Brevet FR2492408A1 — publié le 19820423

/1 2492408 PROCEDE DE FABRICATION DE LAMINES EN ACIER PRESENTANT UNE BONNE SOUDABILITE. La présente invention concerne un procédé de fabrication de laminés en acier, notamment de ronds à béton, présentant une bonne soudabilité, une haute limite d'élasticité, ainsi qu'une résilience aux très basses températures. Les ronds à béton de fabrication courante ayant une limite d'élasticité supérieure à 400 N/mm2 présentent une très faible ténacité. Ainsi, leur température de transition pour l'essai de résilience Charpy V à 35 J/cm2 est de l'ordre de +20%C. Ces produits n'offrent donc qu'une faible résistance à la rupture fragile aux basses températures. La spécification consistant en une résilience Charpy V à 35 J/cm2 et à des températures de l'ordre de -196'C n'était pas requise dans le passé, pour ce qui concerne les laminés en acier ainsi que les ronds à béton. Or, l'évolu- tion récente de la technologie de fabrication et surtout du stockage de gaz liquéfiés a conduit à la nécessité de disposer de laminés en acier résistant au froid intense. Ainsi, il est prévu pour des raisons de sécurité de munir les réservoirs de stockage de gaz liquéfiés d'une enveloppe en béton armé conformément aux mesures de sécurité appliquées dans le domaine des réacteurs nucléaires. Les ronds à béton prévus pour constituer l'armature d'enveloppes de réser- voirs à gaz liquéfiés qui se trouvent à des températures de--50*C à 196%C doivent présenter en plus d'une résilience à coeur adéquate une soudabilité satisfaisante, ce qui implique des teneurs en carbone inférieures à 0,2%. Or, les ronds crénelés connus qui présentent 0,16 - 0, 2% C, sont fabriqués par torsadage à froid, ce qui leur confère une limite d'élasticité satisfaisante d'une part, mais ce qui entraîne, d'autre part, une ténacité faible, surtout aux basses températures. On a essayé par exemple de combiner, lors de la fabrication de ronds à béton, une limitation de la teneur en carbone à 0,20% avec un traitement com- prenant un refroidissement intense de surface à la sortie du laminoir, ainsi qu'un autorevenu, ce qui a permis d'obtenir des ronds à béton soudables et te- naces. De tels crénelés peuvent arriver à des températures de transition Charpy V -35 J/cm2 de l'ordre de -500C. Par ailleurs, on a constaté qu'un rond à béton fabriqué à partir d'un acier à 9% Ni, ayant subi une double normalisation suivie d'un revenu, ou bien une trempe suivie d'un revenu, présente une résilience Charpy V-35 J/cm2 minimum à -1960C. Le but de l'invention consiste donc à proposer un procédé de fabrication de laminés répondant aux critères prémentionnés, de préférence à partir d'un acier contenant un minimum d'éléments d'alliage coûteux, réduisant ainsi le prix de revient des laminés produits. - Ce but est atteint par le procédé suivant l'invention qui est caractérisé en ce que l'on utilise un acier titrant au maximum 0,16% C, 2, 0% Mn, 0,55% Si, d'une part, et 0,03% Al au minimum d'autre part, ainsi qu'éventuellement jusqu'à 0,05% Nb, 0,1% V et 10% Ni, ayant été laminé dans des conditions normales ou de préférence ayant subi un laminage thermomécanique, et que l'on traite thermiquement de façon que: - les barres ainsi obtenues sont réchauffées en 2e chaude jusqu'à la tem- pérature d'austénitisation de façon à garantir une vitesse de réchauffage suffisante pour obtenir un nombre élevé de germes, en vue d'un affinage du grain; - le temps de maintien à la température d'austénitisation est très court pour éviter une réduction du nombre des germes et un grossissement du grain. L'acier subit ensuite un refroidissement énergique en surface de sorte à obtenir à coeur du produit une structure en ferrite et perlite à grain très fin. La chaleur conservée à coeur du produit est suffisante pour réchauffer après le refroidissement précité, la zone superficielle trempée par suite du refroidissement énergique de sorte à lui conférer un revenu et former de la martensite revenue. Le refroidissement rapide de la barre après le traitement précité permet, d'autre part, d'éviter à coeur une recristallisation des grains. Le but du traitement thermique faisant l'objet de cette invention est d'obtenir un grain extrêmement fin pour garantir une haute limite d'élasticité et une bonne résilience aux très basses températures. Comme un grain très fin est recherché, il est préférable d'utiliser un acier qui à l'état brut de laminage présente déjà une structure à grain fin. 4249r'408 Un traitement thermique suivant l'invention est réalisable en disposant par exemple en continu une installation de réchauffage rapide par induction suivie d'une rampe de refroidissement (cf. figure 1). Il est également possible de faire consécutivement plusieurs cycles thermiques de ce genre. L'idée qui est à la base de la présente invention consiste donc à com- biner les effets bénéfiques réalisables séparément grâce au choix judicieux des éléments chimiques employés en des teneurs déterminés, incorporés à l'acier avec un traitement thermique particulier. Il importe de souligner que le traitement thermique particulier qui fait partie de l'invention vise à l'obtention d'une structure à grain extrêmement fin à coeur du produit, étant donné que la résilience aux très basses tempéra- tures doit être garantie à coeur du produit. La composition chimique de l'acier utilisé est choisie suivant les expé- riences recueillies au cours de nombreux essais qui ont révélé que la teneur en carbone sera d'autant plus basse que l'on vise une température de transition plus basse. On limite par exemple la teneur en carbone de préférence à 0,08% maximum pour une température de transition Charpy V-35 J/cm2 à -140*C. Une teneur en manganèse de l'ordre de 1,7% confère la résistance voulue à l'acier tout en améliorant sa ténacité, tandis que 0,3% de silicium sont ajoutés pour renforcer la résistance. On calme l'acier grain fin à l'aluminium pour améliorer la soudabilité et diminuer considérablement la tendance au vieillissement. L'affinage du grain relève par ailleurs la limite d'élasticité, ainsi que la ténacité. Le niobium et/ou le vanadium peuvent éventuellement être ajoutés pour ga- rantir une limite d'élasticité élevée, surtout en cas de gros diamètres. Le nickel est ajouté pour garantir des températures de transition infé- rieures à -140C. Pour une résilience Charpy V-35 J/cm2 à -1960C, la teneur en Ni est comprise entre 5 et 10%. Suivant l'invention, le produit est soumis après laminage à un traitement thermique particulier ayant pour but l'affinage du grain. Le traitement de refroidissement à la sortie du laminoir consiste suivant l'invention en un refroidissement énergique de la surface du produit. Les avantages du procédé suivant l'invention résultent de manière claire des six expériences décrites par la suite: 1) un acier naturellement dur pour ronds à béton (C = 0,35% environ) mène à des caractéristiques de traction satisfaisantes, dont notamment une limite d'élasticité dépassant 400 MPa. Cependant, la température de transition pour l'essai Charpy V à un nivea TABLEAU I No. Exemple I 2 3 4 5 6 Type d'acier C = 0,35 % C = 0,18 % C = 0,08 % C = 0,08 % 9 % Ni 9 % Ni semi-caLmé semi-calmé calmé caLmé calmé calmé Traitement ther- mique suivant NON OUi NON OUI NON OUI l'i nventi on. Limite d'élastici- té (MPa) 435 485 330 500 850 700 Résistance (MPa) 640 580 510 590 980 920 Allongement 5 d 19 32 33 36 14 2'1 (%) Température de Transition oC Résilience +20 -65 -65 -140 -50 -196 Charpy V à 35 J/cm2 d'énergie de 35 J/cm2 était de +20'C. Cet acier ne présente aucune ténacité aux basses températures. Sa soudabilité est médiocre. 2) Un acier à teneur en carbone limitée à 0,18%, qui subit le traitement suivant l'invention, offre également des caractéristiques de traction satisfaisantes. Une telle amélioration par rapport à l'exemple 1 est constatée du point de vue allongement et notamment de la température de transition, qui descent à -65%C. L'acier s'avère être soudable. 3) La mise en oeuvre d'un acier ayant la composition chimique déterminée dans la présente demande, mais sans mettre en oeuvre le traitement suivant l'invention, mène à des caractéristiques mécaniques insuffisantes du point de vue de la limite d'élasticité et de la résistance. L'allon- gement est élevé. La température de transition même sans traitement se situe cependant déjà au même niveau que celle de l'exemple 2, o le traitement suivant l'invention est appliqué. 4) La combinaison de la composition chimique et du traitement thermique sui- vant l'invention permettent d'arriver à une double amélioration, à savoir des caractéristiques mécaniques satisfaisantes et un allongement élevé; * une température de transition descendant à une température très basse (-1400C). )-Un acier à 9% Ni, à l'état de laminage à chaud donne lieu à une tempé- rature de transition Charpy V-36 J/cm2 à -500C. 6) Le même acier à 9% Ni, dont la résilience à -196%C n'est normalement réalisable qu'à l'aide d'un traitement thermique onéreux (double norma- lisation + revenu ou trempe + revenu), permet d'arriver à une température de transition de -1960C lorsqu'on applique le traitement thermique préconisé. Les six exemples sont repris dans le tableau I de manière succinte. Bien que la présente description soit axée sur la production de ronds à béton, le procédé suivant l'invention peut tout aussi bien être appliqué à d'autr aciers marchands tels que ronds lisses, plats, carrés, cornières, aux profilés et tôles, du moment que l'on désire combiner les propriétés de soudabilité, de haute limite élastique et de résilience aux températures très basses dans un même produit. Ainsi, la figure 1 ci-annexée décrit un mode de réalisation d'un traitement thermique selon l'invention. Sur cette figure, un laminé 1 d'acier à traiter se déplace sur un entraîneur à rouleaux 2 selon le sens de circulation représenté par les flèches F. 6 2492408 Il passe tout d'abord dans un four 3 de réchauffage par induction puis dans une rampe 4 de refroidissement rapide par pulvérisation sur les deux faces du laminé 1. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. 1 2492408 REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication de laminés en acier, notamment de ronds à béton, présentant une bonne soudabilité, une haute limite d'élasticité, ainsi qu'une résilience aux très basses températures, caractérisé en ce que l'on utilise un acier titrant, d'une part, au maximum 0,16% C, 2,0 Mn et, d'autre part, 0,03% Al au minimum, ainsi qu'éventuellement jusqu'à 0, 55% Si, 0,05% Nb, 0,1% V et 10% Ni qui subit un traitement thermique particulier pour obtenir un grain très fin, lequel traitement thermique consiste à réchauf- fer les laminés en 2ème chaude jusqu'à température d'austénitisation, à les maintenir à ladite température pendant un temps suffisamment court pour empêcher le grossissement du grain et à procéder à un refroidissement énergique en surface. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le traitement particulier au moins deux fois de suite. 3.- Procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on choisit une teneur en carbone d'autant plus basse que l'on vise une température de transition plus basse. 4.- Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on choisit une teneur en nickel d'autant plus élevée que l'on vise une température de transition plus basse.