Les aciers de blindage MARS d’Industeel

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Présentation des aciers MARS

Les aciers MARS fabriqués par Industeel sont des aciers de blindage à haute dureté pouvant aller jusqu’à 655HB en dureté pour le MARS 300. Il offre ainsi des caractéristiques avec un bon compromis entre la résistance balistique et ses propriétés de mise en oeuvre.

Destiné aux applications militaires ou de protections, cet acier de blindage est particulièrement utilisé pour les fabrications de chars de combats, véhicules blindés, transport de troupes, …

véhicule en acier de blindage

Nuances (sources Industeel)

Acier MARS 190: utilisé en structure de tout type de véhicule (chars de combat, véhicules blindés de transport de troupe…), dans des constructions statiques (bâtiments, guérites, postes d’observation, …) et comme cible pour l’évaluation de munitions  

Acier MARS 220: acier à blindage dédié aux structures de véhicules modernes pour la protection contre les mines et IED (engins explosifs improvisés) offre des caractéristiques mécaniques optimales de dureté (440HB), ténacité et ductilité pour la résistance contre les explosions et les fragments tout en conservant une excellente aptitude à la mise en œuvre, en particulier pour le pliage et le soudage, en vue de la réalisation de profils de véhicules spécifiques pour la protection antimines (exemple : châssis en vé).

Acier MARS 240: acier à blindage haute dureté (500HB) présentant le compromis optimal entre résistance balistique et aptitude à la mise en œuvre pour les applications suivantes :
– structures de véhicules très légers à véhicules moyens
– préblindages, surblindages, toutes épaisseurs pour des applications allant jusqu’aux chars lourds
– boîtes, containers, shelters, réservoirs, cadres de portes,…  

Acier MARS 300: acier à blindage d’ultra haute dureté (>600 HB) présentant des performances balistiques très élevées par rapport aux aciers à blindage de structure. Il peut être utilisé pour un large éventail d’applications :

– protection individuelle
– blindage léger pour hélicoptères
– blindage amovible pour véhicules
– surblindage
– éléments de blindage lourd pour la protection des chars de combat contre les projectiles cinétiques et les charges creuses 

Acier MARS 300 perforé: acier à blindage de très haute dureté (>600 HB) utilisé en tant que surblindage.

Pour un même niveau de protection, l’acier Mars® 300 perforé est une solution de masse équivalente à celle des matériaux
composites céramiques, avec une tenue aux multi-impacts très supérieure et une intégration beaucoup plus souple  

Acier MARS 600: nouvel acier à blindage de très haute dureté (600HB) présentant à la fois des performances balistiques très élevées et des possibilités d’intégration proches de celles des matériaux de structure.

L’acier Mars® 600 est un produit innovant issu du centre de Recherches des Matériaux du Creusot, et riche de l’expérience
de plus de 30 années d’Industeel sur les matériaux modernes en 600HB. Mars® 600 est un 600HB polyvalent, avec un comportement balistique impressionnant en termes de capacité de déformation, de tenue aux multi- impacts et une faculté de mise en œuvre (notamment pliage) très voisine de celle d’un acier de 500HB. Mars® 600 est le matériau du futur qui bouleversera les architectures en s’adaptant aux exigences de poids et d’intégration des concepteurs. Ses formidables propriétés laissent entrevoir des possibilités illimitées d’utilisation  

Compositions chimiques des aciers MARS (% massiques)

Composition chimique des aciers MARS

Propriétés mécaniques (dureté, traction, résilience...)

Caractéristiques des aciers mars

Perçage, usinage des aciers MARS

Les aciers MARS peuvent être fraisés, usinés, percés, sciés avec des outils spéciaux du fait de leur dureté élevée. Des outils carbure peuvent être une possibilité. Des opérations thermiques peuvent aussi aider.

Parmi les principaux conseils:

  • Brider fortement les pièces pour limiter les vibrations importantes
  • Utiliser des marchines outils rigides
  • Utiliser des outils courts
  • Eviter de percer en paquets
  • Utiliser des canons de perçage
  • Utiliser des outils carbures (tungstène ou autre)
  • Diviser les réglages traditionnels par 2 (vitesses de coupe et d'avance, profondeurs de passes, etc) par rapport a un acier de type C38.
  • Utiliser des lubrifiants de type huile soluble (additif possible d'additifs sulfo-chlorés) avec une pression d'au moins 10 bars
Réglage pour percer les aciers MARS
Réglage pour fraiser les aciers MARS

Sciage

De la même façon que pour le perçage et le fraisage, une lame revêtue carbure sera la meilleure solution. Il est primordial de réduire la vitesse de coupe d’au moins 50% par rapport à celle utilisée pour un acier classique type C38 trempé.  

Découpe jet d'eau

Cette méthode est idéale pour produire de petites pièces à
partir de tôles mais peut être utilisée pour des pièces de plus grandes dimensions.


L’intérêt principal de la découpe par jet d’eau réside dans
l’absence de zone affectée thermiquement (ZAT) et
donc par l’absence de modification de structure. Ce procédé permet de travailler des produits d’épaisseurs supérieures aux moyens de découpes thermiques, avec de meilleures tolérances mais une productivité moindre  

Découpe par procédés thermiques

La découpe par procédés thermiques sont très intéressants pour les aciers Mars®. En effet, la très haute dureté des aciers Mars® (spécifiquement Mars® 300 et 600), n’impacte pas la vitesse de coupe. Par contre, les procédés laser, oxycoupage et plasma créent une zone affectée thermiquement (ZAT) qui doit être prise en compte pour les futures étapes de mise en oeuvre du produit et pour son utilisation.


Par temps froid ou dans des ateliers insuffisamment chauffés, il est conseillé de dégourdir les tôles dont la température serait inférieure à 15°C. Une attention particulière est à porter aux problèmes de condensation sur les tôles (lorsque la température de la tôle est inférieure à la température ambiante). Une condensation importante peut amener l’introduction
d’hydrogène dans la tôle lors de la découpe. En effet l’hydrogène piégé peut être nocif pour la structure de l’acier.

Surveiller les angles rentrants, les ouvertures en pleine tôles, et en général, tous les tracés favorables aux concentrations
de contraintes  .

Découpe LASER

Avantages

– Précision dimensionnelle et régularité des coupes.
– Zone affectée thermiquement beaucoup plus faible que celle résultant de la découpe plasma (zone totale ≤ 1 mm pour les épaisseurs ≤ 15 mm),
– Peu de déformation due à la découpe du fait de l’échauffement très limité du métal dans le voisinage de la trace de coupe,
– Peu ou pas de bavures nécessitant un ébavurage immédiat après coupe  
– Précision dimensionnelle et régularité des coupes.
– Zone affectée thermiquement beaucoup plus faible que celle résultant de la découpe plasma (zone totale ≤ 1 mm pour les épaisseurs ≤ 15 mm),
– Peu de déformation due à la découpe du fait de l’échauffement très limité du métal dans le voisinage de la trace de coupe,
– Peu ou pas de bavures nécessitant un ébavurage immédiat après coupe  

Pour tirer le meilleur parti du procédé, il faut :
– Eliminer tous les corps étrangers présents sur les surfaces à découper (eau, graisses, huiles, peintures, produits chlorés,
etc). Une tôle grenaillée convient donc parfaitement,
– Ajuster les paramètres de coupe (puissance, vitesse, diamètre du faisceau, gaz de protection, distance de focalisation, etc) en fonction des épaisseurs et des critères de qualité imposés (rugosité), ainsi que de la productivité et du type de laser  

Chanfreinage LASER

Le chanfreinage laser doit prendre en compte l’angle de dépouille visé selon la formule d’a coté:

Chanfreinage LASER
Angle de dépouille

L'oxycoupage

Oxycoupage aciers MARS

Découpe PLASMA

La découpe PLASMA pour les aciers MARS peut s’envisager si les gaz de coupes contiennent un minimum d’hydrogène. Ses avantages de vitesse, de moindre déformation et de ZAT moins large le font préférer à l’oxycoupage classique  

Précautions pour le PLASMA

Pliage des aciers MARS

Du fait de la limite d’élasticité très élevée pour ces aciers, les opérations de cintrage er de pliage doivent être réalisées avec précaution. Il est indispensable de prévoir une distance de sécurité et des équipements de sécurité individuels et collectifs adaptés. Ces opérations nécessitent par ailleurs des machines puissantes équipées d’outillages (rouleaux, mandrins, matrices, etc.) à caractéristiques mécaniques capables de supporter le niveau de dureté des tôles.  

Conseils:

– Tenir compte de l’orientation de l’axe de pliage (perpendiculairement au sens de laminage si possible)
– Avoir des rives exemptes d’amorces de rupture, bavures d’oxycoupage, etc. Et ces rives seront meulées.
– L’endroit du pliage ne devra pas comporter de défauts de surfaces qui peuvent engendrer des ruptures.
– Dégourdissage nécessaire si température de la tôle est inférieur à 15°C.
– Outils en parfait état. Eliminer la calamine. Lubrifier le vé et le poinçon. Avoir un Vé arrondi.
– La vitesse de pliage sera faible pour des raisons de sécurité.
– Le rayon de pliage devra être le plus grand possible et ne doit pas être inférieur aux valeurs ci-dessous avec R rayon mini du mandrin. Les symboles “parallèles” et “perpendiculaires” sont des indicateurs de la ligne de pli par rapport au sens de laminage :

 

Rayon de pliage mini

– La force de pliage peut être estimée par la formule ci-contre avec :
• F la force de pliage (N)
• b la longueur de pli (mm)
• Rla résistance maximale du matériau (MPa)
• W la largeur de vé (mm)
• ep l’épaisseur de la tôle (mm)
• R le rayon de mandrin (mm)  

Pliage des aciers de blindage

Retour élastique

Le retour élastique est assez important avec ces aciers. Il est nécessaire de faire des essais pour juger du retour élastique obtenu, en fonction de l’élasticité du matériau.

Le formage à chaud

Il peut s’envisager en prenant en compte la vitesse de refroidissement de manière à ce qu’elle soit compatible avec la trempabilité du matériau. Les températures de formage à chaud se situent généralement entre 900 et 950 °C.

Soudage des aciers de blindage de type MARS

Il est indispensable comme souvent en soudage que les pièces à souder soient très propres pour éviter tous défauts de type inclusions ou fissures. Il faut donc meuler les surfaces qui seront soudées.. Le brossage, le grenaillage et le sablage peut s’envisager pour des surfaces peu oxydées.

Blanchir surfaces à souder

La procédure recommandée consiste à nettoyer, dégraisser et sécher avec un solvant et un chiffon propre les surfaces avant de souder. Contrôler visuellement et si possible par ressuage les bords à souder. Ceci afin d’éviter une éventuelle rupture après soudage.

– Il est préférable de positionner et maintenir les tôles à l’aide de moyens mécaniques (ponts, cavaliers, clames, Chicago bridges…)
– Eviter les angles de chanfreins trop aigus. 
– Eviter les jeux trop importants, générateurs de contraintes de retraits.
– Positionner les soudures à une distance des plis au moins égale à 5 fois l’épaisseur de la tôle.
– En utilisant les métaux d’apports recommandés, un préchauffage n’est pas forcément nécessaire. Cependant les tôles doivent être au moins à 15°C de température avant soudage.

Le pointage doit être réalisé par un soudeur qualifié (NF A80 200-1) et avec autant d’égard que pour une opération de soudage normale. Les points doivent faire au moins 50 mm. Les paramètres doivent diminuer la dilution ce qui diminue le risque de fissuration dans le métal fondu. Tout point fissuré doit être meulé et re soudé. Le pointage MIG / MAG est préférable à l’électrode enrobé EE (risques de collages plus importants).  Le soudage doit être réalisé par un soudeur qualifié
(NF A80-200-1). 

– Il est recommandé d’utiliser des appendices de départ et de fin de cordons pour limiter les défauts d’amorçage et de cratères.
– Il faut avoir une longueur d’arc courte pour limiter le risque de fissuration à froid et engendrer l’introduction d’hydrogène ambiant.
– Il faut meuler la fin de la soudure avant de faire une reprise de cordon.
– Il faut préférer des cordons de forme convexes plutôt que concaves.
– Il faut aussi préférer les cordons doubles  aux cordons simples

Convexe>concave
Soudage optimisé

Comme dans la plupart des opérations de soudage, un ordre correct des soudures permet de limiter les contraintes résiduelles et donc les déformations et la fissuration. La séquence “pas de pélerin” est une possibilité.

Pas de pélerin

Métaux d'apports

Le soudage des aciers à blindage nécessite l’utilisation de produits d’apport :
– austénitiques ou austéno-ferritiques et ferritiques.
Les produits proposés dans ce guide sont à titre d’exemple et conviennent pour la mise en œuvre des aciers à blindage
Mars®. Cependant, selon la configuration de l’assemblage et le taux de dilution, la sensibilité à la fissuration à chaud peut être accrue. D’autres produits d’apport austénitiques ou austénoferritiques par exemple enrichis en manganèse et molybdène peuvent alors être plus appropriés  

Cas du préchauffage

Préchauffage aciers de blindage

A l’électrode enrobée on utilise des électrodes à enrobage basique préalablement étuvées et conservées à haute température. (Etuvage 350°C pendant 2h et conservation à 150°C). Les électrodes sous vides ne nécessitent pas d’étuvage mais doivent être consommées dans les 8h après l’ouverture du paquet.

Liste de produits d'apports utilisables

Voici quelques électrodes qui peuvent être utilisées:

Electrodes enrobées pour blindage

Voici quelques fils qui peuvent être utilisés. En semi-automatique les jeux de chanfreins doivent être plus importants et un balayage est nécessaire. Les fils avec un fort taux de silicium (0,7%) favorise la mouillabilité.

Fils d'apport pour acier de blindage

Manutention et parachèvement

Les aciers Mars ne doivent pas être manutentionnés avec des aimants ou électro-aimants. Il pourrait y avoir des soufflages d’arc. L’arasage des cordons permet d’améliorer la résistance à la fatigue. Le martelage peut être fait s’il est très bien maîtrisé. Un redressage par chaude de retrait ou par martelage est à proscrire.

Gammes et applications civiles et militaires

Récapitulatif des gammes
Applications civiles
Applications militaires
Récapitulatif des gammes

Sources

Le document est édité à partir du PDF fournit par Industeel.
Les derniers tableaux proviennent du site https://www.acerosurssa.es/

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