Brevet FR2010988A1 — publié le 19700220

-1- 2010988 La présente invention se rapporte à un acier de construction au manganèse, à grain fin, à utiliser comme matière première pour pièces soudées, qui est doué d'une résistance élevée et présente une aptitude à la soudure et une stabilité à basse tem-5 pérature particulièrement bonnes. Les aciers de construction à grain fin utilisés jusqu'ici présentent une teneur maximale en carbone d'environ 0,20 % qui assure une bonne aptitude à la soudure pour les aciers au carbone-manganèse d'une teneur maximale en manganèse de 1,50 %. 10 Ces aciers au carbone-manganèse non alliés ont une réserve de résilience suffisante pour satisfaire aux exigences que l'on impose à l'aptitude à la soudure sur chantier; et qui s'exprime par des valeurs de garantie à généralement -20°C de l'éprouvette ISO entaillée en V et sollicitée transversalement au sens du la-15 minage. Il est également connu d'allier ces aciers avec des éléments bons formateurs de nitrures, tels que l'aluminium, le titane, le zirconium, le vanadium, entre autres^ en vue d'augmenter aussi bien les valeurs de résilience que la résistance et la limite 20 d'allongement, et d'améliorer en même temps les caractéristiques à basse température. On a en outre cherché à incorporer ;à ces aciers, addition-nellement, de l'azote pour augmenter davantage leur limite d'allongement, leur résistance et leur résilience. Les aciers de ce 25 type présentent généralement une teneur en carbone comprise entre 0,16 et 0,2 On sait enfin, par le brevet allemand n° 1 239 , que -les caractéristiques à basse température d'un acier à teneur maximale en carbone de 0,16 %, de préférence de 0,10 à 0,15 %■» peuvent 30 être améliorées par addition de 2,0 à 5 % de manganèse pouvant être remplacé» en totalité ou en partie, par du chrome, du nickel et/ou du molybdène, dans les proportions usuelles pour les aciers traités thermiquement, ainsi que de 0,01 à 0,05 % d'azote lié par des produits formateurs de nitrures spéciaux. Un inconvénient 35 est toutefois que des teneurs en manganèse supérieures à 2 % modifient la structure de l'acier, même pour les faibles teneurs en carbone prévues, si bien qu* on ne se trouve plus en présence d'une pure structure ferritique-perlitique. Un autre inconvénient vient de ce qu'il existe des prescriptions spéciales quant à la 40 teneur en azote, l'azote devant être lié sous forme de nitrures 69 20010 _2_ 2010988 difficilement solubles par des produits formateurs de nitrures spéciaux, comme llallwiinium, le zirconiura, le vanadium et le titane» La présente invention vise à offrir un acier pouvant être élaboré dans des conditions économiques et doué de bonnes carac-5 téristiques quant à son aptitude à la soudure et sa résistance à basse température. L'acier de construction à résistance élevée selon la présente invention est remarquable en ce qu'il contient 0,04 à 0,09 % de carbone» 1,60 à 1,90 % de manganèse, 0,35 à 0,50 % de sili-10 cium, 0,025 à 0,80 % d*aluminium (à l'état métallique) et un ou plusieurs des éléments suivants : niobium (0à0,5 %), titane (0 à 0,25 %), vanadium (0 à 0,25 %), le reste étant constitué de fer et des impuretés usuelles. En employant uniquement le manganèse, le silicium et l'alu-15 minium comme éléments d'alliage, la limite élastique minimale s'établit à 36 kg/mm . Outre les impuretés dues à l'élaboration par fusion, l'acier ne renferme pas de chrome, de molybdène ou de nickel. La teneur en carbone est fortement abaissée par rapport aux aciers comparables, alors que la teneur en manganèse est 20 légèrement plus élevée en restant toutefois inférieure à 2 %. Avec les aciers comparables connus, on assiste, dans la zone exposée à la chaleur, par suite de la chaleur de soudure et de la grande vitesse de refroidissement, à la formation de mar-tensite, et ce essentiellement en fonction de la teneur en car-25 bone. Etant donné la teneur extraordinairement faible en carbone de l'alliage d'acier utilisé selon la présente invention, on obtient une plus faible intensité de durcissement pour des caractéristiques de résilience sensiblement améliorées. Même dans des conditions sévères, le risque d'une formation de fissures au-30 dessous de la ligne de soudure est dans une large mesure supprimée. Etant donné la faible proportion de perlite, on ne constate guère une influence de la vitesse de refroidissement. Lors de l'essai de résilience, on relève, sur l'éprouvette entaillée en ¥ (essai ISO ), des caractéristiques de résilience 35 extraordinairement élevées* Dans un essai effectué à *20°G, on a obtenu des valeurs supérieures à 30 kg /cm . Ce qui est cependant particulièrement important c'est que la résistance à.basse température est grandement améliorée : à de très basses températures, on a mesuré sur les éprouvettes des valeurs de résilience 40 ni pouvant être obtenues jusqu'ici qu'avec -cier? .faiblement 69 2001Ô -3- 2030988 alliés. lia partie raide de la courbe résilience-température se situe fréquemment au-dessous de -100°C. Pour un rapport carbone-manganèse particulièrement favorable, on a encore mesuré, dans 1*essai Charpy, perpendiculairement au sens du laminage, des 5 valeurs de résilience d'environ 34 kgm/cm à -100°G sur éprou-vette entaillée en 7. On obtient de bonnes valeurs de résilience comparables dans l'essai Gharpy correspondant sur éprouvette sollicitée transversalement au"sens du laminage, si bien que, pour une température de transition de -120°C, sur éprouvette 10 "longitudinale", on a une température de transition de -80°0 sur éprouvette "transversale". Une addition supplémentaire de niobium, de titane ou de vanadium comme éléments en traces permet d'augmenter la limite élastique minimale. Pour porter cette limite à 42 kg/mm au 15 moins, on peut ajouter additionnellement 0,01 à 0,5 % de niobium, de préférence 0,02 à 0,1 %. A la place de niobium, on peut/pour atteindre la limite élastique minimale précitée, utiliser 0,04 à 0,25 % de titane, de préférence 0,07 à 0,2 L'acier de construction à haute résistance selon la présente-invention peut 20 aussi Contenir, pour présenter une limite élastique minimale de 42~kg/mm^, 0,04 à 0,25 % dé vanadium, de préférence 0,07 à 0,2 %. Si la limite élastique doit être encore plus élevée, on peut incorporer à l'acier, additionnellement, 0,01 à 0,1 % de niobium et 0,04 à 0,2 % de titane, ou bien 0,01 à 0,1 % de nio-25 bium et 0,04 à 0,2 % de -Vanadium, la limite élastique étant ain-si portée à 46 kg/mm au moins» Une addition d'azote n'est pas nécessaire. La teneur en azote de l'acier sera donc au maximum celle qui est donnée par l'élaboration de l'acier* Pour les . * aciers a E A.42 kg/mm , les valeurs de résilience ne sont guère 30 modifiées malgré la limite élastique accrue, alors que pour les aciers à E £ 42 kg/mm , ort constate une influence sur la résilience. Les températures de transition de ces aciers qui, par exemple pour l'acier à E >46 kg;/mm , se situent aux environs de -60°C, sont cependant encore à considérer coHae étant parti-35 culièrement bonnes. •• • ' En plus du domaine d'application déjà indi'^ié, !-®acier à utiliser selon la présente invention convient particulièrement bien comme matière de base pour tôles plaquées. Oette possibilité d'emploi présente surtout de l'intérêt dans les cas où, pour 40 des raisons de corrosion, une tôle d'acier ainsi plaquée doit BAD ORIGINAL 1 69 20010 2010988 êtx'3 refroidie brusquement à l'eau à partir de températures de 1 -.00°G et au-dessus. Un acier à limite élastique comparable (du type 52-3) présenterait, par suite de sa forte teneur en carbone, une structure martensitique très dure et fragile après la trempe, 5 alors que l'acier à utiliser selon la présente invention, grâce à sa faible teneur en carbone, présente encore, même simplement trempé, des températures de transition de -40°0 sur éprouvette entaillée en V (essai Gharpy). Il est ainsi possible de soumettre le nouvel acier simplement trempé aux opérations de formage et 10 de soudure. Pour améliorer les caractéristiques, on peut procéder ensuite à un revenu pouvant être combiné avec un recuit de détente. Un autre avantage de l'acier pauvre en carbone, à résistance élevée, réside dans le fait qu'il est peu apte à prendre la trempe une fois brusquement refroidi. C'est à cela qu'est due l'aug-15 mentation négligeable de la limite élastique par rapport à l'acier comparable indiqué plus haut qui présente des teneurs normales en carbone-manganèse. Ses essais comparatifs effectués avec un acier au nickel à 3»5 % ont révélé la supériorité de l'acier selon la présente invention, étant donné que, pour des valeurs de 20 résilience au moins aussi bonnes, la limite élastique ne s'élève, de loin^pas autant que pour l'acier au nickel, plus apte à prendre la trempe, et qu'en outre le nouvel acier peut être obtenu > dans des conditions nettement plus économiques. lie nouvel acier est généralement utilisé à l'état de recuit 25 normal. On peut supprimer le recuit normal quand le nouvel acier doit servir de matière première pour tôles plaquées lesquelles, en raison des exigences imposées au matériau de placage, doivent être trempées. A titre indicatif, mais nullement limitatif, on a représenté 30 au dessin annexé différents résultats d'essais obtenus avec des alliages de diverses compositions comprises entre les limites qui caractérisent l'acier conforme à la présente invention. Sur ce dessin : - la figure 1 indique, pour les masses fondues d'essai A, B, 35 D, E et ]?, les valeur?! de résilience obtenues aus: différentes températures de l'essax ; - la figure 2 indique, pour les mêmes alliages d'essai A à les caractéristiques de résistance et d'allongement \ - la figure 3 indique la résilience en fonction de la tempé-%Q rature pour les alliages A', B', 0', D3, , f% G' H' qui 69 20010 "5~ 2010988 présentent une autre composition que les alliages A à F indiqués en premier lieu, et - la figure 4 indique, pour les alliages suivant la figure 3, les valeurs respectives de la limit© élastiçae de la résis-5 tance à la rupture et de l'allongement. Les valeurs représentées sur les figures 1 -et 2 ont été obtenues avec des alliages d'essai A à| présentant la composition suivante : 10 acier 0 £în Al ï A 0,05 1,53 0,043 0,009 B 0,05 1,73 0,040 0,009 0 0,08 1,90 0,048 0,009 D 0,05 2,88 0,048 0,009 E 0,05 3,62 0,043 0,009 P 0,06 5,77 0,049 0,009 15 Les courbes des tableaux 1 et 2 font ressortir l'influence défavorable qu'exerce la teneur en manganèse sur la structure cristalline et, par conséquent, sur les caractéristiques de formage. Une teneur en. manganèse supérieure à 2% è©Jasâânit par 20 une altération des caractéristiques de formage, de 15allongement et de la résilience. L'influence du niobium et du titane ressort des fibures 3 et 4 qui sont basées sur des essais effectués avec des compositions d'alliage A* à H' de la composition suivante : 25 A» B» 0' D' E* s» H» 0 0,08 0,09 0,09 0,09 0,08 0,08 0,08 0,08 Mn 1,90 1,71 1,74 1,80 1,90 1,90 1,90 1,90 Ti - - - - 0,08 0,15 0,08 0,16 Nb - 0,029 0,105 0,18 - - 0,050 0,057 30 Al 0,048 0,042 0,049 0,045 0,058 0,061 0,050 0,068 B 0,008 0,010 0,010 0,010 0,008 0,008 0,008 0,009 Les essais effectués avec les compositions A à | et A1 à H' ont été effectués à une vitesse de refroidissement comprise entre 8 et 10°G par minute depuis une température de recuit de 920°. 35 Etant donné la faible proportion de perlite, " la vitesse de refroidissement n'a guère d'influence. Soutes les valeurs se sont avérées à peu près les mêmes après un refroidissement de 50°C par minute, ce qui prouve que l'acier selon l'invention présente line structure stable et que les valeurs indiquées peuvent être 40 garanties jusqu'à des épaisseurs de tôle de 50 BAD ORIGINAL 6v 2001Û "6" 2010988 OJLSLJJLïJLè-ïJLSJLê 1®) Acier de construction à résistance élevé© pour la fabrication de pièces soudées par fusion, notamment d© réservoirs pour le stockage d© gaz liquéfiés, ou de tôles plaquées, acier «pis 5 sous forme ds produits lésiné s aysat d© préférence subi im reçoit rioxsal, présente une liait© él&sfeiçp® d'au moins 56 jkg/ig®5' et d@s tempéra'tares de transition, -m la résilience» transversalement aa gens du laxainage, d© respectivement -60°0 au moins (essai Citarpy sur éprouvette entaillé- ©a ¥) et d© -90® (essai BWl), et, 10 longitudinaleaent au sens ta laminage, de respectivement -30®0 au moins (essai Charpy sur éprouvette entaillé© ©a Y) et de -100® (essai 2VM) ; cet acier étant caractérisé en ©e fa*il renferme s 0,04- à 0,09 % d© carbone, 1,60 à 1,90 % de sanganèse, 15 0,55 à 0,50 % cl© silicium 0,025 à 0,80 % a"aluminium (à l'état métallique) et un ou plusieurs des éléments suivante s 0 à 0,5 % de niobium 0 à 0,25 % de titane 20 0 à 0,25 % â© vanadium, le reste étant constitué de fer et des impuretés 'usuelles. 2°) Acier de construction à résistance élevée suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il renferme, pour offrir une limite élastique d'au moins 42 kg/W% 0,01 à 0,5 % de niobium, 25 de préférence 0,02 à 0,1 %» 3°) Acier de construction à résistance élevée suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il renferme, pour offrir une limite élastique d'au moine 42 kg/mm^, 0,04 à 0,25 % de titane, de préférence 0,07 à 0,2 %. 30 4°) Acier de construction à résistance élevée suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il renferme, pour offrir une 2 limite élastique d'au moins 42 kg/mm , 0,04 à 0,25 % de vanadium, de préférence 0,07 à 0,20 ?!» 5°) Acier de construction à résistance élevée suivant la re-35 vendioation 1, caractérisé as es ïû'ii renferme» pour offrir une limite élastique d'au .t --iss 45 kg/ras ,0s 01 % & Qs1> â» niotaum et 0,04 à 0,20 % d® titan® ou e/'-.'ore 0,01 à 0,1 % de niobium et 0,04 à 0,2 % d® vanadium» S®) traitement thermique pour un asiei? sqIob. dss reven.- dilations 1 à 5s ot pour le test indicé d&ns ia revandi©etion 1, caractérisé sa ^uo isaci&r sst treapé X l'eau âepsie des températures sapéri^yrss à 1 000°C>5 notassent 4@s •sempérat^es cosprises-entre *1 100 et 1 «200® 0. bad original