Brevet FR2419333A1 — publié le 19791005

La présente invention se rapporte à un acier structural soudable ayant une bonne résistance au criquage par soudage et une bonne ténacité dans la zone affectée par la chaleur de soudage. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un acier structural soudable contenant du niobium et d'une résistance à la traction comprise entre 40 et 80 kg/mm , cet acier présentant une ténacité améliorée dans la zone affectée par la chaleur de soudage et une bonne résistance au criquage par soudage du fait qu'il a une composition prédéterminée permettant de limiter la quantité des îlots martensitiques formés dans la zone affectée par la chaleur de soudage à une valeur non supérieure à 15%, en termes de pourcentage de section. Le niobium constitue un élément qui, lorsqutil est ajouté à l'acier en quantité correspondant à une trace, améliore remarquablement la résistance et la ténacité de ce dernier et qui est économiquement avantageux. Pour ces raisons, on utilise de plus en plus des aciers au niobium pour la fabrication de pipe-lines, de navires, de récipients sous pression, de ponts et de structures semblables. Cependant, l'acier au niobium présente l'inconvénient d'avoir une mauvaise ténacité dans la zone affectée par la chaleur de soudage, notamment lorsquton utilise un procédé de soudage à haut rendement tel qu'un procédé de soudage à l'arc immergé où l'on opère d'un seul côté, car il se produit alors une grande fragilité dans la zone affectée par la chaleur de soudage. Ces dernières années, on a étudié plus particulièrement ce problème et on a imposé aux aciers utilisés pour réaliser des structures soudables des impératifs sévères, les matières devant présenter une ténacité suffisante dans la zone du joint de soudure meme à des températures ultra-basses de l'ordre de - 600C. Récemment, on a eu à mettre en place des pipe-lines de transport de pétrole ou de gaz naturel dans des régions ultra-froides et on s'est rendu compte que l'acier au niobium classique utilisé pour la fabrication des pipelines présentait une fragilité dans la zone affectée par la chaleur de soudage et ne présentait par conséquent pas une ténacité suffisante pour résister dans de telles conditions, à moins d'agir au détriment de ltefficacité des travaux de soudage.Entre temps, on a utilisé de plus en plus des sources d'énergie de remplacement du pétrole, telles que gaz naturel et gaz de pétrole liquéfiés, et on a constaté alors également que les besoins en acier résistant aux basses températures étaient de plus en plus grands, ces aciers étant utilisés pour le transport desdites sources d'énergie (par exemple un transporteur de gaz naturel liquéfié du type brise-gla ce), pour former des réservoirs de stockage et des structures semblables. On a rencontré également dans ce cas les mêmes difficultés que pour l'acier de fabrication des pipe-lines. Les contre-mesures prises à ltheure actuelle font appel soit à un soudage manuel soit à un soudage à 11 arc immergé et à passes multiples qui limite l'apport de chaleur dans la zone de soudure en vue de contrebalancer son influence. On se rend compte qu'il est par conséquent nécessaire de mettre au point un acier qui ne soit pas affecté par une fragilité dans la zone soumise à la chaleur de soudage et qui présente une excellente résilience aux basses températures, meme lorsqu'on effectue un soudage avec fort apport de chaleur ou un soudage à haut rendement. Un autre impératif imposé à l'acier soudable est qt?il n1 ait pas besoin d'etre préchauffé avant soudage, meme dans une atmosphère à basse température, pour empêcher le criquage dans le joint soudé. Cela est nécessaire pour réduire le cout de soudage.L'acier doit donc également posséder une faible sensibilité au criquage par soudage. D'une manière classique, en effet, les aciers au niobium présentent une assez mauvaise résistance au criquage par soudage par comparaison à des aciers ne contenant pas de niobium et on les utilisé en les soumettant par conséquent à un préchauffage à une température de 50 à 1000C. Cela s'explique par le fait que le joint soudé et la partie proche du joint dans la zone affectée par la chaleur de soudage sont rapidement portés à une température d'environ 1300 C ou plus et que des carbonitrures de niobium qui précipitent en cours de laminage du métal ou après trempe et revenu sont thermiquement décomposés par la chaleur de soudage et se redissolvent dans la matrice, en augmentant ainsi notablement l'aptitude de durcissement de l'acier et en durcissant la partie proche du joint soudé.Pour éviter un durcissement de la zone affectée par la chaleur de soudage,on doit théoriquement réduire au minimum la quantité de niobium en redissolution. Cependantl cela est contradictoire avec les caractéristiques essentielles d'un acier contenant du niobium. Il faut citera en ce qui concerne le domaine connu,les brevets US suivants 3.592.633, 3.807.990, 3.619.303, 3.725.049, 3.721.587, 3.132.025. L'invention a pour but de résoudre parfaitement les problèmes mentionnés ci-dessus en ce qui concerne le soudage rationnel de l'acier au niobium et elle concerne un acier structural soudable possédant une bonne ténacité dans la zone affectée par la chaleur de soudage ainsi qu'une bonne résistance au criquage par soudage, l'acier pouvant cependant etre fabriqué à un prix de revient réduit et possédant également une bonne résistance mécanique. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention, on atteint l'objectif mentionné ci-dessus à l'aide d'un acier structural soudable possédant une bonne ténacité dans la zone affectée par la chaleur de soudage et une bonne résistance au criquage par soudage, ledit acier contenant de 0,05 à 0,08% C, 0,01 à 0,50 % Si, 1,20 à 2,50% Mn, 0,005 à 0,07% Nb, 0,005 à 0,030% Ti, 0,005 à 0,06% Al et le complément de fer et d'impuretés inévitables, / C (%) + lON (%)] n'étant pas supérieur à 0,12%, et Nb (%) x [C (%) + lON (%)] n'étant pas supérieur à 4 x 10 3 pour limiter la quantité d'ilots martensitiques formés dans la zone affectée par la chaleur de soudage à une valeur non supérieure à 15%, en termes de pourcentage de section. Suivant un second mode de réalisation de l'invention, on obtient un acier structural soudable possédant une bonne ténacité dans la zone affectée par la chaleur de soudage et une bonne résistance au criquage par soudage, ledit acier contenant de 0,05 à 0,08% C, 0,01 à 0,50% Si, 1,20 à 2,50% Mn, 0,005 à 0,07% Nb, 0,005 à 0,030% Ti, 0,005 à 0,06% Al, au moins un élément intervenant dans la quantité prescrite et choisi dans le groupe comprenant jusqu'à 0,50% Cu, jusqu'à 1,50% Ni, jusqu'à 0,50% Cr, jusqu'à 0,60% Mo, jusqu'à 0,10% V, jusqu'à 0,003% b, jusqu'à 0,02% Ce et jusqu'à 0,003% Ca, et le complément de fer et d'impuretés inévitables, [C (%) + lON (%)] n'étant pas supérieur à o, 12% et Nb (%) x [C (%) + loN (%)] n'étant pas supérieur à 4 x en vue de limiter la quantité des flots martensitiques formés dans la zone affectée par la chaleur de soudage à une valeur non supérieure à 15% en termes de pourcentage de section. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 est un diagramme donnant la relation entre la quantité d'îlots martensitiques formés dans la zone affectée par la chaleur de soudage et C (%) + lON (), Fig. 2 est un diagramme donnant la relation entre la valeur de résilience du joint soudé et C () + lON (), Fig. 3 est un diagramme donnant la relation entre la quantité d'îlots martensitiques formée dans la zone affectée par la chaleur de soudage et Nb (%) x [C (%) + lON (0 7, Fig. 4 est un diagramme donnant la relation entre la valeur de résilience du joint soudé et Nb (0 x [C (%) + ION (9 ~/, Fig. 5-I et -II sont des photographies montrant respectivement la microstructure du joint soudé et de la partie proche du joint (grossissement : 1000 x ), et Fig. 6 est un diagramme mettant en évidence l'influence de l'apport de chaleur de soudage sur la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage. Une réduction de la teneur en carbone, de I'àquivalent-car- bone et de la teneur en N ainsi qu'une addition de Ti constituent des méthodes classiquement utilisées pour améliorer la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage et de la résistance au criquage par soudage. Cependant, dans un acier contenant du niobium, ou n'a pu utiliser aucune de ces méthodes pour atteindre les objectifs envisagés, à savoir l'amélioration de la ténacité dans la zone affectée par la chaleur de soudage et la résistance au criquage par soudage. Les inventeurs ont soigneusement étudié la structure de la zone affectée par la chaleur de soudage dans un acier contenant du niobium et ils ont trouvé qu'une structure en forme de masse, appelée également pilot martensitique, qui se forme dans la structure bainitique supérieure constituait un point de départ ou de transmission de criques donnant lieu à une fragilité, que la formation de cette structure produisait une fragilité dans la zone affectée par la chaleur de soudage, que la quantité d'lots martensitiques formés augmentait proportionnellement l'augmentation des quantités de C, N et Nb et qu'une addition de Ti limitait la formation de ces îlots martensitiques.Pour résoudre ces problèmes mutuellement contradictoires, à savoir la diminution de la quantité des îlots martensitiques, l'amélioration de la ténacité de la zone af fectée par la chaleur de soudage et l'utilisation efficace de l'amélioration de résistance obtenue par addition de Nb, les inventeurs ont amplifié leurs recherches et ils ont maintenant dés ou vert qu'une bande d'acier ayant une excellente ténacité dans la zone affectée par la chaleur de soudage et une résistance à la traction de 40 à 80 kg/mm pouvait être obtenue en maintenant les teneurs en C, N et Nb dans les inter-relations suivantes en vue de limiter la quantité d'ilots martensitiques formés à une valeur non supérieure à 15%:: C (%) + lON (%) Les inventeurs ont en outre trouvé que, lorsque la teneur en carbone était réduite à une valeur non supérieure à 0,08%, la qualité de la zone affectée par la chaleur de soudage dépendait uniquement de la teneur en carbone de sorte que la résistance au criquage par soudage n'tait pas altérée même en ajoutant d'autres éléments d'alliage en vue d'améliorer la résistance mécanique, et qu'une addition de Ti réduisait encore l'aptitude de durcissement de la zone affectée par la chaleur de soudage, en améliorant ainsi la résistance au criquage. L'invention est caractérisée en ce qu'on améliore la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage et la résistance au criquage par soudage d'un acier contenant du niobium en combinant les composants de la manière suivante 1) diminution de la teneur en carbone 2) diminution de la teneur en N 3) maintien des teneurs en C, N et Nb dans leur inter-rela tion mutuelle, et 4) addition d'une trace de Ti. Ainsi,selon l'invention, on obtient un acier contenant du niobium et qui a la composition suivante : 0,05 - 0,08% C, 0,01 - 0,50% Si, 1,20- 2,50 % Mn, 0,005 - 0,07% Nb, 0,005 - 0,030% Ti, 0,005 - 0,06% Al, au moins un élément choisi, lorsque cela est nécessaire, dans le groupe comprenant : jusqu'à 0,50% Cu, jusqu'à 1,50% Ni, Jusqu'à 0,50% Cr, jusqu'à 0,60% Mo, jusqu'à 0,10 % V, jusqu'à 0,003% B, jusqu'à 0,02% Ce et jusqu'à 0,003% Ca, et le complément de fer et d'impuretés inévitables, (%) + lON n'étant pas supérieur à 0,12% et Nb(%) x [C C (%) + lON (%)] n'étant pas supérieur à 4 x 10 en vue de limiter la quantité d'ilots martensitiques formés dans la zone affectée par la-chaleur de soudage à une valeur non supérieure à 15%, en termes de rapport de section, et par conséquent de limiter ou d'empêcher efficacement l'influence perturbatrice des ilots martensitiques sur la ténacité et la sensibilité au criquage de soudure.De cette manière, l'invention permet de résoudre parfaitement les problèmes mentionnés ci-dessus en ce qui concerne le soudage d'un acier au niobium classique et de pourvoir la. zone affectée par la chaleur de soudage, pendant un soudage avec fort apport de chaleur tel qu'un soudage à l'arc immergé effectué sur un côté ou sur deux côtés en une passe, d'une haute ténacité et d'une grande résistance au criquage par soudage, en lui conférant une résistance à la traction de l'ordre de 40 à 80 kg/mm2. On va maintenant décrire dans la suite pourquoi les composants de l'acier au niobium selon l'invention sont limités aux proportions spécifiques indiquées. Comme la teneur en carbone exerce une influence importante sur la quantité des ilotes martensitiques apparaissant dans la zone affectée par la chaleur de soudage, l'aptitude de durcissement de cette zone et l'amélioration de résistance mécanique du métal de base,on doit contrôler avec soin la teneur en carbone en relation avec les teneurs en N et Nb. Plus la teneur en C est faible1 plus la quantité d'lots martensitiques formés dans la zone affectée par la chaleur de soudage est petite et moins sa dureté est grande. En conséquence, la teneur en C est de préférence aussi faible que possible. Cependant, si la teneur en C est inférieure à 0,05, l'influence de Nb sur l'amélioration de la résistance est diminuée, ce qui impose d'ajouter d'autres éléments d'alliage coûteux et ce qui se traduit par un inconvénient du point de vue de la rentabilité. En outreoune teneur en C inférieure à 0,05% se traduit par une diminution de la productivité sur le plan de la technique de fabrication de l'acier. Pour ces raisons,on impose une limite inférieure de 0,05%. D'autre part, l'influence du Nb sur l'amélioration de la résistancé mécanique augmente quand la teneur en C croît. Si la teneur en C dépasse 0,08, la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage est cependant altérée et des critiques ont tendance à se produire au moment du soudage à moins qu'on effectue un préchauffage. En conséquence,la limite supérieure est fixée à 0,08%. I1 est également nécessaire de limiter la teneur en carbone en relation avec les teneurs en N et Nb. Cependant, il devient difficile d'éliminer parfaitement l'influence perturbatrice des îlots martensitiques sur la ténacité dans la zone affectée par la chaleur de soudage si la teneur en C est limitée seulement dans la gamme précitée comprise entre 0,05 et 0,08%. En conséquence, en plus de cette limitation, on fait en sorte que la valeur / C(%) + ION () / ne soit pas supérieure à 0,12% en relation avec la teneur en N. Cela permet de donner à la zone affectée par l'échauf- fement une excellente ténacité. Le niobium constitue l'élément fondamental dans l'acier selon l'invention. En d'autres termes, l'acier selon l'invention est appelé un acier au niobium. Le Nb est extrêmement efficace pour améliorer la résistance et la ténacité de l'acier et il est disponible à un prix intéressant. L'effet d'addition augmente avec la quantité de Nb. Bien qu'il soit par conséquent possible d'ajouter une grande quantité de Nb, la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage et la résistance au criquage ont tendance à diminuer graduellement lorsque la quantité de Nb ajoutée augmente. I1 n'est par conséquent pas rentable d'ajouter une grande quantité de Nb. En tenant compte de ces points de vue, il est souhaitable que la limite supérieure soit de 0,07%.D'autre part, si la teneur en Nb est trop faible, il est difficile d'obtenir les propriétés envisagées pour l'acier au Nb. En conséquence,on adopte une limite inférieure de 0,005%. Puisque la teneur en azote est inévitablement déterminée par les deux formules précitées de limitation des teneurs en C et Nb, l'invention ne doit pas se rapporter particulièrement à la teneur en N. Cependant,N constitue un élément important dans l'acier selon l'invention du fait qu'il détermine la quantité d'lots martensitiques formés. La teneur en N doit de préférence etre aussi faible que possible. Selon l'invention, si la teneur en N est inférieure à 0,004, la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage est extremement bonne. Le titane a pour effet de réduire la quantité d'ilots martensitiques formés dans la zone affectée par la chaleur de soudage et d'améliorer encore la ténacité de cette zone; il a en outre pour rôle de limiter le grossissement des grains austénitiques dans la zone affectée par échauffement, notamment la partie proche du joint de soudure. Si la teneur en Ti est inférieure à 0,005%, l'effet dtinhibition exercé sur le grossissement des grains austénitiques par TiN devient insuffisant et il devient également difficile de fixer l'azote libre perturbateur et de le rendre inoffensif.En conséquence, la limite inférieure de la teneur en Ti est de préférence de 0,005. D'autre part, une addition excessive de Ti produit un grossissement de grains de TiN dans l'acier et la formation de grosses inclusions du type Ti, ce qui diminue la ténacité non seulement de la zone affectée par la chaleur de soudage mais également du métal de base proprement dit. Pour cette raison, on choisit une limite supérieure de Ti de 0,030. Le silicium définit la résistance mécanique du métal de base et joue le rôle d'un agent efficace de désoxydation pendant la fabrication de l'acier. On ajoute par conséquent pour ces raisons une quantité de Si comprise entre 0,01 et 0,50. Le manganèse est ajouté à l'acier pour lui donner la résistance mécanique nécessaire de la meme manière- que le Si mentionné cidessus. Si la quantité de Mn est inférieure à 1,2, il n'est cependant pas possible d'obtenir une bonne résistance mécanique et une grande ténacité dans l'acier au niobium fabriqué. C'est pour cette raison qu'on impose une limite inférieure de 1,2%. D'autre part, une addition excessive de Mn favorise la ségrégation du manganse dans le lingot d'acier, ce qui réduit la pureté de l'acier mais également facilite la formation d'ilots martensitiques dans la zone affectée par la chaleur de soudage et se traduit par une augmentation de l'aptitude de durcissement et par une réduction de la ténacité ainsi que de la résistance au criquage par soudage. Il est par conséquent souhaitable que la limite supérieure de la teneur en Mn soit de 2,5%. L'aluminium est utilisé comme élément de désoxydation et comme élément d'affinage de grains pendant la fabrication de l'acier. I1 joue également le rôle d'un élément de formation de nitrures en fixant l'azote libre qui est formé dans la zone affectée par la chaleur de soudage de sorte qu'il stabilise et améliore la ténacité de cette zone. Al est de préférence ajouté en quantité comprise entre 0,005 et 0,06% du fait qu'une addition excessive d'Al augmente les inclusions du type alumine et diminue la pureté de l'acier. En plus des éléments mentionnés ci-dessus, l'acier au niobium selon l'invention peut en outre contenir, si nécessaire, des quantités appropriées d'éléments en solution solide tels que Cu, Ni, Cr, Mo etc... et des traces d'eléments tels que V, B, Ca, Ce, etc...., pour améliorer encore la ténacité ou bien la résistance mécanique et d'autres propriétés de l'acier. Il est inutile de dire cependant que ces éléments doivent etre ajoutés dans des teneurs qui n'altèrent pas la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage et la résistance au criquage. Une limite prédéterminée est imposée à la quantité d'addition desdits éléments en tenant compte de leur influence particulière sur les propriétés de l'acier notamment la résistance mécanique et la ténacité, et également en considérant la technique de production. Le cuivre augmente la résistance mécanique de l'acier sans exercer une influence perturbatrice sur le métal de base et sur la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage et il a pour effet d'améliorer la résistance au criquage provoqué par l'hydrogène et la résistance à la corrosion. Si la quantité de Cu dépasse O,50%,des criques ont tendance cependant à se produire dans la surface de la tôle d'acier au moment de sa fabrication. En conséquence, la teneur en Cu ne doit pas etre supérieure à 0,50%. Le nickel a pour effet d'améliorer remarquablement la ténacité du métal de base et de la zone affectée par la chaleur de soudage. Une addition excessive de Ni n'est cependant pas souhaitable pour une structure soudable dans laquelle un criquage par corrosion sous contrainte imputable à des sulfures pose un problème sérieux et augmente le coût de production. En conséquence,il devient alors impossible d'exploiter au maximum l'avantage de l'acier au niobium que constitue le fait qu'il est un acier économique. I1 est par conséquent souhaitable d'ajouter Ni en quantité non supérieure à 1,50. Le chrome constitue un élément efficace pour maintenir la résistance mécanique du métal de base et du joint soudé lors d'un soudage réalisé avec un fort apport de chaleur. Cependant, une addition excessive de Cr durcit la zone affectée par la chaleur de soudage etréduit la résistance au criquage par soudage.I1 est par conséquent préférable d'ajouter Cr en quantité ne dépassant pas 0,50%. De même que le chrome, le molybdène constitue un élément efficace pour maintenir la résistance mécanique du métal de base et du joint soudé lors d'un soudage avec fort apport de chaleur. Cependant,une addition excessive ce Mo augmente la quantité d'lots martensitiques formés, diminue la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage et augmente la sensibilité aux criques produites par soudage. I1 est par conséquent préférable d'ajouter Mo en quantité non supérieure à 0,60%. Le vanadium constitue un élément qui améliore la résistance mécanique du métal de base, notamment en vue d'une réduction de la teneur en carbone et de l'équivalent -carbone.La limite supérieure de V est 0,10% du fait qu'une addition excessive produit une réduction de la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage ainsi que du joint de soudure. Le bore contribue à réduire la quantité de l'ilot martensitique formé dans la zone affectée par la chaleur de soudage et à améliorer la ténacité de cette zone. Lorsqu'on ajoute une quantité excessive de B, des composés de B précipitent dans les lisières entre grains austénitiques et diminuent sensiblement la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage et du métal de base.Il est souhaitable d'ajouter B en quantité non supérieure à 0,003%. Le cérium a pour effet de contrôler la forme et les dimensions des inclusions du type sulfure qui sont formées dans l'acier, d'améliorer l'anisotropie, de réduire la sensibilité aux criques produites par l'hydrogène et de fixer S comme l'élément d'impureté dissous dans le cycle d'échauffement de soudage, ce qui empeche ainsi la précipitation de S dans les lisières entre grains austénitiques. Ce a pour effet d'améliorer la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage lors d'un soudage avec fort apport de chaleur, par exemple un soudage d'un côté ou bien des deux côtés avec une passe dans chaque rainure.Lorsqu'on ajoute Ce en grande quantité, il se forme cependant des inclusions du type sulfure, des inclusions du type oxyde et des inclusions complexes de sulfures et d'oxydes de Ce à la base du lingot d'acier et il se forme des défauts qui peuvent être détectés à l'aide d'un détecteur ultrasonique. En conséquence,il est recommandé d'ajouter Ce en quantité ne dépassant pas 0,02fui. Le calcium a les mêmes effets que le Ce mentionné ci-dessus. En outre, de fines inclusions de Ca empêchent un grossissement des grains austénitiques ou bien limitent la formation de l'ilot martensitique du fait qu'il joue le rôle de noyaux de formation pendant la transformation de la ferrite. Pour permettre à Ca d'exercer son influence maximale, il est nécessaire de limiter sa teneur à une valeur non supérieure à 05003%. Plus avantageusement, on doit ajouter Ca en quantité rentrant dans la plage comprise entre 0,0005 et 0,002%. En ce qui concerne la résistance au criquage par soudage, l'équivalent-carbone ou la valeur PCM définis par les formules suivantes sont généralement utilisés comme échelle de mesure de la sensibilité au criquage par soudage de l'acier selon l'invention: Equivalent-carbone (Ceq) = C + 1/24 Si + 1/6 Mn + 1/40 Ni+1/5 Cr + 1 1 24 Mo + l4 V Valeur PCM = C + 1/30 Si + 1/20 (Mn + Cu + Cr) + 1/60 Ni + 1/15Mo + 1/10 V + 5B @@ 10 @@@ Dans le cas d'aciers ayant une faible teneur en carbone comme l'acier selon l'invention, l'aptitude au durcissement de la zone affectée par la chaleur de soudage est cependant presque exclusivement déterminée par la teneur en carbone.En conséquence, dans l'acier selon l'invention où la teneur en carbone est réduite et auquel on ajoute du Ti, la résistance au criquage par soudage devient naturellement bonne. En conséquence, on ne fait pas intervenir dans la présente invention de limitation en ce qui concerne ces paramètres. Cependant, lorsque l'équivalent carbone et le PCM augmentent, la ténacité de la zone affectée par échauffement lors du soudage avec fort apport de chaleur a tendance à diminuer. En conséquence, on donne auxdits paramètres des valeurs aussi faibles que possible dans la plage précitée en vue de ne pas réduire la résistance mécanique de acier. En plus de tous les composants mentionnés ci-dessus, P et S existent dans l'acier sous la forme d'impuretés inévitables. Bien que ces impuretés doivent être de préférence aussi faibles que possible, on admet selon l'invention la présence de P et S jusqu'à une teneur respective de 0,020%. Il n'existe aucune limitation particulière en ce qui concerne le procédé de fabrication de l'acier selon l'invention ou les conditions opératoires telles que le laminage on peut utiliser dans le cadre de l'invention des procédés de production et de traitement de l'acier au niobium ordinaire. Ainsi, on peut l'utiliser sous une forme de tôle laminée à chaud sans traitement thermique. En outre, on peut ltutiliser également sous différentes formes de tôle, telles qu'une tôle qui a été soumise à un traitement de normalisation après laminage à chaud ainsi qu'une tôle qui a été soumise à un traitement de revenu ou bien de trempe et de revenu de la manière ordinaire.Selon l'ìnvention, il est possible de limiter dans toutes les formes de tôles mentionnées ci-dessus la quantité d'îlots martensitiques formés dans la zone affectée par la chaleur de soudage à une valeur non supérieure à 15%, exprimée en termes de pourcentage de section, et de donner à l'acier d'excellentes propriétés, notamment une bonne ténacité et une grande résistance au criquage par soudage. On va donner dans la suite un exemple d'application de l'acier selon l'invention. EXEMPLE 1 On a fabriqué une tôle d'acier de 25 mm d'épaisseur à partir de chacun des lingots d'acier de compositions variables, comme indiqué dans le tableau 1. Pour plus de commodité, le tableau 1 indique également l'équivalent -carbone (Ceq) et la valeur PCM. On applique un procédé de soudage à l'arc immergé des deux côtés en une passe dans chaque rainure avec apport de chaleur de 80 KJ/cm et un procédé de soudage à l'arc immergé d'un côté en une passe à chacun des échantillons de tôle d'acier A à N (épaisseur 25 mm) de façon à étudier les valeurs de résilience du joint soudé obtenu. On effectue également un "essai de fissuration par soudage avec chanfrein en Y", conformément à la norme japonaise JIS Z 3158, sur chacun des échantillons de tôle d'acier afin de déterminer leur résistance à la fissuration pr soudage.Les résultats de ces essais sont indiqués dans le tableau 2. Les échantillons A à G sont formés de l'acier selon l'invention tandis que les échan- tillons H å N sont des échantillons comparatifs, N étant un échantillon qui a la composition d'un acier au niobium classique. Comme indiqué dans le tableau 2, les échantillons A à G selon l'invention présentent tous une forte résilience d'au moins 8 kg/m, indépendamment de l'apport de chaleur. Au c, traire on les les échantl ns comparatifs trouve des résiliences comprises entre 2 kg/m et 6 kg/m/H à Mquine satisfont pas aux impératifs selon l'invention en ce qui concerne les valeurs (%) + lON et et Nb (%) x / C (%) + 1ON (%)~/ bien que ces échantillons aient une composition voisine de celle des échantillons selon l'invention et de l'échantillon comparatif N. On peut par conséquent se rendre compte que les échantillons selon l'invention ont dans le joint soudé une ténacité supérieure d'environ 2 à 7 fois à celle des échantillons comparatifs. En ce qui concerne la température de préchauffage nécessaire pour empêcher une fissuration dans l'essai de fissuration par soudage avec chanfrein en Y, les échantillons A à G selon l'invention donnent tous des valeurs extrêmement faibles de - 200C ou moins tandis que les échantillons H à M et l'échantillon comparatif N donnent des valeurs comprises entre 0 C et 500 C, deux seulement donnant la valeur de - 20 C. On a constaté que les échantillons selon l'invention possédaient d'excellentes propriétés également en ce qui concerne la résistance au criquage par soudage en plus de leur excellente ténacité dans le joint soudé. Les figures 1 à 4 sont des diagrammes donnant les résultats indiqués dans le tableau 2 précité, en relation avec les valeurs / C (%) + lON (%)] ou Nb (%) x /C (%) + lON (%) 7. Les symboles donnés sur chaque figure correspondent aux numéros d'échantillons du tableau 2 et les repères ont les significations suivantes # : échantillons A- G selon l'invention # : échantillons comparatifs H - M X : échantillon N ayant la composition classique d'acier. La figure 1 montre la relation existant entre la quantité d'plots martensitiques formés dans le jdnt soudé réalisé par soudage à l'arc immergé d'un côté avec apport de chaleur de 150 KJ/cm. On effectue la mesure de la quantité d'lots martensitiques formés en utilisant un calculateur d'analyse d'image quantifiée (Q.T.M., fabriqué par la Société Metal Research Company). Sur la figure 1, la courbe en trait plein donne les valeurs des échantillons contenant du Ti et la courbe en trait interrompu correspond aux échantillons qui ne contiennent pas de Ti (échantillons L, M et N). Les nombres en regard de chaque point donnent la teneur en Nb ( x 10- ). Cette figure 1 montre que la quantité d'ilots martensitiques diminue lors de la réduction des valeurs de[C(%) + lON et Nb, et quand on limite la valeur deïC (%) + ION (%)]à moins de 0,12%, la quantité d'îlots martensitiques est limitée à une valeur non supérieure à 15%. La figure 2 est un diagramme donnant la relation entre la valeur de résilience (vEo) du joint soudé obtenu par soudage à l'arc immergé d'un côté en une passe et [C(%) + 10N (%)~7. On voit que la valeur de vEo augmente considérablement lorsque S (%) + lON diminue. En considérant la figure 2 et la figure 1 décrite cidessus, on peut noter que la condition structurale, c'est-à-dire la diminution de la quantité d'ilots martensitiques, exerce une forte influence sur l'amélioration de la ténacité dans la zone affectée par la chaleur de soudage. La figure 3 représente les résultats indiqués sur la figure I mentionnée ci-dessus en tenant compte de la relation existant entre la quantité d'ilots martensitiques et la valeur Nb (%) x / C (%) + lON (%)]. Les nombres en regard de chaque point donnent la valeur de[C(%) + -+ 10 N (%)]x10 La figure 3 montre que la quantité d'îlots martensitiques diminue quand la valeur Nb (%) x [C (%) + loN (%)] diminue, et/quand C (%) + loN )%) n'est pas supérieur à 0,12% et que Nb (%) x PC (%) + lON (%)~7 est limité à une valeur non supérieure à 4 x 10- , la quantité d'ilots martensitiques est limitée à une valeur non supérieure à 15%. La figure 4 est un diagramme qui montre la relation existant entre la valeur de résilience (vEo) du joint soudé réalisé par soudage à l'arc immergé d'un côté en une passe et Nb (%) x [C (%) + lON (O 7. On peut voir en se référant à la figure 4 et à la figure 3 que, lorsque (%) + lON (%)] et Nb (%) x [C (%) + lON (%)] sont respectivement limités à des valeurs non supérieures à 0,12% et 4 x 10 3, on peut maintenir la valeur de la résilience du joint soudé à un niveau supérieur à 7 kg/m. Les figures 5 -(I) et -(II) montrent respectivement la structure microscopique de la partie proche du joint de l'échan- tillon A selon l'invention et de l'échantillon N de type connu qui sont réalisés par soudage à l'arc immergé d'un côté en une passe (grossissement = 1000). Ces figures montrent que la quantité des Spots martensitiques formés dans la structure bainitique de l'échantillon selon l'invention (figure 5-(I), pourcentage de section = 5%), est extrêmement petite par comparaison à celle de l'échantillon de type connu (figure 5-(II), pourcentage de section = 18%). EXEMPLE 2 On a étudié l'influence de l'apport de chaleur par soudage sur la ténacité de la zone affectée par la chaleur de soudage pour l'échantillon A selon l'invention et pour l'échantillon comparatif N, chaque échantillon ayant la composition indiquée dans le tableau 1, lors d'un essai de synthèse concernant la zone affectée par échauffement. Les résultats sont indiqués sur la figure 6 où les lignes en trait interrompu représentent la valeur de résilience (vEo), les lignes en trait plein représentent la température de transition d'aspect avec rupture à 50% (vTrs), la courbe (1) représentant l'échantillon A selon l'invention et la courbe (2) représentant l'échantillon comparatif N. On peut voir sur la figure 6 que, quel que soit l'apport de chaleur par soudage, l'échantillon selon l'invention a une valeur (vEo) plus forte et une température (vTrs) plus basse, c'està-dire de meilleures propriétés que l'échantillon comparatif N. En outre, dans l'échantillon selon l'invention, la température de transition d'aspect (vTrs) varie moins en fonction de l'augmentation du temps de refroidissement de 8000C à 5000C (augmentation de l'apport-de chaleur par soudage), ce qui correspond à une plus grande stabilité. EXEMPLE 3 On a étudié les propriétés mécaniques du métal de base, la ténacité du joint soudé et la résistance au criquage par soudage en utilisant les échantillons d'acier ayant les compositions indiquées dans le tableau 3 et qui ont été soumis à l'un des traitements suivants ( les échantillons 0, Q, R, S et U étant les échantillons selon l'invention alors que les échantillons P, T et V sont les échantillons comparatifs. (a) état brut de laminage (b) normalisation après laminage (c) trempe et revenu après laminage. Les résultats sont indiqués dans le tableau 4. Le tableau 4 montre que les échantillons 0, Q, R et S selon l'invention, indiqués dans la zone I, donnent une ténacité suffisante dans le joint soudé formé par soudage avec fort apport de chaleur et permettent dtobtenir une résistance suffisante au criquage pour permettre d'utiliser l'aciers basse température dans des réservoirs à gaz de pétrole liquéfié, des cloisons secondaires de transporteurs de gaz de pétrole liquéfié, des viroles d'un transporteur de gaz naturel liquéfié du type brise-glace etc..., qui sont utilisés à de basses températures de l'ordre de - 60OC. L'échantillon U selon l'invention, correspondant à la zone II, possède également une grande ténacité dans 1 joint soudé formé par soudage avec fort apport de chaleur et il possède également une grande résistance au criquage de manière à permettre son utilisation pour la fabrication de pipe-lines servant à transporter du pétrole et du gaz naturel dans des régions ultra-froides. I1 est également évident que la ténacité du joint soudé et la résistance au criquage des échantillons selon l'invention dans les deux zones I et II permettent d1obtenir une soudabilité excellente qui convient pour toutes les applications où l'acier est utilisé à basse température, notamment la fabrication de pipe-lines avec un acier présentant une résistance à la traction de 40 à 80 kg/mm2, indépendamment de ce qu'on utilise l'acier à l'état brut de laminage ou en lui faisant subir différents traitements-ther miques après laminage, et également indépendamment de la résistance du métal de base. TABLEAU 1 Composition chimique des échantillons (% en poids) Echan- C Si Mn P S Nb Al Ti N Cu Ni Cr tillon A 0,05 0,22 1,72 0,011 0,003 0,012 0,027 0,011 0,002 - - B 0,06 0,20 1,48 0,014 0,009 0,037 0,036 0,027 0,005 0,21 0,24 C 0,07 0,24 1,47 0,012 0,006 0,026 0,025 0,015 0,003 - 0,71 D 0,05 0,27 1,81 0,009 0,004 0,023 0,037 0,007 0,004 - - E 0,08 0,12 1,67 0,011 0,006 0,028 0,030 0,006 0,003 - 0,40 0,24 F 0,07 0,11 1,29 0,010 0,003 0,017 0,033 0,036 0,005 - - G 0,05 0,34 1,48 0,013 0,004 0,008 0,021 0,023 0,004 - - 0,21 H 0,15 0,23 1,36 0,009 0,003 0,014 0,038 0,014 0,006 - 0,30 0,15 I 0,05 0,14 1,27 0,017 0,004 0,081 0,029 0,012 0,002 - 0,21 J 0,05 0,32 1,49 0,013 0,007 0,040 0,036 0,034 0,006 - 0,82 K 0,06 0,39 2,20 0,011 0,010 0,021 0,035 0,013 0,008 - - 0,21 L 0,04 0,31 1,76 0,008 0,005 0,023 0,025 - 0,003 0,15 0,23 M 0,09 0,11 1,81 0,014 0,003 0,018 0,027 - 0,006 - 0,42 N 0,14 0,37 1,49 0,015 0,003 0,025 0,033 - 0,005 - - - TABLEAU I (suite) Composition chimique des échantillons (% en poids) Echan- Mo V B Ca Ce C+loN Nbx(C+loN) Ceq PCM tillon (x 10-4) A - - - - - 0,07 8 0,35 0,14 B 0,15 - - - - 0,11 40 0,36 0,17 C - - - - - 0,10 26 0,34 0,16 D - 0,035 - - - 0,09 21 0,37 0,15 E - - - 0,001 - 0,11 31 0,42 0,19 F - 0,051 0,001 - 0,009 0,12 20 0,29 0,15 G 0,32 - - - - 0,09 7 0,43 0,17 H - - - - - 0,21 29 0,42 0,24 I 0,14 - -,001 - - 0,07 57 0,31 0,14 J - - - - - 0,11 44 0,33 0,15 K 0,33 - - - - 0,14 29 0,57 0,22 L - - - - 0,010 0,07 16 0,35 0,15 M - 0,028 - 0,001 - 0,15 27 0,41 0,19 N - - - - - 0,19 48 0,40 0,23 TABLEAU 2 Résultats d'essais Echan- Propriétés mécaniques du métal de base Ténacité du joint vEo Température empêchant (kg/m) le criquage 2 tillon Limite é- Charge de vTrs 80 KJ/cm 150 KJ/cm ( C) lastique rupture (kg/mm) (kg/mm) ( C) Echantillons selon l'invention A 43,2 50,2 - 75 12,8 11,7 # - 20 B 45,6 54,3 - 81 9,3 8.1 # - 20 C 44,0 52,7 -106 11,3 9,6 # - 20 D 43,6 53,3 - 69 12,4 10,0 # - 20 E 45,4 54,0 - 82 13,8 11,3 # - 20 F 40,8 51,9 - 70 9,6 8,5 # - 20 G 41,3 53,6 - 81 15,1 14,7 # - 20 Echantillons comparatifs H 38,1 52,4 - 74 4,0 3,3 50 I 50,7 58,3 - 67 1,9 1,6 0 J 44,6 53,2 -112 4,8 4,7 # - 20 K 50,2 59,5 - 69 5,7 4,5 0 L 41,8 52,3 - 77 6,3 5,2 # - 20 M 47,6 56,1 - 85 3,2 2,9 25 Acier de type connu N 39,7 53,3 - 63 2,9 2,1 50 Nota : 1 : matière brute de laminage, direction de la prèce d'essai = transversale. 2 : température pour éviter des criques dans l'essai de criquage par soudage avec chanfrein en Y (on utilise une électrode du type à faible teneur en hydrogène) TABLEAU 3 Composition chimique des échantillons (pourcentage en poids) Zone Echantillon C Si Mn P S Nb Al I O 0,05 0,20 1,25 0,007 0,003 0,012 0,034 I P 0,08 0,24 1,41 0,013 0,006 0,010 0,032 I Q 0,07 0,19 1,43 0,011 0,003 0,016 0,030 I R 0,05 0,13 1,59 0,008 0,003 0,021 0,035 I S 0,08 0,27 1,53 0,007 0,006 0,012 0,031 I T 0,15 0,35 1,39 0,017 0,004 0,032 0,026 II U 0,05 0,11 2,03 0,008 0,002 0,030 0,031 II V 0,07 0,12 1,98 0,013 0,003 0,051 0,037 TABLEAU 3 (suite) Composition chimique des échantillons (pourcentage en poids) Zone Echantilon Ti N Autres C+loN Nbx(C+loN) Ceq.PCM (x10-4) I O 0,012 0,004 Ni:0,41 0,09 11 0,28 0,13 I P - 0,008 - 0,14 14 0,33 0,18 I Q 0,013 0,004 Ca:,001 0,11 18 0,32 0,15 I R 0,011 0,004 V:0,033 0,09 19 0,32 0,14 I S 0,011 0,005 Ni:0,43 0,11 13 0,34 0,15 I T - 0,006 Cu:0,20 0,21 67 0,43 0,25 Ni:0,21 Cr:0,11 V:0,042 II U 0,015 0,004 Cu:0,14 0,09 27 0,55 0,21 Ni:0,83 Cr:0,11 Mo:0,47 II V - 0,006 Mo::0,34 0,13 66 0,49 0,20 TABLEAU 4 Zone Echan- Epaisseur Traitement Proprétés mécaniques du métal de base*1 tillon (mm) Limite élastique Charge de vTrs ( C) (kg/mm) rupture(kg/mm+) O 20 a 46,1 52,1 - 82 b 35,3 46,7 - 81 c 49,8 55,6 -105 I P e 43,1 52,8 - 72 Q 50 b 29,4 44,1 - 69 R b 34,3 47,5 - 83 S c 41,2 53,0 - 80 T b 40,3 56,3 - 31 U 12,5 c 76,3 81,2 -124 II V e 76,6 82,4 - 94 Notes # 1 : direction de la prèce d'essai : direction transversale # 2 : température pour empêcher les criques dans l'essai de criquage par soudage avec chanfrein en Y (on a utilisé une électrode du type à faible teneur en hydrogène) ## 1 : soudage à l'arc immergé sur deux côtés avec une passe dans chaque rainure ## 2 : soudage à l'arc immergé d'un côté avec une passe ## 3 : soudage à l'arc immergé avec couches multiples (au total : 15 passes) ## 4 : soudage à l'arc immergé avec couches multiples (au total : 6 passes). TABLEAU 4 (suite) Propriétés de résilience du joint soudé Tempéra- Remarques ture pou Temp. Procédé de Valeur de Procédé de Valeur de empêche d'essai soudage(ap résilien- soudage (ap- résilience les cri ( C) port de ce vE port de cha- vE (kg-m) ques 2 chaleur) (kg-m) leur KJ/cm (KJ/cm) 7,3 4,5 #-20 Aciers selon ## 1 10,2 ## 2 6,2 #-20 l'invention (52) 6,4 (110) 5,8 #-20 Acier de type - 60 2,7 1,3 #-20 connu 12,8 7,9 #-10 ## 3 12,3 ## 4 8,3 #-10 Aciers selon 6,9 5,3 #-10 l'invention (45) 1,6 (100) 2,1 150 Acier de type connu 0 ## 1 13,8 ## 2 10,9 0 Acier selon l'invention (40) 3,9 (100) 3,1 0 Acier de type connu REVENDICATIONS 1. Acier structural soudable présentant une excellente ténacité dans la zone affectée par la chaleur de son- dage ainsi qu'une excellente résistance au criquage par soudage, caractérisé en ce qu'il contient de 0,05 à 0,08% C, 0,01 à 0,50% Si, 1,20 à 2,50% Mn, 0,005 à 0,07% Nb, 0,005 à 0,03% Ti, 0,005 à 0,06% Al et le complément de fer et d'impuretés inévitables, [C(%) + loN (%)] n'étant pas supérieur à 0,12% et Nb (%) x [C + loN (%)] n'étant pas supéricur à 4 x 10-3 pour limiter la tité d'îlots martensitiques formés dans la zone affectee par la chaleur de soudage à une valeur non supérieure à 15%, en termes de pourcentage de section. 2. Acier selon la revendication 1, casractérisé en ce qu'il contient en outre : au moins un élément intervenant dans la quantité prescrite et choisi dans le groupe comprenant jusqu'à 0,50% Cu, jusqu'à 1,50% Ni, jusqu'à 0,50% Cr, jusqu'à 0,60% Mo, jusqu'à 0,10 % V, jusqu'à 0,003% B, jusqu'à 0,02% Ce jusqu'à 0,003% Ca.