CH640569A5 - Procede de fabrication de lamines en acier, application de ce procede pour la fabrication de ronds a beton. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé de laminés en acier, destiné à présenter une bonne soudabilité, une haute limite d'élasticité, ainsi qu'une résilience à très basses températures. Ces laminés en acier peuvent être, typiquement, des ronds à béton

Il est bien connu que les ronds à 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 température de transition pour l'essai de résilience Charpy V à 35 J/cm2 est de l'ordre de + 20 °C. Il s'ensuit que ces produits n'offrent qu'une faible résistance à la rupture fragile aux basses températures.

Dans le passé une résilience Charpy V à 35 J/cm2 et à des températures de l'ordre de - 196 °C n'était point requise pour s les utilisations courantes faites des laminés en acier comme les ronds à béton. Or, l'évolution récente de la technologie de fabrication et surtout de stockage des gaz liquéfiés a conduit à la nécessité de disposer de quantités assez importantes de laminés en acier résistant au froid intense. Ainsi par exemple il îoest prévu, pour des raisons de sécurité, de munir les réservoirs de stockage de gaz liquéfiés d'une enveloppe en béton armé en analogie aux mesures de sécurité appliquées dans le domaine des réacteurs nucléaires.

Pour être utilisables pour la construction de l'armature de 15telles enveloppes de réservoirs à gaz liquéfiés qui se trouvent exposées à des températures de — 50 °C à — 196 °C les ronds à béton doivent présenter en plus d'une résilience adéquate à cœur, une soudabilité satisfaisante, ce qui implique des teneurs en carbone inférieures à 0,2%. Or, les ronds à béton 20connus, qui présentent 0,16-0,2%C, sont soumis à un torsa-dage à froid, ce qui a d'un côté pour effet de leur conférer une limite d'élasticité satisfaisante mais ce qui entraîne d'autre part une ténacité faible, surtout à des basses températures.

On a également essayé par exemple de soumettre au cours 25 même de la fabrication des ronds à béton d'une teneur en carbone tout au plus de 0,20 %, à un traitement comprenant un refroidissement intense en surface à la sortie du laminoir,

ainsi qu'un autorevenu subséquent. Ceci a permis d'obtenir des ronds à béton soudables et tenaces sans que ces ronds présentent toutefois des températures de transition Charpy V-35 J/cm2 sensiblement meilleures que — 50 °C.

Jusqu'ici seuls les ronds à béton fabriqués à partir d'un acier allié à 9% Ni, qu'ont subi une double normalisation suivie d'un revenu, ou bien une temperature suivie d'un revenu, 35présentent une résilience Charpy V-35 J/cm2 au minimum à -196 °C.

Ainsi, le but de l'invention consiste à proposer un procédé de fabrication de laminés répondant aux critères mentionnés au premier alinéa, ce procédé étant réalisable encore à chaud 40 à la sortie du laminage, sans réchauffage intermédiaire, de préférence à partir d'un acier contenant un minimum d'éléments d'alliage coûteux, réduisant ainsi le prix de revient des laminés produits.

Conformément à l'invention, ce but est atteint par la présence des caractères énoncés dans la revendication 1 annexée.

Il est bien entendu que les concentrations des différents éléments présents ou ajoutés, ainsi que les températures des différentes phases de traitement, ne varieront qu'à l'intérieur de certaines limites.

50 Ainsi la composition chimique de l'acier utilisé est choisie suivant les expériences recueillies au cours de nombreux essais qui ont révélé que la teneur en carbone inférieure à 0.20%

sera d'autant plus basse que l'on vise une température de transition plus basse. Par exemple on limite le carbone préféren-55tiellement à 0.08% max. pour une température de transition Charpy V-35 J/cm2 à -140 "C.

Une teneur en maganèse de l'ordre de 1,7% confère la résilience voulue à l'acier tout en améliorant sa ténacité, tandis qu'une teneur en silicium de l'ordre de 0,3% est propice pour 60renforcer la résistance.

Par ailleurs il est important de calmer l'acier grain fin à l'aluminium pour améliorer la soudabilité et diminuer considérablement la tendance au vieillissement. L'affinage du ft5grain relève par ailleurs la limite d'élasticité, ainsi que la ténacité.

Le Nb et éventuellement le V et/ou le Mo garantiront une limite d'élasticité élevée sutout pour les ronds à béton de gros diamètres.

3

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Suivant l'invention le produit est soumis au cycle thermomécanique particulier décrit au cours duquel la température du produit est contrôlée pour toutes les opérations avant, pendant et après le laminage, le taux de réduction total obtenu au cours de ces passes doit être important c'est-à-dire de préférence supérieur à 20%.

11 convient de souligner que le cycle thermo-mécanique particulier, qui fait partie du procédé suivant l'invention, a pour but l'obtention d'une structure à grain extrêmement fin à cœur du produit, étant donné que la résilience à très basses températures doit être garantie à cœur du produit laminé.

Pour parvenir à ce résultat on choisit d'un côté la température du four judicieusement suivant les règles de l'art de façon à éviter un grossissement du grain sur le demi-produit. D'un autre côté la température de début de laminage sera telle que l'on obtient dès le début de laminage un affinage considérable au grain et qu'on évite une recristallisation trop importante.

Avant les trois dernières passes de laminage l'acier subit un refroidissement rapide dans une rampe de refroidissement jusqu'à une température 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 température à cœur suffisamment basse, afin d'éviter toute recristallisation.

L'idée qui est à la base de la présente invention consiste donc à combiner les effets bénéfiques réalisables séparément grâce au choix judiciex des éléments chimiques incorporés en des teneurs déterminées à l'acier avec les effets d'une interaction dirigée entre l'évolution de la température du produit en cours de fabrication et les taux de réduction appliqués lors du laminage.

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

Pour réaliser plus aisément des produits présentant des températures de transition inférieure à au moins - 140 °C, on peut suivant l'invention mettre en œuvre un acier qui présente des teneurs en nickel de l'ordre de 5%, mais inférieures à 10%. Un tel acier, laminé selon le procédé suivant l'invention, présente une résilience Charpy V-35 J/cm2 à - 196 °C.

Les avantages du procédé suivant l'invention ressortent de manière claire des six expériences décrites par la suite:

1. Le laminage d'un acier naturellement dur pour ronds à béton (C = 0,35% environ) aboutit à un produit présentant des caractéristiques de traction satisfaisantes, dont notamment une limite d'élasticité dépassant 400 MPa.

Cependant la température de transition pour l'essai Charpy V à un niveau d'énergie de 35 J/cm2 n'est que de + 20 C. Cet acier ne présente donc aucune ténacité à basse température. Sa soudabilité est médiocre.

2. Un acier à teneur en carbone limitée à 0,8%, qui subit le traitement suivant l'invention avant, pendant et après le laminage, offre également des caractéristiques de traction satisfaisantes. Une nette amélioration par rapport à l'exemple 1 est constituée du point de vue allongement et notamment de la température de transition, qui descend à - 60 °C. L'acier s'avère être soudable.

3. La mise en œuvre d'un acier présentant la composition chimique définie dans la présente demande, mais ne subissant pas de traitement suivant l'invention, mène à des caractéristiques mécaniques insuffisantes du point de vue limite d'élasticité et résistance. L'allongement est élevé. Le température de transition, même sans traitement, se situe cependant déjà à peu-près au même niveau que celle de l'exemple 2, où le traitement suivant l'invention à été appliqué avant, pendant et après le laminage.

4. La combinaison de la composition chimique et des traitements avant, pendant et après le laminage suivant l'invention permettent d'arriver à la double amélioration convoitée à savoir:

- les caractéristiques mécaniques satisfaisantes et l'allon-5gement élevé,

- la température de transition descendant à une température très basse d'au moins - 140 °C.

5. Un acier à 9% Ni, à l'état de laminage normal à chaud réalisé une température de transition Charpy V-35 J/cm2 à

io - 50 °C.

6. Le même acier à 9% Ni, dont la résilience à -196 °C, n'est normalement réalisable qu'à l'aide d'un traitement thermique onéreux (double normalisation + revenu ou trempe + revenu), permet d'arriver à une température de transition de

15-196 °C lorsqu'on applique le traitement préconisé avant, pendant et après le laminage.

Les 6 exemples sont résumés de manière succincte dans le tableau 1 en annexe.

Pour le procédé suivant l'invention l'importance de la zocompositon chimique de l'acier ainsi que celle du contrôle des températures lors des opérations de fabrication et du refroidissement rapide post-laminoir est mise en évidence par les six expériences suivantes:

1. Un acier naturellement dur pour ronds à béton 25(C = 0,35% environ) traité suivant le procédé de l'invention est trempé à cœur. Cet acier présente une limite d'élasticité élevée, mais les propriétés de ductilité sont très faibles.

Pour l'essai Charpy V, même à température ambiante, le niveau d'énergie ne dépasse pas 35 J/cm2.

30 2. La mise en œuvre d'un acier accusant la compostition chimique déterminée dans la présente demande, mais sans application du traitement suivant l'invention conduit à des caractéristiques mécaniques insuffisantes du point de vue limite d'élasticité et résistance. La température de transition de la ré-35silience Charpy V se situe à 60 °C.

3. La même acier laminé sans traitement thermomécanique, mais avec un refroidissement post-laminoir présente une limite d'élasticité et une résistance nettement plus élevée que pour l'exemple 2. La température de transition ( — 75 °C) est

40également améliorée par rapport à l'exemple 2.

4. En introduisant dans le schéma de mise en œuvre de l'exemple 3 encore un laminage thermomécanique, mais uniquement pour les dernières passes la limite délasticité et la résistance sont encore améliorées. Il en est de même pour la

45 température de transition (—100 °C).

5. En effectuant un traitement thermomécanique pour toutes les opérations de laminage, mais sans refroidissement post-laminoir, la limite d'élasticité et la résistance sont abaissées par rapport aux exemples 3 et 4. La température de tran-

50 sition cependant est encore améliorée (—115 °C).

6. Les meilleurs résultats concernant les propriétés mécaniques de l'acier accusant la composition chimique déterminée dans la présente demande sont obtenus par le traitement suivant l'invention, avant, pendant et après le laminage, à

55 savoir:

— des caractéristiques mécaniques satisfaisantes et un allongement élevé.

- une température de transition de la résilience Charpy V très basse.

60 Les résultats précités sont représentés sous une forme sus-cinte dans le tableau 2 annexé.

Bien que la présente description soit axée sur la production de ronds à béton, le procédé suivant l'invention peut tout aussi bien être appliqué à d'autres aciers marchands tels que 65 ronds lisses, plats, carrés, cornières, 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 très basses dans un même produit.

N° exemple Type d'acier

Traitement suivant l'invention avant, pendant et après le laminage

Limite d'élasticité (MPa)

Résistance (MPa)

Allongement 10 d (%)

Temp. de transition °C, Résilience Charpy V à 35 J/cm2

N" exemple

Type d'acier

Température four

Température début de laminage

Refroidissement rapide intermédiaire

Température de fin de laminage

Refroidissement rapide post-laminoir

Température après refroidissement post-laminoir

Limite d'élasticité (MPa)

Résistance (MPa)

Allongement (5 d) %

Température de transition ( °C)

pour la résilience Charpy V à 35 J/cm2

1

C = 0,35% semi-calmé

non

440 650 13

+ 20 1

C = 0,35% semi-calmé

contrôlée contrôlée oui contrôlée oui contrôlée

980 980 5%

+ 2 °C

C = 0,18% semi-calmé

oui

470 570 25 -60

C = 0,05% calmé Al

1 200 °C

non contrôlée non non contrôlée non

320 480 34% -60 °C

C

C = 0,08% calmé

non

C=0,08% calmé

oui

9% Ni calmé

non

9% Ni calmé

oui

320 500 25 -60

490 570 30

-140

890 1010 9

-50

710 940 13

-196

C = 0,05% calmé Al

1200 °C

non contrôlée non non contrôlée oui contrôlée

C = 0,05% calmé Al

1200 °C

non contrôlée oui contrôlée oui contrôlée

C = 0,05% calmé Al contrôlée contrôlée oui contrôlée non

C = 0,05% calmé Al contrôlée contrôlée oui contrôlée oui contrôlée

430 530 32% -75 °C

470 550 31% -100 °C

380 465 36% —115 °C

490 580 32% -140 °C

Claims (9)

640 569 REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication de laminés en acier, destinés à présenter une bonne soudabilité, une haute limite d'élasticité, ainsi qu'une résilience à très basses températures, 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 nio-bium Nb, que l'on lamine cet acier en veillant à ce que le taux de réduction total, réalisé un cours des trois dernières passes, soit supérieur à 20% et que l'on règle la température T1 pour les opérations avant le laminage, la température T2 pour les opérations pendant le laminage, et la température T3 pour les opérations après le laminage du produit présentant un certain diamètre D, de manière à assurer que la limite d'élasticité LE et la résilience KCV à —120 °C atteignent les valeurs élevées désirées, exprimées respectivement 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

formules dans lesquelles C est la teneur en carbone, Mn est la teneur en maganèse, Nb est la teneur en niobium, D étant exprimé en mm, LE étant exprimé en MPa et KCV étant exprimé en Joules/cm2.

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

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on relève la limite d'élasticité de l'acier en opérant un cal-mage 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 1 200 °C.

6. Procédé suivant les revendications 1-5, 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 à 6, caractérisé en ce que l'on procède au terme du laminage à un refroidissement énergique de l'acier jusqu'à une température à cœur suffisamment basse pour éviter toute recristallisation.

8. Application du procédé selon la revendication 1 à la fabrication de ronds à béton.

9. Application selon la revendication 8 pour la fabrication de ronds à béton selon le procédé défini dans l'une des revendications 2 à 7.