LU84109A1 - Procede de traitement thermique dans la chaude de laminage - Google Patents

Description

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

Association sans but lucratif -Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique).

Procédé de traitement thermique dans la chaude de laminage.

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.

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.

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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.

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) .

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.

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) /

- une augmentation du rapport YS/TS

- une diminution de l'allongement A.

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Ce mécanisme permet d'expliquer certaines limitations du procédé de trempe et d'auto-revenu (TAR) mentionné ci-dessus.

a) Valeur_limite_du_rapport YS/TS.

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 .

★ 0,10 1,88 0,43 — 0,11 0,065 b) Perte_de_ductilité

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.

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) .

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.

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.

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 -

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.

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.

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.

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.

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 .

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 %.

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.

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.

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).

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%.

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.

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.

Un tel produit comprend éventuellement une zone bainitique située immédiatement sous la couche superficielle de martensite revenue; autour du "coeur".

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 '

Claims (10)

1. Procédé de traitement thermique de produits sidérurgiques laminés à chaud, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes séquentielles suivantes : Ia) 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.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 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 l'état 10C % austéniti-que.

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 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 10 % de l'austénite dont est constitué le pro.r- / duit ait subi la transformation allotropique. !

4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la densité moyenne de flux calorifique pendant la durée de la trempe énergique reprise sous a) est supérieure à 1 MW/m^ et, de préférence, supérieure à 5 MW/m .

5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que 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 %.

6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, 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.

7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la durée du refroidissement repris sous c) est réglée de manière telle que le pourcentage de ferrite dans le "coeur" soit compris entre 99 % et 80 % et, de préférence, entre 98 % et 90 %.

8. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le refroidissement repris sous c) est conduit de façon à ce que la zone située immédiatement sous la couche superficielle martensitique subisse une transformation bainitique.

9. Produit laminé obtenu par la mise en oeuvre du procédé décrit dans l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, caractérisé par la distribution suivante des différents composés / microstructuraux dans sa section droite : /// - 10 - - 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.

10. Produit tel que décrit dans la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une zone bainitique située immédia- t tement sous la couche superficielle de martensite revenue. Dessins :........«3........planches .....A.o......pages dent ......^......page de garde .........·£ pries de description ........3 ρ'···ΐ ce revendications _________felrcgê descriptif Luxembo’jrç, !a 23®^ Le °~Charles München *