LU84109A1

LU84109A1 - METHOD OF HEAT TREATMENT IN HOT ROLL

Info

Publication number: LU84109A1
Application number: LU84109A
Authority: LU
Inventors: Marios Economopoulos
Original assignee: Centre Rech Metallurgique
Priority date: 1981-04-24
Filing date: 1982-04-23
Publication date: 1982-09-13

Description

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CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,METALLURGICAL RESEARCH CENTER -CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif -Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique).Non-profit association -Vereniging zonder winstoogmerk in BRUXELLES, (Belgium).

Procédé de traitement thermique dans la chaude de laminage.Heat treatment process in hot rolling.

La présente invention est relative à un procédé de traitement thermique appliqué dans la chaude de laminage, c'est-à-dire sans apport extérieur d'énergie, particulièrement intéres- » sant dans le cas de produits sidérurgiques en acier non - allié ou faiblement allié, laminés à chaud.The present invention relates to a heat treatment process applied in the hot rolling, that is to say without external energy input, particularly interesting in the case of steel products of non-alloy steel or low alloy, hot rolled.

Les types de produits sidérurgiques auxquels ce procédé peut * être avantageusement appliqué sont : - barres pour armatures passives ou précontraintes, pour frappe à froid, pour l'industrie mécanique, - fers marchands et profilés lourds ou moyens, / / - tôles moyennes et fortes, - tubes laminés sans soudure.The types of steel products to which this process can * be advantageously applied are: - bars for passive or prestressed reinforcement, for cold striking, for the mechanical industry, - merchant bars and heavy or medium sections, / / - medium and heavy plates , - seamless laminated tubes.

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Il est connu, d'après les "brevets belges N°790.867, 824.100, 824.960, 834.059 et 836.409 du même demandeur, qu'un traitement de trempe et d'auto-revenu appliqué dans la chaude de laminage (TAR), crée une amélioration importante des propriétés d'emploi des aciers traités.It is known, from "Belgian patents No. 790,867, 824,100, 824,960, 834,059 and 836,409 from the same applicant, that a quenching and self-tempering treatment applied in hot rolling (TAR), creates a significant improvement in the working properties of treated steels.

Pour un produit laminé dans des conditions déterminées, on dispose en pratique de deux moyens d'action susceptibles de modifier les propriétés mécaniques du produit traité, à savoir : - l'intensité de la trempe (IT) - la durée de la trempe (DT) .For a product rolled under given conditions, there are in practice two means of action capable of modifying the mechanical properties of the treated product, namely: - the intensity of the quenching (IT) - the duration of the quenching (DT ).

Toute modification de l'un et/ou de l'autre de ces moyens a un effet direct sur deux paramètres déterminant, de manière univoque, les propriétés mécaniques finales; il s'agit de : - la température d'auto-revenu (TR) qui, par définition,est la température maximum atteinte par la surface du produit lors de l'auto-revenu après trempe superficielle, - le pourcentage de martensite (PM) qui, par définition, est le pourcentage en volume des plages transformées au moins partiellement en martensite.Any modification of one and / or the other of these means has a direct effect on two parameters determining, unequivocally, the final mechanical properties; these are: - the self-tempering temperature (TR) which, by definition, is the maximum temperature reached by the product surface during self-tempering after surface quenching, - the percentage of martensite (PM ) which, by definition, is the percentage by volume of the beaches transformed at least partially into martensite.

Le mécanisme d'action sur les propriétés mécaniques du produit traité peut être décrit de la façon suivante : une augmentation de l'un et/ou de l'autre moyen IT et DT entraîne une diminution du paramètre TR et une augmentation du paramètre PM avec pour conséquence : - une augmentation de la limite élastique (YS) - une augmentation de la charge de rupture (TS) /The mechanism of action on the mechanical properties of the treated product can be described as follows: an increase in one and / or the other means IT and DT leads to a decrease in the parameter TR and an increase in the parameter PM with as a consequence: - an increase in the elastic limit (YS) - an increase in the breaking load (TS) /

- une augmentation du rapport YS/TS- an increase in the YS / TS ratio

- une diminution de l'allongement A.- a decrease in the elongation A.

i I - 3 -i I - 3 -

Ce mécanisme permet d'expliquer certaines limitations du procédé de trempe et d'auto-revenu (TAR) mentionné ci-dessus.This mechanism explains certain limitations of the quenching and self-tempering (TAR) process mentioned above.

a) Valeur_limite_du_rapport YS/TS.a) YS / TS report_limit_value.

Pour certaines applications, la valeur du rapport YS/TS ne peut dépasser un maximum, déterminé par des raisons de sé-j curité. Or, dans le procédé connu de trempe et d'auto-revenu (TAR), le rapport YS/ÎS croît en même temps que YS, ce qui limite, dans certains cas, le bénéfice que l'on peut tirer du procédé. La figure 1 annexée (où la limite élastique YS j est en abscisse et la charge de rupture TS est en ordonnée), donne un exemple de cette augmentation du rapport YS/TS (0,8 ^ 1,0) dans le cas de barres à béton en acier de composition 0,15 - 0,20 % C et 0,6 - O,9 % Mn, et la figure 2 (sur laquelle sont donnés en abscisse la limite élastique et en ordonnée le rapport YS/TS) donne l'évolution du rapport YS/TS en fonction de YS, dans le cas de tubes en acier ce composition suivante : C Mn Si Μη V Nb • 0,11 1,60 0,39 0,22 -- 0,070 .For some applications, the value of the YS / TS ratio cannot exceed a maximum, determined by safety reasons. However, in the known process of quenching and self-income (TAR), the YS / ÎS ratio increases at the same time as YS, which limits, in certain cases, the benefit which one can draw from the process. Figure 1 attached (where the elastic limit YS j is on the abscissa and the breaking load TS is on the ordinate), gives an example of this increase in the YS / TS ratio (0.8 ^ 1.0) in the case of bars steel concrete with composition 0.15 - 0.20% C and 0.6 - 0.9% Mn, and Figure 2 (on which the elastic limit is given on the abscissa and the YS / TS ratio on the ordinate) gives the evolution of the YS / TS ratio as a function of YS, in the case of steel tubes, this following composition: C Mn Si Μη V Nb • 0.11 1.60 0.39 0.22 - 0.070.

★ 0,10 1,88 0,43 — 0,11 0,065 b) Perte_de_ductilité★ 0.10 1.88 0.43 - 0.11 0.065 b) Loss of ductility

Une augmentation de l'intensité (IT) et/ou de la durée (DT) de trempe provoque une augmentation de limite élastique accompagnée d'une perte de ductilité; la figure 3 montre l'évolution de l'allongement et de la limite élastique (en ordonnées) suivant la durée de trempe (donnée en abscisse) ; pour ; une augmentation de DT de 0,40 sec. à 1,30 sec., on constate par exemple une augmentation de la limite élastique de 540 à 625 MPa, mais une diminution de l'allongement de 24 % à 18 % pour une température finale de 925°C. Une telle perte de ductilité constitue une limitation du procédé j connu TAR pour certaines applications pour lesquelles 1^7 - 4 - ductilité et l'aptitude au formage sont des propriétés importantes.An increase in the intensity (IT) and / or the duration (DT) of quenching causes an increase in elastic limit accompanied by a loss of ductility; Figure 3 shows the evolution of the elongation and the elastic limit (on the ordinate) according to the quenching duration (given on the abscissa); for ; an increase in DT of 0.40 sec. at 1.30 sec., there is for example an increase in the elastic limit from 540 to 625 MPa, but a decrease in elongation from 24% to 18% for a final temperature of 925 ° C. Such a loss of ductility constitutes a limitation of the known TAR process for certain applications for which ductility and formability are important properties.

Il est également connu (par exemple par l'article d'IVASHCHENKO et al., Steel in USSR, March 1974, p. 243) d'appliquer sur des I barres à béton et dans la chaude de laminage, un traitement de trempe et d'auto-revenu en deux phases (désigné dans ce qui suit par le symbole TAR - 2P) de la façon suivante : 1ère phase : trempe et auto-revenu tels que mentionnés plus haut (TAR) , 2ème phase : trempe complète + revenu conventionnel (par induction ou par effet Joule) .It is also known (for example by the article by IVASHCHENKO et al., Steel in USSR, March 1974, p. 243) to apply to concrete bars and in hot rolling, a quenching treatment and self-tempering in two phases (designated in the following by the symbol TAR - 2P) as follows: 1st phase: quenching and self-tempering as mentioned above (TAR), 2nd phase: full quenching + tempering conventional (by induction or by Joule effect).

Ce traitement est soumis aux mêmes limitations que le procédé de trempe et d'auto-revenu signalé en premier lieu (TAR) et nécessite en outre un apport extérieur d'énergie. Par exemple, un acier à 0,37 % C, 1,04 % Mn, 0,72 % Si traité suivant TAR -2P, présente un rapport YS/TS proche de 0,9 pour une température de second revenu de 400°C.This treatment is subject to the same limitations as the quenching and self-tempering process reported first (TAR) and also requires an external supply of energy. For example, a steel at 0.37% C, 1.04% Mn, 0.72% If treated according to TAR -2P, has a YS / TS ratio close to 0.9 for a second tempering temperature of 400 ° C .

Un autre traitement de trempe et auto-revenu, plus particulièrement applicable aux tubes, a encore été proposé par le présent demandeur, dans le brevet belge N°866.366; ce traitement comporte les quatre phases successives suivantes : trempe d'une couronne superficielle dans le domaine martensitique, . auto-revenu de cette couronne sous l'effet de la chaleur venant du coeur, nouvelle trempe de produit conduisant à la formation d'une seconde couronne martensitique directement sous la première et réchauffage de la zone trempée avec transformation du coeur, par exemple en ferrite-perlite.Another quenching and self-tempering treatment, more particularly applicable to tubes, has also been proposed by the present applicant, in Belgian patent N ° 866,366; this treatment comprises the following four successive phases: quenching of a surface crown in the martensitic domain,. self-income of this ring under the effect of heat from the heart, new quenching of product leading to the formation of a second martensitic ring directly under the first and heating of the quenched zone with transformation of the heart, for example into ferrite -perlite.

Bien que présentant certains avantages vis-à-vis des premiers procédés, notamment pour certaines applications particulières, ce procédé de trempe et auto-revenu "4 phases" est lui-même / c‘" (j - 5 -Although having certain advantages over the first processes, in particular for certain particular applications, this "4 phase" quenching and self-tempering process is itself / c ‘" (j - 5 -

La présente invention a pour objet un procédé qui présente plusieurs avantages par rapport aux procédés de trempe et d'auto-revenu décrits ci-dessus.The subject of the present invention is a process which has several advantages over the quenching and self-tempering processes described above.

Le procédé de traitement thermique de produits sidérurgiques laminés à chaud, objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend les étapes séquentielles suivantes : a) on trempe énergiquement le produit à la sortie de la dernière cage de laminage et dans la chaude de laminage, l'intensité et la durée de cette trempe étant déterminées pour produire une couche superficielle de martensite, b) on maintient ce produit dans de l'air calme ou pulsé pendant un temps suffisant pour qu'il en résulte, par égalisation de sa température, un revenu de la martensite superficielle formée au cours de la trempe énergique reprise sous a) , c) on refroidit lentement le produit à l'air calme ou pulsé, pendant un temps suffisant pour que le restant de la section appelé "coeur" subisse partiellement une transformation ferritique, d) on trempe le produit de façon suffisamment intense pour transformer l'austénite restant à "coeur" en martensite, cette dernière contenant éventuellement de l'austénite résiduelle.The process for heat treatment of hot-rolled steel products, object of the present invention, is essentially characterized in that it comprises the following sequential steps: a) the product is vigorously quenched at the outlet of the last rolling stand and in the rolling heat, the intensity and the duration of this quenching being determined to produce a surface layer of martensite, b) this product is kept in calm or pulsed air for a time sufficient for it to result, by equalization of its temperature, an income from the surface martensite formed during the energetic quenching taken under a), c) the product is slowly cooled in calm or pulsed air, for a time sufficient for the remainder of the section called "core" partially undergoes a ferritic transformation, d) the product is quenched sufficiently intense to transform the austenite remaining at "core" into martensite, the latter containing vent only residual austenite.

Suivant une première modalité de l'invention, la durée maximum de temps qui s'écoule entre la sortie de la dernière cage de laminage et l'instant où commence la trempe est telle que le produit se trouve à ce moment à l'état 100 % austénitique.According to a first embodiment of the invention, the maximum duration of time which elapses between the exit from the last rolling stand and the instant when quenching begins is such that the product is at this moment in the 100 state % austenitic.

Suivant une variante de l'invention, la durée maximum de temps j i qui s'écoule entre la sortie de la dernière cage de laminage / et l'instant où commence la trempe est telle que 10 % de r! l'austénite dont est constitué le produit ait subi à ce J/ - 6 - moment la transformation allotropique.According to a variant of the invention, the maximum duration of time j i which elapses between the exit from the last rolling stand / and the instant when quenching begins is such that 10% of r! the austenite of which the product is made underwent allotropic transformation at this time.

Suivant une deuxième modalité de l'invention, la densité moyenne de flux calorifique pendant la durée de la trempe 2 énergique reprise sous a) est supérieure à 1 MW/m et, de préférence, supérieure à 5 MW/m .According to a second embodiment of the invention, the average density of heat flow during the energetic quenching 2 period taken up under a) is greater than 1 MW / m and, preferably, greater than 5 MW / m.

Suivant une autre modalité de l'invention, la couche superficielle de martensite produite par la trempe énergique reprise sous a) correspond à un pourcentage en volume de martensite compris entre 5 % et 40 % et, de préférence, entre 25 % et 35 %.According to another embodiment of the invention, the surface layer of martensite produced by the energetic quenching taken up under a) corresponds to a percentage by volume of martensite of between 5% and 40% and, preferably, between 25% and 35%.

Après la trempe, le produit subit une égalisation de sa température sous l'effet du gradient thermique créé lors de la dite trempe. Cette égalisation commence dès la fin de la phase de trempe et se poursuit pendant le séjour ou le déplacement du produit dans l'air calme ou pulsé.After quenching, the product undergoes a temperature equalization under the effect of the thermal gradient created during said quenching. This equalization begins at the end of the quenching phase and continues during the stay or movement of the product in calm or pulsed air.

Suivant l'invention, pendant l'étape b) de maintien du produit dans l'air calme ou pulsé, la surface du produit est réchauffée à une température maximum (température de revenu) comprise entre 500°C et 700°C et, de préférence, entre 550°C et 650°C.According to the invention, during step b) of keeping the product in calm or pulsed air, the surface of the product is heated to a maximum temperature (tempering temperature) of between 500 ° C. and 700 ° C. and, from preferably between 550 ° C and 650 ° C.

Encore suivant l'invention, la phase de refroidissement dont question en c) est conduite de façon telle que la zone située immédiatement sous la couche martensitique subisse une transformation bainitique; il y a lieu de noter que dans les conditions de trempe et de composition d'acier requises, la transformation bainitique ne se produit que dans cette zone particulière et que le coeur subsistant subit encore partiellement une transformation ferritique,en accord avec la phase c).Still according to the invention, the cooling phase of which question in c) is carried out in such a way that the zone situated immediately under the martensitic layer undergoes a bainitic transformation; it should be noted that, under the quenching and steel composition conditions required, the bainitic transformation only occurs in this particular zone and that the remaining core still undergoes partially a ferritic transformation, in accordance with phase c) .

Egalement suivant l'invention, la durée du refroidissement lent repris sous c) est réglée de manière telle que le pourcentage // de ferrite dans le "coeur" soit compris entre 99 % et 80 % et/yy i - 7 - de préférence, entre 98 % et 90%.Also according to the invention, the duration of the slow cooling mentioned in c) is adjusted so that the percentage // of ferrite in the "core" is between 99% and 80% and / yy i - 7 - preferably, between 98% and 90%.

En ce gui concerne la trempe finale reprise sous d), il y a lieu de déterminer son intensité correcte, en tenant compte de la massivité du produit et de la composition chimique de l'acier.With regard to the final quenching under d), its correct intensity should be determined, taking into account the massiveness of the product and the chemical composition of the steel.

La présente invention a également pour objet un produit laminé, obtenu par la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. Ce produit laminé est essentiellement caractérisé par la distribution suivante des différents composés microstructuraux dans sa section droite : - une zone superficielle de martensite revenue, - une zone à "coeur" contenant de la ferrite résultant de la transformation d'une partie de l'austénite initiale, de la martensite résultant de la trempe finale d'une autre partie de l'austénite initiale et éventuellement de l'austénite résiduelle.The present invention also relates to a laminated product, obtained by the implementation of the method described above. This laminated product is essentially characterized by the following distribution of the various microstructural compounds in its cross section: - a surface area of returned martensite, - a "core" area containing ferrite resulting from the transformation of part of the austenite initial, of martensite resulting from the final quenching of another part of the initial austenite and possibly of the residual austenite.

Un tel produit comprend éventuellement une zone bainitique située immédiatement sous la couche superficielle de martensite revenue; autour du "coeur".Such a product optionally comprises a bainitic zone situated immediately under the surface layer of returned martensite; around the "heart".

Vis-à-vis des produits connus, le produit de l'invention se distingue par ses propriétés mécaniques (limite élastique YS, charge de rupture TS, rapport YS/TS, allongement) plus intéressantes pour une même composition au départ. j (t I 'With respect to known products, the product of the invention is distinguished by its mechanical properties (YS elastic limit, TS breaking load, YS / TS ratio, elongation) which are more advantageous for the same composition at the start. j (t I '

Claims

1. A method of heat treatment of hot-rolled steel products, characterized in that it comprises the following sequential steps: Ia) the product is vigorously quenched at the outlet of the last rolling stand and in the hot rolling, intensity and duration of this quenching being determined to produce a surface layer of martensite, b) this product is maintained in calm or pulsed air for a time sufficient for it to result, by equalization of its temperature, an income of the surface martensite formed during the energetic quenching mentioned under a), c) the product is slowly cooled in calm or pulsed air for a time sufficient for the remainder of the section called "core" to undergo a ferritic transformation partially , d) the product is soaked sufficiently intense to transform the austenite remaining at the "core" into martensite, the latter possibly containing residual austenite.

2. Method according to claim 1, characterized in that the maximum duration of time which elapses between the exit from the last rolling stand and the instant when quenching begins is such that the product is in the 10C state % austenitic.

3. Method according to claim 1, characterized in that the maximum duration of time which elapses between the exit from the last rolling stand and the instant when quenching begins, is such that 10% of the austenite of which is constituted the pro.r- / duit underwent allotropic transformation. !

4. Method according to either of claims 1 to 3, characterized in that the average density of heat flow during the duration of the energetic quenching taken under a) is greater than 1 MW / m ^ and, preferably , greater than 5 MW / m.

5. Method according to either of claims 1 to 4, characterized in that the surface layer of martensite = produced by the energetic quenching taken under a) corresponds to a percentage by volume of martensite of between 5% and 40 % and preferably between 25% and 35%.

6. Method according to either of claims 1 to 5, characterized in that, during step b) of keeping the product in calm or pulsed air, the surface of the product is heated to a maximum temperature (tempering temperature) between 500 ° C and 700 ° C and preferably between 550 ° C and 650 ° C.

7. Method according to one or other of Claims 1 to 6, characterized in that the cooling time mentioned in c) is adjusted in such a way that the percentage of ferrite in the "core" is between 99% and 80% and preferably between 98% and 90%.

8. Method according to either of claims 1 to 7, characterized in that the cooling mentioned under c) is carried out so that the zone situated immediately under the martensitic surface layer undergoes a bainitic transformation.

9. Rolled product obtained by implementing the method described in one or other of claims 1 to 7, characterized by the following distribution of the various compounds / microstructures in its cross section: /// - 10 - - a surface zone of returned martensite, - a "core" zone containing ferrite resulting from the transformation of part of the initial austenite, martensite resulting from the final quenching of another part of the initial austenite and possibly residual austenite.

10. Product as described in claim 8, characterized in that it comprises a bainitic zone situated immediately beneath the surface layer of returned martensite. Drawings: ........ "3 ........ plates ..... Ao ..... tooth pages ...... ^ ...... cover page ......... · £ description requests ........ 3 ρ '··· ΐ ce claims _________ felrcgê descriptif Luxembo'jrç,! A 23® ^ Le ° ~ Charles München *