La ténacité aux chocs (capacité à résister à la rupture sous charge d'impact) du Q235B est affectée par divers facteurs, qui influencent directement sa ténacité en modifiant la structure interne de l'acier, la répartition des composants ou l'état de contrainte. Les principaux facteurs d’influence sont les suivants :
1. Influence de la composition chimique
Teneur en carbone (C)
Le carbone est un élément de renforcement, mais des niveaux excessifs (approchant la limite supérieure standard de 0,20 %) augmentent la fragilité de l'acier. Le carbone favorise la formation de perlite, augmentant la dureté de la microstructure et réduisant la plasticité, entraînant une diminution de l'énergie d'impact.
Une teneur en carbone plus faible (par exemple, 0,15 % à 0,18 %) entraîne une plasticité et une résistance aux chocs améliorées.
Éléments nocifs tels que le soufre (S) et le phosphore (P)
Le soufre réagit avec le fer pour former des sulfures à bas-point de fusion-(tels que FeS), qui s'agrègent aux joints de grains, provoquant une "fragilité à chaud" et réduisant la résistance aux chocs à température ambiante.
Le phosphore a tendance à se ségréger aux joints de grains, exacerbant la fragilité à basse température-de l'acier (« fragilité à froid »). Même à température ambiante, une teneur élevée en phosphore peut réduire l’énergie d’impact. La norme limite strictement S et P à moins ou égal à 0,045 % précisément pour minimiser leurs effets néfastes sur la ténacité.
Teneur en manganèse (Mn)
Le manganèse est un élément bénéfique. Des quantités appropriées (par exemple, 0,8 % à 1,2 %) peuvent se combiner avec le soufre pour former des sulfures à point de fusion élevé--(MnS), atténuant ainsi les effets nocifs du soufre. Le manganèse affine également les grains et améliore l'uniformité de la perlite, améliorant ainsi la résistance aux chocs.
Cependant, une teneur excessive en Mn (approchant de la limite supérieure de 1,40 %) peut conduire à une dureté microstructurale trop élevée, ce qui réduit la ténacité.
Teneur en silicium (Si)
En tant que désoxydant, le silicium, en quantités appropriées (inférieures ou égales à 0,35 %), peut améliorer la résistance, mais des quantités excessives peuvent augmenter la fragilité de l'acier, réduisant particulièrement la résistance aux chocs à basse température.
II. Effets de la microstructure
Taille des grains
Des grains plus fins augmentent la surface des joints de grains. Sous des charges d'impact, les joints de grains peuvent gêner la propagation des fissures, améliorant ainsi la ténacité aux chocs (principe du « renforcement par raffinement des grains »). Des processus de laminage ou de traitement thermique inappropriés (tels que des températures de finition trop élevées) peuvent conduire à des grains grossiers et réduire considérablement la résistance aux chocs.
Homogénéité microstructurale
Les carbures de réseau, les inclusions (telles que les oxydes et les sulfures) ou la ségrégation (distribution inégale de la composition) dans l'acier peuvent devenir des noyaux d'initiation de fissures, réduisant ainsi la résistance aux chocs. Par exemple, une zone centrale séparée avec des teneurs élevées en carbone et en phosphore a une ténacité nettement inférieure à celle des autres zones.
Inclusions non-métalliques
Les inclusions non-métalliques (telles que Al₂O₃ et SiO₂) qui ne sont pas éliminées lors de la fusion peuvent perturber la continuité de l'acier. En cas d'impact, des concentrations de contraintes peuvent se produire à l'interface de la matrice d'inclusion -, entraînant l'initiation prématurée de fissures et une réduction de l'énergie d'impact.
III. Impact de la technologie de traitement
Technologie de roulement
Température de finition : Si la température de finition est trop élevée (au-dessus de la température de recristallisation de l'austénite), des grains grossiers peuvent se former, réduisant ainsi la ténacité. Si la température de finition est maintenue plus basse (par exemple en dessous de Ar₃), un raffinement du grain peut être obtenu, améliorant ainsi la ténacité. Déformation par roulement : une augmentation appropriée de la déformation (par exemple, plusieurs passages de laminage {{6}) peut briser les grains grossiers, favoriser le raffinement des grains et améliorer la ténacité ; une déformation insuffisante peut conduire à une microstructure inégale.
Processus de traitement thermique
Le Q235B ne subit généralement pas de traitement thermique spécialisé, mais la vitesse de refroidissement après laminage peut affecter la microstructure : un refroidissement trop rapide peut produire des structures dures et cassantes telles que la martensite, réduisant ainsi la ténacité ; un refroidissement trop lent peut conduire à un grossissement des grains.
Si un traitement à chaud ultérieur tel qu'un soudage se produit, les fluctuations de température dans la zone affectée thermiquement (ZAT) peuvent provoquer un grossissement des grains ou une précipitation de phases fragiles, entraînant une diminution locale de la résistance aux chocs.
IV. Influences environnementales externes
Température
Comme mentionné précédemment, la résistance aux chocs du Q235B diminue avec la diminution de la température : bien que la ténacité soit stable à température ambiante, elle diminue considérablement à basse température (en particulier en dessous de -10 degrés) et peut même entraîner une rupture fragile (voir « Relation entre la résistance aux chocs et la température du Q235B »). État de stress
Lorsque l'acier est soumis à des contraintes multi-directionnelles (telles que la concentration de contraintes dans des structures complexes), la déformation plastique est limitée, ce qui rend la rupture fragile plus probable et les performances de résistance aux chocs se dégradent. Sous contrainte de traction uniaxiale, la ténacité est relativement supérieure.
Taux de chargement
Plus le taux de chargement lors d'un impact (tel qu'un impact soudain) est élevé, moins l'acier doit subir une déformation plastique, ce qui augmente la tendance à la rupture fragile et réduit l'énergie d'impact. Lors d'un chargement lent, les performances de ténacité sont plus stables.
V. Impact des défauts matériels
Les défauts internes tels que les pores, les fissures et les cavités de retrait dans l'acier peuvent agir comme des points de concentration de contraintes sous une charge d'impact, accélérant la propagation des fissures et réduisant considérablement la résistance aux chocs. Par exemple, si les fissures internes d’un lingot de coulée continue ne sont pas éliminées pendant le laminage, elles peuvent sérieusement affecter les performances de choc du produit fini.
En résumé, la résistance aux chocs du Q235B est le résultat de l’interaction de plusieurs facteurs, notamment la composition chimique, la microstructure, la technologie de traitement et la température ambiante. En production réelle, le contrôle de la composition (en particulier les éléments nocifs), l'optimisation du processus de laminage (en affinant la granulométrie) et la réduction des inclusions et des défauts peuvent garantir efficacement que sa résistance aux chocs répond aux exigences de l'application.