouvrages terrestres ou hydrauliques, de véhicules, de machines et éléments de machines, d'infrastructures et superstructures pour les chemins de fer, etc..., qui sont exposés à de grandes sollicitations cycliques et aux intempéries. La conjoncture économique actuelle, qui rend notamment nécessaire de parvenir à une réduction générale de la consommation d'énergie et de matériaux, place lten- semble de l'industrie, en particulier dans les domaines du batiment, de la recherche et de la production des hydrocarbures et des transports, devant des exigences techniques et économiques auxquelles les propriétés des aciers classiques ne peuvent plus répondre, ce qui, dans un certain sens, freine l'évolution de ces secteurs. Un développement rentable des méthodes de construction et de production et des technologies classiques, ainsi que l'application de nouvelles solutions techniques et technologiques, et même également l'exploitation des produits du sous-sol qui n'ont pas été mis en valeur'jus- qu'à présent pour des raisons techniques et économiques, sont impensables si l'on ne dispose pas d'une nouvelle nuance d'acier présentant une suffisante résistance à la fatigue et des propriétés complexes favorables pour une transformation industrielle, cette nuance d''acier devant pouvoir être produite en grande quantité et à un prix de revient suffisamment bas pour pouvoir être utilisée de fa çon très large. I1 devenait donc indispensable d'élaborer une nouvelle nuance d'acier qui, conformément à ces principes d'économie de l'énergie et des matériaux, puisse supporter les sollicitations actuelles, la section transversale de la construction, et donc son poids propre, étant nettement moindres,touben offrant une plus grande sécurité, et qui soit même capable de satisfaire à des paramètres plus exigeants, et de reprendre les charges ainsi engendrées, le coût de l'élaboration industrielle et de la transformation de cet acier ne devant en outre pas excéder les frais spécifiques encourus pour la réalisation des produits fabriqués avec les aciers classiques. On connait déjà des aciers de construction présentant de bonnes propriétés mécaniques et une bonne soudabilité lorsque les conditions sont appropriées. Dans le domaine des aciers soudables, on peut énumérer, à titre d'exemples, les nuances d'acier suivantes: g 1, RQC-100 A, HY et NAXRA, en provenance des Etats-Unis, ou HT, HW, EIN et RIVER-ACE, en provenance du Japon. La composition chimique de ces aciers est caractérisée par les teneurs suivantes : 0,10 à 0,23 % (en poids) de C, 0,50 à 1,50 % (en poids) de Mn, 0,60 à 1,50 /0 (en poids) de Cr, et 1,0 à 9,5 % (en poids) de Ni, et quelques nuances contiennent de plus 0,50 à 1,00 % (en poids) de Mo, 0,08 à 0,15 % (en poids) de V, 0,003 à 0,04 % (en poids) de B et 0,5 à 0,7 % (en poids) de Cu. I1 est caractéristique des propriétés mécaniques de ces aciers queleur limite apparente d'élasticité rapportée à un allongement de 0,2 % - soit comprise entre 500 et 700 N/mm2, et que leur plasticité se prête à une transformation industrielle. Leur limite de résistance à la fatigue, dans le cas d'une rupture survenant après 105 sollicitations, est comprise, pour une sollicitation R =-1, entre 200 et 400 N/mmê et, pour une sollicitations R = O, entre 250 et 500 N/mmê (sur des éprouvettes non soudées). Quelques nuances d'acier présentent une certaine résistance à la corrosion par l'air. L'inconvénient de ces aciers est cependant que lton ne peut leur donner leurs bonnes caractéristiques de résistance que par un traitement de trempe et de revenu appliqué dans des installations spéciales. Leurs propriétés mécaniques sont donc le résultat de la trempe et du revenu, ce qui limite le nombre de profils pouvant être réalisés dans cette qualité, donne lieu en outre à une grande ins tabilité de ces propriétés mécaniques par suite du manque d'homogénéité de la trempa, et se solde de plus, en raison de la capacité de passage limitée de l'installation, de la complexité de celle-ci et des frais élevés qui sont encourus, par un coût de fabrication qui atteint plusieurs fois le prix de revient de l'élaboration normale de l'acier. L'état du matériau qui a subi un traitement de trempe et de revenu constitue une difficulté supplémentaire pour la transformation industrielle, notamment pendant le découpage ou tronçonnage à chaud, la réalisation de jonctions soudées et le pliage ou cintrage à chaud. L'utilisation des aciers ayant subi un traitement de trempe et de revenu est ainsi fortement limitée, en dépit de leurs propriétés mécaniques favorables, et ceci par suite de l'absence des profils indispensables, du manque d'homogénéité des propriétés mécaniques, des difficultés liées à leur transformation et de leur prix élevé. Dans le domaine des matériaux non soudables, on connaît également des aciers qui ont d' excellentes propriétés mécaniques, tels que, par exemple, les nuances En et AISI-V, mises au point aux Etats-Unis, ou la nuance GhNW, en provenance de l'Union Soviétique, les nuances Rex, Melt-A et HST, en provenance de Grande-Bretagne, ou CSV4 et -MOG en provenance de la République Fédérale d'Allemagne. Leur composition chimique est caractérisée par les teneurs suivantes : 0,2 à 0,6 % (en poids) de C, 0,2 à 1,6 % (en poids) de Si, 0,3 à 1,6 % (en poids) de Mn, 0,3 à 5,0 % (en poids) de Mo et 0,1 à 1,0 % (en poids) de V, mais quelques nuances contiennent aussi 1,5 à 3,0 % (en poids) de W et 0,1 à 0,3 % (en poids) de Ti. Il est caractéristique des propriétés mécaniques de ces aciers que leur limite apparente d'élasticité, pour un allongement de 0,2 %, soit comprise entre 1300 et 1600 N/mmê lorsqu'ils ont subi un traitement de tempe et de revenu, et que leur résistance à la traction soit comprise entre 1700 et 2000 N/mm2, ce à quoi correspondent un allongement de 7 à 10 % et une résilience comprise entre 0,7 et 2 daJ/cm2, sur une éprouvette Izod non entaillée. Pour une sollicitation R = 0, rapportée à un nombre de cycles de 1Q4 Åausqutà rupture, leur limite de résistance à la fatigue est comprise entre 400 et 800 N/mm2. L'inconvénient de ces aciers est que leurs propriétés, précédemment mentionnées, ne se manifestent qu t après un traitement de trempe et de revenu, ce qui limite fortement leur utilisation en raison des difficultés de transformation (battitures, calamine, réticulation ou gauchissement, degré d'usinabilité), et ce qui rend en outre ces aciers assez fragiles et sensibles à l'effet d'entaille, le coût de leur élaboration excluant de plus pratiquement une application industrielle à grande échelle, à cause de leur forte teneur en éléments alliés. Les aciers de construction actuellement connus présentent donc d'assez bonnes propriétés mécaniques, à la fois dans le domaine soudable et dans le domaine non soudable, et ceci en raison des additions d'alliage et des traitements thermiques, c'est-à-dire de la trempe suivie de revenu Mais cette méthode d'augmentation de la résistance limite l'assortiment des profilés que l'on peut ainsi fabriquer, les éléments de construction ayant subi un traitement de trempe peuvent en outre difficilement être usinés à l'aide des machines habituelles, et enfin, dans le cas des éléments de construction ayant subi une transformation avant la trempe, la haute température de trempe provoque une décarburation, une réticulation ou un gauchissement, et éventuellement des fissurations. L'élaboration de ces aciers nécessite des équipements spéciaux, qui augmentent encore les dépenses et ne permettent pas une application industrielle de grande'envergure. La combinaison de ces inconvénients en arrive à réduire sensiblement la valeur utile de ces aciers, en dépit de leurs propriétés mécaniques apparemment favorables. La présente invention a pour objet de mettre au point des aciers de construction résistants à l'usure et à la corrosion par l'air, et présentant une bonne soudabilité jusqu'à certaines limites de teneur en carbone (0,30 b%) aciers dont la limite de résistance à la fatigue et la limite apparente d'élasticité soient supérieures à celles des aciers classiques et qui puissent, grâce à leurs différents mécanismes de renforcement et sans trempe, ser vir de matériau de base pour la réalisation de constructions et ossatures, d'ouvrages terrestres ou hydrauliques, de véhicules, de machines et éléments de machines, qui sont exposés à de grandes sollicitations cycliques et aux in tempéries. La présente invention permet d'atteindre l'objec- tif fixé par le fait que l'acier ainsi élaboré contient, outre le fenetles éléments résiduels habituels tels que P, As, Se, etc... au maximum 1,6 % (en poids) de C, 0,3 à 3,0 % (en poids) de Mn et/ou de Ni, au maximum 1,8 % (en poids) de Si, 0,6 à 4,0 % (en poids) de Cu, au maximum 3,0 % (en poids) de Mo et/ou de Co, 0,02 à 0,4 % (en poids) de Nb et/ou de V, au maximum 0,006 % (en poids) de B, au maximum 0,4 % (en poids) de Zr et/ou de Be, 0,02 à 0,2 % (en poids) de Al, 0,005 à 0,2 % (en poids) de N, au minimum 0,0001%' (en poids) de Ca, et au maximum 0,25 /0 (en poids) de Ce et/ou de Pb, le soufre peut tre présent dans cer tains cas jusqu'à 0,1 %. Des compositions plus particulièrement préférées selon l'invention comprennent C 0,04 - 0,5 % Nb 0,01 - 0,15 % Mn 1,50 - 2 o/O V 0,01 - 0,15 % Si 0,5 - 1 % Zr 0,01 - 0,15 % S 0,01 - 0,05 % Al 0,02 - 0,2 % Cu 1,20 - 2 % N 0,01 - 0s04 % Ni 1 - 1,50 % B 0,0001 - 0,005 % Mo 0,05 - 0,5 % Ca 0,000.1 - 0,005 % Pb 0,01 - 0,25 % pour des aciers soudables. La composition préférée pour des aciers non soudables est la suivante C 0,04 - 0,5 % Nb 0,01 - 0,15 % Mn 1,50 - 2 O/o V 0,05 - 0,15 % Si 0,5 - 1 % Zr 0,01 - 0,15 /0 S 0,01 - 0,05 % Be 0,01 - 0,05 % Cu 1,5 - 2 % B 0,9001 - 0,006 % Ni 1 - 1,50 % Al 0,01 - 0,2 % Mo 0,05 - 1 % Ca 0,0005 - 0,005 % Pb 0,01 - 0s25 % Quelques-uns des éléments alliés forment, lorsqu'ils sont dans le rapport selon la présente invention, des composés métalliques complexes qui, en partie, produisent déjà, dès le stade de la coulée, des germes actifs de dimension critique, et qui sont aussi, en partie, mis en solution dans les interstices en créant ainsi une précontrainte dans le réseau du fer et en augmentant ainsi le nombre de défauts du réseau. Dwautres éléments alliés provoquent des précipitations métalliques ayant une grande résistance au cisaillement, lesquelles augmentent et stabilisent en même temps, de façon cohérente, la tension interne du réseau de matière de base. L'augmentation du nombre de germes de dimension critique entraîne une forte augmentation de l'aptitude à la cristallisation que présente la coulée, une diminution du temps de solidification et de la grosseur de grain primaire, une augmentation brusque des surfaces des limites des grains et une limitation de la formation possible d'enrichissements intermétalliques. les propriétés et le rapport avantageux des composants créent, dans le système d'alliagé selon la présente invention, des conditions thermodynamiques, cinétiques et de germination telles, pendant la mise en solution, la solidification, la recristallisation et la déformation à chaud, que la disposition des composants à la mise en solution interstitielle, la quantité de ces composants ainsi que le nombre et le degré de contrainte des réseaux ainsi mis sous précontrainte se trouvent nettement augmentés. Grâce à l'augmentation du nombre des réseaux présentant une précontrainte interstitielle et de leur degré de contrainte, le nombre des dislocations produites par voie métallurgique et qui favorisent et déterminent la formation, ainsi que la dispersion des précipitations métalliques se trouve fortement augmenté, ce qui augmente sensiblement l'efficacité de la fonction d'ancrage ou de fixation des précipitations lors du mouvement de front de dislocation que déclenchent les précipitations. Les composants selon la présente invention et leur rapport avantageux assurent ainsi automatiquement l'excellente qualité métallurgique de l'acier pendant son élaboration et l'effet positif des différents mécanismes de renforcement actuels, dont l'action combinée et cumulée augmente la résistance mécanique utile et la limite de résistance à la fatigue de l'acier. La composition chimique de l'acier selon la présente invention comprend aussi des éléments alliés qui ne se mettent pas en solution dans le fer et ne se combinent pas avec celui-ci, mais qui s'enrichissent à la surface de l'acier. Il en résulte qu'il se forme à la longue sur la surface, par l'effet de l'atmosphère, une couche de protection dense qui se dissout difficilement et qui protège l'acier contre l'action corrosive de l'environnement et de fluides bien déterminées, en éliminant la possibilité de corrosion par piqûres et en améliorant la solidité de la couleur de l'acier. L'acier selon la présente invention présente une bonne soudabilité pour une teneur -en carbone donnée et avec un apport de chaleur approprié, et les propriétés de la zone thermiquement affectée sont identiques à celles du matériau de base. L'élaboration de l'acier selon la présente invention ne nécessitant pas d'atmosphère réductrice, elle peut se dérouler à'l'aide des installations classiques, et l'on peut, par des procédés de façonnage ù chaud, conférer à l'acier des dimensions et profils quelconques, par laminage ou estampage, la production pouvant se faire en grande série sans installations particulières. L'acier selon la présente invention présente, sans trempe, d'excellentes propriétés mécaniques, et permet en meme temps l'application des technologies de transformation et d'assemblage classiques. Dans le domaine de l'acier non soudable, on peut régler par revenu l'aptitude à la transformation ou à l'usinage, ainsi que la dureté après usinage, par un traitement thermique à basse température. Le prix de l'acier selon la présente invention n'est ainsi pas grevé, en tant que matériau de base, par le coût du traitement compliqué de trempe et de revenu exécuté dans un liquide spécial, ainsi que par celui des installations nécessaires à cet effet, et en outre les frais de fabrication des produits réalisés avec l'acier selon la présente invention n' excèdent pas le coût des produits classiques. C'est pourquoi le bénéfice que l'on peut obtenir sur le plan économique, de par les avantages techniques offerts par l'acier selon la présente invention (réduction de la consommation d'énergie et du poids, etc...), grâce aux limites élevées de la résistance à la fatigue et de l'élasticité, n'est pratiquement pas affecté du fait des frais d'élaboration et d'utilisation du nouveau matériau de base. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs de l'élabo- ration de l'acier et de ses propriétés mécaniques. EXELtWIE 1 Trois charges de l'acier selon la présente invention sont présentées, à titre d'exemple, dans le domaine des aciers soudables. Les charges ont été élaborées dans des fours à arc de 60 t et ensuite affinées dans des équipements métallurgiques comportant des poches. La coulée a été effectuée dans une installation de coulée continue à quatre filières ayant un profil de 240 x 240 mm, et l'on a ensuite produit par laminage, à partir des billettes, et dans des conditions normales, des ronds en acier d'un diamètre de 20 mm, que l'on a ensuite refroidis à l'air sur des refroidisseurs. Les résultats des examens des charges selon la présente invention figurent ci-après : 1.1. Composition chimique des charges en pourcentages (poids) TABLEAU 1 Charge C Mn Si P S Cu Ni 1 0,08 1,69 0,88 0,018 0,012 1,63 1,10 2 0,155 1,63 0,905 0,015 0,022 1,70 1,09 3 0,21 1,66 0,76 0,014 0,014 1,39 1,12 Mo Nb V Zr Al N 1 0,10 0,030 0,04 0,04 0,15 0,0213 2 0,08 0,050 0,07 0,029 0,059 0,0248 3 0,12 0,051 0,05 0,027 0,027 0,0244 B Ca Pb 1 0,0024 0,0020 0,07 2 0,0025 0,0015 0,09 3 0,0022 0,0011 0,06 Dans les exemples qui suivent les abréviations qui suivent ont les significations suivantes Rp la limite élastique Rm la charge dë rupture A5 allongement Z striction KCU resilience 1.2. Propriétés mécamique TABLEAU 2 Désignation Laminé 1/ 500 Cê/ Unité de mesure 1. 2. 3. 1. 2. 3. Rp0,002 N/mmê 800 790 800 855 860 920 Rm N/mmê 970 1010 900 1050 1066 1090 A5 % 18,5 19 18,5 18,2 18 17 z % 49 50 50 49 46 41 KCU da J/cm2 + 200C 20 22 21,4 18,7 19,4 20 da J/cmê - 40 C 8 8,7 8 9 9,7 10,2 Désignation 1250 C / Unité de mesure 1. 2. 3. Rp0,002 N/mmê 810 800 890 Rm N/mmê 1040 1030 1085 A5 % 16,4 16 15 , Z % 43 42 39 KCU da J/cmê + 20 C 17,1 18 19,4 da J/cmê - 40 C 8 7 7,3 1/ état laminé sans traitement thermique 2/ maintenue à chaud, à 500 C, pendant 90 minutes, puis refroidie à l'air 3/ maintenue à chaud, à 1250 C, pendant 45 minutes, puis refroidie à l'air 1.3. Soudabilité On a examiné les éprouvettes, soudées en atmosphère inerte, d'une plaque de 12 mm d'épaisseur fabriquée avec la charge 2. La plaque n'a été soumise à aucun traitement thermique, ni avant ni après le soudage. Epaisseur de la plaque = V = 12 mm Type de soudure = contre-soudure (à un angle de 60 ) Apport de chaleur = 3000 joule/cm # mm Nombre de soudures = 3 + 1 Atmosphère inerte = C02 Fil à souder = le matériau lui-même, avec un diamètre de 1,6 mm 1.31. Essai de traction Rp0,002 = 784,7 N/mmê Rm = 902,6 N/mm2 A5 = 16 % Z = 52 % Rupture se produisant en dehors de la soudure 1.32. Plasticité de la zone thermiquement affectée TABLEAU 3 Entaille de l'éprouvette pour Effet de choc essai au choc, mesurée à par- à KCU - 400 C tir de l'arête rectiligne de 2 la soudure non chanfreinée mm da J/cmê 0 7 1 8,4 2 10 3 9 4 4 8,7 5 8 7 7 10 10 9,7 15 10,5 1.4. Résistance à la corrosion par l'air (mesurée dans le volume d'air d'un local industriel) TABEAU 4 Profondeur moyenne de la Période d'essai pénétration de la corrosion ( (années) (mm) Aciers servant Charge 2 de base de comparaison Acier au Acier carbone contenent 0,6 % de cuivre 0,007 0,08 0,030 0,5 0,007 0,08 0,030 1 0,010 0,12 0,045 2,5 0,012 0,16 0,070 1.5. Résistance à la fatigue L'essai de fatigue ou d'endurance a été effectué sur une machine pour essais de fatigue du type Schenk Erlinger, fonctionnant d'après le principe de résonance. Dans ce cas, ce sont à la fois la composante de la précontrainte statique et la charge oscillante (+ Fa) qui sont appliquées par des ressorts s'appuyant sur une tête de charge commune. La charge statique est établie et réglée par un axe fileté et le ressort oscillant est excité par un moteur électrique. L'oscillation ou vibration excitée par la rotation de la masse excentrique actionne le pulsateur au point de résonance, et ledit pulsateur produit une charge statique comprise entre 0 et 20 mégapond et une charge cyclique de + 10 mp. Un rond en acier, d'un diamètre de 20 mm, réa- lisé par laminage à partir de la charge 2, a été soumis à l'essai de fatigue. lies résultats de l'essai de traction de contrôle, effectué sur une éprouvette laminée n'ayant pas subi de traitement thermique, figurent sur le tableau 5. TABLEAU 5 Désignation Propiétés mécaniques Unité de mesure Charge 2 sans Acier de traitement traitement thermique 420.D4 Rp0,002 N/mmê 892,7 1079,1 Rn N/mn2 983,9 1147,7 A5 % 16,4 14,6 Z % 57 50,7 KCU + 20 C da j/cmê 19,8 11,8 A titre de comparaison, l'essai a aussi été effectué sur la nuance d'acier 42CD4, selon la même méthode et sur une éprouvette similaire. La composition chimique de l'acier ayant servi de base de comparaison figure sur le tableau 6, tandis que ses propriétés mécaniques sont indiquées sur le tableau 5. TABLEAU 6 Nuance d'acier Composition chimique en pourcentages (poids) 42CD4 C Si Mn Cr Mo Ni Ti 0,42 0,29 0,65 1,10 0,20 0,20 0,05 1.51. Degrés de charge de l'essai de fatigue TABLEAU 7 Désignation Degrés de charge (N) 42CD4I. Ch 2 42CD3II. Ch 2 42CD4III. Ch 2 F max 68000 96000 68000 78000 68000 68000 F F min 9000 9000 29000 9000 39000 9000 Fa 29000 44000 19000 34000 18000 29000 52. Contrainte correspondant aux degrés ou échelons de charge et à laquelle les éprouvettes ont été soumises TABLEAU 8 Désignation Contraintes correspondant aux charges N/cm I. Il. III. 42CD4 Ch 2 42CD4 Ch 2 42CD4 Ch 2 F max 27664 39534 27664 31588 27664 27664 F F min 3953 3953 11870 3953 15794 13832 (Fa 11870 17805 7906 14782 5935 11870 1.53. Résultat de l'essai de fatigue TABLEAU 9 Dans le cas de l'acier 42CD4, Degré de charge E lg Ni durée de vie de 50 % probablé I. n 10,9985 59783 II. 12,1960 198000 ) III. 12,8229 370594 carré de durée de vie 5 dispersion 15 % 85 % empirique Probabilité de rupture I. 0,04606 47258 75628 Il. 0,17445 126692 309442 III. 0,06455 281653 487621 Dans le cas de l'acier de la charge 2 Degré de charge E îg Ni durée de vie de 50 % probable n I. 11,4256 91638 Il. 12,3315 226715 III. 13,4427 688732 ) carée de durée de vie dispersion 15 % 85 % empirique Probabilité de rupture I. 0,2795 52485 160000 II. 0,22673 131822 389917 III. 0,73595 278821 1701277 1.54. Interprétation des résultats de l'essai de fatigue En comparant les résultats d'essais obtenus avec une sollicitation identique de l'acier 42CD4 et de l'acier de la charge 2 élaboré selon la présente invention, on constate, pour la probabilité de rupture de 50 %, qu'à cette valeur correspondent 60 000 sollicitations dans le cas de l'acier servant de base de comparaison, contre 700 000 sollicitations dans le cas de l'acier selon la présente invention. La comparaison des résultats obtenue par des méthodes d'essai identique fait ressortir qu'avec une charge identique la durée de vie de l'acier selon la présente invention est à peu près égale à dix fois celle de l'acier classique servant de base de comparaison. En comparant les valeurs de résistance ou les charges de la durée correspondent à la probalité de rupture de 50 %, c'est-à-dire les droites qui représentent, dans une même figure, la résistance à la fatigue des deux matériaux, on constate que l'acier selon la présente invention supporte des charges qui sont presque le double de celles que supporte l'acier 42CD4. TABLEAU 10 Nombre de sollicitations Charge Fa correspondant à une Probabilité de rupture de Ni (N) 42 CD4 Charge 9.1065 26000 44000 2.106 19000 38000 3.106 16000 35000 4.106 14000 32000 6.106 11000 29000 8.106 9000 26000 EXEMPLE 2 Deux charges constituées par de l'acier selon la présente invention sont présentées, à titre d'exemples, dans le domaine des aciers non soudables. Les charges ont été produites dans un four à arc de 65.t, puis affinées dans des équipements métallurgiques comportant des poches, et coulées dans une installation à coulée continue ayant un profil de 240 x 240 mm. Des ronds en acier ont ensuite été produits, par laminage, dans des conditions normales, à partir des biellettes, et refroidis sur des refroidisseurs. Le diamètre de ces ronds en acier était de 20 mm. Les résultats des essais sont représentés ci-après. 2.1. Composition chimique des charges TABLEAU 11 Charge Composition chimique en pourcentages (poids) C Mn Si P S Cu Ni Mo 4 0,36 1,62 0,84 0,012 0,010 1,59 1,20 0,07 5 0,45 1,80 0,74 0,011 0,015 1,69 1,22 0,09 Nb V Zr Be B Al Ca Pb 4 0,07 0,07 0,03 0,0219 0,0050 0,03 0,0017 0,04 5 0,036 0,07 0,03 0,0201 0,0035 0,04 0,002 0,06 2.2. Propriétés mécaniquea TABLEAU 12 Désignation 450 CÚ/ 650 Cê/ 850 C / Unité de mesure 4 5 4 5 4 5 Rp0,002 N/mmê 1412 1569 931 1140 1716 1600 Rm N/mmê 1765 2060 1030 1210 1863 2100 A5 % 10 8 17 16 10 10 Z % 20 20 45 48 15 18 KCU -40 C 2,5 2,2 3 4 2,9 2,7 (da J/cmê) 2.3. Résistance à la fatigue L'essai de fatigue avait pour objet d'examiner les propriétés de j'acier selon la présente invention lorsqu'il est soumis à un effort d'oscillation ou de vibration variant avec le temps. La méthode d'essai utilisée était, outre les essais de fatigue par efforts le torsion cycliques avec les éprouvettes de fatigue par torsion qui sont usuels, la méthode locati, destinée à déterminer la résistance aux efforts combinés de flexion et de torsion, et l'on a finalement calculé la résistance aux oscillations ou vibrations en traitant les résultats sur ordina teur. Pour l'essai de fatigue de la charge 4, on a utilisé des éprouvettes fabriquées avec des ronds en acier laminés et soumis à un traitement de détensionnement, d'un diamètre de 40 mm. lies résultats de l'essai mécanique statique des ronds en acier produits par laminage à partir de la charge 4 figurent sur le tableau 13. TABLEAU 13 Désignation Valeurs correspondant à Unité de mesure la charge 4 Rp0,002 N/mmê 1150 Rm N/mm2 1200 A5 % 14 43 2.31. Essai de fatigue par efforts de torsion cycliques Cet essai avait pour objet de déterminer le diagramme de Wöhler pour l'effort combiné de flexion et d'oscillation symétrique. 2.32. Degrés ou échelons de charge de l'essai de fatigue par efforts de torsion cycliques TABLEAU 14 r Degré de charge Effort de flexion (N/mmê) I. 588 II. 539 III. 515 IV. 490 2.33. Paramètres de l'essai de fatigue par efforts de torsion cycliques TABLEAU 15 R1 = charge initiale N1 = cycle de sollicitation (nombre de sollicita tions) #R1 = valeur du degré ou de l'échelon de charge #N = nombre de cycles R1 N/mmê N1 #R1 #N 294 7,5.105 24,5 105 441 3,0.106 24,5 105 490 4,6.106 24,5 105 441 106 24,5 105 441 6,1.106 24,5 105 2.34. Résultat de l'essai TABLEAU 16 Degré ou Effort de flexion Durée de vie echelon de N/mmê charge I. 588 1,1.105 - 1,26.105 II. 539 1,65.105 - 2,48.105 III. 515 2,00.105 - 7,00.105 IV. 490 2,7.105 - 3.64.106 2.35. Données relatives à la répartition des résultats de l'essai de fatigue par efforts de torsion cycliques, après traitement de ces résultats par l'ordinateur. TABLEAU 17 Degré ou Durée de vie Carré de Durée de vie échelon de 0% / dispersion de 84 0/o de 16 %' de charge probable I. 1,15.105 1,066 1,23.105 1.02.105 II. 1,39.105 1,175 2,27.105 1.64.105 III. 3,26.105 1,508 4.92.105 2.17.105 IV. 1,06.106 3,658 3.89.106 2.86.105 2.36. Essai de fatigue par effort de torsion Cet essai avait pour objet de déterminer le diagramme de Wöhler pour l'effort combiné de torsion et d'oscillation symétrique. 2.37. Degrés ou échelons de charge de l'essai de fatigue par efforts de torsion TABLEAU 18 De ré ou Couple de rotation (joule) Contrainte (N/mm echelon de l'essai de fatigue par effort de torsion de charge I. 27,47 408 II. 24,52 365 III. 22,56 335 IV. 20,60 306 2.38. Paramètres de l'essai de fatigue par efforts de torsion TABLEAU 19 Couple initiale M csa-l = 19,62 joule Contrainte initiale T a-l = 291 N/mmê Valeur du degré ou de2l'échelon de contrainte ou de charge Ta = 14,7 N/mm Nombre de solicitations N1 = 105 Nombre de cycles.'.N = 105 2.39. Résultat de l'essai de fatigue par efforts de tor torsion TABLEAU 20 Degré ou Couple de Contraine Durée de vie échelon rotation de charge (Joule) (N/mmê) I. 27,47 408 0,4.105 - 2,16.105 II. 24,52 365 0,8.105 - 7,90.105 III. 22,56 335 1,55.105 - 9,54.105 IV. 20,60 306 2,86.105 - 1,48.106 2.4. Valeurs de résistance dynamique ou aux oscillations ou vibrations déterminées sur la base de l'essai de fatigue par efforts de torsion cycliques TABLEAU 21 (Probabilité de rupture Résistance aux oscillations ou vibrations Rvh N/mmê 16 % 373 50 % 409 84 % 441 2.5. Valeurs de résistance aux oscillations ou vibrations déterminées sur la base de 1'essai de fatigue par efforts de torsion TABLEAU 22 Probabilité de rupture Résistance aux oscilations ou vibrations Tv N/mmê 16 % 254 50 % 254 84 % 255 2.6. Interprétation des résultats lies valeurs de résistance aux oscillations ou vibrations qui ont été obtenues, soit Rvh = 373 à 441 N/mm2 et Tv = 254 à 255 N/mm2, avec un rond en acier produit à partir de l'acier selon la présente invention, n'ayant pas subi de traitement de trempe suivi de revenu et d'un diamètre de 40 mm, concordent avec les valeurs de résistance aux oscillations ou vibrations des aciers de ressorts conus ayant subi une trempe ou un traitement de trempe suivi de revenu. I1 y a lieu de noter qu'au cours des essais de fatigue par efforts de torsion cycliques, on a pu obtenir une amélioration sensible des valeurs de résistance aux oscillations ou vibrations par une charge préalable appropriée, de l'ordre de plusieurs millions, qui a été produite par une contrainte d'environ 440 N/mm'. lies valeurs de résistance aux oscillations ou vibrations de l'acier selon la présente invention s'améliorent donc-sensiblement lorsqu'il a été mis en place dans une construction, par suite du travail des ossatures, ce qui constitue une propriété très utile de l'acier selon la présente invention.

Claims: REVENDICATIONS 1 - Acier de construction présentant une haute résistance à la fatigue et, jusqu'à une teneur en carbone bien définie, une bonne soudabilité, et qui est résistant à la corrosion par l'air, caractérisé par le fait qu'il contient, outre le fer, au maximum 1,6 % (en poids) de C, 0,3 à 3,0 % (en poids) de Mn et/ou de Ni, au maximum, 1,8 % % (en poids) de Si, 0,6 à 4,0 % (en poids) de Cu, au maximum 3,0 % (en poids) de Mo et/ou de Co, 0,02 à 0,4 / ó (en poids) de Nb et/ou de V, au maximum 0,006 % (en poids) de B, au maximum 0,4 % (en poids) de Zr et/ou de Be, 0,02 à 0,2 % % (en poids) de Al, 0,005 à 0,2 % (en poids) de N, au minimum 0,0001 % (en poids) de Ca, et au maximum 0,25 % (en poids) de Ce et/ou de Pb, et jusqu'à 0,1 % de soufre. 2 - Acier de construction selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il a la composition suivante en plus du fer et de certains éléments résiduels C 0,04 - 0,5 % Nb 0,01 - 0,15 % Mn 1,50 - 2 % V 0,01 - 0,15 % Si 0,5 - 1 % Zr 0,01 - 0,15 % S 0,01 - 0,05 % Al 0,02 - 0,2 % Cu 1,20 - 2 % N 0,01 - 0,04 % Ni 1 - 1,50 % B 0,0001 - 0,005 % Mo 0,05 - 0,5 % Ca 0,0001 - 0,005 % Pb 0,01 - 0,25 % 3 - Acier de construction selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il a la composition suivante en fer et de certains éléments résiduels C 0,04 - 0,5 % Nb 0,01 - 0,15 % Mn 1,50 - 2 % V 0,05 - 0,15 % Si 0,5 - 1 % Zr 0,01 - 0,15 % S 0,01 - 0,05 % Be 0,01 - 0,05 % Cu 1,5 - 2 % B 0,0001 - 0,006 % Ni 1 - 1,50 % Al 0,01 - 0,2 Mo 0,05 - 1 % Ca 0,0001 - 0,005 % Pb 0,01 - 0,25 % 4 - Procédé de fabrication d'un acier de construction présentant une haute résistance à la fatigue et jusqu'à une teneur en carbone bien définie, une bonne soudabilité et qui est résistant à la corrosion, caractérisé par le fait que l'on élabore dans un four une charge comprenant outre le fer, au maximum 1,6 % (en poids) de C, 0,3 à 3,0 % (en poids) de Mn et/ou de Ni, au maximum 1,8 % (en poids) de Si, 0,6 à 4,0 % (en poids) de Cu, au maximum 3,0 % (en poids) de Non et/ou de Co, 0,2 à 0,4 % (en poids) de Nb et/ou de V, au maximum 0,006 % (en poids) de B, au maximum 0,4 % (en poids) de Zr et/ou de Be, 0,02 à 0,2 % (en poids) de Al, 0,005 à 0,2 % (en poids) de NQ au minimum 0,0001 % (en poids) de Ca, et au maximum 0,25 % (en poids) de Ce et/ou de Pb, le soufre peut être présent dans certains cas, Jusqu'à 0,1 % que l'on procède ensuite à l'affinage dans un équipement métallurgique équipé de poches, puis à la coulée, au laminage et au refroidisse ment.

Inventors: GIFLO, HENRIK
Applicants: GIFLO, HENRIK
Application year: 1979
Main classification: C22C38
IPC codes: C22C38