Barre d'acier laminé à chaud.
L'invention concerne des barres d'acier laminé à chaud, ainsi qu'un procédé pour les produire.
On connaît un procédé suivant lequel la barre subit un refroidissement rapide superficiel au sortir de la cage finisseuse du laminoir pour la formation d'une couche superficielle bainitique ou martensitique sur une âme austénitique, après quoi le refroidissement transforme l'âme en ferrite et en carbures, tandis que la chaleur transférée à partir de l'âme opère le revenu de la couche superficielle.
Pour certaines applications, la corrosion sous les contraintes latentes de la barre comprenant une
couche superficielle bainitique ou martensitique peut être inadéquate. De telles applications sont notamment la fabrication d'ancrage et de barres devant venir en contact avec des terres contenant des impuretés telles que des sulfates, nitrates et chlorures et de barres d'armature noyées dans des bétons contenant ces mêmes impuretés. On sait qu'une microstructure de ferrite/perlite a une meilleure résistance à la corrosion sous les contraintes latentes que la martensite après revenu.
Suivant l'un de ses aspects, l'invention a pour objet un procédé pour produire des barres d'acier suivant lequel successivement,on lamine l'acier au calibre voulu
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barre laminée pour amener sa surface à une température à laquelle une transformation de type ferrite-perlite a lieu sans abaisser la température de l'âme de la barre à une valeur inférieure à la température critique pour la transformation austénitique, on maintient la barre à cette température pendant une durée suffisante pour former une couche superficielle à structure de type ferrite-perlite, on refroidit rapidement la barre partiellement refroidie pour abaisser
sa température superficielle en vue de former une microstructure aciculaire comprenant un anneau de martensite et/ou de bainite entre la couche superficielle et l'âme encore austénitique, puis on refroidit la barre pour transformer l'âme austénitique en ferrite et carbures, ou en bainite ou bien en martensite ou encore en une combinaison de deux de ses phases constitutives ou davantage.
La barre peut être refroidie rapidement par de l'eau pulvérisée sur sa surface au sortir du laminoir à
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de refroidissement rapide comme une auge contenant un flux turbulent d'eau. Un refroidissement par l'air est applicable pour des aciers plus fortement alliés. En variante,
la barre peut être refroidie au moyen d'un brouillard d'air et d'eau projeté sur sa surface ou bien par passage dans un bain d'un métal liquide(comme le plomb)ou d'une solution aqueuse( comme une saumure ) .
Suivant un autre aspect,l'invention a pour objet une barre d'acier laminé à chaud qui comprend une couche superficielle extérieure à structure de type ferriteperlite, un anneau situé immédiatement sous la couche superficielle et ayant une microstructure aciculaire comprenant de la martensite et/ou de la bainite,et une âme de bainite ou de martensite ou bien de ferrite et de carbures
ou encore d'une combinaison de deux de ces phases constitutives ou davantage. Un anneau bainitique peut être interposé entre l'anneau martensitique et l'âme.
Une transformation ferrite-perlite est une transformation au cours de laquelle il se forme une structure de perlite ou de perlite globulaire et de ferrite.
L'invention est décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
Fig. 1 est un diagramme comprenant des courbes de refroidissement relevées en trois endroits de l'épaisseur d'une barre ronde d'acier produite conformément à l'invention; Fig. 2 est une vue en coupe d'une barre produite <EMI ID=3.1>
martensite, B pour la bainite, F pour la ferrite, P pour la perlite et C pour les carbures;
les Fig. 3 et 4-,portant en ordonnées les duretés <EMI ID=4.1>
la barre sont des diagrammes des profils de dureté dans l'épaisseur des barres produites suivant l'invention, et Fig. 5 représente trois microstructures dans l'épaisseur de la barre dont le profil de dureté est <EMI ID=5.1>
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tant en ordonnées la température en [deg.]C en fonction du
temps en secondes en abscisses sont indicatives des températures à la surface d'une barre,immédiatement au-dessous de la surface et dans l'âme de la barre à différents moments d'un cycle de refroidissement exécuté pour imiter expérimen talement les conditions auxquelles est exposée une barre laminée à chaud quittant la cage finisseuse du laminoir à chaud. Ces courbes sont respectivement indiquées par les chiffres
1, 2 et 3.
La barre utilisée pour l'expérience est une barre d'armature typique d'un diamètre de 20 mm comprenant sur base pondérale, 0,21% de carbone, 0,62% de manganèse, 0,06% de soufre, 0,012% de phosphore, 0,02% de silicium et pour le reste du fer et des impuretés accidentelles.
Cette barre est chauffée jusqu'à une température
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la température superficielle de la barre environ à 600[deg.]C pour favoriser la transformation en perlite. Au terme de ce refroi-
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pérature de l'âme de la base reste encore supérieure à la tem-
<EMI ID=9.1> dans l'intervalle des températures de transformation en perlite pendant environ 1 seconde (temps t2) par refroidisse-ment à l'air pour la formation d'une microstructure de
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exemple par pulvérisation intermittente d'eau ou par passage de la barre dans des bains d'eau successifs. Au terme de ce refroidissement, la couche superficielle peut aussi comprendre une quantité mineure de bainite.
Après la formation de la couche superficielle requise, la barre est rapidement refroidie par immersion dans une saumure pendant encore 1,5 seconde, puis refroidie à l'air et ensuite à nouveau refroidie rapidement par immer-
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tant la couche superficielle que la couche intermédiaire
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pérature à la surface de la barre est d'environ l80[deg.]C, la température à 3 mm sous la surface de la barre est d'environ
280[deg.]C et la température au milieu de la barre est d'environ �00[deg.]C. Ces deux refroidissements rapides créent un anneau de
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de perlite en quantité prépondérante.
Après les stades de-refroidissement rapide, la barre
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d'environ 300[deg.]^? et au cours de ce refroidissement à l'air,
la chaleur émanant de l'âme opère le revenu de la couche ' intermédiaire de la barre tandis que l'âme se transforme en
une combinaison de ferrite, de carbures et de bainite.
Pour différents calibres et différentes nuances -', des barres, les intervalles de temps et de température pour le refroidissement diffèrent. Toutefois, dans chaque cas la courba 2 est toujours au-dessus de la température de trans-
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Le profil de dureté dans l'épaisseur de la barre produite au cours de l'expérience décrite ci-dessus est illustré à la Fig. 3. Ce profil de dureté est représenté en traits continus et identifié par le chiffre 4. Comme on peut le déduire de la Fig. 3, la barre comprend une couche superficielle de perlite relativement douce ayant une
dureté H 10 de 210 à 220, un anneau à microstructure aciculaire de martensite et de bainite juste sous la surface d'une
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bainite, de carbures et de ferrite ayant une dureté il 10 d'environ 260.
La Fig. 3 comprend aussi le profil de dureté d'une barre de même diamètre et de même composition que ci-dessus, mais ayant subi un cycle de refroidissement modifié. Le profil de dureté pour cette barre est représenté en traits interrompus et identifié par le chiffre 5. Le cycle de refroidissement pour cette seconde barre comprend un refroidissement rapide
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puis un refroidissement à l'air de 1 seconde et un refrdidis- <EMI ID=20.1> barre ayant subi ce cycle de refroidissement a une dureté superficielle semblable à celle de la barre décrite ci-dessus,
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dure et une âme relativement peu dure, la barre ayant le _ profil de dureté 5 a une couche superficielle relativement douce , une couche intermédiaire plus dure et une âme relativement dure.
La Fig. 4 donne le profil de dureté 6 d'une barre ayant une composition et un diamètre comme ci-dessus, mais refroidie par des immersions multiples dans de l'eau de distribution et de la saumure. On peut déduire de cette dernière figure que la barre a un profil de dureté semblable au profil 4 de la Fig. 3. La Fig. 5 illustre les microstructures dans l'épaisseur de la barre dont le profil de dureté est illustré à la Fig. 4. Les microstructures, sont observées à la surface de la barre, à 2 mm au-dessous de la surface et au milieu de la barre. Ces photomicrographies montrent nettement la microstructure de perlite ferritique en surface, la microstructure aciculaire de martensite et de bainite juste sous la surface et la micro structure de ferrite, de carbures et de bainite de l'âme.
Il convient de noter qu'en choisissant judicieusement les milieux et les durées de refroidissement, il est possible d'établir différentes microstructures dans l'épaisseur de la barre.
Comme la Fig. 2 le montre schématiquement, les barres produites par le procédé ci-dessus comprennent une couche superficielle et extérieure qui consiste essentiellement en perlite et en ferrite, un anneau intérieur de martensite ou de bainite et une âme de bainite ou de ferrite et de carbures ou d'un mélange de ces phases. Cette barre offre les avantages de conserver la résistance à la corrosion sous
les contraintes latentes des barres d'armature perlitiques et d'offrir les avantages supplémentaires d'une plus grande résistance mécanique et d'une meilleure ductilité.
Lors du laminage à chaud des barres, il existe un état dynamique dans la barre immédiatement après la dernière déformation et/où l'austénite recristallise. Ce phénomène
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grains recristallisés fins tendent à se transformer à environ 600 à 700[deg.]C très rapidement'en une microstructure du type de la perlite. Par conséquent, si la surface de la
barre est refroidie à une température correspondant à celle
à laquelle une transformation du type ferrite-perlite a
lieu, la réaction ci-dessus est accélérée. Entre-temps, l'austénite se stabilise en conséquence de la croissance
du grain,favorisant ainsi la formation de la martensite
juste au-dessous de la surface de la barre. Pour appliquer l'invention dans les conditions d'exploitation d'un laminoir à barres, il est donc préférable de refroidir la barre immédiatement au sortir du laminoir.
Il convient de noter que les procédés décrits ci-dessus sont applicables à des aciers de nuances très diverses. Toutefois, ils sont principalement applicables à
la production de barres d'acier ordinaire au manganèse et
au carbone dont la stabilité de l'austénite permet une transformation en ferrite-perlite à la surface de la barre
en peu de temps, cependant que la stabilité est suffisante pour la transformation en martensite-bainite dans la couche soussuperficielle.
REVENDICATIONS
1.- Procédé pour produire de la barre d'acier, caractérisé en ce que, successivement, on lamine l'acier au calibre voulu dans un laminoir à chaud, on refroidit rapidement pour partie la barre laminée pour amener sa surface à une température à laquelle une transformation de type ferriteperlite a lieu, sans abaisser la température de l'âme de la barre à une valeur inférieure à la température critique pour
la transformation austénitique, on'maintient la barre à cette température pendant une durée suffisante pour former une couche superficielle à structure de type ferrite-perlite, on refroidit rapidement la barre partiellement refroidie pour abaisser sa température superficielle en vue de former une microstructure aciculaire comprenant un anneau de martensite et/ou
de bainite entre la couche superficielle et l'âme encore austénitique, puis on refroidit la barre pour transformer
l'âme austénitique en ferrite et carbures ou en bainite ou
bien en martensite ou encore en une combinaison de deux de ses phases constitutives ou davantage.