BE1021426B1 - Plaque d'acier à excellente ténacité dans la zone affectée par la chaleur - Google Patents

Plaque d'acier à excellente ténacité dans la zone affectée par la chaleur Download PDF

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BE1021426B1 BE2012/0753A BE201200753A BE1021426B1 BE 1021426 B1 BE1021426 B1 BE 1021426B1 BE 2012/0753 A BE2012/0753 A BE 2012/0753A BE 201200753 A BE201200753 A BE 201200753A BE 1021426 B1 BE1021426 B1 BE 1021426B1
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Nako Hidenori
Hatano Hitoshi
Okazaki Yoshitomi
Ibano Akira
Deura Tetsushi
Shimamoto Masaki
Sugitani Takashi
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Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.)
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Abstract

L'invention concerne une plaque d'acier qui a une ténacité plus élevée en moyenne, une composition chimique prédéterminée et une valeur A de 5,0 à 25,0, où la valeur A est exprimée par : A=10.000x[B]x(0,4+30x[Ti]-82x[N]), et contient des oxydes et du nitrure de titane.

Description

« Plaque d'acier à excellente ténacité dans la zone affectée par la chaleur »
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne des plaques d'acier (d'épaisses plaques d'acier) appliquées à des structures soudées telles que des ponts, des bâtiments à étages multiples et des navires. La présente invention concerne plus spécifiquement des plaques d'acier qui excellent en termes de ténacité dans une zone affectée par la chaleur (également dénommée ci-après ZAC) après soudage à apport de chaleur élevé.
CONTEXTE DE L'INVENTION
Avec l'augmentation des tailles des structures soudées telles que des ponts, des bâtiments à étages multiples et des navires, des plaques d'acier ayant une épaisseur de 50 mm ou plus doivent de plus en plus être appliquées à des structures soudées et cela requiert inévitablement le soudage de plaques d'acier ayant une épaisseur de 50 mm ou plus. Dans ces circonstances, le soudage à apport de chaleur élevé est requis pour une plus grande efficience de la procédure de soudage.
La zone affectée par la chaleur lors du soudage à apport de chaleur élevé est maintenue dans une phase austénite (y) à haute température pendant un long moment du fait du chauffage, et puis lentement refroidie. Par conséquent, la zone affectée par la chaleur souffre de structures plus grossières, telles que des grains austénitiques qui ont cru lors du chauffage et des gros grains de ferrite (a) formés pendant le processus de refroidissement, et cela amène la zone affectée par la chaleur à avoir une ténacité insuffisante lors du soudage à apport de chaleur élevé. Pour éviter cela, il conviendrait de mettre au point une technique qui permet à la ténacité dans la zone affectée par la chaleur (également dénommée ci-après ténacité ZAC) d'être maintenue à un niveau élevé lors du soudage à apport de chaleur élevé.
Pour veiller à la ténacité ZAC, des techniques utilisant des particules d'inclusion telles que des oxydes, des nitrures et des sulfures ont été proposées. Ces particules d'inclusion permettent de bloquer la croissance des grains austénitiques, induisent la formation de ferrite intragranulaire et aident ainsi l'acier à avoir une structure plus fine. La publication de demande de brevet japonais non examinée (JP-A) n° 2001-98340 et JP-A n° 2004-218010 divulguent des techniques de cette catégorie dans lesquelles des particules de nitrure de titane sont précipitées et dispersées comme particules pour le blocage de la croissance de grains austénitiques et cela empêche le grossissement des grains austénitiques dans la zone affectée par la chaleur lors du soudage à apport de chaleur élevé et protège l'acier en l'empêchant d'avoir une ténacité ZAC insuffisante. Cependant, ces techniques présentent l'inconvénient de ne pas fournir une ténacité ZAC stable et ne sont pas applicables à un apport de chaleur de soudage croissant dans les technologies récentes parce que les particules de nitrure de titane sont susceptibles de disparaître avec un apport de chaleur de soudage croissant.
Par contre, JP-A n° 2001-20031, JP-A n° 2007-247005, JP-A n° 2008-223062 et JP-A n° 2009-179844 proposent des techniques utilisant des inclusions d'oxyde comme particules pour bloquer la croissance de grains austénitiques parce que des inclusions d'oxyde sont stables à températures élevées. Cependant, ces techniques sont encore insuffisantes pour être appliquées au soudage à apport de chaleur élevé et devraient être ultérieurement améliorées parce que les inclusions d'oxyde sont en nombre moindre que les inclusions de nitrure contenant du titane et peuvent ne pas fournir des effets de blocage suffisants.
De manière spécifique, JP-A n° 2001-20031 décrit que la présence d'oxydes contenant un élément de terres rares (REM) et/ou Zr permet à l'acier d'avoir de bonnes propriétés dans la zone affectée par la chaleur. Cependant, cette technique peut ne pas toujours donner de bonnes propriétés dans la zone affectée par la chaleur lors du soudage à apport de chaleur élevé parce que l'apport de chaleur assumé dans celui-ci reste encore à un faible niveau. JP-A n° 2007-247005 divulgue une technique utilisant des oxydes contenant un REM et/ou Zr comme dans JP-A n° 2001-20031 et évalue l'énergie absorbée dans l'essai de Charpy (résistance au choc de Charpy) comme ténacité ZAC. Cependant, cette technique est encore insuffisante pour la fiabilité du matériau (acier) parce que l'énergie absorbée Charpy mesurée dans cette technique est indiquée comme une moyenne de multiples spécimens, mais le minimum de ces multiples spécimens en énergie absorbée Charpy devrait être maintenu à un niveau élevé pour la fiabilité du matériau. JP-A n° 2008-223062 divulgue une technique utilisant des inclusions d'oxyde et des inclusions contenant du titane comme particules pour bloquer la croissance des grains austénitiques de manière à obtenir une ténacité ZAC satisfaisante. Cependant, l'utilisation d'inclusions contenant du titane a des limites en raison de l'apport de chaleur croissant dans les technologies récentes et des demandes sont émises pour établir immédiatement une technique utilisant pleinement des inclusions d'oxyde pour améliorer la ténacité ZAC lors du soudage à apport de chaleur élevé. Les présents inventeurs ont proposé une technique utilisant les effets bloquant la croissance des grains austénitiques des fines inclusions d'oxyde dans JP-A n° 2009-179844. Cependant, cette technique requiert un contrôle compliqué de la détermination des quantités d'éléments d'alliage sur la base des quantités d'oxygène dissous et de soufre dissous parce que cette technique recourt à la suppression de la re-précipitation de sulfures de manganèse fins en combinaison avec les effets bloquant la croissance des grains austénitiques des fines inclusions d'oxyde.
Des techniques permettant à un acier d'avoir une structure plus fine due à la formation de ferrite intragranulaire induite par des particules d'inclusion ont également été proposées. De manière typique, JP-A n° H07-252586 a proposé une technique utilisant du sulfure de manganèse (MnS) et des oxydes multicomposants contenant du titane et/ou un REM. De manière indépendante, les présents inventeurs ont proposé dans JP-A n° 2008-223081 une technique de contrôle de la forme des inclusions pour améliorer la formation de ferrite intragranulaire. Ces techniques sont construites en supposant que des inclusions ayant une énergie interfaciale faible par rapport à la ferrite intragranulaire sont efficaces pour la formation de ferrite intragranulaire. Cependant, ces techniques restent encore insuffisantes pour garantir une ténacité ZAC satisfaisante lors du soudage à apport de chaleur élevé parce que l'énergie interfaciale entre ferrite intragranulaire et austénite contribue aussi de manière significative à la formation de ferrite intragranulaire, et une simple réduction de l'énergie interfaciale entre ferrite intragranulaire et inclusions peut échouer à fournir une formation suffisante de ferrite intragranulaire.
Les présents inventeurs ont également proposé dans JP-A n° 2009-138255 une technique utilisant la formation de ferrite intragranulaire induite par de l'oxysulfure pour fournir une ténacité ZAC satisfaisante. Cependant, même cette technique ne garantit pas une ténacité ZAC suffisante lors du soudage à apport de chaleur élevé parce que cette technique requiert au contraire la dispersion de particules d'oxysulfure relativement grandes ayant des tailles de 2 pm ou plus dans une densité numérique spécifique. De manière spécifique, la technique divulguée dans JP-A n° H07-252586 est destinée à être appliquée au soudage à faible apport de chaleur, tandis que les techniques divulguées dans JP-A n° 2008-223081 et JP-A n° 2009-138255 sont encore susceptibles d'améliorations pour ce qui est du minimum d'énergie absorbée Charpy, tandis que l'énergie absorbée Charpy moyenne spécifiée dans ces techniques est élevée.
Les présents inventeurs ont en outre proposé dans JP-A n° 2010-168644 et JP-A n° 2011-219797 des techniques de dispersion d'oxydes ayant des structures contrôlées pour fournir une ténacité ZAC satisfaisante. Ces techniques permettent à des plaques d'acier d'avoir une excellente ténacité dans une zone affectée par la chaleur mais sont encore susceptibles d'améliorations pour ce qui est de la fabrication de telles plaques d'acier.
La technique divulguée dans JP-A n° 2010-168644 contrôle la quantité de Ca sur la base de la quantité d'oxygène dissous avant l'ajout de Ca de manière à donner des oxydes ayant des dimensions prédéterminées. Cependant, selon cette technique, l'ajout de Ca devrait être effectué dans les 3 à 20 minutes suivant l'ajout de Ti et cela peut constituer une plus grande charge pour les opérateurs. La technique divulguée dans JP-A No. 2011-219797 est encore susceptible d'améliorations en termes de productivité parce que le matériau devrait être maintenu pendant une durée de 40 minutes à 90 minutes entre l'ajout de Ca et le début de la coulée.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Problème technique
La présente invention a été réalisée sur la base de ces circonstances et un but de la présente invention est de fournir une plaque d'acier (épaisse plaque d'acier) qui présente une ténacité ZAC satisfaisante non seulement dans sa moyenne mais aussi à son minimum, et qui a par conséquent une excellente ténacité dans la zone affectée par la chaleur et peut être fabriquée avec une productivité satisfaisante.
Solution au problème L’invention fournit, dans un aspect, une plaque d'acier qui comprend du carbone (C) dans une teneur de 0,03 % à 0,12 %; du silicium (Si) dans une teneur de 0 % à 0,25 %; du manganèse (Mn) dans une teneur de 1,0% à 2,0%; du phosphore (P) dans une teneur supérieure à 0 % et inférieure ou égale à 0,03 %; du soufre (S) dans une teneur supérieure à 0 % et inférieure ou égale à 0,015 %; de l'aluminium (Al) dans une teneur de 0,001 % à 0,05 %; du titane (Ti) dans une teneur de 0,010 % à 0,050 %; au moins un élément de terres rares (REM) dans une teneur de 0,0003 % à 0,02 %; du zirconium (Zr) dans une teneur de 0,0003 % à 0,02 %; du calcium (Ca) dans une teneur de 0,0005 % à 0,010 %; de l'azote (N) dans une teneur de 0,002 % à 0,010 %; et du bore (B) dans une teneur de 0,0005 % à 0,0050 %, en pourcentage en masse. La plaque d'acier comprend en outre du fer et des impuretés inévitables. La plaque d'acier a une valeur A exprimée par l'expression (1) de 5,0 ou plus et de 25,0 ou moins, expression (1) exprimée comme suit:
Valeur A=104x[B]x(0,4+30x|Ti]-82x[N]) (1) où [B], [Ti] et [N] sont respectivement des teneurs (en pourcentage en masse) de B, Ti et N de la plaque d'acier; la plaque d'acier contient des oxydes et du nitrure de titane, chacun des oxydes contient des éléments constitutifs autres que l'oxygène dans des teneurs satisfaisant aux conditions suivantes: 2%<Ti<40%, 5%<AI<30%, 5%<Ca<40%, 5%<REM<50%, 2%<Zr30% et 1,5<REM/Zr, en pourcentage en masse, où Ti, Al, Ca, REM et Zr sont respectivement des teneurs (en pourcentage en masse) en Ti, Al, Ca, au moins un élément de terres rares et Zr, sur la base de la quantité totale d'éléments, autres que l'oxygène, constituant chaque oxyde. Pour ce qui est des oxydes, les particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent inférieur à 2 pm sont présentes dans une densité numérique de 300 ou plus par millimètre carré et les particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 2 pm ou plus sont présentes dans une densité numérique de 100 ou moins par millimètre carré. Pour ce qui est du nitrure de titane, les particules de nitrure de titane ayant un diamètre de cercle équivalent de 1 μηι ou plus sont présentes dans une densité numérique de 5 ou moins par millimètre carré.
Tel qu'utilisé dans le présent document, le terme "diamètre de cercle équivalent" indique la taille d'une particule d'oxyde ou d'une particule de nitrure de titane et fait référence au diamètre d'un cercle supposé ayant une aire égale à celle de la particule d'oxyde ou de la particule de nitrure de titane. Le diamètre de cercle équivalent peut être déterminé par observation au microscope électronique à transmission (TEM) ou au microscope électronique à balayage (SEM).
La plaque d'acier comprend de préférence en outre au moins un élément sélectionné dans le groupe consistant en nickel (Ni) dans une teneur de 0,05 % à 1,50 %; cuivre (Cu) dans une teneur de 0,05 % à 1,50 %; chrome (Cr) dans une teneur de 0,05 % à 1,50 %; et molybdène (Mo) dans une teneur de 0,05 % à 1,50 %, en pourcentage en masse, dans laquelle les teneurs en éléments satisfont à la condition suivante: [Ni]+[Cu]+[Cr]+[Mo]<2.5% où [Ni], [Cu], [Cr] et [Mo] sont les teneurs (en pourcentage en masse) respectivement en Ni, Cu, Cr et Mo.
La plaque d'acier peut en outre contenir au moins un élément sélectionné dans le groupe consistant en niobium (Nb) dans une teneur de 0,002 % à 0,10%; et vanadium (V) dans une teneur de 0,002 % à 0,10 %, en pourcentage en masse.
La présente invention peut fournir une plaque d'acier qui présente une ténacité ZAC satisfaisante dans sa moyenne et son minimum, a une ténacité satisfaisante dans la zone affectée par la chaleur lors du soudage non seulement à faible ou moyen apport de chaleur mais aussi lors du soudage à apport de chaleur élevé et peut être fabriquée avec une productivité satisfaisante.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES FORMES DE RÉALISATION
PRÉFÉRÉES
Les présents inventeurs ont effectué des investigations pour permettre à une plaque d'acier d'avoir une ténacité ZAC plus satisfaisante lors du soudage à apport de chaleur élevé même quand la plaque d'acier a été fabriquée dans ces conditions de fabrication de nature à donner une productivité relativement élevée. Ils ont donc constaté que la plaque d'acier peut avoir une productivité satisfaisante et une excellente ténacité ZAC lors du soudage à apport de chaleur élevé en permettant à des oxydes d'induire la formation de ferrite intragranulaire et en empêchant la formation de grosses particules de nitrure de titane et de ferrite grossière aux joints de grains (ferrite allotriomorphe) qui affectent toutes deux négativement la ténacité ZAC. De manière spécifique, les présents inventeurs ont constaté qu'un contrôle adéquat des compositions chimiques d'oxydes garantit la formation de ferrite intragranulaire et empêche la formation de grosses particules de nitrure de titane, lesquelles particules de nitrure de titane sont formées sur des oxydes dans un acier fondu dans des techniques habituelles; le contrôle adéquat de la composition chimique de l'acier empêche la formation de ferrite grossière aux joints de grains; et la plaque d'acier résultante a une ténacité ZAC satisfaisante lors du soudage à apport de chaleur élevé.
De manière plus spécifique, les présents inventeurs ont constaté qu'une ténacité ZAC satisfaisante peut être obtenue en dispersant, pour ce qui est des oxydes susmentionnés, des particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent inférieur à 2 pm dans une densité numérique de 300 ou plus par millimètre carré et en limitant les particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 2pm ou plus à une densité numérique de 100 ou moins par millimètre carré.
La présente invention a été réalisée sur la base de ces constatations. Les conditions constitutives sont spécifiées dans le présent document pour les raisons mentionnées ci-dessous.
Oxydes ayant des compositions chimiques spécifiques et ayant un diamètre de cercle équivalent inférieur à 2 pm présents dans une densité numérique de 300 ou plus par millimètre carré.
De manière spécifique, la plaque d'acier contient des oxydes contenant des éléments autres que l'oxygène dans des teneurs satisfaisant aux conditions suivantes: 2%<Ti<40%, 5%<AI<30%, 5%<Ca<40%, 5%<REM<50%, 2%<Zr<30%, et 1,5<REM/Zr, en pourcentage en masse, et pour ce qui est des oxydes, des particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent inférieur à 2 pm sont présentes dans une densité numérique de 300 ou plus par millimètre carré.
Contrôle des particules d'oxyde pour qu'elles aient un diamètre de cercle équivalent inférieur à 2 pm favorise la formation de ferrite intragranulaire pour améliorer ainsi la ténacité ZAC. Des particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 2 pm ou plus peuvent réduire l'énergie barrière lors de la formation de grosses particules de nitrure de titane et cela peut être à l'origine d'une plus grande quantité de grosses particules de nitrure de titane. Des oxydes ayant des compositions chimiques ne satisfaisant pas aux conditions: 2%<Ti<40%, 5%<AI<30%, 5%<Ca<40%, 5%<REM<50%, 2%<Zr<30%, et 1,5<REM/Zr, en pourcentage en masse, peuvent empêcher une formation suffisante de ferrite intragranulaire. Parmi ces conditions, le contrôle du rapport (en pourcentage en masse) de REM à Zr dans les oxydes à 1,5 ou plus peut réduire la quantité de grosses particules de nitrure de titane formées à la surface d'oxydes dans l'acier fondu. Des particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent inférieur à 2 pm, si elles sont présentes dans une densité numérique de moins de 300 par millimètre carré, peuvent ne pas induire suffisamment la formation de ferrite intragranulaire, et cela peut amener la ferrite intragranulaire à être formée en quantité insuffisante et peut ne pas fournir une ténacité ZAC suffisante.
Particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 2 μιτι ou plus présentes en densité numérique de 100 ou moins par millimètre carré
Pour ce qui est des oxydes ayant des compositions chimiques satisfaisant aux conditions spécifiées ci-dessus, les particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 2 pm ou plus encouragent la rupture fragile, affectent négativement la ténacité ZAC et sont de préférence réduites à une quantité minimum. Pour éviter cela, il est spécifié ici que les particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 2 pm ou plus sont présentes dans une densité numérique de 100 ou moins par millimètre carré.
Particules de nitrure de titane ayant un diamètre de cercle équivalent de 1 pm ou plus présentes en densité numérique de 5 ou moins par millimètre carré
Des particules de nitrure de titane ayant un diamètre de cercle équivalent de 1 pm ou plus, si elles sont présentes dans une densité numérique de plus de 5 par millimètre carré, peuvent encourager la rupture fragile et affecter négativement la ténacité ZAC. Des telles particules de nitrure de titane ont des formes rectangulaires parallélépipédiques, ont une dureté nettement plus élevée que celle de l'acier et affectent ainsi de manière remarquablement négative la ténacité ZAC en raison de la concentration de contraintes. Pour éviter cela, les grosses particules de nitrure de titane sont contrôlées plus strictement que les grosses particules d'oxyde.
Procédé de fabrication
La plaque d'acier selon la présente invention satisfait aux conditions ci-dessus. De manière spécifique, la plaque d'acier contient des oxydes et du nitrure de titane, les oxydes comprenant des éléments constitutifs autre que l'oxygène dans des teneurs satisfaisant aux conditions suivantes: %<Ti<40%, 5%<AI<30%, 5%<Ca<40%, 5%<REM<50%, 2%<Zr<30% et 1,5<REM/Zr en pourcentage en masse, dans laquelle, pour ce qui est des oxydes, les particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent inférieur à 2 μιτι sont présentes dans une densité numérique de 300 ou plus par millimètre carré, et les particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 2 pm ou plus sont présentes dans une densité numérique de 100 ou moins par millimètre carré, et pour ce qui est du nitrure de titane, les grosses particules de nitrure de titane ayant un diamètre de cercle équivalent de 1 pm ou plus sont présentes dans une densité numérique de 5 ou moins par millimètre carré. La fabrication de la plaque d'acier peut être effectuée dans les conditions de fabrication suivantes.
De manière spécifique, la fabrication peut être effectuée de la manière suivante. Pendant la réalisation de lingots, la quantité d'oxygène dissous dans l'acier fondu est contrôlée au niveau de 0,002 % à 0,01 % en pourcentage en masse par désoxydation typiquement avec Mn et Si; Al, Ti, (REM et Zr) et Ca sont ajoutés dans cet ordre, le rapport |REM]/[Zr] de la masse de REM [REM] à la masse de Zr [Zr] est contrôlé à 1,8 ou plus, et la procédure d'ajout est contrôlée afin que l'intervalle de temps t1 de l'ajout de REM ou Zr à l'ajout de Ca s'élève à 10 minutes ou plus. Lors de la coulée, le refroidissement à des températures de l'ordre de 1500° C à 1450° C est effectué pendant une durée t2 de 300 secondes ou moins. Ensuite, les raisons pour lesquelles les conditions de fabrication sont spécifiées seront décrites en détail ci-dessous.
Contrôle de la quantité d'oxygène dissous dans l'acier fondu au niveau de 0,002 % à 0,01 % par désoxydation avec Mn et Si L'oxygène dissous, s'il est présent dans une quantité inférieure à 0,002 %, peut contribuer à la formation d'oxydes dans une quantité nécessaire, lesquels oxydes ont des compositions chimiques appropriées pour induire la formation de ferrite intragranulaire. L'oxygène dissous, s'il est présent dans une quantité supérieure à 0,01 %, peut être à l'origine de plus grandes quantités de grosses particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 2 pm ou plus, affectant par conséquent de manière négative la ténacité ZAC.
Contrôle du rapport [REM]/[Zr] de la masse de REM ajouté [REM] à la masse de Zr ajouté [Zr] au niveau de 1,8 ou plus;
Contrôle de l'intervalle de temps t1 de l'ajout de REM ou Zr à l'ajout de Ca à 10 minutes ou plus
Les oxydes spécifiés dans la présente invention favorisent la formation de ferrite intragranulaire et induisent peu la formation de grosses particules de nitrure de titane. En particulier pour le contrôle du rapport (en pourcentage en masse) de REM à Zr dans les oxydes au niveau de 1,5 ou plus, le rapport [REMJ/[Zr] de la masse de REM ajouté [REM] à la masse de Zr ajouté [Zr] devrait être contrôlé au niveau de 1,8 ou plus; et la réaction pour la formation d'oxydes de REM ou Zr devrait pouvoir se poursuivre suffisamment avant l'ajout de Ca servant d'élément fortement désoxydant. De manière spécifique, l'intervalle de temps t1 de l'ajout de REM ou Zr à l'ajout de Ca est contrôlé à 10 minutes ou plus pour donner des oxydes qui ont un rapport REM/Zr de 1,5 ou plus et sont présents dans une densité numérique prédéterminée. Si l'intervalle de temps t1 de l'ajout de REM ou Zr à l'ajout de Ca est inférieur à 10 minutes, des oxydes ayant un rapport REM/Zr de 1,5 ou plus peuvent être formés dans une quantité insuffisante.
Al, Ti, (REM et Zr) et Ca sont ajoutés dans cet ordre pendant la fabrication de lingots. Cela est dû au fait que les éléments respectifs, s'ils sont ajoutés dans un autre ordre que l'ordre spécifié ci-dessus, peuvent ne pas contribuer à la formation des quantités nécessaires d'oxydes ayant des compositions chimiques appropriées de nature à induire la formation de ferrite intragranulaire. Parmi ces éléments, le calcium a une activité désoxydante extrêmement forte, agit comme un élément fortement désoxydant et, s'il est ajouté avant le titane (Ti) et l'aluminium (Al), est combiné avec l’oxygène, et cela réduit de manière significative la quantité d'oxygène à combiner avec Ti et Al.
Contrôle du temps t2 de refroidissement à des températures de l'ordre de 1500° C à 1450° C à 300 secondes ou moins en coulée
Le refroidissement à des températures de l'ordre de 1500° C à 1450° C lors de la coulée, s'il est effectué pendant un temps t2 supérieur à 300 secondes, peut être à l'origine de la formation de grosses particules de nitrure de titane en raison de la ségrégation de compositions chimiques lors de la solidification, affectant par conséquent de manière négative la ténacité ZAC.
Composition chimique
Ensuite, la composition chimique de la plaque d'acier selon la présente invention sera décrite. La plaque d'acier devrait avoir des contenus de compositions chimiques respectives (éléments) dans des plages appropriées de manière à avoir de bonnes propriétés du métal de base (acier) et de la zone affectée par la chaleur, même quand elle satisfait à des conditions autres que celles mentionnées ci-dessus, comme la dispersion des oxydes. La plaque d'acier a par conséquent des contenus de compositions chimiques respectives dans les plages mentionnées ci-dessous. Pour ce qui est des éléments, les teneurs en Al, Ca, Ti et autres éléments constituant des oxydes dans la plaque d'acier sont indiquées comme des teneurs totales comprenant les teneurs en éléments des oxydes, comme évidentes d'après leur fonctionnement et effets avantageux. Les contenus (/) des compositions chimiques suivantes sont tous indiqués en pourcentage en masse.
Teneur en carbone (C): 0,03 % à 0,12 % L'élément carbone (C) est essentiel pour aider la plaque d'acier à avoir une résistance satisfaisante. Le carbone, s'il est présent dans une teneur inférieure à 0,03 %, ne peut pas contribuer à une résistance au niveau nécessaire. Cependant, la teneur en carbone est de préférence contrôlée à 0,12 % ou moins parce que le carbone, s'il est présent dans une teneur excessivement élevée, peut être à l'origine de la formation de constituant martensite-austénite (MA) dur dans une grande quantité qui affectera de manière négative la ténacité du métal de base. La teneur en carbone est de préférence de 0,04 % ou plus et de 0,10 % ou moins.
Teneur en silicium (Si); 0 % à 0,25 % L'élément silicium (Si) n'est pas essentiel mais est utile pour fournir une résistance nécessaire due au durcissement par solution solide. Cependant, la teneur en Si est de préférence contrôlée à 0,25 % ou moins parce que le silicium, s'il est ajouté en excès, peut inviter une plus grande quantité de constituant martensite-austénite (MA) dur dans la zone affectée par la chaleur, provoquant par conséquent la détérioration de la ténacité ZAC. La teneur en Si est de préférence de 0,21 % ou moins et mieux encore de 0,18 % ou moins.
Teneur en manganèse (Mn): 1,0 % à 2,0 % L'élément manganèse (Mn) est utile pour aider la plaque d'acier à avoir une résistance satisfaisante. Le manganèse est de préférence présent dans une teneur de 1,0 % ou plus pour présenter avantageusement de tels effets. Cependant, la teneur en Mn est de préférence contrôlée à 2,0 % ou moins parce que le manganèse, s’il est présent dans une teneur excessivement élevée de plus de 2,0 %, peut amener la zone affectée par la chaleur à avoir une résistance excessivement élevée et avoir ainsi une ténacité ZAC insuffisante. La teneur en Mn est de préférence de 1,4 % ou plus et de 1,8 % ou moins.
Teneur en phosphore (P): supérieure à 0 % et inférieure ou égale à 0,03 % L'élément phosphore (P) est un élément d'impureté qui peut souvent être à l'origine de fracture aux joints de grains et affecte de manière négative la ténacité. Pour éviter cela, la teneur en phosphore est de préférence réduite à un minimum. La teneur en phosphore est contrôlée à 0,03 % ou moins et est de préférence de 0,02 % ou moins, pour fournir une ténacité ZAC satisfaisante. Cependant, il est difficile industriellement de réduire la teneur en phosphore de l'acier à zéro pourcent.
Teneur en soufre (S): supérieure à 0 % et inférieure ou égale à 0,015 % L'élément soufre (S) forme du sulfure de manganèse aux joints de grains d'austénite primaire dans la zone affectée par la chaleur et affecte de manière négative la ténacité ZAC. Pour éviter cela, la teneur en soufre est de préférence réduite à un minimum. La teneur en soufre est de préférence de 0,015 % ou moins et mieux encore de 0,010 % ou moins pour fournir une ténacité ZAC satisfaisante. Cependant, il est difficile industriellement de réduire à la teneur en soufre de l'acier à zéro pourcent.
Teneur en aluminium (Al): 0,004 % à 0,05 % L'élément aluminium (Al) forme des oxydes qui induisent la formation de ferrite intragranulaire. L'aluminium, s’il est présent dans une teneur inférieure à 0,004 %, peut ne pas donner des oxydes ayant des dimensions prédéterminées et peut provoquer la formation de grosses particules de nitrure de titane. Cependant, la teneur en Al est de préférence contrôlée à 0,05 % ou moins parce que l'aluminium, s'il est présent dans une teneur excessivement élevée, peut provoquer la formation de grosses particules d'oxyde et affecter de manière négative la ténacité ZAC. La teneur en Al est de préférence de 0,007 % ou plus et de 0,04 % ou moins.
Teneur en titane (Ti): 0,010 % à 0,050 % L'élément titane (Ti), quand il est ajouté avec REM, Zr et Ca, aide les oxydes à être finement dispersés, lesquels oxydes ont la fonction de promouvoir la formation de ferrite intragranulaire. Pour présenter avantageusement ces effets, le titane est présent dans une teneur de 0,010 % ou plus. Cependant, la teneur en Ti est de préférence contrôlée à 0,050 % ou moins parce que le titane, s'il est présent dans une teneur excessivement élevée, peut provoquer la formation d'une grande quantité de grosses particules de nitrure de titane et affecter de manière négative la ténacité ZAC. La teneur en Ti est de préférence de 0,012 % ou plus et de 0,035 % ou moins, et mieux encore est de 0,025 % ou moins.
Teneur en REM: 0.0003 % à 0.02 % et teneur en Zr: 0,0003 % à 0,02%
Les éléments de terres rares (REM) et l'élément zirconium (Zr), quand ils sont ajoutés après l'ajout de Ti et avant l'ajout de Ca, forment des oxydes contribuant à la formation de ferrite intragranulaire. Ces éléments présentent les effets de manière plus satisfaisante à mesure que leur teneur augmente et REM et Zr, quand ils sont chacun présents dans une teneur de 0,0003 % ou plus, peuvent présenter les effets avantageusement. Cependant, les teneurs en REM et Zr sont de préférence contrôlées chacune à 0,02 % ou moins parce que REM et Zr, quand ils sont présents en excès, peuvent amener les oxydes à être grossiers et peuvent affecter de manière négative la ténacité ZAC. Les teneurs en REM et Zr sont plus préférablement chacune de 0,0005 % ou plus et de 0,015 % ou moins.
Teneur en calcium (Ca): 0,0005 % à 0,010 % L'élément calcium (Ca), quand il est ajouté 10 minutes ou plus après l'ajout de Ti, REM et Zr, forme des oxydes qui contribuent à la formation de ferrite intragranulaire et empêchent la formation de grosses particules de nitrure de titane. Le calcium, quand il est présent dans une teneur de 0,0005 % ou plus, peut présenter avantageusement ces effets. Cependant, la teneur en Ca est de préférence contrôlée à 0,010 % ou moins parce que le calcium, s'il est présent dans une teneur excessivement élevée, peut provoquer la formation de grosses particules d'oxyde et affecter de manière négative la ténacité ZAC. La teneur en Ca est de préférence de 0,0008 % ou plus et de 0,008 % ou moins.
Teneur en azote (N): 0,002 % à 0,010 % L'élément azote (N) est utile pour la formation de particules de nitrure de titane pour fournir une ténacité satisfaisante dans la zone affectée par la chaleur. L'azote, quand il est présent dans une teneur de 0,002 % ou plus, peut donner les particules de nitrure de titane souhaitées. Cependant, la teneur en azote est de préférence contrôlée à 0,010% ou moins parce que l'azote, s'il est présent dans une teneur excessivement élevée, peut promouvoir la formation de grosses particules de nitrure de titane. La teneur en azote est de préférence de 0,003 % ou plus et de 0,008 % ou moins.
Teneur en bore (B): 0,0005 % à 0,005 %
Si de la ferrite grossière aux joints de grains est formée dans la zone affectée par la chaleur, la zone affectée par la chaleur peut avoir une ténacité ZAC limitée (peut ne pas avoir une ténacité ZAC satisfaisante) même quand de la ferrite intragranulaire est formée et que la formation de grosses particules de nitrure de titane est empêchée. L'élément bore (B) empêche avantageusement la formation de ferrite grossière aux joints de grains et améliore ainsi la ténacité ZAC. Le bore présente ces effets de manière plus satisfaisante à mesure que sa teneur augmente et, quand il est présent dans une teneur de 0,0005 % ou plus, peut présenter avantageusement les effets. Cependant, la teneur en bore est contrôlée de préférence à 0,005 % ou moins parce que le bore, s'il est présent dans une teneur excessivement élevée, peut promouvoir la formation de paquets bainitiques grossiers provenant des joints de grains d'austénite primaire et peut affecter de manière négative la ténacité ZAC. La teneur en bore est de préférence de 0,0010 % ou plus et de 0,004 % ou moins, et mieux encore est de 0,0015 % ou plus.
La plaque d'acier selon la présente invention contient essentiellement les éléments susmentionnés, le reliquat comprenant du fer et des impuretés inévitables. La plaque d'acier peut contenir, comme impuretés inévitables, Sn, As, Pb et d'autres éléments qui sont typiquement introduits dans l'acier en provenance de matières brutes, matériaux de construction et installations de fabrication. La plaque d'acier peut effectivement contenir positivement certains des éléments mentionnés ci-dessous afin d'avoir d'autres propriétés améliorées selon les types des compositions chimiques (éléments) à ajouter.
Au moins un élément sélectionné dans le groupe consistant en nickel (Ni) dans une teneur de 0,05 % à 1,50 %, cuivre (Cu) dans une teneur de 0,05 % à 1,50 %, chrome (Cr) dans une teneur de 0,05 % à 1,50 % et molybdène (Mo) dans une teneur de 0,05 % à 1,50 %
Les éléments nickel (Ni), cuivre (Cu), chrome (Cr) et molybdène (Mo) sont chacun efficaces pour aider la plaque d'acier à avoir une plus grande résistance et présentent cet effet de manière plus satisfaisante à mesure que leur teneur augmente. Ces éléments sont de préférence présents chacun dans une teneur de 0,05 % ou plus. Cependant, les teneurs en ces éléments sont de préférence contrôlées chacune à 1,50 % ou moins parce que ces éléments, s'ils sont présents dans une teneur excessivement élevée, peuvent inviter une résistance élevée et altérer la ténacité ZAC. Les teneurs en ces éléments sont chacune plus préférablement de 0,10 % ou plus et de 1,20 % ou moins.
Au moins un élément sélectionné dans le groupe consistant en niobium (Nb) dans une teneur de 0,002 % à 0,10 % et vanadium (V) dans une teneur de 0,002 % à 0,10 %
Les éléments niobium (Nb) et vanadium (V) précipitent comme carbonitrures pour empêcher les grains austénitiques de devenir grossiers et sont ainsi efficaces pour fournir une ténacité satisfaisante du métal de base. Ces éléments présentent les effets de manière plus satisfaisante à mesure que leurs teneurs augmentent et sont de préférence présents chacun dans une teneur de 0,002 % ou plus pour présenter avantageusement les effets. Cependant, les teneurs en ces éléments sont de préférence contrôlées chacune à 0,10% ou moins parce que les éléments, s'ils sont présents en excès, peuvent amener la zone affectée par la chaleur à avoir une structure grossière, donc altérant la ténacité ZAC. Les teneurs en ces éléments sont chacune plus préférablement de 0,005 % ou plus et de 0,08 % ou moins.
Paramètres
La plaque d'acier selon la présente invention a une composition chimique satisfaisant aux conditions ci-dessus et, en plus, a une valeur A de 5,0 ou plus et de 25,0 ou moins (5,0<A<25,0), la valeur A étant exprimée par l'expression (1):
Valeur A=104x[B]x(0,4+30x[Ti]-82x[N]) (1 ) où [B], [Ti] et [N] sont des teneurs (en pourcentage en masse) respectivement en B, Ti et N. La suppression de la formation de ferrite grossière aux joints de grains requiert non seulement l'ajout de bore mais aussi la présence de bore libre. La valeur A déterminée selon l'expression (1) est un indice pour la quantité de bore libre à contrôler. Une plaque d'acier ayant une valeur A inférieure à 5,0 peut souffrir de la formation de ferrite grossière aux joints de grains. Une plaque d'acier ayant une valeur A supérieure à 25,0 peut souffrir d'une ténacité ZAC insuffisante due à la promotion de la formation de paquets bainitiques grossiers aux joints de grains austénitiques.
Les coefficients et les plages des éléments respectifs dans l'expression (1) pour la détermination de la valeur A ont été déterminés de façon expérimentale sur la base de l'idée suivante.
Le bore est présent principalement comme bore libre et nitrure de bore. La quantité de bore libre est par conséquent déterminée en gros sur la base de la quantité de bore ajouté et de la quantité de nitrure de bore. Lorsque la zone affectée par la chaleur est chauffée à des températures élevées, le nitrure de titane fond pour former de l'azote libre et l'azote libre est combiné avec du bore pour former du nitrure de bore pendant le processus de refroidissement subséquent. Sur la base de cela, une équation de régression linéaire de [Ti] et [N] a été déterminée par calcul en utilisant le logiciel Thermo-Cale pour calculs thermodynamiques pour dériver l'expression (1). L'équation de régression linéaire de [Ti] et [N] représente la quantité d'azote libre lorsqu'on chauffe la zone affectée par la chaleur à une température élevée (1400° C). Ensuite, le coefficient de proportionnalité a été déterminé par comparaison avec une quantité de bore libre déterminée de façon expérimentale en partant du principe que la quantité de nitrure de bore formée pendant le refroidissement de la zone affectée par la chaleur est proportionnelle au produit de la quantité d'azote libre et de la quantité de bore ajouté. L'expression résultante représentant la quantité de nitrure de bore est soustraite de la quantité de bore ajouté pour donner l'expression (1): Valeur A=104x[B]x(0,4+30x|Ti]-82x[N]) (1)
Comme cela est décrit dans les compositions chimiques, la plaque d'acier peut en outre effectivement contenir au moins un élément sélectionné dans le groupe consistant en Ni, Cu, Cr et Mo. Dans ce cas, les teneurs (en pourcentage en masse) en ces éléments satisfont à la condition suivante: (Ni]+[Cu]+[Cr]+|Mo]<2,5 %. En d'autres termes, la teneur totale en Ni, Cu, Cr et Mo est inférieure à 2,5 %.
Les grosses particules de nitrure de titane se forment par ségrégation à la solidification dans une phase liquide enrichie avec du titane et de l'azote dans le processus de solidification de l'acier fondu. Ces éléments, s'ils sont ajoutés en une teneur totale de plus de 2,5 %, peuvent abaisser la température de solidification et la phase liquide peut rester à une basse température à laquelle la force poussant à la formation de grosses particules de nitrure de titane devient trop grande. Donc, une plus grande quantité de grosses particules de nitrure de titane peut être formée.
La présente invention concerne des plaques d'acier. Le terme "plaque d'acier" se réfère de manière générale à une tôle d'acier ayant une épaisseur de 3,0 mm ou plus. Par contre, la plaque d'acier selon la présente invention est de préférence une plaque d'acier qui a une épaisseur de 50 mm ou plus et qui sera soudée. En conséquence, les tôles d'acier auxquelles la présente invention est appliquée sont de préférence, mais pas exclusivement, des tôles d'acier ayant une épaisseur de 50 mm ou plus. Il est à noter, cependant, que celles-ci sont simplement des formes de réalisation préférées et ne sont pas destinées à éviter l'application de la présente invention à des plaques d'acier (ou tôles d'acier) ayant une épaisseur de moins de 50 mm.
Exemples
La présente invention sera illustrée de manière plus détaillée en référence à plusieurs exemples expérimentaux ci-dessous. Il est à noter, cependant, que les exemples ne sont jamais interprétés comme limitant la portée de la présente invention et peuvent être modifiés ou changés sans s'écarter de la portée et de l'esprit de la présente invention et tous ceux-ci entrent dans le cadre de la présente invention.
Dans les exemples expérimentaux du présent document, les tôles d'acier ont été fabriquées de la manière suivante. Au départ, des tôles ayant les compositions chimiques reprises dans les tableaux 1 et 2 ont été fabriquées par fusion en utilisant un four de fusion sous vide (four de fusion par induction sous vide; VIF; 150 kg), les métaux fondus ont été coulés en brames (forme de section: 150 mm par 250 mm) et les brames ont été soumises au laminage à chaud pour donner des tôles d'acier laminées à chaud ayant une épaisseur de 80 mm. De manière spécifique, les brames ont été chauffées à 1100° C pendant 3 heures avant le laminage à chaud, ont été laminées à chaud à une température de laminage de finition de 780° C ou plus et ont été refroidies à une température d'arrêt de refroidissement de 450° C à une température de refroidissement moyenne de 6° C par seconde.
Les conditions de fabrication contrôlées des tôles d'acier (plaques d'acier) laminées à chaud sont indiquées dans les tableaux 3 et 4. Les conditions contrôlées sont la quantité d'oxygène dissous (Of) (en pourcentage en masse) dans l'acier fondu avant l'ajout de Al (Ti); l'ordre des ajouts de Al, Ti, REM, Zr et Ca; l'intervalle de temps t1 de l'ajout de REM ou Zr à l'ajout de Ca; le rapport [REM]/[Zr] (en masse) de la quantité de REM ajouté [REM] à la quantité de Zr ajouté [Zr] (le rapport est indiqué comme "REM/Zr" dans les tableaux); et le temps de refroidissement t2 à des températures de l'ordre de 1500° C à 1450° C en coulée.
Les REM, comme indiqué dans les tableaux 1 et 2, ont été ajoutés comme un mischmétal contenant environ 50 % de Ce et environ 25 % de La en pourcentage en masse. Le symbole dans les tableaux 1 et 2 indique qu'un élément en question n'a pas été ajouté.
Les ordres d'ajout de Al, Ti, REM, Zr et Ca dans les tableaux 3 et 4 sont indiqués comme "approprié" quand les éléments ont été ajoutés dans l'ordre Al, Ti, (REM et Zr) et Ca et comme "inapproprié" quand les éléments ont été ajoutés dans un autre ordre. ч
< jj CÛ < μ. гм
Э < ω
-J 2Э
Tableau 3
Tableau 4
Les tôles d'acier (plaques d'acier) laminées à chaud fabriquées dans ces conditions ont été examinées pour déterminer la densité numérique N1 de particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent inférieur à 2 pm, la densité numérique N2 de particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 2 pm ou plus, la densité numérique N3 de particules de nitrure de titane ayant un diamètre de cercle équivalent de 1 pm ou plus et la ténacité ZAC selon les méthodes de mesure suivantes. Les résultats de ces mesures sont indiqués dans les tableaux 5 et 6.
Mesure de la densité numérique de particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent inférieur à 2 pm
Des spécimens ont été découpés dans les plaques d'acier respectives à une profondeur d’un quart de l'épaisseur à partir de la surface de la plaque de sorte que l'axe central de chaque spécimen passe à la profondeur d'un quart de l'épaisseur. Une coupe transversale de chaque spécimen parallèlement au sens de laminage et au sens de la profondeur a été observée avec un microscope électronique à balayage à effet de champ "SUPRA35 (nom commercial)" (également dénommé ci-après FE-SEM) fourni par Cari Zeiss AG. L'observation a été effectuée à un grossissement de 5000x dans un champ de vision de 0,0024 mm2 en vingt points. Des zones d'oxydes respectifs dans les champs de vision d'observation ont été mesurées par analyse d'images à partir desquelles les diamètres de cercle équivalent des oxydes ont été calculés. Le fait que les oxydes ont des compositions chimiques satisfaisant aux conditions ci-dessus a été vérifié avec un spectromètre à rayons X à dispersion d'énergie (EDX). La mesure des compositions chimiques avec EDX a été effectuée à une tension d'accélération de 15 kV pendant une durée de 100 secondes. Le nombre de particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent inférieur à 2 pm a été déterminé en termes de densité numérique (N1) par millimètre carré. Cependant, les données de particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 0,2 pm ou moins ont été exclues des données à analyser à cause d'une fiabilité insuffisante de EDX.
Mesure de la densité numérique de particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 2 pm ou plus
Des spécimens ont été découpés dans les plaques d'acier respectives à une profondeur d'un quart de l'épaisseur à partir de la surface de la plaque de sorte que l'axe central de chaque spécimen passe à la profondeur d'un quart de l'épaisseur. Une coupe transversale de chaque spécimen parallèlement au sens de laminage et au sens de la profondeur a été observée avec FE-SEM. L'observation a été effectuée à un grossissement de 1000x dans un champ de vision de 0,06 mm2 en vingt points. Des zones d'oxydes respectifs dans les champs de vision d'observation ont été mesurées par analyse d'images à partir desquelles les diamètres de cercle équivalent des oxydes ont été calculés. Le fait que les oxydes ont des compositions chimiques satisfaisant aux conditions ci-dessus a été vérifié avec un spectromètre à rayons X à dispersion d'énergie (EDX). La mesure des compositions chimiques avec EDX a été effectuée à une tension d'accélération de 15 kV pendant une durée de 100 secondes. Le nombre de particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 2 pm ou plus a été déterminé en termes de densité numérique (N2) par millimètre carré.
Mesure de la densité numérique de nitrures de titane ayant un diamètre de cercle équivalent de 1 pm ou plus
Des spécimens ont été découpés dans les plaques d'acier respectives à une profondeur d'un quart de l'épaisseur à partir de la surface de la plaque de sorte que l'axe central de chaque spécimen passe à la profondeur d'un quart de l'épaisseur. Des images ont été prises dans vingt champs de vision d'une coupe transversale de chaque spécimen parallèlement au sens de laminage et au sens de la profondeur avec un microscope optique à un grossissement de 200x, le nombre de grosses particules de nitrure de titane ayant un diamètre de cercle équivalent de 1 pm ou plus a été compté et converti en une densité numérique (N3) par millimètre carré. Une zone mesurée des images était de 0,148 mm2 par champ de vision et était de 2,96 mm2 par échantillon. Le nitrure de titane été identifié sur la base de la forme et de la couleur. De manière spécifique, des inclusions aux formes angulaires et orange clair ont été considérées comme des particules de nitrure de titane. Les diamètres de cercle équivalent des particules de nitrure de titane ont été calculés en utilisant un logiciel d'analyse. Des grosses particules de nitrure de titane se forment au niveau des oxydes.
Dans ce cas, les oxydes entourés par des particules de nitrure de titane ont été exclus de la mesure des diamètres de cercle équivalent.
Évaluation de la ténacité ZAC
Des spécimens de joint de soudure ont été échantillonnés à partir des plaques d'acier respectives, traités pour former un bord à rainure en V et ont été soumis au soudage à l'arc à électrogaz avec un apport de chaleur de 50 kJ/mm. Chacun des trois spécimens d'essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée de Charpy ont été échantillonnés à partir de ces spécimens. Les spécimens d'essai de Charpy étaient des spécimens à entaille en V selon les normes industrielles japonaises (JIS) Z 2242 et avaient une entaille dans une zone affectée par la chaleur à proximité d'un cordon de soudure (liaison) à une profondeur d'un quart de l'épaisseur à partir de la surface de chaque plaque d'acier. Les spécimens d'essai de Charpy ont été soumis à des essais de Charpy à -40° C pour mesurer l'énergie absorbée (vE.40) et une moyenne et un minimum de l'énergie absorbée des trois spécimens ont été déterminés. Sur la base des résultats de mesure, un échantillon ayant une vE-40 moyenne de plus de 180 J et une vE.40 minimum de plus de 120 J a été évalué comme ayant une ténacité ZAC satisfaisante.
Chacun des trois spécimens d'essai de Charpy ont été préparés indépendamment à partir de spécimens de joint de soudure par la procédure ci-dessus, sauf que les spécimens de joint de soudure ont été soumis au soudage à l'arc à électrogaz avec un apport de chaleur de 60 kJ/mm. Les spécimens d'essai de Charpy ont été soumis à des essais de Charpy dans les conditions susmentionnées. L'énergie absorbée (vE.40) des trois spécimens a été mesurée et une moyenne a été déterminée. Sur la base des résultats de mesure, un échantillon ayant une vE.40 moyenne de plus de 120 J a été évalué comme ayant une ténacité ZAC satisfaisante.
Tableau 5
Tableau 6
Les résultats démontrent ce qui suit. Les échantillons n° 1 à 30 sont des exemples satisfaisant aux conditions spécifiées dans la présente invention. Ils avaient des compositions chimiques contrôlées de manière appropriée, comprenaient des oxydes et des particules de nitrure de titane dispersés de manière appropriée et présentaient une ténacité ZAC satisfaisante (moyenne et minimum) lors du soudage avec un apport de chaleur de 50 kJ/mm et également une ténacité ZAC satisfaisante (moyenne) lors du soudage avec un apport de chaleur de 60 kJ/mm. De manière spécifique, les échantillons n° 1 à 30 peuvent servir comme plaques d'acier à excellente ténacité dans une zone affectée par la chaleur.
Par contre, les échantillons 31 à 52 sont des exemples comparatifs ne satisfaisant pas à au moins une des conditions spécifiées dans la présente invention. Ils ne satisfaisaient pas à un critère relatif à l'une quelconque de la ténacité ZAC (moyenne et minimum) lors du soudage avec un apport de chaleur de 50 kJ/mm et de la ténacité ZAC (moyenne) lors du soudage avec un apport de chaleur de 60 kJ/mm.

Claims (3)

  1. REVENDICATIONS
    1. Plaque d'acier comprenant: du carbone (C) dans une teneur de 0,03 % à 0,12 %; du silicium (Si) dans une teneur de 0 % à 0,25 %; du manganèse (Mn) dans une teneur de 1,0 % à 2,0 %; du phosphore (P) dans une teneur supérieure à 0 % et inférieure ou égale à 0,03 %; du soufre (S) dans une teneur supérieure à 0 % et inférieure ou égale à 0,015 %; de l'aluminium (Al) dans une teneur de 0,004 % à 0,05 % du titane (Ti) dans une teneur de 0,010 % à 0,050 %; au moins un élément de terres rares (REM) dans une teneur de 0,0003 % à 0,02 %; du zirconium (Zr) dans une teneur de 0,0003 % à 0,02 %; du calcium (Ca) dans une teneur de 0,0005 % à 0,010 %; de l'azote (N) dans une teneur de 0,002 % à 0,010 %; et du bore (B) dans une teneur de 0,0005 % à 0,0050 %, en pourcentage en masse, dans laquelle: la plaque d'acier comprend en outre du fer et des impuretés inévitables; la plaque d'acier a une valeur A exprimée par l’expression (1) de 5,0 ou plus et de 25,0 ou moins, expression (1) exprimée comme suit: Valeur A=104x[B]x(0,4+30x[Ti]-82x[N]) (1) où [B], [Ti] et [N] sont des teneurs (en pourcentage en masse) respectivement en B, Ti et N dans la plaque d'acier; la plaque d'acier contient des oxydes et du nitrure de titane, où chacun des oxydes contient des éléments constitutifs autres que l'oxygène dans des teneurs satisfaisant aux conditions suivantes: 2%<Ti<40%, 5%<AI<30%, 5%<Ca<40%, 5%<REM<50%, 2%<Zr<30% et 1,5<REM/Zr, où Ti, Al, Ca, REM et Zr sont des teneurs (en pourcentage en masse) respectivement en Ti, Al, Ca, au moins un élément de terres rares et Zr, sur la base de la quantité totale d'éléments, autres que l'oxygène, constituant chaque oxyde; pour ce qui est des oxydes, les particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent inférieur à 2 pm sont présentes dans une densité numérique de 300 ou plus par millimètre et les particules d'oxyde ayant un diamètre de cercle équivalent de 2 pm ou plus sont présentes dans une densité numérique de 100 ou moins par millimètre carré, et pour ce qui est du nitrure de titane, les particules de nitrure de titane ayant un diamètre de cercle équivalent de 1 pm ou plus sont présentes dans une densité numérique de 5 ou moins par millimètre carré.
  2. 2. Plaque d'acier de la revendication 1, comprenant en outre au moins un élément sélectionné dans le groupe consistant en: nickel (Ni) dans une teneur de 0,05 % à 1,50 %; cuivre (Cu) dans une teneur de 0,05 % à 1,50 %; chrome (Cr) dans une teneur de 0,05 % à 1,50 %; et molybdène (Mo) dans une teneur de 0,05 % à 1,50 %, en pourcentage en masse, dans laquelle les teneurs en ces éléments satisfont à la condition suivante: [Ni]+[Cu]+[Cr]+[Mo] <2.5% où [Ni], [Cu], [Cr] et [Mo] sont les teneurs (en pourcentage en masse) respectivement en Ni, Cu, Cr et Mo.
  3. 3. Plaque d'acier de l'une quelconque des revendications 1 et 2, comprenant en outre au moins un élément sélectionné dans le groupe consistant en: niobium (Nb) dans une teneur de 0,002 % à 0,10 %; et vanadium (V) dans une teneur de 0,002 % à 0,10 %, en pourcentage en masse.
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