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La présente invention a pour objet un acier structurel pouvant être soudé facilement et ayant une haute résistance
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ductilité supérieure.
En règle générale, on admet que la résistance et la
ductilité ou la résistance et la soudabilité d'un acier sont
des caractéristiques contradictoires, en ce sens qu'un gain
de l'une est inévitablement accompagné d'une importante perte
de l'autre. Par exemple, la résistance ne peut être élevée qu'au détriment de la ductilité, de la soudabilité ou des deux et, par conséquent, un centre d'intérêt dans la technique de fabrication de l'acier a été la façon d'obtenir des aciers où ces trois propriétés étaient maintenues simultanément à un niveau élevé.
En conséquence, un objet principal de la présente invention est dé prévoir un acier ayant une résistance à la
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soudable pour pouvoir servir de matériau dans la construction des structures soudées. Parmi les procédés existants en vue d'augmenter la résistance de l'acier, la méthode la plus commune et la plus économique consiste à augmenter la teneur en .carbone. Toutefois, étant donné que la soudabilité de l'acier est altérée lorsqu'on augmente la teneur en carbone au-delà d'une certaine limite, cette dernière dépendant d'autres facteurs comprenant les teneurs en éléments d'alliage coexistants, la fabrication des aciers de haute résistance et de bonne soudabilité doit être effectuée suivant d'autres moyens.
En d'autres termes, dans les procédés existants pour la fabrication des aciers soudables à haute résistance, on suit généralement une méthode particulière, dans laquelle on obtient la résistance sans altérer la soudabilité en prévoyant un ou plusieurs éléments d'alliage, chacun en une quantité rela tivement faible par rapport à l'acier, puis en soumettant l'acier à un traitement thermique approprié, par exemple un traitement de trempe et de revenu, lorsqu'on désire porter la résistance à un niveau plus élevé encore ou si l'on veut réaliser des économies en réduisant la teneur en éléments d'alliage coûteux.
En règle générale, cet élément d'alliage est nécessaire pour que les aciers atteignent des résistances à la traction supérieures à 60 kg/mm2, mais pour atteindre une résistance <EMI ID=4.1>
au moins quelques éléments d'alliage en proportions et types variables, mais un traitement thermique approprié est presque toujours indispensable. Jusqu'à présent, on a proposé de nombreux aciers soudables à haute résistance et certains d'entre eux ont été commercialisés mais, en règle générale, on estime qu'en ce qui concerne les aciers destinés à des structures soudées, tout en pouvant être traités facilement et en toute sécurité à l'atelier et au chantier, un Intervalle
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la traction.
Apparemment, il existe deux façons d'éviter cet inoon-
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d'alliage, tandis que l'autre consiste à réduire la température de trempe au cours du traitement thermique précité. Tou- tefois, le premier procédé est désavantageux aux points de vue économie et soudabilité, car la plupart des éléments d'alliage
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dabilité tandis que, dans le deuxième procédé, le but ne peut être atteint qu'au détriment de In ductilité a basse tempéra- ture; de plus, la structure soudée pourrait se détériorer au joint soudé, lorsque le recuit pratiqué après le soudage et souvent inévitable en! vue d'éliminer les tensions résiduelles de la soudure est nécessairement effectué à une température
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résistance à la traction d'au moins 90 à 100 kg/mm2 (appelé ci-après niveau de 100 kg/wm2 pour plus de facilité), tout en!
<EMI ID=10.1> thermique approprié, certains éléments métalliques d'alliage de cette matière, de même que certains agents de précipitation de nitrures métalliques étant des constituants importants et critiques.
Plus spécifiquement, la présente invention se rapporte
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être ajoutés suivant les nécessités spécifiques, le reste étant constitué pratiquement entièrement de fer avec des impuretés accidentelles ou inévitables, l'acier étant refroidi rapidement
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température où l'intervalle normal de température de trempe
et de revenu coïncide avec l'intervalle de température de précipitation la plus rapide des nitrures d'aluminium, de béryl.. lium ou de columbium, ces aciers étant ensuite soumis à un
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Suivant la présente invention, il n'y a aucune préférence spéciale pour le type de four de fabrication d'acier,
au moyen duquel on obtient l'acier de l'invention, bien qu'il soit nécessaire de veiller au type et à la quantité des éléments d'alliage et des nitrures, en considération de facteurs tels que l'épaisseur ou les particularités de l'application. finale,
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dabilité lorsque l'acier est parachevé après traitement thermi- que. En d'autres termes, suivant la présente invention, il faut souligner non seulement la détermination de l'intervalle approprie de composition pour les éléments d'alliage et le nitrure, mais également le traitement thermique approprie au moyen duquel on atteint le niveau de résistance à la traction envisagée.
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conditions nécessaires grâce à de nombreux essais et considé- rations théoriques, dont on décrira à présent le résultat. En premier lieu, la teneur en carbone est limitée a moins de
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résistance dû au carbone était équilibré par la détérioration de la soudabilité. En ce qui concerne le silicium, il faut
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ductilité de l'acier a tendance à être détériorée. Le manganèse qui est un des éléments d'alliage les plus économiques pour
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taille sont influencées défavorablement. Le molybdène, qui contribue à améliorer la ductilité, ainsi que la résistance,
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l'effet ne se manifeste pas. Le vanadium est prévu eu égard
à son effet d'augmentation de la résistance et d'affinage des
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cette limite, il est non seulement superflu, mais il a égale-ment souvent tendance à rendre l'acier cassant, En résumé,
la composition de base de l'acier de la présente invention est conçue de telle sorte qu'avec la coopération du carbone, du manganèse, du chrome, du molybdène et du vanadium, la résistance de l'acier soit élevée sans altérer la ductilité et la soudabilité.
Toutefois, il est à noter que l'on ne peut obtenir une
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composition chimique reprise ci-dessus. Le composant de précipitation-de nitrure métallique a son importance dans cette composition et, par conséquent, il constitue une condition fondamentale dans la présente invention.
On sait que certains précipités. de nitrures métalliques, comme par exemple le nitrure d'aluminium, affine la structure granulaire et que, par conséquent, ils améliorent la ductilité à température ambiante, de même que la résistance à l'entaille à basse température de l'acier. Suivant la présente invention, on a appliqué ce principe au cas des aciers à haute résistance
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que l'on a obtenu une meilleure ductilité. En outre, pour le cas particulier envisagé, on a également trouvé que la résistance de l'acier était sensiblement augmentée. Toutefois, on a
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point que son aptitude à la trempe et au revenu était plutôt réduite ou que l'on obtenait difficilement une profondeur de trempe satisfaisante, en particulier lorsque l'épaisseur de la matière première était importante, par exemple plus de 1 pouce
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cette difficulté pouvait être surmontée en ajoutant du bore afin de rectifier la perte d'aptitude à la trempe et au revenu, ainsi qu'on l'a du reste établi par de" essais. L'effet qu'exerce le bore pour améliorer l'aptitude à la trempe et au revenu
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le bore commence à précipiter sous forme de borure.terreux le long des limites des grains, ce qui a tendance à altérer la ductilité. A ce propos, le bore et le nickel se complètent ou peuvent se remplacer mutuellement.
En ce qui concerne le type et la teneur des nitrures métalliques, il faut tenir compte des considérations suivantes* Parmi tous les formateurs possibles de nitrures métalliques, on a constaté qu'au moins l'alumium, le béryllium, le columbium, le titane et le zirconium (en particulier les trois premiers) étaient efficaces. En prenant par exemple le cas du nitrure d'aluminium, la teneur de ces précipités de nitrure métallique
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tance à la traction ne peut être garantie, tandis qu'au-delà de cet intervalle, la quantité d'azote contenu dans l'acier avant la formation du nitrure d'aluminium devient trop impor- tante pour pouvoir finir le lingot à l'état calmé; en effet,
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Lorsqu'il faut plusieurs précipités de nitrures, on peut, pour
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naison de ces nitrures, en particulier un nitrure choisi parmi le groupe de l'aluminium, du béryllium et du columbium ou un autre choisi parmi le groupe du titane et du zirconium, par
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au-delà de 0,l8fJ, on ne constate aucune amélioration importantes
De plus, on peut prévoir du nickel, du cuivre ou les deux dans la composition de base décrite ci-dessus. Le nickel est utilisé en raison de ses effets favorables sur la résistance, la ductilité et la profondeur de trempe et de revenu pour les tales d'acier de forte épaisseur ou des utilisations dans des conditions rigoureuses. Toutefois, lorsqu'il est ajouté en une quantité supérieure à 2%, les autres éléments d'alliage doivent être réglés de façon à obtenir la structure métallographique appropriée. Le cuivre est ajouté en raison
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l'aptitude de l'acier au traitement.
Comme on l'a indiqué brièvement ci-dessus, un traitement thermique approprié constitue une autre condition requise pour que l'acier de la présente invention ait une résistance à la traction de 100 kg/mm2, même si tous les constituants ci-dessus sont combinés de la manière la mieux.appropriée.
En d'autres termes, on ne peut obtenir un acier hautement ductile et soudable d'une résistance à la traction de 100kg/ mm2 en refroidissant simplement l'acier à partir de la température de traitement à chaud.
A cet effet, 11 convient d'appliquer le traitement thermique décrit ci-après. Tout d'abord, on chauffe l'acier
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que le nitrure métallique précipite sous une forme finement dispersée dans la matrice d'acier. En second lieu, après avoir maintenu l'acier à cette température pendant une période suffisamment longue, jusqu'à ce que l'austénitisation et la précipitation du nitrure soient terminées, on le refroidit brusquement dans l'eau ou on le refroidit rapidement à une vitesse comparable à celle du refroidissement brusque dans l'eau, de façon que la majeure partie de l'acier devienne de <EMI ID=35.1>
au détriment de la résistance. En effet, même avec la composition de base ou la composition modifiée de la présente invention, l'acier martensitique a une ductilité trop faible, bien que sa résistance puisse devenir très élevée, Dans ce cas, la
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plutôt critique, car un revenu effectua en dessous de cette température donne un acier susceptible de subir des craquelures aux intempéries ou d'autres phénomènes néfastes se manifestant souvent dans l'acier après le soudage, Dans le traitement thermique décrit ci-dessus, il faut veiller à ce que pratiquement tout le nitrure métallique disponible soit précipite.
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te invention (acier A) en fonction de la composition chimique, le reste étant pratiquement constitué entièrement de fer avec des Impuretés accidentelles. Les propriétés mécaniques et la soudabilité de l'acier A sont indiquées respectivement aux tableaux 2 et 3. Au tableau 3, le test de soudabilité A est celui de la Japan National Railway Corporation (M.Otani,
<EMI ID=39.1> qui constitue un traitement thermique particulier parmi ceux compatibles avec ceux de la présente invention. Tableau 1 Composition chimique" $ en poids
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Tableau 2 Propriétés mécaniques
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Tableau 3 Soudabilit�
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On constate que l'acier A de la présente invention a une résistance à la traction de 100 kg/mm2 après le traitement thermique, une excellente ductilité à la température
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montrera ci-après.
exemple
Au tableau 4, on donne les compositions chimiques respectives d'un acier soudable connu à haute résistance à la traction (acier B)f soumis à un traitement thermique à <EMI ID=47.1>
obtenus dans les tests de résistance à la traction et de chocs
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sont repris au tableau 6.
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Tableau 5 Propriétés mécaniques des aciers
du Tableau 1
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<EMI ID=54.1> Tableau 6 Soudabilité des aciers du Tableau 1
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tance à la traction de 80 kg/mm2, bien que ces deux aciers aient presque la même composition chimique. On notera égale- ment que, tandis que les deux aciers C et D peuvent être appelés
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l'acier D de la présente invention possède une ductilité à basse température absolument comparable à celle de l'acier B, tandis que celle de l'acier C est légèrement inférieure, malgré sa plus forte teneur en éléments d'alliage.
D'autre part, le tableau 6 montre que l'acier C a une soudabilité inférieure à celle de l'acier D de la présente invention, en ce sens que le préchauffage nécessaire pour éviter la formation de craquelures dans les soudures est d'au
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ble sur le chantier" D'autre part, la soudabilité de l'acier D est la même que celle de l'acier B, en ce sens que le soudage
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une température absolument normale sur le chantiers
REVENDICATIONS.
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précipité de nitrure métallique, le nitrure métallique étant l'un ou l'autre des nitrures d'aluminium, de béryllium, de columblum, de titane et de zirconium ou l'une ou l'autre combinaison de ces derniers, le reste étant constitue pratiquement entièrement de fer avec des impuretés accidentelles, l'acier devant être soumis à une trempe à partir d'une température
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