Brevet FR2000542A1 — publié le 19690912

La présente invention est relative aux aciers faiblement alliés à résistance élevée et, plus particulièrement, aux aciers à résistance élevée pour structures soudées. Il est bien connu que de nombreux aciers faiblement 5 alliés à résistance élevée ayant une limite d'élasticité supérieure à 70 kg/mas? sont largement utilisés pour la réalisation de structures soudées. Bans de nombreux cas, une résistance élevée et une ténacité supérieur® sont généralement requises toutes les deux. On obtient ces caractéristiques en ajoutant une quantité 10 considérable d'additions avec un traitement thermique ordinaire de trempe. De telles conditions d'additions, cependant, augmentent le durcissement des aciers et peuvent provoquer des criques dans les zones de soudures des aciers. Pour éliminer ces défauts, un précbauffage à plus de 100°C est généralement nécessaire, mais le coût de fabrication est d'autant plus onéreux que la température de précbauffage est plus élevée et la difficulté de contrôler la température augmente aussi dans le domaine des aciers soudaM.es. On a maintenant découvert qu'en maintenant des gammes 20 spécifiées et eoordonées d'additions» on peut éliminer complètement les défauts ci-dessus. Selon la présente invention, l'acier à faible teneur en carbone a une limite à'élasticité supérieure à 70 kg/aiii et une ténacité supérieure, et il manifeste une altitude à durcir réduite au soudage et une sensibilité réduite à 25 ia formation de criques® S'est un but de la présente invention de fournir un acier faiblement allié de résistance élevée, nouveau,, et contenant en particulier 0,005 $ à 0S04 fa Nb, 0,0005 fa à 0,005 B et 0,005 ie à 0,05 $ Ti. La description qui suit fera apparaître 50 d'autres buts et avantages de 1'invention qui englobe aussi la production d'un aeier unique particulièrement adapté a la réalisation de structures soudées. De façon générale, la présente invention couvre la fabrication des aciers traités thermiquement par trempe au moyen 55 de liquides d'adaptation (contenant de l'eau), de gaz d'adaptation (contenant de l'air), ou de mélanges des milieux ci-dessus à une température comprise entre le point AC^ et 1050°C, suivi de revenu à une température inférieure au point AC^. Les aciers de la présente invention sont composés des 40 constituants suivants : ORIGINAL 69 01072 2 2000542 10 C î 0,05 fi - 0,15 fi ( Si : 0,10 fi -- 0,70 fi Mn + Ni î 0,50 - 2,00 mais Mn s 0,50 - 1,60 Ni : 0,03 » 0,80 Mo : 0,15 - 0,70 Ou : 0,05 - 0,80 Or : 0,03 - 1,00 Sol» al : 0,01 , - 0,1 B : 0,002 _ 0,007 Hb : • 0,005 - 0,04 B i 0,0005 - 0,005 Ti s 0,005 - 0,05 Le reste : 3?e st impuretés inévitables » 15 On expliquera ci-après la raison des gammes indiquées ei-dessus. Le carbone est l'un des éléments de résistance les plus puissants et les plus économiques, et il est bien connu qu'il exerce la plus grande influence sur 1'altitude à durcir de la 20 zone de soudage. Par conséquent, il est désirable que la teneur en carbone soit aussi faible que possible. Une teneur supérieure à 0,005 # toutefois, est pratique à ce sujet. La limite supérieure de la teneur en carbone, qui est 0,15 fit, est recommandée en raison de la nécessité de faire 0,01 à 0,05 fi de 25 soluté de lïb à la température de trempe de 900°0 à 100G*G, pour obtenir le carbure Fb après le traitement de revenu. La teneur en Niobium doit être déterminée en considération de la teneur en carbone. D'après les essais de la Demanderesse, il est établi qu'une teneur supérieure à 0,05 con-30 tribue presque pas à la résistance de l'acier et il est impossible, par ailleurs, d*obtenir la résistance requise lorsque cette teneur est inférieure à 0,005 $. La teneur appropriée en niobium, dans la présente invention, réside dans la gamme 0,005 à 0,05 J6. ' ' 35 Une teneur en manganèse de 0,50 fi est la limite infé rieure adoptée en considération des buts de l'invention et de la possibilité du travail à chaud. La limite supérieure de la teneur en manganèse est déterminée pour des raisons de soudabilité. Une teneur en nickel jusqu'à 0a8 fi augmente la ténacité 40 de l'acier et présente un intérêt économique. .jAD ORIGINAL 69 01072 2000542 lorsque la teneur en cuivre est supérieure à 0,5 il faut ajouter simultanément du nickel. Une teneur en chrome supérieure à 0,03 $> peut augmenter la résistance et l'aptitude à dur-eir de l'acier. 5 Une teneur en molybdène de 0,15 à 0,7 i» peut augmenter de façon marquée la résistance dé l'acier, mais une teneur supérieure est préjudiciable à la soudabilité de l'acier tandis qu' une teneur inférieure diminue sa résistance. Une teneur en aluminium supérieure à 0,1 Jé diminue la 10 pxpreté et porte préjudice à la soudabilité de l'acier tandis qu'une teneur inférieure à 0,01 $> exerce une influence défavorable à l'addition de bore dans la fabrication de l'acier. Une teneur en silicium supérieure à 0,7 ^ est pré judiciaire à la ténacité et à la soudabilité de l'acier. 15 Une teneur en bore supérieure à 0,7 56 peut augmenter l'aptitude à durcir de l'acier sans Influencer défavorablement la ténacité et la possibilité à .être travaillé de l'acier. Le titane en proportion de 0,05 j> à 0,005^ est un élément utile pour améliorer l'aptitude à dureir de l'acier et 20 pour augmenter sa résistance en raison de la précipitation de carbure-ïi durant le revenu. La teneur en azote exerce une influence sérieuse sur la combinaison Nb-ïi-B qui est le point principal de la présente invention. Bu fait que 1 « azote a une affinité puissante avee 25 les trois éléments ci-dessus, le titane particulièrement, la teneur doit être limitée à l'intérieur de la gamme dans laquelle il est impossible de former son nitrure. Une teneur en azote supérieure à 0,007 $ est préjudiciable à la ténacité de l'acier en raison du nitrure-Ti qui se forme et diminue le earbure-Ti 50 qui agit pour la résistance des aciers. La limite inférieure de la teneur en azote est de. 0,002 selon une condition du processus de fabrication de l'acier. Bans la gamme donnée plus haut, les valeurs préférées •ont les suivantes : 35 C : 0,06 % - 0,12 JÉ (en poids) Si : 0,10 JÉ - 0,50 £ Mn + Ni : 1,00 g - 0,60 JÉ Ou : 0,20 56 - 0,40 jé Cr : 0,20 56 - 0,60 $ 4.0 Ho : 0,20 £ — 0,60 y» 69 01072 4 2000542 o Sol. Al : 0,010 ?£ - 0,050 ?É Nb : 0,005 $> - 0,03 # Ti : 0,01 $ - 0,03 $ B : 0,001 $ - 0,005 # 5 N : moins de 0,005 $ Comme mentionné ci-dessus, l'acier de la présente invention est composé d'additions en faible quantité et manifeste p une limite élastique supérieure à 70 kg/mm , une ténacité supérieure et une excellente soudabilité selon un traitement thermi-10 que de trempe de l'aeier mère à une température supérieure à la température AC^ suivi de revenu à plus de 600°C. Le tableau I qui suit montre des exemples d'acier selon la présente invention. Les aciers de A à G- sont ceux de la présente invention et les aciers de H à K sont donnés à titre de 15 comparaison. L'acier L est un"acier faiblement allié ordinaire à forte résistance. Tableau I (1ère partie) Composition chimique C Si Mn P S Cu Hi A 0,09 0,13 1,05 0,020 0,015 0,30 0,25 B 0,11 0,16 1,10 0,018 0,011 0,31 0,26 C 0,10 0,16 1,06 0,015 0,014 0,24 0,31 D 0,10 0,21 1,24 0,014 0,014 0,24 0,27 E 0,10 0,22 1,29 0,023 0,013 0,30 0,03 F 0,10 0,20 1,23 0,022 0,007 0,27 0,03 G 0.12 0.17 1.24 0.022 0,016 0.30 0,03 H 0,10 0,13 1,16 0,020 0,019 0,39 0,27 I 0,10 0,24 1,27 0,021 0,017 0,28 0,03 J 0,10 0,20 1,26 0,021 0,013 0,28 0,04 K 0.12 0,23 1.30 0.023 0.015 0.38 0.26 _L _0X12_ _0Z26_ 0,86 _0i016_ 0,018 _0±27_ 0,85 69 01072 2000542 Tableau I (2feme partie) 10 15 20 25 30 Composé chimique ! Cr Mo Nb Ti B Al N ! A 0,4-4 0,42 0,012 0,03 0,002 0,035 0,0051 !B 0,46 0,42 0,015 0,03 0,002 0,036 0,0045 ! C 0,44 0,42 0,017 0,02 0,001 0,036 0,0035 !D 0,46 0,42 0,021 0,02 0,003 0,048 0,0041 !E 0,54 0,39 0,016 0,02 0,002 0,042 0,0067 !F 0,57 0,38 0,015 0,01 0,002 0,042 0,0065 ! G o»5? 0.39 0,033 0.02 0.002 0.062 0.0062 !H 0,44 0,40 0,012 0,03 0,003 0,040 0,0112 ! I 0,57 0,39 tr. 0,02 0,002 0,050 0,0064 !J 0,53 0,39 0,016 0,05 0,002 0,039 0,0069 !K 0,48 0,40 0.015 tr. 0.002 0.028 0.0116 !L 0,53 0,54 T0.05 tr. 0,004 0,028 0,0065 Tableau I (3ème partie) Propriétés mécaniques Limite d' élasticité kg/uni2 Résistance à la trac-ti on kg/mm^ Eloiiga-! tion $ vEo 2 S kg/mm j s vïïrs ! °C , s vTr15 °c -p A 77,1 80,6 23,1 18,7 ! - 94 ! /\ I a O O B 75,8 8092 22,5 24,3 1 - 58 ! - 93 C 81,2 83,4 23,3 17,9 ! _ 52 J - 97 D 83,3 85,1 23,3 16,7 ! - 60 ! - 102 E ! 78,7 83,2 24,3 18,9 ! - 75 ! F 78,7 83,1 23,6 19,2 1 - 74 1 - 111 a 79.0 83.1 23.9 14.9 ! 42 S - 73 H 70,7 75,8 23,9 10,7 ! « 7 ! - 45 I 65,1 72,6 1 28,0 82,9 ! 24,5 75.2 ! 20,7 21,5 ! - 103! 5 77,7 11,0 • « 18 ! - 58 K 69.3 23.9 ! 72 ! - 100 L 77,1 83x0 23^5 11x3 — 89 - 104 Dans le tableau II, la dureté et la sensibilité aux cri-35 ques des aciers E, C, D et L sont déterminées au moyen de l'essai de dureté au cône et de l'essai de crique à fente de type Y. E3AD ORIGINAL 69 01072 2000542 Tableau XI 10 _ , Essai de criques à fente de type Y Dure te ma- ! ; __ ! ximale à l1 ,Préehauffage a 75°C!Préchauffage a 100oCf essai de dure--1—— ! té au cône à Rapport 28°C/see (Hv) crique à surface B 370 0 C 360 ' 0 D 365 0 L 405 5 Rapport crique à section 0 0 0 20 Rapport Rap-criqueàjport route 0 0 0 40 crique à surf &T ce 0 0 0 0 Rapport crique à section Rapcort; crîque / à route " 0 0 0 0 0 0 *15 II ressort des valeurs données ci-dessus que la dureté maximale à 1'essai au c&ne est de loin, inférieure à la valeur maximale requise par la même sorte d'acier à haute résistance, telle que Hv - 430 dans la classification japonaise WES. Ceci montre que la dureté de la sone de soudage est abaissée de façon 2 0 marquée pour le maintien de la limite d'élasticité de 70 kg/aia par une combinaison appropriée de Mb + Ti + B et en même temps les additions telles que G, Mn, Ni, Cr, Mo et similaire sont de loin plus réduites que dans les aciers ordinaires à résistance élevée® En ce qui concerne la sensibilité aux criques, on voit 25 aussi que l'apparition de criques dans les aciers de la présente invention est totalement exclue sous condition d*un préohauffage de 75°C à comparer avec un préchauffage haut de 100°C des aciers ordinaires à résistance élevée® On peut apporter des modifications et des variantes 30 aux exemples décrits sans sortir di* cadre de l*inventionP ces modifications et variantes étant à la portée de l'homme de métier. BAD original 69 01072 7 2000542 REVENDICATIONS 1. Aeiers faiblement alliés à résistance élevée constitués de 0,05 à 0,15 % C, 0,10 à 0,70 - Si, 0,50 à 2,00 ?S Mn + Ni, (mais 0,50 à 1,60 $ Ma, et 0,03 à 0,80 Ni), 0,05 à 0,80 $ Cu, 5 0,03 à 1,00 Cr, 0,01 à 0,10 f> Sol. Al, 0,002 à 0,007 $> N, 0,005 à 0,04 Nb, 0,0005 à 0,005 # B, 0,005 à 0,05 % Ti, gardant 2 une limite d'élasticité supérieure à 70 kg/mm et ayant une soudabilité suffisante. 2. Aciers faiblement alliés selon la revendication 1, 10 et comprenant 0,06 à 0,12 % C, 0,10 à 0,50 % Si, 1,00 à 1,60 $ Mn + Hi, 0,20 à 0,40 jé Cu, 0,20 à 0,60 3. Aciers faiblement alliés selon la revendication 1 15 ou 2, trempés à une température comprise entre AC^ et 1050°C puis revenus à une température inférieure à celle de AC^.