Predicting the mechanical properties of a quenched and tempered steel thanks to a “tempering parameter”

Prédire les propriétés mécaniques d’un acier trempé et revenu grâce à un « paramètre de revenu »

Vallourec research centre VRA – Metallurgy Department, Heat Treatment Section, 60 route de Leval, BP 20149, 59620 Aulnoye-Aymeries, France
e-mail: christelle.gomes@vallourec.fr

Received: 29 April 2010
Accepted: 16 July 2010

Abstract

The Hollomon-Jaffe parameter is commonly used to characterize thermal cycles and define time-temperature equivalences during tempering, but it can only be computed for simple thermal cycles defined by a couple of values [temperature; time]. Its use is not adapted for complex thermal cycles. Three tempering parameters which integrate the full thermal cycles were investigated: the Hollomon-Jaffe derivative parameter, and the Tsuchiyama and Arrhenius laws. Simple and complex thermal cycles were performed on a water-quenched carbon steel (i.e. different heating and cooling rates or two-step cycles, with temperature varying between 450 °C and 750 °C and times from 30 s to 3 days). All three tempering parameters show good correlation with the tensile properties of the material, even when complex cycles were performed, provided that the material constant is optimized. The sensitivity to the determination of this constant is low for the Tsuchiyama and Arrhenius laws: they can be considered as robust and reliable. On the contrary, the Hollomon-Jaffe derivative parameter proved unstable.

Résumé

La loi d’Hollomon-Jaffe est souvent utilisée pour caractériser les cycles thermiques et définir des équivalences entre le temps et la température au cours du revenu. Cependant, cette loi ne peut être calculée que pour des cycles thermiques simples, définis par un couple de valeurs [température; temps]. Son usage n’est pas adapté aux cycles thermiques complexes. Trois lois de revenu pouvant intégrer les cycles thermiques complets ont été retenues : la loi dérivée d’Hollomon-Jaffe, les lois de Tsuchiyama et d’Arrhenius. Des cycles thermiques simples et complexes ont été réalisés sur un acier carbone trempé (i.e. différentes vitesses de chauffe et de refroidissement et revenus bi-paliers, à une température variant entre 450 °C et 750 °C et avec des temps de maintien de 30 s à 3 jours). Les trois paramètres de revenu montrent une bonne corrélation avec les propriétés mécaniques finales du matériau, même pour des cycles complexes, pourvu que la constante du matériau soit optimisée. La sensibilité à la détermination de cette constante est faible pour les lois de Tsuchiyama et d’Arrhenius : elles peuvent être considérées comme robustes et fiables. Au contraire, la loi dérivée d’Hollomon-Jaffe est instable.