CH645672A5

CH645672A5 - 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: CH645672A5
Application number: CH663381A
Authority: CH
Inventors: Arthur Schummer; La Hamette Jean De; Guy Lessel; Jean Paul Beck; Armand Frantz
Original assignee: Arbed
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1981-10-16
Publication date: 1984-10-15
Also published as: ES506269A0; AU546763B2; DE3139486A1; AU7635981A; ES8206644A1; SE8105317L; FR2492408A1; LU82858A1; IT8123934A0; CA1177370A; JPS5779125A; GB2087927B; IT1139972B; GB2087927A; FR2492408B1; NL8104580A; BR8106653A; ZA816588B; BE890617A

Description

La présente invention concerne un 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 températures.

Les ronds à béton de fabrication courante, avec une limite d'élasticité supérieure de 400 N/mm2, présentent 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. Ces produits n'offrent donc qu'une faible résistance à la rupture fragile à basses températures.

La spécification consistant en une résilience Charpy V à 35 J/cm2 et à des températures de l'ordre de — 196°C n'était pas requise dans le passé, en rapport avec des laminés en acier comme les ronds à béton. Or, l'évolution récente de la technologie de fabrication et surtout du stockage de gaz liquéfiés a conduit à la nécessité de disposer de laminés en acier résistant au froid intense. Ainsi, il est 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.

Les ronds à béton prévus pour constituer l'armature d'enveloppes de réservoirs à gaz liquéfiés qui se trouvent à des températures de —50 à — 196°C 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 crénelés connus qui présentent 0,16-0,2% C sont fabriqués par torsadage à froid, ce qui leur confère une limite d'élasticité satisfaisante mais ce qui entraîne, d'autre part, une ténacité faible, surtout à basses températures.

On a donc essayé par exemple de combiner, lors de la fabrication de ronds à béton, une limitation de la teneur en carbone à 0,20% avec un traitement comprenant un refroidissement intense de surface à la sortie du laminoir, ainsi qu'un autorevenu, ce qui a permis d'obtenir des ronds à béton soudables et tenaces. De tels crénelés peuvent arriver à des températures de transition Charpy V à 35 J/ cm2 de l'ordre de — 50° C.

Par ailleurs, on a constaté qu'un rond à béton fabriqué à partir d'un acier à 9% Ni, ayant subi une double normalisation suivie d'un revenu, ou bien une trempe suivie d'un revenu, présente une résilience Charpy V à 35 J/cm2 minimale à — 196°C.

Le but de l'invention consiste donc à proposer un procédé de fabrication de laminés répondant aux critères susmentionnés, de préférence à partir d'un acier contenant un minimum d'éléments d'alliage coûteux, réduisant ainsi le prix de revient des laminés produits. Ce but est atteint par le procédé suivant l'invention, procédé qui est caractérisé en ce que l'on utilise un acier titrant, d'une part, au maximum 0,16% C, 2,0% Mn et, d'autre part, 0,03% Al au minimum, qui subit un traitement thermique particulier pour obtenir un grain très fin, traitement thermique qui consiste à réchauffer les laminés en deuxième chaude jusqu'à température d'austénitisation, à les maintenir à ladite température pendant un temps suffisamment court pour empêcher le grossissement du grain et à procéder à un refroidissement énergique en surface.

Les barres sont ainsi réchauffées en deuxième chaude jusqu'à la température d'austénitisation, et cela garantit une vitesse de réchauffage suffisante pour obtenir un nombre élevé de germes, en vue d'un affinage du grain.

D'autre part, le temps de maintien à la température d'austénitisation est très court, ce qui évite une réduction du nombre des germes et un grossissement du grain.

L'acier subit ensuite un refroidissement énergique en surface de façon à obtenir, à cœur du produit, une structure en ferrite et perlite à grain très fin.

La chaleur conservée à cœur du produit est suffisante pour réchauffer, après le refroidissement précité, la zone superficielle trempée par suite du refroidissement énergique de façon à lui conférer un revenu et à former de la martensite revenue.

Le refroidissement rapide de la barre après le traitement précité permet, d'autre part, d'éviter à cœur une recristallisation des grains.

Le but du traitement thermique faisant l'objet de cette invention est l'obtention d'un grain extrêmement fin pour garantir une haute limite d'élasticité et une bonne résilience à très basses températures.

Vu qu'un grain très fin est recherché, il est préférable d'utiliser un acier qui, à l'état brut de laminage, présente déjà une structure à grain fin.

Un traitement thermique suivant l'invention est réalisable en mettant par exemple en continu une installation de réchauffage rapide 1 par induction, suivie d'une rampe de refroidissement 2 (voir figure unique). Il est également possible de faire consécutivement plusieurs cycles thermiques de ce genre.

L'idée qui est à la base du présent procédé consiste donc à combiner les effets bénéfiques réalisables séparément grâce au choix judicieux des éléments chimiques incorporés en des teneurs déterminées à l'acier avec les effets d'un traitement thermique particulier.

Il importe de souligner que le traitement thermique particulier vise 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.

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 sera d'autant plus basse que l'on vise une température de transition plus basse. On limite, par exemple, le carbone préférentiellement à 0,08% au maximum pour une température de transition Charpy V à 35 J/cm2 à — 140°C.

Une teneur en manganèse de l'ordre de 1,7% confère la résistance voulue à l'acier, tout en améliorant sa ténacité, tandis que 0,3% de silicium est ajouté pour renforcer la résistance.

On calme l'acier grain fin à l'aluminium pour améliorer la soudabilité et diminuer considérablement la tendance au vieillissement. L'affinage du grain relève par ailleurs la limite d'élasticité, ainsi que la ténacité.

Le niobium et/ou le vanadium peuvent éventuellement être ajoutés pour garantir une limite d'élasticité élevée, surtout en cas de gros diamètres.

5

10

15

20

25

30

35

40

-45

50

55

60

65

3

645 672

Le nickel est ajouté pour garantir des températures de transition inférieures à — 14t)°C. Pour une résilience Charpy V à 35 J/cm2 à — 196°C, la teneur en nickel est comprise entre 5 et 10%.

Le produit est soumis, après laminage, à un traitement thermique particulier ayant pour but l'affinage du grain. s

Le traitement de refroidissement à la sortie du laminoir consiste en un refroidissement énergique de la surface du produit.

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

1) Un acier naturellement dur pour ronds à béton (C = 0,35% io environ) mena à 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 était de +20°C. Cet acier ne présenta aucune ténacité à basse température. Sa soudabilité fut mèdio- 15 ere.

2) Un acier à teneur en carbone limitée à 0,18%, qui subit le traitement suivant l'invention, offrit également des caractéristiques de traction satisfaisantes. Une nette amélioration par rapport à l'exemple 1 fut constatée du point de vue de l'allongement et notam- 2o ment de la température de transition, qui descendit à — 65° C.

L'acier se révéla soudable.

3) La mise en œuvre d'un acier accusant la composition chimique déterminée sus-indiquée, mais sans application du traitement suivant l'invention, mena à des caractéristiques mécaniques insuffisantes du point de vue limite d'élasticité et résistance. L'allongement fut élevé. La température de transition, même sans traitement, se situe cependant déjà au même niveau que celle de l'exemple 2, où le traitement suivant l'invention a été appliqué.

4) La combinaison de la composition chimique et du traitement thermique suivant l'invention permirent d'arriver à une double amélioration, à savoir:

— des caractéristiques mécaniques satisfaisantes et un allongement élevé,

— une température de transition descendant à une température très basse (—140°C)

5) Un acier à 9% Ni, à l'état de laminage à chaud, réalise une température de transition Charpy V à 35 J/cm2 à — 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), permit d'arriver à une température de transition de — 196°C lorsqu'on appliqua le traitement thermique préconisé.

Les six exemples sont repris dans le tableau de manière succincte.

N° exemple

1

2

3

4

5

6

Type d'acier

C = 0,35% semi-calmé

C = 0,18% semi-calmé

C = 0,08% calmé

9% Ni calmé

Traitement thermique suivant l'invention non oui non oui non oui

Limite d'élasticité (MPa)

435

485

330

500

850

700

Résistance (MPa)

640

580

510

590

980

920

Allongement 5 d (%)

19

32

33

36

14

21

Température de transition (°C)

Résilience

Charpy V à 35 J/cm2

+20

-65

-140

-50

-196

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 ronds lisses, plats,

carrés, cornières, aux profilés et aux tôles, du moment que l'on 45 désire combiner les propriétés de soudabilité, de haute limite élastique et de résilience à des températures très basses dans un même produit.

t

1 feuille dessin

Claims

645 672

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 températures, caractérisé en ce que l'on utilise un acier titrant, d'une part, au maximum 0,16% C, 2,0% Mn et, d'autre part, 0,03% A au minimum, qui subit un traitement thermique particulier pour obtenir un grain très fin, traitement thermique qui consiste à réchauffer les laminés en deuxième chaude jusqu'à température d'austénitisation, à les maintenir à ladite température pendant un temps suffisamment court pour empêcher le grossissement du grain et à procéder à un refroidissement énergique en surface.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit acier contient également un ou plusieurs des éléments suivants, en une proportion allant au maximum jusqu'aux pourcentages respectifs indiqués: 0,55% Si, 0,05% Nb, 0,1% V et 10% Ni.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on effectue le traitement particulier au moins deux fois de suite.

4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on choisit une teneur en carbone d'autant plus basse que l'on vise une température de transition plus basse.

5. Procédé suivant l'une des revendications 2 à 4, dans lequel ledit acier contient également au moins du nickel, caractérisé en ce que l'on choisit une teneur en nickel d'autant plus élevée que l'on vise une température de transition plus basse.