FR2705365A1

FR2705365A1 - Abrasion-resistant steel and steel sheet

Info

Publication number: FR2705365A1
Application number: FR9305879A
Authority: FR
Inventors: Beguinot Jean; Brisson Jean Georges
Original assignee: Creusot Loire SA; Creusot Loire Industrie SA
Current assignee: Creusot Loire SA; Creusot Loire Industrie SA
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 1994-11-25
Anticipated expiration: 2013-05-14
Also published as: FR2705365B1

Abstract

The steel contains, in percentages by weight, between 0.10 and 0.22 % of carbon, between 0.5 and 1 % of silicon, between 0.5 and 1.7 % of manganese, between 0.5 and 1.5 % of chromium and from 0 to 0.3 % of molybdenum. Steel sheets according to the invention can be employed after hardening treatment for the manufacture of components for the mineral industry.

Description

L'invention concerne les aciers résistant à l'abrasion. The invention relates to abrasion-resistant steels.

L'industrie minérale notamment utilise des équipements soumis à l'usure par abrasion par des matériaux divisés et durs tels que des roches, des graviers, etc... The mineral industry in particular uses equipment subjected to abrasive wear by divided and hard materials such as rocks, gravel, etc.

Ces équipements sont fabriqués en particulier à l'aide de tôles en des aciers spécialement conçus pour résister à l'abrasion. Ces aciers sont soit du type carbone manganèse trempés à liteau soit du type faiblement alliés au chrome et au molybdène, trempés à l'air ou à l'eau. Pour une part importante de leurs applications, ces aciers ont une structure martensitique ou martensito-bainizique brute ou revenue et une dureté comprise entre 250 HB et 350 HB. Ils doivent de plus être soudables pour pouvoir être mis en oeuvre.This equipment is manufactured in particular using steel sheets specially designed to resist abrasion. These steels are either of the manganese carbon type tempered with water or the weakly alloyed chromium and molybdenum type, quenched with air or with water. For a large part of their applications, these steels have a martensitic or martensito-bainizic structure raw or returned and a hardness between 250 HB and 350 HB. They must also be weldable to be implemented.

Mais la recherche d'une résistance à l'abrasion améliorée est contradictoire avec la recherche d'une soudabilité meilleure. But the search for improved abrasion resistance is contradictory to the search for better weldability.

En effet, la résistance à l'abrasion est d'autant meilleure que la dureté est élevée et que la structure comporte plus de fins carbures précipités, c'est-adire que l'acier contient plus de carbone et d'éléments d'alliage tels que le manganèse, le chrome et le molybdène. Par contre, l'acier est d'autant plus facilement soudable que sa trempabilité est faible, c'est-à-dire qu'il contient moins de carbone et d'éléments d'alliage tels que le manganèse, le chrome, le nickel et le molybde- ne. Indeed, the resistance to abrasion is all the better that the hardness is high and the structure has more fine carbides precipitated, ie the steel contains more carbon and alloying elements such as manganese, chromium and molybdenum. On the other hand, the steel is all the more easily weldable as its hardenability is low, that is to say that it contains less carbon and alloying elements such as manganese, chromium, nickel and molybdenum.

Le but de la présente invention est de proposer un acier soudable résistant à l'abrasion qui offre des performances meilleures que les aciers connus jusqu'ici, soit parce que, à résistance à l'abrasion égale, sa soudabilité est meilleure, soit parce que, à soudabilité égale, la résistance à l'abrasion est plus grande. The object of the present invention is to provide an abrasion resistant weldable steel which offers better performance than previously known steels, either because, with equal abrasion resistance, its weldability is better, or because , with equal weldability, the resistance to abrasion is greater.

A cet effet, l'invention a pour objet un acier résistant à l'abrasion dont la composition chimique comporte, en pourcentage en poids 0,10 t < C < I 0,22 %
0,5 % s Si < 1,00 %
0,5 % s Mn < 1 7 %
0,5 % ( Cr < 1 5 %
0 * < Mo < 0,3 % le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration.For this purpose, the subject of the invention is an abrasion-resistant steel whose chemical composition comprises, in percentage by weight, 0.10 t <C <I 0.22%
0.5% s If <1.00%
0.5% s Mn <1 7%
0.5% (Cr <1.5%
0 * <Mo <0.3% the rest being iron and impurities resulting from the elaboration.

De préférence, cet acier contient de 0,7 % à 0,9 * de silicium. De préférence également, il contient de 0,7 % à 1 % de chrome. Preferably, this steel contains from 0.7% to 0.9% of silicon. Also preferably, it contains from 0.7% to 1% chromium.

Cet acier peut contenir en outre de 0 % à 1,5 % de nickel et au moins un élément pris parmi le vanadium, le niobium, le titane et le bore en des teneurs inférieures à 0,1 % pour le vanadium, le niobium, le titane, et inférieure à 0,001 % pour le bore. This steel may also contain from 0% to 1.5% of nickel and at least one element selected from vanadium, niobium, titanium and boron in contents of less than 0.1% for vanadium or niobium. titanium, and less than 0.001% for boron.

L'invention concerne également une tôle constituée d'un acier selon l'invention et dont la dureté est comprise entre 250 et 350 HB. The invention also relates to a sheet made of a steel according to the invention and whose hardness is between 250 and 350 HB.

L'invention va être décrite maintenant plus en détail mais de façon non limitative. The invention will now be described in more detail but in a nonlimiting manner.

Les inventeurs ont constaté de façon inattendue l'effet bénéfique d'une addition de silicium en des teneurs comprises entre 0,5 % et 1 % et de préférence entre 0,7 % et 0,9 %, à un acier faiblement allié du type comprenant de 0,1 % à 0,22 % de carbone, de 0,5 % à 1,7 % de manganèse, de 0,5 % à 1,5 % et de préférence de 0,7 % à 1 % de Cr, de O % à 3 % de molybdène, durci par trempe à l'air ou, si nécessaire, pour des épaisseurs de produit supérieures à environ 50 mm, à l'huile ou à l'eau, trempe réalisée dans la chaude de laminage ou après réausténitisation pour obtenir une dureté comprise entre 250 HB et 350 HB. The inventors have unexpectedly found the beneficial effect of an addition of silicon in contents of between 0.5% and 1% and preferably between 0.7% and 0.9%, to a low alloy steel of the type comprising from 0.1% to 0.22% of carbon, from 0.5% to 1.7% of manganese, from 0.5% to 1.5% and preferably from 0.7% to 1% of Cr from 0% to 3% molybdenum, hardened by air quenching or, if necessary, for product thicknesses greater than about 50 mm, with oil or water, quenching performed in the hot rolling mill or after réaustenitization to obtain a hardness between 250 HB and 350 HB.

L'acier résistant à l'abrasion et soudable conforme à l'invention comporte en pourcentage en poids
- de 0,1 % à 0,22 % de carbone pour permettre d'obtenir une dureté suffisante sans pour autant trop détériorer la soudabilité,
- de 0,5 % à 1 % de silicium et de préférence de 0,7 % à 0,9 % pour augmenter la résistance à l'abrasion,
- de 0,5 % à 1,7 % de manganèse pour obtenir une trempabilité suffisante,
- de 0,5 à 1,5 % de chrome et de préférence de 0,7 à 1 % pour augmenter la trempabilité et surtout pour former de fins carbures qui ont un effet favorable sur la résistance à l'abrasion,
- de O % à 0,3 % de molybdène pour former de fins carbures favorables à la résistance à l'abrasion, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, parmi celles-ci, du cuivre en des teneurs comprises entre 0 t et 0,500 %.The abrasion-resistant and weldable steel according to the invention comprises in percentage by weight
from 0.1% to 0.22% of carbon in order to obtain sufficient hardness without unduly impairing the weldability,
from 0.5% to 1% of silicon and preferably from 0.7% to 0.9% in order to increase the resistance to abrasion,
from 0.5% to 1.7% of manganese to obtain sufficient quenchability,
from 0.5 to 1.5% of chromium and preferably from 0.7 to 1% to increase the quenchability and especially to form fine carbides which have a favorable effect on abrasion resistance,
from 0% to 0.3% of molybdenum to form fine carbides favorable to abrasion resistance, the remainder being iron and impurities resulting from the elaboration, among them, of copper in contents included between 0 t and 0.500%.

A ces éléments, on peut ajouter
- de O t à 1,5 % de nickel comme élément auxiliaire de trempe par ailleurs favorable à la ténacité,
- de O % à O,I % d'un élément tel que le vanadium, le niobium, le titane pour obtenir un durcissement secondaire par précipitation de carbures, nitrures ou carbonitrures,
- de O % à 0,001 % de bore pour augmenter la trempabilité.To these elements, we can add
from 0.1% to 1.5% nickel as an auxiliary quenching element which is otherwise favorable to toughness,
from 0% to 0.1% of an element such as vanadium, niobium, titanium to obtain a secondary hardening by precipitation of carbides, nitrides or carbonitrides,
from 0% to 0.001% of boron to increase the quenchability.

Avec cet acier on fabrique des pièces moulées, des pièces forgées et des produits laminés tels que des tôles ou des barres. Après forgeage ou laminage, les pièces ou les produits subissent, soit dans la chaude de laminage ou de forgeage soit après austénitisation, un refroidissement à l'air, à l'huile ou à l'eau de façon à obtenir une structure martensitique comportant une fine dispersion de carbures et une dureté comprise entre 250 et 350 HB. With this steel is manufactured molded parts, forgings and rolled products such as sheets or bars. After forging or rolling, the parts or products undergo, either in the hot rolling or forging or after austenitization, cooling in air, oil or water so as to obtain a martensitic structure comprising a fine dispersion of carbides and a hardness of between 250 and 350 HB.

En choisissant de façon spécifique la composition chimique de l'acier à l'intérieur du domaine défini par l'invention, l'homme du métier peut obtenir soit un acier aussi soudable que l'acier selon l'art antérieur, mais sensiblement plus résistant à l'abrasion, soit un acier aussi résistant à l'abrasion mais plus soudable. By specifically choosing the chemical composition of the steel within the range defined by the invention, those skilled in the art can obtain either a steel as weldable as the steel according to the prior art, but substantially more resistant abrasion, a steel that is as abrasion resistant but more weldable.

L'invention est illustrée et explicitée par les exemples suivants qui concernent des tôles laminées trempées à l'huile et de dureté comprise entre 250 HB et 350 HB. The invention is illustrated and explained by the following examples which relate to rolled sheets hardened with oil and hardness between 250 HB and 350 HB.

La résistance à l'abrasion de ces tôles a été mesurée par un essai dans lequel on fait tourner un échantillon de tôle dans un pot contenant des granulats de quartzite et on mesure la perte de poids de l'échantillon au bout d'un temps déterminé. Plus la perte de poids est faible, plus l'acier est résistant à l'abrasion. The abrasion resistance of these sheets was measured by a test in which a sample of sheet metal was rotated in a pot containing quartzite aggregates and the loss of weight of the sample was measured after a determined time. . The lower the weight loss, the more resistant the steel is to abrasion.

La soudabilité est évaluée de façon connue par le carbone équivalent
Mn Cr + Mo Ni + Cu Ceq = C + --- + ------- + ------- ;
6 5 15 plus le Ceq est faible, meilleure est la soudabilité.The weldability is evaluated in a known manner by the carbon equivalent
Mn Cr + Mo Ni + Cu Ceq = C + --- + ------- + -------;
6 5 15 the lower the Ceq, the better the weldability.

Trois tôles ont été réalisées dans les compositions suivantes
C Si Mn Cr Mo Ni Cu (en millié-
--- ---- ---- ---- ---- ---- ---- mes de %)
A 190 300 1100 1300 200 200 200
B 190 800 1100 1300 200 200 200
C 175 800 1350 800 100 200 200 l'acier A correspond à l'art antérieur ; les aciers B et
C correspondent à l'invention.Three sheets were made in the following compositions
C If Mn Cr Mo Ni Cu (in milliliters)
--- ---- ---- ---- ---- ---- ---- my%)
A 190 300 1100 1300 200 200 200
B 190 800 1100 1300 200 200 200
C 175 800 1350 800 100 200 200 steel A corresponds to the prior art; the B steels and
C correspond to the invention.

On détermine, pour chacune des trois tôles, la dureté, la résistance à l'abrasion mesurée par la perte de poids d'un échantillon avec pour indice 100 la perte de poids d'un échantillon de l'acier de référence selon l'art antérieur, et la soudabilité estimée par le carbone équivalent. For each of the three sheets, the hardness, the abrasion resistance measured by the weight loss of a sample, with index 100 being the weight loss of a sample of the reference steel according to the art, are determined. previous, and weldability estimated by the equivalent carbon.

Les trois tôles présentent les caractéristiques suivantes
Dureté HB Perte de poids Soudabilité
relative au cours Ceg
de l'vessai d'abra
sion
A 300 100 0,700
B 300 84 0,700
C 280 100 0,607
La tôle B a la même soudabilité que la tôle A, mais elle a une résistance à l'abrasion améliorée de 16 % qui résulte de l'augmentation de la teneur en silicium.The three sheets have the following characteristics
Hardness HB Weight loss Weldability
on the Ceg course
of the abra bladder
if we
A 300 100 0.700
B 300 84 0.700
C 280 100 0.607
Sheet B has the same weldability as Sheet A, but has an improved abrasion resistance of 16% resulting from the increase in silicon content.

La tôle C a une forte teneur en silicium ce qui a permis de conserver la même résistance à l'abrasion que dans le cas de l'acier selon l'art antérieur malgré une baisse du carbone, du Cr et du Mo qui ont permis d'améliorer sensiblement la soudabilité. Sheet C has a high silicon content, which made it possible to retain the same abrasion resistance as in the case of steel according to the prior art, despite a decrease in carbon, Cr and Mo which made it possible to significantly improve weldability.

Les tôles en acier selon l'invention, trempées à l'air ou à l'huile pour obtenir une dureté comprise entre 250 HB et 350 HB peuvent être découpées, par exemple au chalumeau pour constituer des pièces. Ces pièces peuvent être assemblées par soudage pour constituer des composants pour matériels utilisés dans l'industrie minérale, par exemple, des goulottes, des tabliers, des godets, des lames de racloir, ou autres pièces. The steel sheets according to the invention, quenched with air or oil to obtain a hardness of between 250 HB and 350 HB can be cut, for example by torch to form parts. These parts may be assembled by welding to form components for equipment used in the mineral industry, for example, chutes, aprons, buckets, scraper blades, or other parts.

Claims

REVENDICATIONS

1.- Acier résistant à l'abrasion caractérisé en ce que sa composition chimique comporte en pourcentage en poids, 1.- abrasion-resistant steel characterized in that its chemical composition comprises in percentage by weight,

0,10 % s C < O 22 % 0.10% s C <O 22%

0,5 % ' Si < 1,00 % 0.5% 'If <1.00%

0,5 * < Mn < 1 7 % 0.5 * <Mn <1 7%

0,5 % ' Cr < 1 5 % O % < Mo < r 0,3 % le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration. 0.5% Cr <1.5% O% <Mo <0.3% the rest being iron and impurities resulting from the preparation.

2.- Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient de préférence de 0,7 % à 0,9 % de silicium. 2. Steel according to claim 1, characterized in that it preferably contains from 0.7% to 0.9% of silicon.

3.- Acier selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il contient de préférence 0,7 % à 1 * de chrome. 3.- steel according to claims 1 or 2 characterized in that it preferably contains 0.7% to 1 * of chromium.

4.- Acier selon l'une quelconque des revendications I à 3 caractérisé en ce qu'il contient en outre de 0 % à 1,5 % de nickel. 4. Steel according to any one of claims I to 3 characterized in that it further contains from 0% to 1.5% nickel.

5.- Acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il contient au moins un élément pris parmi le vanadium, le niobium, le titane et le bore en des teneurs inférieures à 0,1 % pour V, le Nb, le Ti et inférieure à 0,001 % pour le bore. 5.- steel according to any one of claims 1 to 4 characterized in that it contains at least one element taken from vanadium, niobium, titanium and boron in contents less than 0.1% for V, Nb, Ti and less than 0.001% for boron.

6.- Tôle caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un acier selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et en ce qu'elle a une dureté comprise entre 250 et 350 Brinell. 6.- sheet characterized in that it consists of a steel according to any one of claims 1 to 5 and in that it has a hardness of between 250 and 350 Brinell.