CA1159286A

CA1159286A - Procede de fabrication de lamines en acier presentant une bonne soudabilite une haute limite d'elasticite et une resilience a tres basses temperatures

Info

Publication number: CA1159286A
Application number: CA000367171A
Authority: CA
Inventors: Guy Lessel; Jean De La Hamette; Arthur Schummer; Jean-Paul Beck; Armand Frantz
Original assignee: Arbed SA
Current assignee: Arcelor Luxembourg SA
Priority date: 1980-04-28
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1983-12-27
Also published as: ES8207586A1; FR2481321B1; ATA99981A; SE8100496L; DE3107669A1; IT8026926A0; ES501716A0; IT1209295B; GB2075390A; AU542064B2; FR2481321A1; CH640569A5; AT382642B; AU6911281A; GB2075390B; NL8100232A; BR8100215A

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication de laminés en acier, notamment de ronds à béton. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on utilise un acier contenant du carbone (C), du manganèse (Mn), du silicium (Si), de l'aluminium (Al) et du niobium (Nb), que l'on lamine cet acier en veillant à ce que le taux de réduction total, réalisé au cours des trois dernières passes, soit supérieur à 20% et que l'on règle les températures pour les opérations avant (T1), pendant (T2) et après (T3) le laminage du produit présentant un diamètre (D), de manière à assurer que la limite d'élasticité (LE) et la résilience à -120.degree.C (KCV), exprimées par LE = 1035 + 510 C + 192 Mn + 2270 Nb - 0,21 T1 -0,40 T2 - 0,48 T3 - 3,51 D et KCV = 2202 - 2066 C + 23,20 Mn - 2064 Nb - 0,77 T1 - 1,24 T2 - 0,23 T3 - 1,98 D atteignent les valeurs élevées convoitées. Les laminés en acier obtenus selon le procédé de l'invention présentent une bonne soudabilité, une haute limite d`élasticité, ainsi qu'une résilience à très basses températures.

Description

28~

ProcedeJ de fabri.catior de laminés en acler presentant une bonne soudabi.li.te~, une haute limite d'élastlcite~ et une résilience à
très basses températures.

La presente invention concerne un procéde de fabrication de laminés en acier, notamment de ronds a héton, presentant une bonne soudabi.-lité, une haute limite d'elasticité, ainsi qu'une résilience a très basses temperatures.

Il est bien connu que les ronds a béton de fabrication courante avec une limite d'élasticité de l'ordre de 400 N/mm2 ne présentent qu'une très faible ténacité. Ainsi leur temperature de translti.on pour l'essai. de résllience Charpy V à 35 J/cln2 est de l'ordre de ~ 20C.
Il s'ensuit que ces produits n'offrent qu'une falble réslstance a la rup~ure fragile aux basses températures.

Dans le passe une resllience Charpy V à 35 J/cm2 et à des tempéra~
tures de l'ordre de - 196C n'etait point requise pour les utilisa-tions courantes faltes des laminés en acier com~e les ronds à b~ton.
Or, l'évolution récente de la technologie de fabrication et surtout de stockage des gaz liquéfies a conduit a la nécessite de disposer de quantités assez importantes de laminés en aci:er resistant au froid intense. Ainsi par exemple il est prevu, pour des r.ai.sons de sécurité, de munir les réservoirs de stockage de gaz liquéfiés d'une enveloppe en béton armé en analogie au mesures de sécurité
appliquées dans le domaine des réacteurs nucléaires.

Pour être utilisables pour la constitution de l'armature de telles enveloppes de réservoirs a gaz liquéfiés qui. se trouvent exposées à
; ~ 30 des temperatures de - 50C à - 196C les ronds à beton doivent pré-senter en plus d'une résilience adéquate à coeur, une soudabilité
- satisfai.sante, ce qul implique d.~s teneurs en carbone inférieures à
0,2 ~. Or, les ronds à béton connus, qui présentent 0~16 - 0,2 % C, sont soumis à un torsadage à froid, ce qui a d'~n côte pour effet de leur confèrer une limite d'élasticité satisfaisante mais ce qui en-: tralne d~'autre part une ténacité faible, surtout à des basses tem~
pératures.

1 159~

On a également essaye par exemple de soumettre au cours mê~e de la fabrication des ronds ~ béton d'une tene~r en carbone tout au plus de 0,20 % à un trai.tement comprenant un refroidissement in-tense en surface à la sortie du lami.noir, ainsi qu'un autorévenu subsequent. Ceci a permi.s d'obtenir des ronds à b~ton soudables et tenances sans que ces ronds presentent toutefois des temperaturLs de trans~i.on Charpy V-35 J1cm2 sens~blement meilleures ~ue - 50C

Jusqu'i.cl seuls les rol1ds a béton fabriques à partir d'un acier alll.é à 9% Ni? qu'ont subI une double normalisati.on suivie d'un revellu, ou bien une trempe suivi.e d'un revenu, presentent Ime re-silience Charpy V-35 J/cm2 mi.nimum à -196C.

Ainsi, le but de l'invention consiste à proposer un procedé de fa-brication de laminés repondant aux cri.tères ~entionnés au pre~ier alinea, ce procédé etant realisable ex chaude de laminage, de pré-férence à partir d'un acier contenant un ~inimum d'éléments d'al-liage coûteux9 réduisant ainsi le prix de revient des laminés pro-duits.
Ce but est atteint par le procede suivant l'invention qui est ca-racterise en ce qu l'on met en oeuvre un acier contenant du car-bone (C)9 du manganèse (MN), du silicium (SI), de l'aluminium (AL) et du niobium (NB~, que l'on lamine cet acier en veillant à ce que le taux de reduction total, realise au cours des trois dernières passes, soit superieur à 20 % et que l'on règle les temperatures pour les operations avant (Tl) pendant (T2) et après (T3) le la-minage du produit presentant un diamètre (D), de maniere à assurer que la limite d'elasticite (LE) et la résilience -120~C (KCV), ex-primees par , LE - lO35 + 51n C + 19~ MN + 2270 NB - 0,21 Tl - 0?42 T2 - 0948 T3 - 3,51 D
et KCV = 2202 - 2066 C + 23,20 MN - 2064 NB - 0,77 Tl - 1,24 T2 - 0,23 T3 - 1,98 D
atteignen~ les valeurs élevees convoitees.

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) 1592~

Il est blen entendu que les concentrations des dlfferents eléments présents ou a~outes, alns que les températures des différentes phases de traitement, ne varieront qu'endéans de certaines limites.

Ai.nsi la composition chlmique de l'acier uti.llsé est choisie sui-vant les experiences recuei.llies au cours de nombreux essais qui on~ révele que la teneur en oarbone inferleure à 0.20 ~ sera d'autant plus basse que l'on vise une températures de eransltion plus basse Par exemple on limite le carbone préférenti.ell6ment à
I0 0.08 % max. pour une température de transi.ti.on Charpy V-35 J/cm2 a - 140C.

Une teneur en manganèse de l'ordre de 1,7 % ~onfère la résilience voulue à l'acier tout en améliorant sa ténacité, tand~s qu'une te-neur en silicium de l'ordre de 0,3 % est propice pour renforcer larésistance.

Par ailleurs il est i.mpor~ant de calmer l'acier grain fi.n a l'alu-mi.nium pour améliorer la soudabi.lité et diminuer considérablement la tendance au vieillissement. L'affInage du grain relève par ai.l-leurs la limite d'61asticite, ainsi que la tenacité.

Le Nb et éventuellement le V et/ou le Mo garantiront une limite d'élasticité élevée, sutout pour les ronds à beton de gros dia-mètres. ~

Suivant l'invention le produit est soumis au cycle thermomécaniqueparticulier décrit au cours duquel la température du produit est contrôlée pour toutes les operations avant, pendant et apres le la-minage, le taux de reduction total obtenu au cours de ces passesdoit être important c'est-à-dire de préference superieur à 20 %.

Il convient de souligner que le cycle thermo-mecanique particulier, qui fait partie du procede sui.vant l'inventi.on, a pour but l'ob-tention d'une structure à grai.n extre~mement fin a coeur du produit,étant donné que la résilience à très basses temperatures doit être garantie a coeur du produit laminé.

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~ :` ~ ' . : ' ' ' i Pour parvenir a ce resultat on choi.sit d'un côté la température du four Judicieuse~nent sui.vant les règles de l'art de façon a éviter un grossissement du grain sur le demi-prodult. D'un autre côte la température de debut de laminage sera telle que l'on obtient dès le debut de laminage un afEinage considérable au grain et qu'on evite une recristalli.sation trop importante.

Avant les trois dernie~res passes de laminage 17acier subi.t un ~e froidissement rapide dans une rampe de refroidissement Jusqu'à une temperature proche du point de transformation Ar3.

Le traitement de refroidissement à la sortie du laminoir consiste en un autre refroidissement énergique du produit, jusqu'à une tem~
perature a coeur suffisa~ent basse, afln d'eviter toute recristal-lisa~lon.

L'idee qui est à la base de la presente invention consi.ste donc acombiner les effets bénefiques realisables séparément grâce au ahoix judicieux des élements chi~iques incorporés en des teneurs determinees à l'acier avec les effets d'une i.nteraction diri.gée entre l'evolution de la te~pérature du produit en cours de fabricatlon et les eaux de réduction appliques lors du laminage.

Le resultat obtenu est matérialisé notamment par une grosseur de grain extrêmement fine du produit fini.

Pour realiser plus aisement des produits presentant des tempéra-tures de transition inférieures à au moins -140C, on peut suivant l'inventi.on mettre en oeuvre un acier qui présente des teneurs en nickel de l'ordre de 5 %, mais inferieures à 10 %. Un tel acier, lamine selon le proaede suivant l'invention, presente une resili-ence Charpy V-35 J/cm2 à -196C.

Les avantage~ du procéd~ suivant l'lnvention ressortent de manière claire des six experiences dedcrites par la sui~e:

l. Le laminage-d'un acler naturellement dur pour ronds à béton :; . ,, , , .:
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1 1~92~
I

-- s --(C - 0~35 % environ) ab)uti.t à un pr du.it présentant des caracté-ristiqlles de traction satisfaisantes, dont notamment une limite d'elasticite depassant 400 MPa.

Cependant la temperature de transition pour llessai Charpy V à un ni.veau d'energie de 35 J/cm2 n'est que de + 20C. Cet aci.er ne présente donc aucune tenacité à basse temperature. Sa soudabl.lite est mediocre.

2. Vn aci.er à teneur en carbone limi.tee à 0~18 %~ 4ui subit le traitement sui.vant l'invention avant, pendant et après le laminage, offre également des caracteristiques de tracti.on sati.æfai.santes.
Une nette amélioration par rapporL a l'exemple l est constituee du point de vue allongement et notamment de la température de transi-ti~n, qui descend à N60C. L'acier s'avère e~tre soudable.

3. La mise en oeuvre dlun acier presentant la compositi.on chimique definie dans la presente demande, mai.s ne subissant pas de traite-ment suivant l'invention, mène à des caracteri.stiques mécaniques insu~fisantes du point de vue limite d'elasticite et resistance.
L'allongement est éleve. La température de transition, meme sans traitement, se situe cependant dejà à peu-près au me~me niveau que celle de l'exemple 2, où le traitement suivant l'invention à ete appliqué.avant, pendant et après le laminage.

4. La comb~naison de la composition chimique et des traitements avant, pendant et après le laminage suivant l'invention permettent d'arriver à la double amelioration convoitee a savoir:

- les caractéristiques mécaniques satisfaisantes et l'allongement eleve, - la temperature de transition descendant à une temperature très basse d'au moins -140C.

5. Un acier à 9 % Ni, à l'état de laminage normal à chaud réalisé
une température de transition Charpy V - 35 Jlcm2 à - 50C.

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6. Le meme acier à 9 ~ Ni, dont la resilience a - 196C n'est normalement realisable qu'a l'aide d'un traitement thermique oné-reux (double normalisation ~ revenu ou trempe ~ revenu), permet d'arriver à une température de transition de - 196C lorsqu'on applique le traitement preconise avant, pendant et apces le la-minage.

Les 6 exemples sont re~sumés de manllère succincte dans le tableau 1 en annexe.

Pour le procédé suivant l'invention l'importance de la aomposition chimique de l'acier ainsi que celle du contrôle des températures lors des opérations de fabrication et du refroi.dissement rapide post-laminoir est mise en evidence par les six experiences suivantes:
l. Un aoier naturellement dur pour ronds à béton (C = 0,35 % en-viron) traite' suivant le procédé de l'inventi.on est trempé à coeur.
Cet acier présentè une limite d'élastlcité élevée, mais les propri-: étes de ductilite~ sont très faibles.
~0Pour l'essai Charpy V, même à température ambiante, le niveau d'~nergie ne dépasse pas 35 J/cm2.

2. La mise en oeuvre d'un acier accusant la compostition chimique détemine~e dans la presente demande~ mais sans application du tral-tement suivant l'invention conduit à des caracteristiques mécaniques insuffisantes du point de vue limite d'élasticité et resistance.
La température de transition de la rési.lience Charpy V se situe à
60C.
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3. La ~me aaier lamine sans traitement thermomécanlque, mais avec un refroidissemsnt post-laminoir présente une limite d'élasticité
et une résistance nettement plus élevee que pOUf l'exemple 2. La : temperature de transition (-75C) est e~galement ameliorée par rapport à l'exemple 20 4. ~n introduisant dans le sche~ma de mise en oeuvre de l'exemple 3 :: : ..
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~ 159286 encore un lamirlage thermom~can~que, mais uniqi1emerlt pour les der~
nières passes la lim~e d'éLast~clté et la réslstanc~ sont encore améliorées. Il en est de mêm~- pour :La températ~lre de transi.tion (-100C) S. En effectuant un traitement thermomecanique pour toutes les ope-rations de laminage, mais sans ref~oidissement post-lam1nolr, la limite d'elasticite et 1~ résistance sont abaissées par rapp~rt aux exemples 3 et 4. La temperature ~e transition cependant est encore amelioree (-115C).
6. Les meilleurs resultats concernant les propriétés mecanlques de l'acier accusant la composition chimique déterminée dans la pré-sente demande sont obtenus par le traitement suivant l'invention, avant, pendant et après le lamir,age, à savoir :
- des caractéristiques mécaniques satifaisantes et un allongelnent eleve.
- une te~pérature de transition de la résilience Charpy V très basse.
Les résultats précités sont représentés sous une forme succi.nte dans le tableau 2 annexé.
L'exemple spéci~ique suivant illustre l'application des formules suivant l'invention:
LE = 1035 + 510 C + 192 Mn ~ 2270 ~b - 0,21 Tl - 0,42 T2 - 0,48 T3 - 3,51 D (MPa) KCV ~ - 120 C = 2202 - 2066 C + 23,20 Mn - 2064 ~b - 0,77 Tl - 1,24 T2 ~ 0,23 ~3 - 1,98 D (Joules) Paramètres: C = 0,08 Mn = 1,60% Nb = O
Tl= 1000 C T2 = 800C T3 = 650 C
0 = 16 mm LE = 469 MPa KCV= 130 Joules ~ -120C

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I 159~8~

Bien que la présente description soit axée sur la production de ronds a béton, le procédé suivant l'invention peut tout aussi bien être appliqué à d'autres aciers marchands tels que xonds lisses, plats, carrés, cornieres, aux profilés et aux tôles, du moment que l'on désire combiner les propriétés de soudabilité, de haute limite d'élasticité et de résilience à température tres basses dans un meme produit.

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Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

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 à très basses tempéra-tures, caractérisé en ce que l'on utilise un acier contenant du carbone (C), du manganèse (MN), du silicium (SI), de l'aluminium (AL) et du niobium (NB), que l'on lamine cet acier en veillant à ce que le taux de réduction total, réalisé au cours des trois dernières passes, soit supérieur à 20 % et que l'on règle les températures pour les opérations avant (T1), pendant (T2) et après (T3) le laminage du produit présentant un diamètre (D), de manière à assurer que la limite d'élasticité (LE) et la ré-silience à - 120°C (KCV), exprimées par LE - 1035 + 510 C + 192 MN + 2270 NB - 0,21 T1 - 0,40 T2 - 0,48 T3 - 3,51 D
et KCV = 2202 - 2066 C + 23,20 MN - 2064 NB - 0,77 T1 - 1,24 T2 - 0,23 T3 - 1,98 D
atteignent les valeurs élevées convoitées.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit une teneur en carbone inférieure 0,20 % d'autant plus basse que l'on vise une température de transition plus basse.

3. Procède suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on relève la limite d'élasticité de l'acier en opérant un calmage grain fin à l'aluminium à une teneur de 0,03 % au minimum.

4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit une teneur en nickel inférieure à 10 % d'autant plus haute que l'on vise une température de transition plus basse.

5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on règle la température de début de laminage en créant dans le four une température contrôlée, inférieure à 1200°C.

6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède avant les trois dernières passes de laminage à un refroidissement rapide de l'acier jusqu'à
une température correspondant au point de transformation Ar3.

7. Procédé suivant les revendications 1 ou 6, caractérisé
en ce que l'on procède au terme du laminage a un refroi-dissement énergique de l'acier jusqu'à une température à
coeur suffisamment basse pour éviter toute recristalli-sation.