Brevet FR2190932A1 — publié le 19740201

t'invention concerne un acier de construction au niobium à grains fins, et résistant à la chaleur, pour les grosses tôles et les pièces forgées destinées à a fabrication de tambours de chaudières et autres récipients sous pression. Il est connu d'ajouter à de tels aciers, pour rendre pus fines leur texture primaire et leur texture secondaire, du niobium à une teneur de l'ordre de grandeur de 0,03 à 0,06 %. Des teneurs en niobium de cet ordre de grandeur entratnent une amélioration notable de la ténacité et une élévation de la limite élastique à chaud. Elles entraînent par contre une sensibilité de l'acier en ce qui concerne le stress relief cracking".On entend par là des fissures qui prennent naissance par suite de phénomènes de dissolution lors du soudage et de phénomènes de ségrégation dans la zone de transition de la soudure, principalement aux limites des grains primaires lors du recuit sans tension. On peut éprouver la sensibilité d'un acier relativement à ce genre de fissures par l'essai de relaxation selon Murray. Ce procédé est décrit dans "British Welding Journal't d'Août 1967, pages 447 et suivantes. tes aciers résistant à la chaleur ayant des teneurs en niobium comprises entre 0,03 et 0,06 ffi ont dans cet essai un temps de stabilité qui n'est que de quelques secondes. Pour les aciers connus résistant à la chaleur, destinés aux tambours de chaudières, on obtient les caractéristiques mécaniques optimales par un traitement d'amélioration au moyen d'air ou encore d'eau : on soumet les aciers à un traitement de recuit normal, puis, après les avoir refroidis à l'air ou trempés à l'eau, à un traitement d'adoucissement. Ils présentent dans cet état leur soudabilité la plus favorable, de sorte qu'avant de les souder on les traite thermiouement de la façon indiquée. Un recuit sans tension, que dans certains cas on doit répéter plusieurs fois, est en général nécessaire après soudage. Partant de cet état de la technique, l'invention s'est donné pour but, dans le cas d'un acier au niobium résistant à la chaleur, à grains fins pour grosses tales et pièces de forge desti nges à la fabrication de tambours de chaudières et autres récipients sous pression, d'une part d'unir de très bonnes caractéristiques de ténacité et une limite élastique à chaud élevée, et d'autre part une absence de sensibilité relativement au stress relief cracking", et aussi de simplifier le traitement thermique. Suivant l'invention, on atteint ce but quand l'acier a la composition suivante : a max. 0,i6 %, Si 0,10 - 0,50 ?;c, Mn 1,0 1,6 %, P max. 0,025 %, S max. 0,025 , ii 0,60 - 1,20 , Mo 0,L0 - 0,40 %, Cr 0,20 - 0,40 %, Nb 0,005 - 0,015 %, le reste étant du fer et les impuretés usuelles. De façon surprenante, la faible teneur en niobium de 0,005 à 0,015 % a bel et bien pour effet d'améliorer la ténacité et la limite élastique à chaud ; cependant la sensibilité de l'acier relativement au "stress relief cracking" n'est pas augmentée. Tandis que dans l'essai de relaxation Nurray l'acier connu 15 NiCuMoNb 5 de la composition C max. 0,17 %, Si 0,25 - 0,50 %, Ma 0,8 - 1,2 %, P max. 0,035 % , S max. 0,035 fo, Ni 1,0 - 1,3 , Cu 0,5 - 0,8 %, Mo 0,25 - 0,50 %, Nb env. 0,025 fo, N max. 0,020 %, le reste étant du fer - éprouve déjà la rupture après quelques secondes, l'acier suivant l'invention a atteint des temps de stabilité d'environ 30 minutes. Le traitement de revenu des aciers améliorés connus a lieu à des températures comprises entre 5800C et 7500 C, et le recuit sans tension entre 5300C et 6000C. Si, pour les aciers connus, on rassemble les deux traitements thermiques, et si, par exemple, on fait disparattre à 6500C les tensions internes de l'acier BW 38 de la composition : C P d 0,025 %, S Un défaut fréquemment observé du traitement thermique appa ratt dans le recuit normal et dans l'austénisation précédant un traitement d'amélioration surtout des tales épaisses et des pièces à paroi épaisse. Le point Ac3 était certes dépassé, mais la durée de maintien, surtout dans la zone à coeur, ne suffisait pas pour qu'on obtienne une transformation complète alpha-gamma. La structure secondaire laisse alors reconnaître différentes formes de texture juxtaposées, qui provoquent une dimension de grain assez grossière et moyenne et d'assez faibles ténacités.Pour éviter ce défaut, on propose, suivant l'invention, d'exécuter le recuit normal des tales laminées avec l'acier et des pièces forgées, tout d'abord à environ 900C au-dessus du point Âc3 - c'est-à-dire à environ 600 au-dessus de la température usuelle dtausténisation, puis de refroidir lentement les tales jusqu'à une température supérieure de 20 à 300 au point Ac3, et, après égalisation de la température, de les refroidir à la température ambiante. Ce refroidissement peut avoir lieu soit au contact de l'air calme, soit accéléré, par exemple dans l'eau. Le revenu et le recuit sans tension des pièces terminées soudées ensemble a avantageusement lieu avec un temps de maintien, exprimé en minutes, égal à environ 2 ou 3 fois l'épaisseur de la tôle, exprimée en mm.On obtient alors de façon fiable une disparition des tensions. L'invention va maintenant Qtre exposée sur un exemple dexécution. On soumet à un recuit normal à 9900C un acier de la composition C 0,14 7S, Si 0,37 , Mn 1,30 %, P 0,010 , S 0,012 %, li 0,031 %, Cr 0,33 , Mo 0,33 , Ni 1 ,01 %, Nb 0,007 %, le reste étant du fer, après égalisation de la température dans le four, on le refroidit à 9200C, puis, à nouveau après égalisation de la températu- re, on le refroidit au contact de l'air au repos, puis on le fait revenir à 610 C avec un temps de maintien de 3 minutes par mm dté- paisseur de la tôle, soit 120 mn pour 40 min. Ensuite a lieu le re froidissement au contact de l'air au repos. Le résultat des essais relatifs à la limite élastique, à la rcsistazlce, à la résilience et de la température de transition exécutés sur des éprouvettes de Pellini sont indiqués dans le tableau ci-après sous a) comme valeur moyenne de différents essais individuels. À titre de comparaison, on soumet à un recuit normal à 9300C des tôles d'acier provenant de la même masse fondue, et pour le reste soumises au traitement ther inique indiqué ci-dessus. Les résultats sont indiqués sous b). Traite- limite résistance résilience a k éprou- tempérament élastique kinin2 I30 à ture de k2 entaille en V transi min 200 trans- + 0 tion versal trans versal OC a) 53,0 67,2 8,6 17,2 - 50 b) 52,2 65,8 6,0 9,0 - 20 Les résultats de l'épreuve technologique montrent que la résistance et la limite élastique ne sont pas notablement augmentées par le traitement suivant l'invention, mais que les valeurs de la ténacité le sont nettement. 1épreuve de Murray a donné pour les deux sortes de traitement des temps de stabilité environ 30 mn. te comportement favorable dans l'essai de relaxation Murray peut donc, même avec un traitement thermique moins favorable, eAtre atteint déjà par la seule composition de l'acier suivant l'invention. REVENDICATIONS 1. - Acier de construction au niobium à grains fins, et résistant à la chaleur, pour les grosses tôles et les pièces forgées destinées à la fabrication de tambours de chaudières et autres récipients sous pression, caractérisé par le fait qu'il a la composition suivante : C max. 0,16, Si 0,10 - 0,50, Mn 1,00 - 1,60, P max. 0,025, S max. 0,025, Ni 0,60 - 1,20, Cr 0,20 - 0,40, Mo 0,20 - 0,40, Nb 0,005 - 0,015, le reste étant du fer et les impuretés usuelles. 2. - Procédé pour fabriquer des objets en soudant ensemble des tôles et pièces forgées en un acier selon la revendication 1, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'on soude ensemble les tôles et pièces forgées dans leur état uniquement recuit normalement, et après soudage, le revenu et le recuit sans tension ont lieu à une même température dans une phase opératoire unique. 3. - Procédé suivant la revendication 2, dans lequel on exécute tout d'abord à environ 900C au-dessus du point Àc3 le recuit normal des tôles et pièces forgées fabriquées en cet acier, puis on refroidit lentement les objets jusqu'à une température supérieure de 20 à 300 au point Bics, et, après égalisation de la température, on les refroidit à la température ambiante. 4. - Procédé suivant la revendication 2, dans lequel le revenu et le recuit sans tension ont lieu avec un temps de maintien dont la valeur, exprimée en minutes, est égale à environ 2 à 3 fois l'épaisseur de la tôle exprimée en millimètres.