Brevet FR2178777A1 — publié le 19731116

La présente invention concerne les flux pour le soudage des aciers austénitiques fortement alliés. Actuellement, pour le soudage des aciers au chrome-nickel, au chrome-nickel-molybdène et d'autres aciers austénitiques fortement alliés, on emploie des flux faiblement siliciés ou des flux halogénés. Toutefois, on obtient dans ce cas des soudures à phase unique présentant des fissures à chaud qui, lors de l'utilisation du matériel comportant de telles soudures, provoquent des casses. Pour prévenir la fissuration à chaud on réalise des soudures ayant une structure à deux phases (austénite-ferrite, austénite-carbure ou austénite-borure). Mais la présence d'une seconde phase n'est pas toujours admissible dans la soudure, car elle peut causer une corrosion structurale sélective quand les pièces ainsi soudées sont utilisées dans des milieux très agressifs, par exemple dans l'acide.sulfurique concentré. En outre,il est difficile d'assurer une quantité déterminée de la seconde phase dans la soudure quand le métal à souder est un acier à grande réserve d'austénicité. Des recherches ont permis d'établir qu'il est possible de prévenir les fissures à chaud dans une soudure purement austénitique, en diminuant sa teneur en silicium, soufre et hydrogène, ainsi qu' en bloquant les dislocations au moyen d'oxydes dispersés, ce qui assure la fixation d'une distribut i granulaire plus uniforme des imperfections du réseau cristallin de l'austénite et des impuretés nuisibles qui y sont dissoutes. Ces résultats peuvent être obtenus en ajoutant au flux une quantité importante d'oxydes actifs, par exemple d'oxydes de fer. On connaît déjà un flux contenant de l'oxyde de silicium, de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de calcium, de l'oxyde de magnésium, de l'oxyde de manganèse, des oxydes de fer et du fluorure de calcium (voir certificat d'auteur d'invention U.R.S.#. NO 151.185, cl. 49h, 3610). Ce flux assure l'obtention de soudures comportant moins de fissures à chaud, mais ne prévient pas complètement l'apparition de celles-ci. tes procédés connus de fabrication de flux fondus pour le soudage des aciers austénitiques fortement alliés prévoient la fusion simultanée d'une charge contenant de la fluorine, du minerai de manganèse, de la magnésite ou de la dolomie, de l'alumine, du sable et d'autres constituants, suivie de la granulation,dans l'eau, de la matière en fusion ainsi obtenue. l'absence de flux et de procédés de fabrication de flux assurant l'obtention de soudures denses à phase unique lors du soudage mécanisé des aciers austénitiques fortement alliés, crée d'importantes difficùltés dans la fabrication de matériels destinés à travailler dans des milieux très agressifs. les prescription de plus en plus sévères auxquelles doivent satisfaire les caractéristiques de résistance mécanique des assemblages soudés et de résistance à la-corrosion des matériels fabriqués rendent nécessaire la recherche de nouvelles compositions de flux et de nouveaux procédés dé fabrication de ceux-ci. Le but de la présente invention est de résoudre les problèmes qui viennent d'être mentionnés. Il s'agissait pour cela de créer un flux dont les teneurs en constituants assureraient l'obtention de soudures purement austénitiques sans fissurations à chaud et à basse teneur en silicium, soufre et hydrogène, dont la composition chimique serait peu tributaire du régime de soudage et qui ne le cèderaient en rien au métal de base du point de vue des caractéristiques physico-chimiques. La solution consiste enun flux pour ie soudage d'aciers austénitiques fortement alliés, du type contenant de l'oxyde de silicium, de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de calcium, de l'oxyde de magnésium, de l'oxyde de manganèse, des oxydes de fer et du fluorure de calcium, et dans lequel, selon l'invention, les pourcentages pondéraux desdits constituants sont les suivants oxyde de silicium........... silicium de 15 à 21%, oxyde d'aluminium ....... de 14,5 à 18,5%, oxyde de calcium............ calcium de 13,5 à 17,5%, oxyde de magnésium de 7 à 10%, oxyde demanganèse de 2 à 5%, fluorure de calcium de 19 à 23%, oxydes de fer (au total) de 12 à 22%. Le flux de composition conforme à l'invention est doué de bonnes propriétés technologiques pour le soudage et assure l'obtention de soudures fortement alliées, purement austénitiques, sans fissurations à chaud et qui ne le cèdent en rien au métal de base du point de vue des caractéristiques de résistance mécanique et de résistance à la corrosion. Pour fabriquer le flux de l'invention, on a mis au point un procédé du type consistant à fairqtondre une charge contenant de la fluorine, du minerai de manganèse, de la magnésite ou de la dolomie, de l'alumine, du sable et des oxydes de fer, et à procéder ensuite à la granulation, dans l'eau, de la matière en fusion ainsi obtenue, procédé dans lequel, selon l'invention, on amène les oxydes de fer, sous forme de calamine, sur la charge en fusion et on maintient celle-ci, tout en la mélangeant, pendant 3 à 5 minutes avant de la verser dans l'eau. Un tel procédé de fabrication du flux assure une distribution uniforme des oxydes de fer dans toute la masse de la matière fondue et prévient la réduction des oxydes de fer en fer. Pour une meilleure compréhension de l'invention, un exemple non limitatif de composition du flux proposé et de mise en oeuvre du procédé de fabrication de celui-ci est décrit dans ce qui suit. Une charge pour l'obtention du flux proposé est préparée à partir des matières premières suivantes: fluorine (concentrée), minerai de manganèse, magnésite ou dolomie, alumine, sable et calamine de fer. On utilise une calamine d'aciers non alliés provenant des cages de finition des laminoirs. La composition chimique de la calamine de fer est la suivante 'Fer ' Silicium ' Manganèse ' Soufre ' Phosphore 'Résidu insoluble ,minimum, r , maximum ,72,0 0,15 0,35 , 0,03 0,02 0,4 La fusion de la charge s'effectue dans un four électrique de fusion de flux, pourvu d'un revêtement métallique refroidi par eau. le régime de fusion est choisi selon la construction du four et le type de transformateurs d'alimentation. Au cours de la fusion de la charge on maintient un régime de fusion optimal de manière à ce qu'elle fonde tranquillement, sans éjections ni jaillissements. On verse la calamine sur la surface de la charge en fusion et on brasse soigneusement pendant 3 à 5 mn. Ceci fait, on procède à la granulation de la matière fondue dans l'eau. Dans le flux ainsi obtenu les pourcentages pondéraux des constituants sont les suivants oxyde de silicium .......................... de 15 à 21 %, oxyde d'aluminium ........................... de 14,5 à 18,5%, oxyde de calcium ..................... de 13,5 à 17,5%, oxyde de magnésium ....................,..... de 7- à 10 %, oxyde de manganèse .......................... de 2 à 5 %, fluorure de calcium ........................ de 19 à 23 %, oxydes de fer (au total) .................... de de12 à 22 %. les essais ont montré la présence d'oxydes de fer dans le flux préparé d'après le procédé de l'invention,rermet de prévenir le déroulement des réactions de dégagement du silicium par réduction et le passage du silicium du flux dans la soudure, de diminuer de 50 à 60 Xo la teneur de la soudure en hydrogène comparativement aux matériaux de soudage de départ, et de 40 à 50 fo la teneur en soufre. les soudures ne présentent pas de défauts d'origine métallurgique (pas de fissurations à chaud, pas de porosités ni d'inclusions non métalliques de forme défav~ile). le flux assure une bonne formation du métal des soudures, une séparation facile de la croûte de scorie ; il présente une toxicité beaucoup plus basse que les flux connus employés pour le soudage des aciers fortement alliés. Il peut aussi etre employé pour le soudage des produits bimétalliques, plaqués d'une couche d'aciers austénitiques stables fortement alliés. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVEND I C A T IONS 1. - Un flux pour le soudage d'aciers austénitiques fortement alliés, du type contenant de l'oxyde de silicium, de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de calcium, de l'oxyde de magnésium, de l'oxyde de manganèse, des oxydes de fer et du fluorure de calcium, caractérisé en ce que les pourcentages pondéraux desdits constituants sont les suivants oxyde de silicium ........................ de 15. à 21 %, oxyde d'aluminium .................. i...... de 14,5 à 18,5%, oxyde de calcium ......................... de 13,5 à 17,5%, oxyde de magnésium ........................ de 7 à 10 %, oxyde de manganèse ....................... de 2 à 5 %, fluorure de calcium ..................... de 19 à 23 %, oxydes# de fer (au total) ................ de 12 à 22 %. 2. - Un procédé de fabrication de flux pour le soudage des aciers austénitiques fortement alliés, du type consistant à faire fondre une charge contenant de la fluorine, du minerai de manganèse, de la magnésite ou de la dolomie, de l'alumine, du sable et des oxydes de fer, et à procéder ensuite à la granulation dans l'eau de la matière en fusion ainsi obtenue, caractérisé en c-e qu'on amène les oxydes de fer, sous forme de calamine,sur la charge en fusion, puis on maintient celle-ci, tout en la mélangeant, pendant 3 à 5 minutes avant de la verser dans l'eau.