FR2535996A1 - Nouvelle electrode de soudure pour aciers au chrome - Google Patents

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Kaljee Leo James Lalor Sergio Marco Pagani Et Frederick Paul Alfred Robinson Jan
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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE ELECTRODE DE SOUDURE POUR SOUDER LES ACIERS AU CHROME RESISTANT A LA CORROSION FERRITIQUE. L'ELECTRODE SE COMPOSE D'UNE AME FILAIRE D'ACIER AU MANGANESE DONT LA TENEUR EN CARBONE EST INFERIEURE A 0,1 EN POIDS, LA TENEUR EN MAGANESE EST COMPRISE ENTRE 0,35 ET 0,60 EN POIDS. L'ELECTRODE EST REVETUE D'UN FLUX BASIQUE AU CHROME ALLIE QUI, LORS DE LA SOUDURE, DEPOSE UN CORDON DE SOUDURE MARTENSITIQUE FERRITIQUE A BASSE TENEUR EN CARBONE COMPRENANT EN POIDS, ENVIRON 90 DE MARTENSITE A BASSE TENEUR DE CARBONE ET ENVIRON 10 DE FERRITE DONT LA TENEUR EN CARBONE EST INFERIEURE A 0,04.

Description

La présente invention concerne une nouvelle électrode de soudure pour
aciers au chrome On connait les difficultés attachées aux opérations de soudure de tels aciers * risques de criques au voisinage de la soudure et, pour les ensembles soudés utilisés en milieux chimiques agressifs, risques de corrosion galvanique; selon l'invention a été mise au point une électrode permettant des soudures ne présentant plus les
risques précités.
L'invention concerne donc une électrode de soudure convenant pour la soudure des aciers au chrome résistant à la corrosion ferritique, se composant d'une âme filaire en acier au manganèse dont la teneur en carbone est inférieure à 0,1 % en poids, la teneur en manganèse comprise entre 0,35 et 0,60 % en poids, revêtue d'un flux basique au chrome allié et qui, lors de la soudure, dépose un cordon de soudure martensitique ferritique au chrome dont la teneur en carbone est inférieure à 0,04 % en poids Plus précisément, l'électrode selon l'invention comporte une âme filaire dont la composition, en poids, est la suivante: Constituant Carbone (C) Silicium (Si) Manganèse (Mn) Phosphore (P) Soufre (S) Cuivre (Cu) Chrome (Cr) Nickel Molybdène (Mo) Fer (Fe) 0,10 maximum (max) 0,03 max
0,35 0,60
0,025 max 0,025 max 0,1 max 0,2 max 0,2 max 0,2 max q.s pour 100 2 - Dans un mode de réalisation préféré de l'électrode selon 1 ' invention, l'âme filaire présente la composition suivante en poids: Constituant C Si Mn p S Cu Cr Ni Mo Fe 0,05 max 0,02 max
0,35 0,60
0,025 max 0,025 max 0,05 max 0,10 max 0,10 max 0,10 max q.s pour 100 Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'âme filaire de l'électrode est recouverte d'un flux dont la composition en poids, de matières sèches, est la suivante: Constituant Sio 2 Ti O 2 Fe
A 1203
Ca O Mo Mn Ca F 2 CO 2 Cr Ni Na 20 K 20 15
3 10
8 max 2 max 15 3 max
1 3
25 15 25 12 2 max 1 4 Dans un mode préféré de réalisation de l'électrode selon l'invention, le flux présente, en poids, la composition de matières sèches suivante Constituant % Si O 2 11 12 Ti O 2 4 6 Fe 4 max A 1203 1 max Ca O 11 13 Mo 2 max Mn 1 2 Ca F 2 18 22 Co 2 12 14 Cr 21 23 Ni 7 10 Na O 1 max -2
KO 1 2
Le fait que la composition du flux soit indiquée en poids de matières sèches ne signifie pas que le flux ne contienne pas d'eau mais seulement que le calcul a volontairement écarté ce constituant Dans la pratique, le flux recouvrant l'âme filaire présente un pourcentage d'humidité, en
poids, inférieur à 0,30 t.
Lors d'une opération de soudure, l'électrode selon l'invention dépose un cordon de soudure martensitique
ferritique présentant la composition suivante en poids -
4 - Constituant C Si Mn Cr Ni Mo S Cu
P
0,04 max 0,90 max
0,50 1,00
11,5 13,00
4,0 5,0
0,30 0,70
0,025 max 0,15 max
0,025 max -
Dans un mode de réalisation préféré, l'électrode selon l'invention pourra déposer un cordon de soudure présentant la composition suivante en poids: Constituant % C Si Mn Cr Ni Mo S Cu P Niobium (Nb) Azote (N) 0,04 max 0, 45 max
0,60 0,90
12,0 13,0
4,0 5,0
0,40 0,70
0,015 max
0,10 max-
0,020 max 0,05 max 0,03 max Enfin le flux recouvrant l'âme filaire de l'électrode selon l'invention peut consister en un enrobage, sensiblement coaxial à cette âme et obtenu par extrusion, l'extrémité libre de l'électrode étant recouverte de carbone par projection bien entendu l'enrobage recouvre toute la longueur utilisable
de l'âme filaire.
% à - Les dimensions les plus courantes des électrodes fabriquées selon l'invention sont, par exemple, les suivantes: Diamètre nominal de l'âme filaire mm Diamètre de l'enrobage de flux mm Longueur Excentricité mm 2, 50 3,15 4,00 ,00
4,25 0,05
,35 0,05
6,70 0,05
8,50 0,05
0,08 0,10 0,12 0,15 L'invention sera d'ailleurs mieux comprise grâce à l'exemple qui suit, donné à titre non limitatifo
Exemple
Les différentes électrodes dont les dimensions ont été données ci-dessus ont été fabriquées conformément aux normes de l'American Welding Society avec les compositions suivantes de constituants pour l'âme filaire et pour le flux (compositions
données en %, en poids).
Ame filaire Flux C Si Mn p S Cu Cr Ni Mo Fe 0,05 max 0,02 max
0,35 0,60
0,025 max 0,025 max 0,05 max 0,10 max 0,10 max 0,10 max q.s pour 100 Sio 2 Ti O 2 Fe A 123 Ca O Mo Mn Ca F 2 CO 2 Cr Ni Na 20 K 20 11,5 ,0 2,4 0,4 12,0 1,0 1,7 ,0 13,3 22,0 8,8 0,5 1,4 -6- Diverses électrodes ont été fabriquées différant entre elles seulement par le contenu en manganèse de l'âme filaire, ce contenu vari;ant, selon les échantillons, de 0,35 à 0, 60 %, en poids Pour chacune d'elles, le taux d'humidité du flux revêtant l'âme filaire est en dessous de 0,30 %. Les électrodes selon l'exemple cidessus, se sont révélées tout-à-fait adaptées pour la soudure des aciers au chrome résistant à la corrosion ferritique, particulièrement ceux contenant de 11,5 à 13,0 % en poids de chrome, après séparation de plaque selon les normes de l'American Welding Society A 5 4-1978 De tels aciers englobent ceux de types AISI 410, BX 5 Cr Ni 13 4, GX 5 Cr Ni 13 4 et en particulier l'acier au chrome résistant à la corrosion ferritique, fabriqué et vendu par Middelburg Steel Alloys (Proprietary) Limited, sous la référence " 3 CR 12 ", qui contient environ 12,0 % en poids de chrome. Les électrodes conformes à cet exemple sont des électrodes à revêtement basique, à teneur en hydrogène contrôlée Elles peuvent être caractérisées comme électrodes en alliage de chrome à fort revêtement de flux et se sont révélées adaptées pour les soudures en toutes les positions (à plat, horizontalement, verticalement vers le bas et vers le haut); elles permettent d'obtenir des cordons de soudure sains, à faible taux d'inclusion, résistant aux criques dans les soudures ainsi que dans la zone affectée par le chauffage et présentant, enfin, une bonne dureté à des températures aussi basses que 201 C. Ces électrodes permettent d'obtenir des arcs réguliers et stables sous polarité-positive en courant continu et donnent des performances de soudure satisfaisantes en courant alternatif sous tension minimum, de 70 V, mesurée en circuit ouvert Les valeurs appropriées d'ampérage, en fonction des différents diamètres d'électrodes, sont données ci-dessous: 7 - Dans cette fourchette d'ampèrage aucune surchauffe n'a été notée Les électrodes fabriquées selon l'exemple ci-dessus peuvent être classées comme suit Norme Classification AWS A 5 4 E 410 Ni Mo-16 DIN 8556 E 13 o 4 B 26 120 ISO 3581 E 13 o 4 B 120 26 Un cordon de soudure obtenu à l'aide d'électrodes selon l'invention: a) présente l'analyse typique suivante (% en poids) Constituant %
C 0,03
Si 0,45 Mn 0,80 Cr 12,0 Ni 4,8 Mo 0,6
S 0,015
Cu 0,06
P 0,020
Niobium < 0,05 Azote < 0,03 Fe qoso pour 100 b) présente les propriétés mécaniques suivantes, après refroidissement 8 - Test Contrainte O 2 % Charge de rupture Elongation (pour L = 5 d) Impact Charpy V à 20 C Impact Charpy V à -20 C Valeur 700 Milli-Pascals (M Pa) 900 1150 M Pa
15 %
50 J (Joules)
40 J
c) présente les propriétés mécaniques suivantes, après recuit à 650 C pendant 1 heure: Test Valeur Contrainte 0 2 % Charge de rupture Elongation (pour L = 5 d) Impact Charpy V à 20 C Impact Charpy V à -20 C 600 Mpa 800 1000 M Pa % minimum
75 J
65 J -
L'invention permet donc d'obtenir une électrode basique à fort revêtement de flux, à taux d'hydrogène contrôlé qui présente, dans son âme filaire, des teneurs faibles en carbone et en manganèse; cette électrode permet le dépôt d'un cordon de soudure en acier au chrome de structure ferritique à faible teneur en carbone tel que le 3 CR 12 Des teneurs faibles, en carbone et en manganèse, de l'âme filaire, permettent d'empêcher la surchauffe tandis que la composition du flux d'enrobage permet la soudure en toutes positions En plus d'une teneur en carbone faible, le cordon de soudure présente également une faible teneur en azote et est du type à teneur en chrome/nickel/molybdène/hydrogène parfaitement contrôlée, présentant une microstructure martensitique ferritique à grains fins ainsi que les propriétés métallurgiques désirables et une excellente dureté, même à des températures pouvant aller jusqu'à -20 C Sa teneur en hydrogène est-toujours inférieure à ml/100 g de cordon de soudure (et même presque toujours -9-
inférieure à 3 ml/100 g).
Des aciers au chrome résistant à la corrosion ferritique, tel que le 3 CR 12, sont le plus souvent soudés à l'aide d'électrodes qui déposent un cordon de soudure d'une nature bien différente: ce cordon de soudure présente une microstructure ferritique austénitique, plus noble et plus richement alliée que l'acier à souder (il contient en général à 25 % en poids de chrome, 8 à 14 % de nickel et O à 3 % de molybdène) En plus de leur coût plus élevé, les électrodes conduisant à ces soudures hétérogènes ne permettent que de faibles valeurs du courant de soudure et la composition ainsi que la structure du cordon de soudure obtenu favorisent la corrosion galvanique lorsque de tels aciers sont utilisés dans un environnement chimique agressif; ceci constitue donc une source de défauts potentiels pour les structures soudées de
cette façon.
Par contre, les cordons de soudure obtenus grâce aux électrodes de la présente invention présentent, elles, une structure martensitique ferritique avec une teneur en chrome beaucoup plus basse, d'environ 12 % On pourrait s'attendre à ce que les cordons de soudure réalisés ainsi présentent une microstructure à grains grossiers avec de faibles performances à l'impact; il n'en est rien car le cordon de soudure, obtenu selon la présente invention s'est révélé présenter une microstructure à grains fins avec une excellente résistance à l'impact L'examen de la structure de ces cordons de soudure à grains fins montre qu' ils se composent de 90 à 99 % de
martensite à faible teneur en carbone et de 1 à 10 % de-
ferrite. Sans tenter de fournir à cela une explication théorique, il semblerait que les propriétés intéressantes de l'électrode selon l'invention, tiennent aux faibles teneurs en carbone et en azote, du cordon de soudure, elles tiennent également, à des proportions bien particulières en chrome, - molybdène, nickel et manganèse, ainsi qu'à des teneurs faibles en soufre et en phosphore Cela conduit à un cordon de soudure qui présente un faible contenu interstitiel de carbone et d'azote, d'o une microstructure à grains fins et des bonnes propriétés mécaniques; ce résultat peut être obtenu dans des conditions économiques intéressantes et, de plus, la composition du cordon de soudure est telle qu'elle réduit au minimum les risques de corrosion galvanique de la soudure et de
son environnement.
t
2535996.
11 -

Claims (7)

REVENDICATIONS
1 ) Electrode de soudure convenant pour la soudure des aciers au chrome résistant à la corrosion ferritique, caractérisée en ce qu'elle se compose d'une âme filaire en acier au manganèse dont la teneur en carbone est inférieure à 0,1 % en poids, la teneur en manganèse comprise entre 0, 35 et 0,60 % en poids, revêtue d'un flux basique au chrome allié, i'électrode, lors de la soudure, déposant un cordon de soudure martensitique ferritique au chrome dont la teneur en carbone
est inférieure à 0,04 % en poids.
2 ) Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'âme filaire présente la composition suivante en poids Constituant % Carbone (C) Silicium (Si) Manganèse (Mn) Phosphore (P) Soufre (S) Cuivre (Cu) Chrome (Cr) Nickel Molybdène (Mo) Fer (Fe) 0,10 maximum (max) 0,03 max
0,35 0,60
0,025 max 0,025 max 0,1 max 0,2 max 0,2 max 0,2 max qoso pour 100 3 ) Electrode selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'âme filaire présente la composition suivante en poids: Constituant % C 0,05 max Si 0, 02 max Mn 0,35 0,60 P 0,025 max S 0,025 max Cu 0,05 max Cr 0,10 max Ni 0, 10 max Mo 0,10 max Fe q s pour 100
4 ) Electrode selon l'une des revendications 1 à -3,
caractérisée en ce que le flux recouvrant l'âme filaire présente, en poids, la composition de matières sèches suivante: Constituant % Si O 2 10 15 Ti O 2 3 10 Fe 8 max A 1203 2 max Ca O 10 15 Mo 3 max Mn 1 3 Ca F 2 15 25 e 25 CO 2 10 15 Cr 20 25 Ni 5 12 Na 20 O 2 max
K 20 1 4
5 ) Electrode selon la revendication 4, caractérisée en ce que le flux recouvrant l'âme filaire présente, en poids, la composition de matières sèches suivante 13 - Constituant Si O 2 11 12 Ti O 2 4 6 Fe 4 max A 1203 1 max Ca O 11 13 Mo 2 max Mn 1 2 Ca F 2 18 22
CO 2 12 14
Cr 21 23 Ni 7 10 Na 20 1 max
K 2 O 1 2
6 ) Electrode selon l'une des revendications précédentes,
caractérisée en ce que le flux recouvrant l'âme filaire présente un pourcentage d'humidité, en poids, inférieur a
0,30 %.
7 O Electrode selon l'une des revendications précédentes,
caractérisée en ce que, lors d'une opération de soudure, elle dépose un cordon de soudure martensitique ferritique présentant la composition suivante en poids: Constituant % C Si Mn Cr Ni Mo
S
Cu p 0,04 max 0,90 max
0,50 1,00
11,5 13,00
4,0 5,0
0,30 0,70
0,025 max 0,15 max 0,025 max 14 - 8 ) Electrode selon la revendication 7, caractérisée en ce que, lors de l'opération de soudure, elle dépose un cordon de soudure présentant la composition suivante en poids: Constituant C Si Mn Cr Ni Mo S -Cu p Niobium (Nb) Azote (N) 0,04 max 0,45 max
0,60 0,90
12,0 13,0
4,0 5,0
0,40 0,70
0,015 max 0,10 max 0,020 max 0,05 max 0,03 max
9 ) Electrode selon des revendications précédentes,
caractérisée en ce que le flux recouvrant l'âme filaire consiste en un enrobage sensiblement coaxial à cette âme, obtenu par extrusion, l'extrémité libre de l'électrode étant
recouverte de carbone par projection.
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