EP0181791A1 - Acier faiblement allié au manganèse pour tubes de cycles, tube de cycle correspondant et son procédé de fabrication - Google Patents

Acier faiblement allié au manganèse pour tubes de cycles, tube de cycle correspondant et son procédé de fabrication Download PDF

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EP0181791A1
EP0181791A1 EP85401924A EP85401924A EP0181791A1 EP 0181791 A1 EP0181791 A1 EP 0181791A1 EP 85401924 A EP85401924 A EP 85401924A EP 85401924 A EP85401924 A EP 85401924A EP 0181791 A1 EP0181791 A1 EP 0181791A1
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Bernard Lantoine
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium

Definitions

  • the present invention relates to a low alloyed manganese steel for the manufacture of cycle frame tubes, a cycle tube made from this steel and the method of manufacturing this tube.
  • AFNOR 20M5 a steel weakly alloyed with manganese, the composition of which is by weight: 0.16 to 0.22% of carbon, 1.10 to 1.40% of manganese. 0.15 to 0.35% of silicon, less than 0.035% of phosphorus, less than 0.035% of sulfur, the balance being formed by iron and the usual impurities.
  • Steels of the aforementioned type are used for tubes of cycle frames. These steels must be able to be brazed when the frames are manufactured. We seek to lighten the frames as much as possible and we need steels with maximum tensile strength.
  • Structural steels are also known which contain, in addition to manganese, a certain proportion of vanadium generally close to 0.10% or slightly higher.
  • such structural steels have never been used for the manufacture of cycle tubes and their structures and properties have never been adapted for such use in the form of thin tubes which can be brazed for the manufacture of cycle frames.
  • the object of the invention is therefore to propose a steel slightly alloyed with manganese for cycle tubes which comprises, by weight, 0.16 to 0.20 Z of carbo ne, 1.20 to 1.50% manganese, 0.15 to 0.50% silicon, less than 0.035% phosphorus, less than 0.035% sulfur, up to 0.20% nickel, up to at 0.20 X chromium, up to 0.05% molybdenum, the balance being formed by iron and the usual impurities, the proportion of which is kept at a very low level, this steel having a high tensile strength, a very good ability to deform in hot and cold conditions, great resistance to fatigue and good brazing properties.
  • the steel according to the invention further comprises 0.05 to 0.075% vanadium and has, after normalization treatment, a structure dispersoids and a tensile strength su- p érieure 700 N / mm 2 .
  • the object of the invention is also to propose, as a new product, a cycle tube manufactured with the steel according to the invention.
  • the object of the invention is also to propose a method of manufacturing such a cycle tube.
  • the steel according to the invention requires a particular production method which makes it possible to limit the content of impurities and residual elements to a minimum.
  • phosphorus and sulfur are limited to very low values less than 0.035% and preferably less than 0.025%.
  • steel is produced by conversion to oxygen of a hematite cast iron, with stirring of the bath with an inert gas.
  • the steel obtained is then poured by the pro yielded from continuous rotary casting, in the form of round bars which thus have remarkable properties for the manufacture of seamless tubes.
  • composition targeted for the steel is as follows: carbon: 0.18%, silicon: 0.35%, manganese: 1.30%, vanadium: 0.060%, phosphorus and sulfur: less than 0.025 Z.
  • Aluminum can be added in the form of wires, in an ingot mold, the targeted aluminum content being 0.020%. An aluminum content of between 0.007 and 0.030% will however be accepted. Aluminum stabilizes the fine-grained structure of steel, without having a deoxidizing role.
  • the steel according to the invention must contain: carbon: 0.16 to 0.19%. silicon: 0.33 to 0.40%, manganese: 1.28 to 1.35%. vanadium: 0.050 to 0.070%, aluminum: 0.010 to 0.030%, phosphorus and sulfur: less than 0.25%.
  • chromium should be limited to
  • the steel may also contain residual elements such as copper and tin in tolerated contents of less than 0.10% and 0.010% respectively.
  • samples are taken from certain portions of the casting bar, these samples then being forged and subjected to an analysis of their composition and also to a micrographic examination. Tensile strength is also measured on forged samples.
  • the tensile strength is close to 8 00 N / mm 2 .
  • This resistance compares very favorably to the tensile strength obtained with steels of the 20M5 type after quenching and tempering, this resistance being of the order of 620 N / mm 2 .
  • the steels according to the invention which have contents of alloying elements included in the claimed ranges, after standardization treatment, have a tensile strength which is never less than 700-710 N / mm 2 .
  • the continuous casting bar is cut into sections with a minimum length of 2 m and then cooled.
  • the tube rings obtained can then be reheated and then transformed into seamless tubes by rolling. These tubes undergo a normalization treatment in the vicinity of 900 * which makes it possible to develop a fine structure with dispersoids and a tensile strength of the order of 80 0 N / mm 2 .
  • the cycle tubes obtained have a very high resistance to fatigue and good brazing properties, due to the fact that they allow overheating of up to 1100 ° C. without altering their mechanical properties.

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Abstract

L'acier renferme 0, 16 à 20 % de carbone, 1, 20 à 1, 50 % de manganèse, 0, 15 à 0, 50 % de silicium, jusqu'à 0, 035 % de phosphore et de soufre, 0,050 à 0, 075 % de vanadium ainsi qu'éventuellement 0,007 à 0,030 % d'aluminium. Il présente après traitement de normalisation, une structure fine à dispersoïdes et une résistance à la traction supérieure à 700 N/mm². Des ronds à tubes obtenus par coulée continue rotative de l'acier sont laminés à chaud pour donner des tubes sans soudure qui subissent un traitement de normalisation à 900°C puis un étirage à froid pour l'obtention de tubes de cycles à paroi mince.

Description

  • La présente invention concerne un acier faiblement allié au manganèse pour la fabrication de tubes de cadres de cycle, un tube de cycle fabriqué à partir de cet acier et le procédé de fabrication de ce tube.
  • On connaît, sous la dénomination AFNOR 20M5, un acier faiblement allié au manganèse dont la composition est en poids : 0,16 à 0,22 % de carbone, 1,10 à 1,40 % de manganèse. 0,15 à 0,35 Z de silicium, moins de 0,035 % de phosphore, moins de 0,035 % de soufre, le solde étant formé par le fer et les impuretés habituelles.
  • On utilise des aciers du type précité pour des tubes de cadres de cycles. Ces aciers doivent pouvoir être brasés au moment de la fabrication des cadres. On cherche à alléger au maximum les cadres et on a besoin d'aciers dont la résistance à la traction est maximum.
  • On connaît également des aciers de construction qui renferment outre du manganèse, une certaine proportion de vanadium généralement voisine de 0,10 % ou un peu supérieure. De tels aciers de construction n'ont cependant jamais été utilisés pour la fabrication de tubes de cycles et leurs structures et propriétés n'ont jamais été adaptées à une telle utilisation sous forme de tubes minces pouvant être brasés pour la fabrication de cadres de cycles.
  • Le but de l'invention est donc de proposer un acier faiblement allié au manganèse pour tubes de cycles qui comporte, en poids, 0,16 à 0,20 Z de carbone, 1,20 à 1,50 % de manganèse, 0,15 à 0,50 % de silicium, moins de 0,035 % de phosphore, moins de 0,035 % de soufre, jusqu'à 0,20 % de nickel, jusqu'à 0.20 X de chrome, jusqu'à 0,05 % de molybdène, le solde étant formé par le fer et les impuretés habituelles dont la proportion est maintenue à un niveau très bas, cet acier ayant une grande résistance à la traction, une très bonne aptitude à la déformation à chaud et à froid, une grande résistance à la fatigue et de bonnes propriétés de brasage.
  • Dans ce but, l'acier suivant l'invention comporte en outre 0,05 à 0,075 % de vanadium et présente, après traitement de normalisation, une structure à dispersoides et une résistance à la traction su- périeure à 700 N/mm 2.
  • L'objet de l'invention est également de proposer, à titre de produit nouveau, un tube de cycle fabriqué avec l'acier suivant l'invention.
  • L'objet de l'invention est également de proposer un procédé de fabrication d'un tel tube de cycle.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre.
  • L'acier suivant l'invention nécessite une méthode d'élaboration particulière qui permette de limiter à un minimum la teneur en impuretés et en éléments résiduels. En particulier, le phosphore et le soufre sont limités à des valeurs très faibles inférieures à 0,035 X et de préférence inférieures à 0,025 %. Pour cela, l'acier est élaboré par conversion à l'oxygène d'une fonte hématite, avec brassage du bain par un gaz inerte.
  • L'acier obtenu est ensuite coulé par le procédé de la coulée continue rotative, sous forme de barres rondes qui possèdent ainsi des propriétés remarquables pour la fabrication de tubes sans soudure.
  • La composition visée pour l'acier est la suivante : carbone : 0,18 %, silicium : 0,35 %, manganese : 1,30 %, vanadium : 0,060 %, phosphore et soufre : inférieurs à 0,025 Z.
  • De l'aluminium peut être ajouté sous forme de fils, en lingotière, la teneur visée en aluminium étant de 0,020 %. On admettra cependant une teneur en aluminium comprise entre 0,007 et 0,030 %. L'aluminium permet de stabiliser la structure à grains fins de l'acier, sans avoir de rôle désoxydant.
  • De façon préférentielle, par rapport aux intervalles un peu plus large donnés, l'acier selon l'invention doit contenir : carbone : 0,16 à 0,19 %. silicium : 0,33 à 0,40 %, manganese : 1,28 à 1,35 %. vanadium : 0,050 à 0,070 %, aluminium : 0,010 à 0,030 %, phosphore et soufre : inférieurs à 0,25 %.
    • De plus, le chrome doit être limité à
  • 0,20 %, le nickel à 0,20 % et le molybdène à 0,050 %.
  • L'acier peut en outre contenir des éléments résiduels tels que le cuivre et l'étain dans des teneurs tolérées inférieures à 0.10 % et 0,010 % respectivement.
  • Pour contrôler l'élaboration et l'obtention des propriétés mécaniques souhaitées, on prélève des échantillons sur certaines portions de la barre coulée, ces échantillons étant ensuite forgés et étant soumis à une analyse de leur composition et ainsi qu'à un examen micrographique. La résistance à la traction est également mesurée sur les échantillons forgés.
  • Dans le cas d'un acier selon l'invention à 0,18 % de carbone, 0,35 / de silicium, 1,3 % de manga- nése, 0,060 % de vanadium et 0,020 % d'aluminium, on observe sur les échantillons forgés, après normalisation à 900°C et refroidissement à l'air, une structure très fine à dispersoides qui permet l'obtention des caractéristiques mécaniques souhaitables.
  • La résistance à la traction est voisine de 800 N/mm2. Cette résistance se compare très favorablement à la résistance à la traction obtenue avec les aciers du type 20M5 après trempe et revenu, cette résistance étant de l'ordre de 620 N/mm2.
  • Les aciers selon l'invention qui ont des teneurs en éléments d'alliage comprises dans les intervalles revendiqués, présentent, après traitement de normalisation, une résistance à la traction qui n'est jamais inférieure à 700-710 N/mm2.
  • Pour la production de tubes de cadres de cycles, la barre coulée en continue est découpée sous forme de tronçons d'une longueur minimale de 2 m puis refroidie.
  • Les ronds à tube obtenus peuvent être par la suite réchauffés puis transformés en tubes sans soudure par laminage. Ces tubes subissent un traitement de normalisation au voisinage de 900* qui permet de développer une structure fine à dispersoides et une résistance à la traction de l'ordre de 800 N/mm2.
  • Ces tubes sans soudure sont ensuite étirés à froid pour être transformés en tubes minces de cadres de cycles. L'augmentation considérable de la résistance à la traction de l'acier permet d'alléger les tubes, à résistance égale. Cet allégement est un avantage appréciable dans le cas de la fabrication de cycles de faible poids.
  • Outre leur très bonne résistance à la traction, les tubes de cycles obtenus ont une très grande résistance à la fatigue et de bonnes propriétés de brasage, du fait qu'ils permettent des surchauffes allant jusqu'à 1100°C sans altération de leurs propriétés mécaniques.
  • Ces propriétés font de l'acier suivant l'invention un matériau de grande qualité pour la construction des cadres de cycles.

Claims (6)

1.- Acier faiblement allié au manganèse pour tubes de cycles renfermant, en poids, 0,16 à 0,20 % de carbone, 1,20 à 1,50 % de manganèse, 0,15 à 0,50 X de silicium, jusqu'à 0,035 % de phosphore, jusqu'à 0,035 % de soufre, jusqu'à 0,20 % de nickel, jusqu'à 0,20 % de chrome, jusqu'à 0,05 % de molybdène, le solde étant formé par le fer et les impuretés habituelles dont la proportion est maintenue à un niveau très bas, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre 0,050 à 0,075 % de vanadium et qu'il présente, après traitement de normalisation, une structure fine à dispersoides et une résistance à la traction supérieure à 700 N/mm2.
2.- Acier faiblement allié suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, 0,007 % à 0,030 % d'aluminium.
3.- Acier faiblement allié suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte 0,16 à 0,19 % de carbone, 0,33 à 0,40 % de silicium, 1,28 à 1,35 % de manganese, 0,050 à 0,070 % de vanadium, 0,010 à 0,030 % d'aluminium, moins de 0,025 % de phosphore, moins de 0,025 % de soufre, jusqu'à 0,20 % de chrome, jusqu'à 0,050 % de molybdène, jusqu'à 0,20 % de nickel, moins de 0,10 % de cuivre et moins de 0,010 % d'étain.
4.- Acier faiblement allié suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il renferme sensiblement 0,18 % de carbone, 0,35 % de silicium, 1,30 % de manganèse, 0.060 % de vanadium, 0,020 % d'aluminium, moins de 0,025 % de phosphore et moins de 0,025 % de soufre.
5.- Tube pour cadres de cycles à parois minces et à bonne résistance mécanique, étiré à froid, caractérisé par le fait qu'il est en acier faiblement allié contenant 0,16 à 0,20 % de carbone, 1,20 à 1,50 % de manganèse, 0,15 à 0,50 % de silicium, moins de 0,035 % de phosphore et moins de 0,035 % de soufre, ainsi que 0,050 à 0,075 % de vanadium, à structure fine à dispersoides ayant une résistance à la traction supérieure à 700 N/mm 2.
6.- Procédé de fabrication d'un tube de cycle suivant la revendication 5. caractérisé par le fait :
- qu'on élabore un acier ayant la composition indiquée, à partir de fonte hématite, par conversion à l'oxygène avec brassage par du gaz inerte,
- qu'on coule cet acier sous forme de barres rondes, par le procédé de coulée continue rotative, avec addition d'aluminium dans la lingotière,
- qu'on découpe la barre obtenue sous forme de ronds à tube,
- qu'on lamine à chaud les ronds à tube pour réaliser des tubes sans soudure,
- qu'on effectue un traitement de normalisation sur les tubes sans soudure, au voisinage de 900°C, suivi d'un refroidissement à l'air,
- qu'on étire à froid les tubes sans soudure pour réaliser des tubes de cycles de faible épaisseur.
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