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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une DEMANDE DE BREVET D'INVENTION Procédé pour la fabrication d'aciers de construction par compen- sation des constituants d'alliage.
Les corps qui, comme le silicium, le chrome, l'aluminium, le phosphore, déterminent dans l'acier, la striction du champ #, ont déjà été proposés pour l'élaboration d'aciers de construction, soit isolément, soit combinés, sans qu'on se soit rendu compte de la dépendance réciproque des constituants d'alliage, ni surtout du maximum jusqu'auquel on peut les utiliser.
Il existe une proposition, non adoptée par la technique, d'après laquelle les alliages d'acier destinés aux pièces qui, aux températures élevées, notamment au-delà de 500 C., doivent accuser une forte résistance aux efforts répétés aux températures élevées, et dont les constituants d'alliage sont au moins également des corps qui, dans le système binaire au fer, astreignent le champ #, sont produits de manière que les teneurs en ces corps d'alliage sont telles qu'on obtient, dans l'alliage d'acier, un
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point critique aussi élevé que possible, de préférence aux envi- rons ou au-dessus de 1000 C. (Brevet belge n 421.637).
Une autre proposition - qui n'est pas encore entrée, elle non plus, dans le domaine de la technique - porte sur l'utilisa- tion des alliages d'acier obtenus d'après le principe ci-dessus, pour des pièces qui, à la température ambiante, doivent, soit en état recuit, soit en état trempé, présenter des résistances maxima, comme par exemple dans le cas d'organes de machine ou de construc- tion soumis à des charges considérables.
Or, il a été trouvé que les alliages d'acier, pour les cons- tructions au-dessus et au-dessous du sol et les constructions na- vales ou mécaniques, et qui, à l'état non recuit, accusent, aux charges statiques et dynamiques, une forte résistance et une sen- sibilité réduite à la fissuration par soudage, et dont les consti- tuants d'alliage sont aussi, au moins, des corps qui, dans le système binaire avec le fer, astreignent le champ #, peuvent être fabriqués de telle manière que les teneurs en ces éléments d'alliage sont, en dépendance du carbone, dosées de telle manière qu'on obtient, dans l'alliage d'acier, un point critique aussi élevé que possible, de préférence supérieur à 950 C. L'effet de cette mesure sur les propriétés de résistance, est représenté schématiquement à la fig.l.
Dans la fabrication de tels aciers de construction, il est avantageux d'utiliser au moins deux corps astreignant le champ #.
Les teneurs en éléments d'alliage déterminant la striction du champ 3, nécessaires à obtenir la composition la plus favora- ble de l'acier, sont déterminées par la règle de mélange suivante : a % X-- + b % y + c % Z + ..... = m ap X bp % Y cp % Z dans laquelle représentent : a, b, c, .., les taux effectifs des teneurs de l'acier fini en éléments d'alliage X, Y, Z, déterminant la striction du champ #; ap, bp, cp, le taux de la teneur en l'élément d'alliage auquel, selon les indications de la fig.2, dans le système binaire
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avec le fer, le corps cristallisé dans le mélange le présente, pour p % de carbone, un coefficient maximum de la température cri- tique (point Ac3).
D'après le taux de la teneur en carbone et d'après la quanti- té des éléments de structure ferritique ainsi influencée, les va- leurs suivantes se sont montrées particulièrement favorables en ce qui concerne le facteur m de l'équation de mélange :
0.03 jusque 0.08 % C m = 0,70 jusque 1.00
0.09 jusque 0.15 % C m = 0.60 jusque 0.90
0.16 jusque 0.20 % C m = 0.50 jusque 0.80.
Il est très intéressant de constater que les aciers contenant les éléments extrêmement bon marché silicium, aluminium, phosphore, dans les proportions établies suivant la règle de mélange, possè- dent des propriétés de résistance surprenantes.
L'effet de la règle d'alliage sur pareils aciers est expliqué par ce qui suit :
En prenant, par exemple, p = 0,1 % C, on trouve, d'après la fig.2, pour les éléments silicium, aluminium et phosphore, les dénominateurs ap, bp, cp, suivants :
Si = 5.5 Al. = 1.0 % P. = 0.39 %.
Pour l'acier du tableau 1, on trouve alors le rapport sui- vant : 0.70 % Si + 0.20 % Al + 0.12 % P = 0.675 5.5 Si 1.0 % Al 0.39 P
L'aluminium, ou un des deux autres éléments, peuvent être remplacés en tout ou en partie par tout autre élément déterminant la striction du champ #, par exemple le vanadium. C'est ainsi que la composition de l'acier 1, du tableau 1, le même facteur m étant conservé, peut donc être modifiée comme suit :
0.10 % C, 0.70 % Si, 0.10 Al, 0.12 % P, 0,3 % V.
Le tableau 1 montre, dans les types 1 à 4, des aciers compre- nant les éléments d'alliage compensés Si, Al, P. De plus, un acier sursaturé de ces éléments d'alliage (acier 5) et un acier à allia- ge trop bas (acier 6) sont montrés à titre d'exemple. L'acier 5
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présente un facteur m trop élevé, et pour l'acier 6, ce facteur est trop bas. Dans l'élaboration de tous ces aciers, on est parti de la tendance vers l'obtention d'une résistance à la tension aussi élevée que possible, afin d'avoir une base de comparaison suffisante pour les autres propriétés de résistance.
Les aciers 1 à 4, malgré la teneur relativement élevée en phosphore, accusent des chiffres d'élasticité, de striction et de ténacité à l'entaille excellents, ainsi qu'un bon rapport de la limite d'allongement. Ainsi qu'on le constate par les chiffres de résistance des aciers 1 et 2 du tableau 1, malgré qu'on eût porté de 9500 à 10500 la température de normalisation, il ne s'est pas produit de diminution, mais, bien au contraire, une amélioration des propriétés.
Dans l'acier 5, sur-allié et non compensé, l'élasticité, la striction et le chiffre de qualité sont au contraire descendus. L'acier 6, sous-allié et non compensé, montre vis-à-vis des aciers 1 à 4 une diminution de la limite d'allongement, ainsi que du rapport de la limite d'allongement, l'élasticité et la striction étant elles restées à peu près les mêmes. Les valeurs trouvées sont d'autant plus remarquables, que les aciers sous comparaison ne montrent que des écarts relativement peu importants dans leurs éléments d'alliage essentiels. Si, par exemple, l'acier 5 a une teneur en silicium plus élevée, sa teneur en carbone par contre est aussi plus faible. La ténacité au choc sur entaille des aciers 1 à 4 était bonne, celle de l'acier sur-allié 5 manifestement mauvaise, celle de l'acier sous-allié 6 bonne aussi.
Comparativement aux aciers non compensés, les aciers compensés 1 et 2 indiquent une meilleure résistance aux vibrations, tant pour éprouvette non entaillée qu'entaillée.
Les aciers élaborés suivant la règle indiquée se laissent facilement souder par les procédés électrique et autogène, ils ne sont pas sensibles à la fissuration par soudage et en raison de la grande vitesse critique de refroidissement, il ne se produit
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pas de structure de trempe ou de surchauffe dans le voisinage de la soudure, et par conséquent seulement une faible augmentation de la dureté Brinell comparativement au matériau de base, tel que cela résulte des exemples montrés par le tableau 2.
Comme le manganèse et le chrome diminuent le point critique, ces éléments, seuls ou combinés, jusque 1,2 %, ne trouveront utilement emploi, en raison de leur effet connu d'augmenter notamment la résistance et la ténacité, que si des exigences exceptionnelles sont demandées aux aciers en ce qui concerne la aensibilité à la surchauffe.
Comme le phosphore, on le sait, a de fortes tendances à la ségrégation de cristaux, surtout si la teneur en est élevée, un réchauffage de diffusion, à température élevée, permet de diminuer les effets défavorables de ce phénomène. Mais alors qu'un tel réchauffage engendre de la grosse granulation et une structure de surchauffe dans les aciers riches en phosphore connus, cet inconvénient ne se produit pas dans les aciers élaborés suivant l'invention, attendu que, pour le réchauffage de diffusion nécessaire, on ne doit guère dépasser leur température critique. La température élevée que nécessite le laminage de gros profilés n'a pas d'effet nuisible sur la texture et les propriétés de résistance, en raison de la température critique supérieure plus élevée.
Cela ne modifie en rien le caractère de l'invention si, au lieu des constituants d'alliage précités, silicium, aluminium, phosphore, qui déterminent la striction du champ #, ou ensemble avec ceux-ci, on utilise encore suivant les règles de mélange, seuls ou à plusieurs, les autres éléments déterminant la striction du champ #, tels que le molybdène, le vanadium, le tungstène, le titan, l'arsenic.
Les aciers peuvent contenir aussi du cuivre, jusque 0.55 %, par exemple en vue d'augmenter la résistance à la corrosion à l' air.
L'invention a une importance économique toute spéciale,
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attendu que, comparativement aux aciers utilisés jusqu'ici dans les bâtiments " gratte-ciel ", on peut arriver à élaborer des aciers de construction capables de supporter de hautes sollicita- tions, sans que l'on en soit réduit, pour les fabriquer, à devoir recourir aux matériaux nécessitant des devises, tels que le man- ganèse, le nickel, le chrome, le molybdène et le cuivre.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de fabrication d'alliages d'acier destinés aux constructions au-dessus et en-dessous du sol et aux constructions navales et mécaniques, présentant à l'état non compensé de hautes propriétés de résistance aux sollicitations statiques et dynami- ques et une sensibilité diminuée à l'égard de la fissuration au soudage, dont les constituants d'alliage comprennent au moins aussi des éléments qui déterminent la striction du champ # dans le système binaire avec le fer, par exemple le phosphore, le si- licium, l'aluminium, le molybdène, le vanadium, etc., caractérisé par ce que les teneurs en ces éléments d'alliage en dépendance de la teneur en carbone sont telles, qu'on obtient dans l'alliage d'acier un point critique aussi élevé que possible, de préférence près de ou au-dessus de 9500 C.