100Cr6 : Spécifications techniques de l’acier

01Acier pour roulements 100Cr6 : introduction et caractéristiques générales

L’acier 100Cr6 (numéro de matière 1.3505) est un acier pour roulements défini par l’EN ISO 683-17:2023, la norme qui répartit en cinq groupes les aciers destinés aux bagues et aux corps roulants. Il appartient au groupe des aciers à trempe à cœur, que la norme elle-même décrit comme des aciers contenant environ 1 % de carbone et de 1 à 2 % de chrome : à la différence d’un acier de cémentation, où seule une couche enrichie en carbone durcit, le 100Cr6 présente une forte teneur en carbone dans toute sa section et acquiert sa dureté par la seule trempe.

Parmi les exigences que fixe la norme, celles qui décrivent le matériau sont la composition chimique, la dureté maximale à l’état de livraison, la globulisation des carbures dans les états recuits et un degré de propreté inclusionnaire, dont la vérification fait l’objet d’un accord à la commande ; les autres portent sur la surface, les dimensions, les essais et les documents de contrôle.

1.1Qu’est-ce que le 100Cr6 : la désignation et les deux éléments qui la définissent

La désignation exprime la composition nominale : 100 correspond à une teneur en carbone d’environ 1 % et Cr6 à une teneur en chrome d’environ 1,5 %, en accord avec les fourchettes de la norme (0,93-1,05 % de carbone et 1,35-1,60 % de chrome). Ce sont les deux éléments qui définissent la nuance : le carbone détermine la dureté accessible après trempe et la quantité de carbures, le chrome augmente la trempabilité et entre dans la composition des carbures. Le même groupe de la norme comprend des nuances qui se distinguent par leurs teneurs en chrome, en manganèse, en silicium et en molybdène ; le 100CrMo7 en fait partie.

1.2100Cr6 et 100CrMo7 : ce qui change entre les deux nuances

Le 100CrMo7 (1.3537) appartient au même groupe de l’EN ISO 683-17. Il a la même teneur en carbone (0,93-1,05 %) et les mêmes fourchettes de silicium et de manganèse ; ce qui change, c’est le chrome, qui monte à 1,65-1,95 %, et le molybdène : limité à 0,10 % au maximum dans le 100Cr6, il devient un élément d’alliage prescrit (0,15-0,30 %). À l’état recuit de globulisation (+AC), la norme lui accorde une dureté maximale plus élevée : 217 HBW contre 207.

La norme ne permet pas de chiffrer l’effet, à la trempe, du supplément de chrome et de molybdène, puisqu’elle ne donne de valeurs de trempabilité pour aucune des deux nuances : la comparaison se fait sur la pièce et sur la coulée, à géométrie et à cycle égaux. Les indications de certaines fiches techniques de producteurs sur les épaisseurs à partir desquelles il convient de passer de l’une à l’autre sont réunies sur la page des aciers pour roulements ; elles valent pour le milieu de trempe et le cycle avec lesquels elles ont été établies.

1.3Norme de référence et certificat de réception du 100Cr6

La norme de référence du 100Cr6 est l’EN ISO 683-17:2023, la partie 17 de l’ISO 683, qui fixe les conditions techniques de livraison des aciers pour roulements à billes et à rouleaux. C’est la quatrième édition d’une norme internationale publiée pour la première fois en 1976 et révisée en 1999, en 2014 et en 2023. Adoptée comme norme européenne en 1999, elle a remplacé entre 1999 et 2001 les normes nationales que l’on rencontre encore sur les plans anciens : la DIN 17230 en Allemagne, l’UNI 3097 en Italie et la NF A35-565 en France.

Pour les documents de contrôle, la norme renvoie à l’ISO 10474, avec les certificats de réception 3.1 et 3.2 : le certificat donne l’analyse de coulée de tous les éléments prescrits pour la nuance. Chaque produit doit être traçable jusqu’à la coulée.

02Composition chimique de l’acier 100Cr6 : éléments d’alliage et spécifications normatives

La composition chimique du 100Cr6, déterminée par analyse de coulée, est fixée par l’EN ISO 683-17:2023. Outre les fourchettes du carbone et du chrome, le silicium et le manganèse sont maintenus dans des fourchettes étroites, tandis que le phosphore et le soufre sont limités à des teneurs maximales basses ; le soufre, qui forme des sulfures, pèse aussi sur la propreté inclusionnaire.

Les écarts admissibles pour l’analyse sur produit, en troisième colonne, ne constituent pas une seconde spécification : ils représentent la tolérance admise lorsque l’on analyse le produit livré. Pour un même élément et une même coulée, l’écart ne peut se situer que d’un seul côté de la fourchette, au-dessus de la limite supérieure ou au-dessous de la limite inférieure, mais jamais des deux côtés à la fois. L’analyse sur produit n’est effectuée que si elle est demandée à la commande.

Sur accord à la commande, la norme admet deux variantes : une teneur en soufre pouvant atteindre 0,030 % lorsque l’usinabilité est prioritaire, et une teneur en silicium d’au plus 0,15 % pour la mise en forme à froid. La première a une contrepartie : plus de soufre, c’est plus de sulfures, donc une propreté inclusionnaire différente de celle de la nuance de base.

Outre les éléments du tableau, la norme fixe des exigences pour le calcium, le titane et l’oxygène, les éléments dont la teneur est le plus étroitement liée à la propreté de l’acier : pour leurs valeurs, c’est le texte de la norme qui fait foi.

2.1Propreté inclusionnaire et structure des carbures

Dans un acier pour roulements, la propreté est une exigence de premier plan, et la norme le dit expressément : les inclusions non métalliques sont déterminantes pour la durée de vie en fatigue des roulements, et tout acier couvert par la norme doit donc présenter un degré de propreté défini. Les exigences relatives à la teneur en inclusions microscopiques s’appliquent à toute livraison ; c’est leur vérification qui doit faire l’objet d’un accord à la commande, selon les méthodes auxquelles renvoie la norme, parmi lesquelles l’ISO 4967 et la JIS G 0555. Pour les inclusions macroscopiques, si leur vérification est demandée, la méthode et les limites d’acceptation font l’objet d’un accord.

La propreté n’est pas tout : la structure compte aussi. À l’état recuit de globulisation des carbures (+AC) et à l’état globulisé et écroui (+AC+C), la norme prescrit que les carbures des aciers à trempe à cœur soient globulisés. Lorsqu’ils ont de l’importance, le degré de globulisation et la répartition des carbures font l’objet d’un accord à la commande, selon des méthodes de comparaison avec des images types comme l’ISO 5949 et le SEP 1520 : la globulisation seule n’exclut ni les réseaux de carbures aux joints de grains ni les bandes de ségrégation.

2.2Équivalences internationales du 100Cr6

Les équivalences du 100Cr6 sont de deux sortes : les correspondances citées dans une norme, réunies dans le tableau, et les rapprochements commerciaux. Hors d’Europe, l’EN ISO 683-17 cite comme comparable au 100Cr6 le SUJ2 japonais de la JIS G 4805 : comparable, et non identique, car la norme japonaise fixe ses propres fourchettes de composition.

Les fiches techniques de producteurs rapprochent souvent le 100Cr6 d’autres désignations. Le 100C6 est la désignation française qu’elles associent à la NF A35-565, remplacée par la NF EN ISO 683-17 en 1999. Pour l’UNI 3097, la norme italienne remplacée en 2001, elles donnent la même désignation, 100Cr6. Le 52100 est la désignation américaine, qui relève d’un autre système de normes : avant de le substituer au 100Cr6 dans un cahier des charges, il convient de vérifier le rapprochement en comparant les deux normes.

03Caractéristiques mécaniques de l’acier 100Cr6 : ce que prescrit la norme

Parmi les caractéristiques mécaniques du 100Cr6, la norme n’en prescrit qu’une : la dureté Brinell maximale à l’état de livraison. Le 100Cr6 s’achète pour être usiné à l’état recuit avant d’être trempé, et les propriétés du composant fini dépendent du cycle de traitement appliqué à la pièce.

3.1Dureté du 100Cr6 selon l’état de livraison

La dureté du 100Cr6 que l’on peut exiger à la livraison dépend de l’état commandé. À l’état recuit de globulisation des carbures (+AC), le maximum est de 207 HBW ; à l’état globulisé et écroui (+AC+C), il passe à 241 HBW. Les valeurs ne dépendent pas du diamètre, et la dureté se mesure par l’essai Brinell selon l’ISO 6506-1.

Conséquence pratique pour la commande : en l’absence d’accord, la norme prévoit la livraison à l’état non traité, pour lequel aucune dureté n’est exigée ; l’état recuit de globulisation +AC doit donc être indiqué expressément.

La surface a ses propres règles. Sauf accord contraire, les produits sont livrés avec une surface brute de formage à chaud, et la norme ne fixe pas de profondeur maximale de décarburation : les produits rectifiés, écroûtés ou usinés doivent en être exempts, tandis que pour les produits laminés à chaud, forgés, laminés ou étirés à froid ou dégrossis destinés à l’écroûtage ou à la rectification, la surépaisseur d’usinage fait l’objet d’un accord à la commande. Pour les ronds et le fil machine, on peut aussi spécifier à la place la profondeur admise des discontinuités de surface selon l’ISO 9443.

3.2Dureté après trempe : une exigence de la pièce, pas de la norme

La dureté que l’on recherche sur le 100Cr6 trempé, celle des pistes et des corps roulants, n’est pas une exigence de la norme de l’acier : l’EN ISO 683-17 n’en prescrit aucune, ni comme minimum ni comme fourchette. Elle est fixée par la spécification du composant, avec le cycle de trempe et de revenu qui permet de l’obtenir, et elle se vérifie sur la pièce traitée. Les valeurs données par certaines fiches techniques de producteurs se rapportent à des cycles et à des éprouvettes qui varient d’une fiche à l’autre, et elles ne constituent pas une exigence de l’acier.

3.3Résistance à la traction et limite d’élasticité : valeurs non prescrites

Pour la résistance à la traction du 100Cr6, sa limite d’élasticité, son allongement et sa résilience, la norme ne donne de valeurs pour aucun état : ni pour la barre recuite, ni pour l’acier trempé et revenu. Si une livraison doit garantir des caractéristiques mécaniques, la norme permet de convenir d’autres états de livraison, assortis de valeurs à respecter.

04Caractéristiques physiques de l’acier 100Cr6 : masse volumique et constantes élastiques

Les caractéristiques physiques du 100Cr6 ne relèvent pas de sa norme. Le tableau donne les valeurs de calcul que les Eurocodes fixent pour l’acier de construction, avec la norme dont chaque valeur est tirée. Pour le calcul du poids, on retient la valeur conventionnelle des aciers, 7,85 kg/dm³ : c’est la valeur que la DIN 17230 prescrivait pour le poids nominal des aciers pour roulements à trempe à cœur, et c’est aussi celle qu’utilise le calcul du poids des barres en acier du site. Ce n’est pas la masse volumique mesurée de la nuance, que certaines fiches techniques de producteurs indiquent légèrement inférieure.

Le module d’élasticité à température ambiante est de 210 GPa et le module de cisaillement de 81 GPa, cohérents avec un coefficient de Poisson de 0,30 ; le coefficient de dilatation thermique est de 12 × 10⁻⁶/K, une valeur moyenne valable jusqu’à 100 °C. La conductivité thermique, la chaleur spécifique et la résistivité électrique varient avec l’état, recuit ou trempé, et avec la température. Les Eurocodes donnent les deux premières pour l’acier de construction, auquel un acier à 1 % de carbone et 1,5 % de chrome n’est pas comparable, et certaines fiches techniques de producteurs donnent des valeurs qui diffèrent entre elles : ces trois grandeurs ne sont donc pas renseignées dans le tableau, car un calcul thermique demande des valeurs correspondant à l’état de la pièce.

05Traitements thermiques de l’acier 100Cr6 : recuit, trempe et revenu

Les traitements thermiques du 100Cr6 interviennent à deux moments distincts de la vie du matériau : le recuit de globulisation, qui le rend usinable, lui donne la structure à partir de laquelle se fera la trempe et correspond à l’état à indiquer à la commande quand il doit être usiné dans la barre ; puis la trempe suivie du revenu, effectuée sur la pièce usinée avant la finition, qui lui donne sa dureté de service.

5.1Recuit de globulisation et état +AC

Le recuit de globulisation transforme les carbures du 100Cr6 en globules dispersés dans la matrice ferritique : c’est la structure que la norme prescrit à l’état +AC, en plus de la dureté maximale. Le cycle qui permet de l’obtenir relève de la pratique de l’aciérie, et les fenêtres de température données par certaines fiches techniques de producteurs ne concordent pas entre elles.

5.2Trempe du 100Cr6 : températures indicatives, milieu de trempe et trempabilité

Pour la trempe du 100Cr6, il reste une référence historique : la DIN 17230 de 1980, retirée en 2000, indiquait pour le 100 Cr 6 une trempe à l’huile à 830-870 °C, en présentant cette plage comme indicative et en précisant que les températures et les conditions réelles doivent être choisies de manière à obtenir les propriétés requises. Certaines fiches techniques de producteurs donnent encore le même intervalle ; le cycle réel, lui, est fixé par la spécification de la pièce.

La norme ne donne pas de valeurs de trempabilité pour le 100Cr6 : pour les aciers à trempe à cœur, il n’existe pas de bande Jominy, et la nuance ne peut pas être commandée avec le suffixe +H, qui permet de commander à trempabilité prescrite les nuances de cémentation et de trempe par induction de la norme. La section jusqu’à laquelle le 100Cr6 trempe à cœur dépend de la trempabilité de la coulée, des conditions d’austénitisation et du milieu de trempe, ainsi que de l’épaisseur et de la géométrie de la pièce au moment de la trempe, et elle se vérifie sur la pièce.

5.3Revenu du 100Cr6

Le revenu du 100Cr6 trempé est un revenu à basse température, qui atténue les contraintes de trempe et améliore la ténacité en conservant l’essentiel de la dureté. La DIN 17230 le prévoyait à 150-180 °C, là encore à titre indicatif ; la température réelle est fixée par la spécification de traitement de la pièce.

5.4Cycles et points critiques que la norme ne fixe pas

Normalisation, formage à chaud, détente, trempe bainitique, traitements par le froid : ce sont des cycles que la norme ne traite pas, et leurs paramètres se définissent pour chaque pièce, avec ceux qui l’usinent et la traitent thermiquement. La norme n’indique pas les points critiques Ac1 et Accm, ni la température de début de transformation martensitique Ms, qui ne sont d’ailleurs pas des constantes de la nuance : ils dépendent de la coulée et du cycle, et c’est pourquoi certaines fiches techniques de producteurs donnent des valeurs qui diffèrent entre elles.

06Applications industrielles de l’acier 100Cr6 : roulements et composants soumis à des sollicitations de contact

Les applications du 100Cr6 naissent toutes du même problème : une surface qui roule ou glisse sous une charge concentrée, répétée pendant toute la vie du composant. La norme définit ses aciers par leur emploi : des aciers pour les bagues et les corps roulants des roulements.

6.1Bagues, billes et rouleaux pour roulements

Bagues intérieures et extérieures, billes, rouleaux et aiguilles sont la raison d’être de la nuance : ils sont obtenus à partir de barres, de fil ou de tubes à l’état globulisé, puis trempés à cœur, revenus et rectifiés. Les bagues obtenues par forgeage ou par laminage à chaud perdent la structure globulisée de la barre et subissent un nouveau recuit de globulisation après la déformation. Le choix entre le 100Cr6 et les nuances plus alliées de la même famille dépend de l’épaisseur jusqu’à laquelle la pièce doit être trempée à cœur, compte tenu des facteurs décrits dans la section sur la trempe.

6.2Autres emplois : composants soumis à l’usure et aux pressions de contact

En dehors des roulements, le 100Cr6 s’emploie là où il faut la même combinaison de dureté et de résistance à l’usure sur une pièce trempée à cœur : axes et douilles de guidage, galets et cames, composants de pompes et de systèmes d’injection, calibres et instruments de mesure, poinçons et éléments d’outillage de petite section pour le travail à froid.

6.3Usinabilité à l’état recuit de globulisation

L’usinabilité du 100Cr6 dépend avant tout de l’état de livraison. À l’état recuit de globulisation +AC, la structure à carbures globulaires permet le tournage, le perçage et le fraisage ; après trempe, il ne reste que la rectification, le tournage dur avec des outils adaptés et les opérations de finition. Quand l’usinabilité est prioritaire, la norme admet sur accord la variante à teneur en soufre plus élevée décrite dans la section sur la composition.

07Questions fréquentes sur l’acier 100Cr6 : réponses techniques pour les professionnels

Des réponses courtes aux questions techniques les plus fréquentes sur le 100Cr6.

7.1Quelle est la différence entre le 100Cr6 et le 100CrMo7 ?

Ce sont deux nuances du même groupe de l’EN ISO 683-17, avec la même teneur en carbone. Le 100CrMo7 contient plus de chrome (1,65-1,95 % contre 1,35-1,60 %) et du molybdène comme élément d’alliage (0,15-0,30 %) ; à l’état recuit de globulisation, sa dureté maximale est de 217 HBW au lieu de 207. La norme ne donne de valeurs de trempabilité pour aucune des deux. Le choix dépend de l’épaisseur jusqu’à laquelle la pièce doit être trempée à cœur, et il se valide sur la pièce et sur la coulée.

7.2Le 100Cr6 correspond-il au 100C6, au 52100 ou au SUJ2 ?

Des trois, seul le SUJ2 de la JIS G 4805 est cité dans l’EN ISO 683-17, comme nuance comparable et non identique : les fourchettes de composition des deux normes ne coïncident pas. Pour le 100C6 et le 52100, il s’agit de rapprochements établis par les fiches techniques de producteurs : le premier est la désignation qu’elles associent à la norme française remplacée en 1999, le second appartient au système américain. Dans un cahier des charges, on commande la nuance avec sa norme, et une éventuelle substitution se vérifie en comparant les deux normes.

7.3Quelle dureté le 100Cr6 atteint-il après trempe ?

La norme de l’acier ne la garantit pas : l’EN ISO 683-17 ne prescrit aucune dureté après trempe, ni minimale ni sous forme de fourchette. La dureté du composant est fixée par sa spécification et par le cycle de trempe et de revenu, et elle se vérifie sur la pièce traitée. La dureté que l’on peut exiger à la livraison est d’une autre nature : 207 HBW max à l’état recuit de globulisation +AC.

7.4Le 100Cr6 est-il inoxydable ?

Non. Avec 1,35-1,60 % de chrome, il est loin du seuil qui définit un acier inoxydable, au moins 10,5 % de chrome selon l’EN 10020, et en milieu humide il s’oxyde comme un acier au carbone : il doit être protégé par un film d’huile ou par un traitement de surface. Pour les roulements qui doivent résister à la corrosion, l’EN ISO 683-17 prévoit elle-même un groupe à part, les aciers inoxydables pour roulements.

7.5Le 100Cr6 est-il soudable ?

Il ne se prête pas au soudage par fusion. Avec une teneur en carbone d’environ 1 %, la zone affectée thermiquement prend la trempe et se transforme en martensite à haut carbone, dure et fragile, et le risque de fissuration reste élevé même avec préchauffage ; la norme de l’acier ne traite pas de la soudabilité et ne donne ni température de préchauffage ni carbone équivalent. En règle générale, les composants en 100Cr6 s’assemblent mécaniquement, ou bien la partie à souder est prévue, dès la conception, dans une autre nuance.

7.6Peut-on cémenter le 100Cr6 ?

Le cémenter n’a pas de sens. La cémentation enrichit en carbone la couche superficielle d’un acier qui en contient peu, alors que le 100Cr6 en contient déjà environ 1 % dans toute sa section et acquiert sa dureté par la seule trempe. Pour les roulements qui demandent une couche dure sur un cœur tenace, l’EN ISO 683-17 prévoit un groupe distinct d’aciers de cémentation. La carbonitruration est un autre cas : sur les aciers à trempe à cœur, on l’emploie pour modifier la couche superficielle ; la norme ne la traite pas, et les paramètres sont fixés par la spécification de la pièce.

7.7À quelle norme répond le 100Cr6 ?

À l’EN ISO 683-17:2023, la partie de l’ISO 683 consacrée aux aciers pour roulements à billes et à rouleaux. Sur les plans plus anciens, on le trouve désigné selon les normes nationales que sa première édition européenne a remplacées : la DIN 17230, l’UNI 3097 et la NF A35-565.

7.8Quels états de livraison la norme prévoit-elle pour le 100Cr6 ?

L’état recuit de globulisation des carbures +AC (207 HBW max) et l’état globulisé et écroui +AC+C (241 HBW max) ; l’état traité pour le cisaillage à froid +S, avec des exigences à convenir ; l’état non traité, qui s’applique quand la commande n’indique rien d’autre. La norme permet d’en convenir d’autres.

7.9Quelle est la masse volumique du 100Cr6 ?

7,85 kg/dm³, qui n’est pas la masse volumique mesurée de cette nuance mais la valeur conventionnelle avec laquelle se calcule le poids des aciers. C’est cette même valeur qu’utilise le calcul du poids des barres en acier, où le profil et les dimensions suffisent à obtenir le poids au mètre et le poids total.

08L’offre Siderticino pour l’acier 100Cr6 : barres recuites pour roulements et composants à tremper

Siderticino fournit l’acier 100Cr6 (1.3505) conformément à l’EN ISO 683-17:2023, en barres rondes laminées à l’état recuit de globulisation +AC - l’état dans lequel la nuance s’usine avant la trempe - en diamètres de 20 à 220 mm. La coupe aux longueurs requises est réalisée à la demande, et les documents de contrôle selon l’EN 10204 accompagnent la livraison, avec certificat de réception 3.1 sur demande.

Pour les diamètres et la demande de devis, consultez la page produit : Produits en acier 100Cr6. Pour la nuance voisine, consultez également les produits en 100CrMo7 et la page de catégorie des aciers pour roulements ; pour estimer le poids des barres, utilisez l’outil de calcul du poids des barres en acier.

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