FR2930609A1 - High resistance bolt or screw made of steel containing the additional elements such as carbon, silicon, manganese, phosphorous, sulfur, chromium, molybdenum, iron, nickel, copper, aluminum and/or boron, has a lamellar pearlite structure - Google Patents

Abstract

The high resistance bolt or screw made of steel containing the additional elements such as carbon (0.45-0.9 wt.%), silicon (0.1-0.3 wt.%), manganese (0.4-0.9 wt.%), phosphorous (0.025 wt.%), sulfur (0.025 wt.%), chromium (0.3 wt.%), molybdenum (0.05 wt.%), iron, nickel (0.05 wt.%), copper (0.15 wt.%), aluminum (0.01 wt.%), boron (0.005 wt.%), and/or impurities, has a lamellar pearlite structure. The bolt or screw fabricated with the steel is cooled to an incandescent state by air blowing after hot lamination, authorized according to Stelmore process. The high resistance bolt or screw, has a lamellar pearlite structure, and is made of steel containing the additional elements such as carbon (0.45-0.9 wt.%), silicon (0.1-0.3 wt.%), manganese (0.4-0.9 wt.%), phosphorous (0.025 wt.%), sulfur (0.025 wt.%), chromium (0.3 wt.%), molybdenum (0.05 wt.%), iron, nickel (0.05 wt.%), copper (0.15 wt.%), aluminum (0.01 wt.%), boron (0.005 wt.%), and/or impurities. The bolt or screw fabricated with the steel is cooled to an incandescent state by air blowing after hot lamination, authorized according to Stelmore process, and then threaded or rolled with a thread without any heat treatment. An independent claim is included for a process for manufacturing a bolt or screw.

Description

La présente invention a trait à un boulon ou une vis à haute résistance ainsi qu'à son procédé de production approprié. L'état de la technique le plus proche de cette invention est décrit dans EP 1 273 670 Al ou dans US 6 605 166 B2. The present invention relates to a bolt or screw with high strength and its appropriate production process. The closest state of the art of this invention is described in EP 1 273 670 A1 or in US 6,605,166 B2.

Un boulon à haute résistance ayant des valeurs de résistance de 1 200 N/mm2 ou plus est connu d'après cet état de la technique et se compose d'un acier contenant les éléments d'addition suivants : carbone, silicium, manganèse, phosphore et soufre. Il est toutefois obligatoire, d'après l'état de la technique connu, de soumettre le boulon ~o correspondant, après le formage ou la fabrication, à un traitement thermique à des températures comprises entre 100°C et 400°C, communément appelé "vieillissement". Le traitement thermique du produit fini comporte des inconvénients majeurs : il occasionne des frais de traitement 15 supplémentaires, nécessite une grande quantité d'énergie, peut entraîner des variances considérables des valeurs de résistance. Le but de la présente invention est de fabriquer une vis ou un boulon qui atteigne les valeurs de résistance correspondantes de 900 MPa et au-delà, sans avoir besoin de prévoir un traitement 20 thermique après la fabrication ou le formage, ni de spécifier un procédé de fabrication approprié. En outre, la variance des valeurs de résistance ne doit pas être aussi élevée que dans l'état de la technique. Selon la présente invention, ce but est atteint en ce que le boulon ou la vis est fabriqué dans un acier qui contient en outre au maximum 25 0,05% en poids de nickel (toutes les données de pourcentage à venir se rapportent toujours au pourcentage en poids), au maximum 0,15% de cuivre et jusqu'à 0,01% d'aluminium, le fil d'acier brut à partir duquel est fabriqué le boulon ou la vis, après laminage à chaud, étant refroidi à l'état encore incandescent de manière maîtrisée par soufflage d'air (ce 30 procédé est communément appelé "patentage à l'air selon le procédé de Stelmore" dans l'industrie) et n'étant fileté qu'après. L'acier acquiert ainsi une structure perlitique finement lamellaire, qui donne lieu à une grande ductilité et à une plus grande résistance. À partir de cette matière, un boulon ou une vis peut être fabriqué selon la présente invention exclusivement par formage à froid (formage à froid de la tête, roulage du filetage) sans aucun traitement thermique, et présente des valeurs de résistance correspondantes à celles que les boulons ou les vis selon l'état de la technique ne peuvent atteindre qu'après le laborieux traitement thermique. A high strength bolt having strength values of 1200 N / mm2 or more is known from this state of the art and consists of a steel containing the following additives: carbon, silicon, manganese, phosphorus and sulfur. It is however obligatory, according to the state of the prior art, to subject the bolt ~ o corresponding, after forming or manufacturing, to a heat treatment at temperatures between 100 ° C and 400 ° C, commonly called "aging". The heat treatment of the finished product has major drawbacks: it causes additional treatment costs, requires a large amount of energy, can cause considerable variances of the resistance values. The object of the present invention is to manufacture a screw or bolt that achieves the corresponding strength values of 900 MPa and beyond, without the need for heat treatment after fabrication or forming, or to specify a process. of appropriate manufacture. In addition, the variance of the resistance values should not be as high as in the state of the art. According to the present invention, this object is achieved in that the bolt or screw is made of a steel which further contains not more than 0.05% by weight of nickel (all the forthcoming percentage data always relate to the percentage by weight), not more than 0.15% copper and up to 0.01% aluminum, the raw steel wire from which the bolt or screw is made, after hot rolling, being cooled to This still is incandescent in a controlled manner by air blowing (this process is commonly referred to as "Stelmore air patenting" in industry) and is threaded only after. The steel thus acquires a finely layered pearlitic structure, which gives rise to great ductility and greater strength. From this material, a bolt or a screw can be manufactured according to the present invention exclusively by cold forming (cold forming of the head, rolling of the thread) without any heat treatment, and has resistance values corresponding to those which Bolts or screws according to the state of the art can only be achieved after the strenuous heat treatment.

En outre, ce but est atteint selon la présente invention au moyen d'un procédé dans lequel une telle vis ou un tel boulon à haute résistance est fabriqué dans un acier contenant les éléments d'addition susmentionnés, en ajoutant à l'acier au maximum 0,05% de nickel, au maximum 0,15% de cuivre et au maximum 0,01% d'aluminium et en fabriquant un fil d'acier à partir de cet acier, fil qui, après laminage à chaud, est refroidi à l'état encore incandescent de manière maîtrisée par soufflage d'air ("patenté à l'air" selon le procédé de Stelmore) et n'est fileté qu'après, en réalisant exclusivement les étapes de procédé du formage à froid (formage à froid de la tête ; roulage du filetage) pour la fabrication de la vis ou du boulon sans aucun traitement thermique. L'acier acquiert ainsi une structure perlitique finement lamellaire qui donne lieu à une grande ductilité et à une plus grande résistance. Selon la présente invention, le coût de fabrication et la consommation d'énergie sont donc considérablement diminués, les pièces fabriquées selon la présente invention présentent des variances nettement réduites des valeurs de résistance. Il est particulièrement préférable, selon la présente invention, que l'acier contienne en plus au maximum 0,005% de bore. En effet, l'acier présente alors un meilleur allongement à la rupture. In addition, this object is achieved according to the present invention by means of a method in which such a high-strength bolt or bolt is made of a steel containing the above-mentioned add-on elements, by adding to the steel at a maximum 0.05% of nickel, not more than 0.15% of copper and not more than 0.01% of aluminum and by making steel wire from that steel, which wire, after hot rolling, is cooled to the still incandescent state in a controlled manner by air blowing ("air patented" according to the Stelmore process) and is threaded only after, by carrying out exclusively the cold forming process steps (forming with cold head, thread rolling) for the manufacture of the screw or bolt without any heat treatment. The steel thus acquires a finely layered pearlitic structure which gives rise to great ductility and greater strength. According to the present invention, the cost of manufacture and the energy consumption are therefore considerably reduced, the parts manufactured according to the present invention have significantly reduced variances of the resistance values. It is particularly preferable, according to the present invention, for the steel to additionally contain at most 0.005% boron. In fact, the steel then has a better elongation at break.

Selon la présente invention, les boulons et les vis ayant une résistance avoisinant ou même dépassant 900 MPa sont fabriqués dans un acier, qui contient les éléments d'addition suivants (les données se rapportent toutes au pourcentage en poids) ; Carbone : 0,45% à 0,9% Silicium : 0,1% à 0,3% Manganèse : 0,4% à 0,9% Phosphore : jusqu'à 0,025% Soufre : jusqu'à 0,025% to Chrome : jusqu'à 0,3% Nickel : jusqu'à 0,05% Molybdène : jusqu'à 0,05% Cuivre : jusqu'à 0,15% Aluminium : jusqu'à 0,01%. 15 De préférence, l'acier peut contenir en plus jusqu'à 0,005% de bore. Pour atteindre une grande résistance, il est nécessaire que le fil, qui constitue la matière première pour la fabrication de la vis ou du boulon, soit, après avoir été comme d'habitude laminé à chaud à l'état encore incandescent, soumis à un traitement particulier, qui est 20 désigné par le terme technique de la métallurgie "patentage à l'air selon le procédé de Stelmore". Après le laminage à chaud, le fil est ensuite refroidi de manière maîtrisée par soufflage d'air avant d'être fileté. L'acier acquiert ainsi une structure perlitique finement lamellaire particulière qui donne lieu à urne grande ductilité et à une plus grande 25 résistance. À partir d'un acier ainsi 1:raité contenant les éléments d'addition susmentionnés, un boulon ou une vis peut être alors fabriqué selon la présente invention exclusivement par formage à froid (formage à froid de la tête, laminage du ou des filetages) sans aucun traitement thermique, et sa résistance avoisine ou dépasse 900 N/mm2. Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait que la variance des valeurs de résistance des vis ou des boulons selon la présente invention est beaucoup plus faible que dans les pièces traitées thermiquement selon l'état de la technique. Pendant le traitement thermique obligatoire selon l'état de la technique, les paramètres correspondants comme la température, le temps de traitement et la composition de l'atmosphère peuvent en effet varier dans le four qui sert au vieillissement. Or, ces paramètres exercent une influence tout à fait considérable sur la future résistance du produit fini. L'amplitude de variation de la résistance dans les pièces qui sont fabriquées selon l'état de la technique est habituellement de 75 MPa. Par rapport à la valeur de résistance souhaitée de 900 MPa, cela représente une tolérance de plus de 10%. Une tolérance de 50 MPa ou encore inférieure ne peut, d'après l'état de la technique, être atteinte que très difficilement et à grands frais. Les vis ou les boulons selon la présente invention, qui ne doivent donc avoir été soumis un aucun processus de traitement thermique, 20 atteignent cette faible variance des valeurs de résistance. Selon la présente invention, il est ainsi possible de fabriquer, au moyen d'un procédé de fabrication beaucoup moins coûteux, une vis ou un boulon qui présente une résistance aussi élevée que dans l'état de la technique, mais avec l'avantage de pouvoir respecter les valeurs de 25 résistance de manière plus précise et d'avoir une variance bien plus faible. En outre, l'allongement à la rupture du boulon ou de la vis selon la présente invention peut être considérablement accru, lorsque 20 à 50 ppm, de préférence 30 à 50 ppm de bore sont ajoutés à l'acier. In accordance with the present invention, bolts and screws having a resistance of about 900 MPa or greater are made of steel, which contains the following additives (all data refer to percentage by weight); Carbon: 0.45% to 0.9% Silicon: 0.1% to 0.3% Manganese: 0.4% to 0.9% Phosphorus: up to 0.025% Sulfur: up to 0.025% to Chrome: up to 0.3% Nickel: up to 0.05% Molybdenum: up to 0.05% Copper: up to 0.15% Aluminum: up to 0.01%. Preferably, the steel may additionally contain up to 0.005% boron. In order to achieve a great resistance, it is necessary that the wire, which constitutes the raw material for the manufacture of the screw or the bolt, be, after being as hot rolled in the still incandescent state, subjected to a This particular treatment is referred to by the technical term "Stelmore's patent air metallurgy". After hot rolling, the wire is then cooled in a controlled manner by blowing air before being threaded. The steel thus acquires a particular finely lamellar pearlitic structure which gives rise to high ductility and greater strength. From a steel thus containing the abovementioned addition elements, a bolt or a screw can then be produced according to the present invention exclusively by cold forming (cold forming of the head, rolling of the thread or threads). without any heat treatment, and its resistance approaches or exceeds 900 N / mm2. Another advantage of the present invention lies in the fact that the variance of the resistance values of the screws or bolts according to the present invention is much smaller than in the heat-treated parts according to the state of the art. During the compulsory heat treatment according to the state of the art, the corresponding parameters such as the temperature, the treatment time and the composition of the atmosphere may indeed vary in the oven used for aging. However, these parameters exert a considerable influence on the future strength of the finished product. The amplitude of variation of the resistance in the parts which are manufactured according to the state of the art is usually 75 MPa. With respect to the desired resistance value of 900 MPa, this represents a tolerance of more than 10%. A tolerance of 50 MPa or less can, according to the state of the art, be reached very difficult and at great expense. The screws or bolts according to the present invention, which must therefore not have been subjected to any heat treatment process, achieve this small variance in strength values. According to the present invention, it is thus possible to manufacture, by means of a much less expensive manufacturing process, a screw or a bolt which has a resistance as high as in the state of the art, but with the advantage of to be able to respect the resistance values more precisely and to have a much lower variance. In addition, the elongation at break of the bolt or screw according to the present invention can be considerably increased, when 20 to 50 ppm, preferably 30 to 50 ppm boron is added to the steel.

Selon la présente invention, une plus grande résistance à la fatigue est atteinte pour les vis sans traitement thermique par rapport aux vis soumises à un vieillissement. L'explication réside dans les contraintes résiduelles en partie réduites lors du vieillissement, qui ont s été préalablement établies dans le matériau des vis lors du roulage des filets. According to the present invention, greater fatigue strength is achieved for the screws without heat treatment compared to the screws subjected to aging. The explanation lies in the residual stresses partially reduced during aging, which have been previously established in the material of the screws during the rolling of the nets.

Claims (3)

REVENDICATIONS1. Boulon ou vis à haute résistance, fabriqué dans un acier contenant les éléments d'addition suivants, en pourcentage en poids : C : 0,45% à 0,9% Si : 0,1% à 0,3% Mn : 0,4% à 0,9% P : au maximum 0,025% S : au maximum 0,025% Cr : au maximum 0,3% Mo : au maximum 0,05%, le complément de Fe et d'impuretés habituelles caractérisé en ce que, l'acier comprend en outre au maximum 0,05% de Ni, au maximum 0,15% de Cu, au maximum 0,01% de Al et de préférence également au maximum 0,005% de bore, et le boulon ou la vis est fabriqué à partir d'un fil d'acier qui, après laminage à chaud, a été refroidi à l'état encore incandesc:ent de manière maîtrisée par soufflage d'air, donc "patenté" selon le procédé de Stelmore, et qui n'a été fileté qu'après, exclusivement par formage à froid, à savoir formage à froid de la tête et roulage du filetage sans aucun traitement thermique, et l'acier dans lequel est fabriqué le boulon ou la vis présente ainsi une structure perlitique finement lamellaire, qui donne lieu à une grande ductilité et à une plus grande résistance. REVENDICATIONS1. High strength bolt or screw, made of steel containing the following additives, in percent by weight: C: 0.45% to 0.9% Si: 0.1% to 0.3% Mn: 0, 4% to 0.9% P: at most 0.025% S: at most 0.025% Cr: at most 0.3% Mo: at most 0.05%, the balance of Fe and usual impurities characterized in that, the steel further comprises at most 0.05% Ni, at most 0.15% Cu, at most 0.01% Al and preferably at most 0.005% boron, and the bolt or screw is made from a steel wire which, after hot rolling, has been cooled to the still incandescent state: in a controlled manner by air blast, thus "patented" according to the Stelmore process, and which has been threaded after only by cold forming, namely cold forming of the head and rolling of the thread without any heat treatment, and the steel in which the bolt or screw is made has a perlite structure that finely lamellar, which gives rise to great ductility and greater resistance. 2. Procédé de fabrication d'un boulon ou d'une vis à haute résistance, caractérisé en ce que le boulon ou la vis est fabriqué à partir d'un fil d'acier qui, après laminage à chaud, est refroidi à l'état encore incandescent de manière maîtrisée par soufflage d'air, donc "patenté"selon le procédé de Stelmore, et qui n'est fileté qu'après, le boulon ou la vis étant fabriqué exclusivement par formage à froid, à savoir formage à froid de la tête et roulage du filetage sans aucun traitement thermique, et l'acier dans lequel est fabriqué le boulon ou la vis acquiert ainsi une structure perlitique finement lamellaire, qui donne lieu à une grande ductilité et à une plus grande résistance. A method of manufacturing a bolt or a high-strength screw, characterized in that the bolt or screw is made from a steel wire which, after hot rolling, is cooled to the still incandescent state controlled by air blowing, so "patented" according to the method of Stelmore, and which is threaded after, the bolt or screw being manufactured exclusively by cold forming, namely cold forming head and thread rolling without any heat treatment, and the steel in which the bolt or screw is manufactured acquires a pearlitic structure finely lamellar, which gives rise to great ductility and greater strength. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fil d'acier est fabriqué dans un acier qui contient les éléments d'addition suivants (données exprimées en pourcentage en poids) : to C : 0,45% à 0,9% Si : 0,1% à 0,3% Mn : 0,4% à 0,9% P : au maximum 0,025% S : au maximum 0,025% 15 Cr : au maximum 0,3% Mo : au maximum 0,05% Ni : au maximum 0,05% Cu : au maximum 0,15% Al : au maximum 0,01% 20 de préférence en plus au maximum 0,005% de bore, le complément de Fe et d'impuretés habituelles. 3. Method according to claim 2, characterized in that the steel wire is made of a steel which contains the following addition elements (data expressed in percentage by weight): to C: 0.45% to 0.9 % Si: 0.1% to 0.3% Mn: 0.4% to 0.9% P: maximum 0.025% S: maximum 0.025% 15 Cr: maximum 0.3% Mo: maximum 0, 05% Ni: at most 0.05% Cu: at most 0.15% Al: at most 0.01% preferably at most 0.005% boron, the balance of Fe and usual impurities.