LU82408A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING STEEL LAMINES HAVING GOOD WELDABILITY, HIGH ELASTICITY LIMIT AND RESILIENCE AT VERY LOW TEMPERATURES - Google Patents
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Description
N. A 610N. A 610
Demande de brevet de ...................................................Patent application for .............................................. .....
Désignation de l’InventeurDesignation of the Inventor
(1) Le soussigné Ren^ NEYEN, Administration Centrale de l'ARBED Case postale 1802, LUXEMBOURG(1) The undersigned Ren ^ NEYEN, Central Administration of ARBED PO Box 1802, LUXEMBOURG
agissant en qualité d¥28ê$8ë96&— de mandataire du déposant — ^ ARBED S.A·acting as ¥ 28ê $ 8ë96 & - as agent for the depositor - ^ ARBED S.A ·
Avenue...de... la Liberté LUXEMBOURGAvenue ... de ... la Liberté LUXEMBOURG
(3) de l’invention concernant : ........Pr.Qc.édâ...d&...f.abr.ic.atjLQiL..cÎe....l-amlnés....ea..acier...présentant une...............(3) of the invention relating to: ........ Pr.Qc.édâ ... d & ... f.abr.ic.atjLQiL..cÎe .... l-amlnés .... ea..steel ... presenting a ...............
bonne soudabilité, une haute limite d'élasticité et une .............................................................................good weldability, high yield strength and ....................................... ......................................
désigné comme inventeur(s) : i Mnrr, ot nrinnmC SCHUMMER Arthur î. Nom et prénoms ........................................................................................................................................................................designated as inventor (s): i Mnrr, ot nrinnmC SCHUMMER Arthur î. Last name and first names ............................................... .................................................. .................................................. .....................
Adresse .......................8..ruedelaTuil ................................................Address ....................... 8..ruedelaTuil ...................... ..........................
0 .. , J. de la HAMETTE0 .., J. de la HAMETTE
2. Nom et prénoms ........................................................................................................................................................................2. Surname and first names ............................................. .................................................. .................................................. .......................
Adresse ...He^ „ kI , r FRANTZ Armand 3. Nom et prénoms .......................................................................................................................................................................Address ... He ^ „kI, r FRANTZ Armand 3. Last and first names ................................. .................................................. .................................................. ..................................
Adresse .rue des Aubépines, LUXEMBOURGAddress .rue des Aubépines, LUXEMBOURG
li affirme la sincérité des indications susmentionnées et déclare en assumer l’entière responsabilité.He affirms the sincerity of the above indications and declares to assume full responsibility for them.
........Luxembou.r.g............................, le ...2.8....avril............................. 19.....8.Q......... Luxembou.rg ..........................., on ... 2.8 .... April. ............................ 19 ..... 8.Q.
René NEYEN (mandataire) (signature) A 680 26_ (1) Nom, prénoms, firme, adresse.René NEYEN (representative) (signature) A 680 26_ (1) Last name, first names, firm, address.
(2) Nom, prénoms et adresse du déposant.(2) Last name, first names and address of the depositor.
ß A 610ß A 610
DEMANDE UE BREVETEU PATENT APPLICATION
Déposant : ARBED S. A.Submitter: ARBED S. A.
Avenue de la Liberté LuxembourgAvenue de la Liberté Luxembourg
Procédé de fabrication de laminés en acier présentant une bonne soudabilité, une haute limite d'élasticité et une résilience à très basses températures #·Process for the production of rolled steel having good weldability, a high yield strength and resilience at very low temperatures # ·
Procédé de fabrication de laminés en acier présentant une b.onne soudabilitë, une haute limite d'élasticité et une résilience à très basses températures.__ 5Process for manufacturing rolled steel having good weldability, high yield strength and resilience at very low temperatures.
La présente invention concerne un procédé de fabrication de laminés en acier, notamment de’ronds à béton, présentant une bonne sou-dabilité, une haute limite d'élasticité, ainsi qu'une résilience ‘ à très basses températures.The present invention relates to a method for manufacturing rolled steel, in particular concrete reinforcing bars, having good weldability, a high yield strength, as well as a resilience ‘at very low temperatures.
• 10• 10
Les ronds à béton de fabrication courante avec une limite d'élas- 2 ticité de l'ordre de 4oo N/mm présentent une très faible ténacité< Ainsi leur température de transition pour l'essai de résilience Charpy V à 35 J/cm^ est de l'ordre de + 2o °C. Ces produits 15 n'offrent donc qu'une faible résistance à la rupture fragile à basses températures.Concrete rods of current production with an elasticity limit of the order of 4oo N / mm have a very low toughness <Thus their transition temperature for the Charpy V impact test at 35 J / cm ^ is of the order of + 20 ° C. These products 15 therefore offer only a weak brittle breaking strength at low temperatures.
_ 2_ 2
La spécification consistant en une résilience Charpy V à 35 J/cm et à des températures de l'ordre de - 196 °C n'était pas requise 20 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 lamines en acier résistant au froid intense. Ainsi il est prévu pour des raisons de sécurité de munir 25 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.The specification consisting of Charpy V resilience at 35 J / cm and at temperatures of the order of - 196 ° C was not required in the past, in connection with rolled steel such as concrete reinforcing bars. However, recent developments in manufacturing technology and especially in the storage of liquefied gases has led to the need for steel laminations resistant to intense cold. Thus, for safety reasons, provision is made to provide the liquefied gas storage tanks with a reinforced concrete envelope in analogy to the safety measures applied in the field of nuclear reactors.
Les ronds à béton prévus pour constituer l'armature d'enveloppes 30 de réservoirs ä gaz liquéfiés qui se trouvent à des températures de - 5o °C à - 196 °C doivent présenter en plus d'une résilience adéquate a coeur du produit,une soudabilité satisfaisante, ce qui implique des teneurs en carbone inférieures ä o,2 %. Or, les ronds crénelés connus qui présentent o,16 - o,2 % C, sont fabriqués par 35 torsadage a froid, ce qui leur conféré une limite d'élasticité satisfaisante mais cc qui entraîne d'autre part une ténacité faible, surtout a de basses températures.The concrete reinforcing bars intended to constitute the reinforcement of casings 30 of liquefied gas tanks which are at temperatures of - 50 ° C to - 196 ° C must have in addition to an adequate resilience at the heart of the product, a satisfactory weldability, which implies carbon contents of less than 0.2%. Now, the known crenellated rounds which have o, 16 - o, 2% C, are produced by cold twisting, which gives them a satisfactory elastic limit, but cc which, on the other hand, results in low toughness, especially a low temperatures.
- 2 -- 2 -
On a donc essayé p.ex. 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 en surface à la sortie du laminoir, ainsi qu'un autorevenu, ce 5 qui a permis d'obtenir des ronds à béton soudables et tenaces.We have therefore tried, for example, to combine, during the production of concrete reinforcing bars, a limitation of the carbon content to 0.20% with a treatment comprising an intense cooling on the surface at the outlet of the rolling mill, as well as a self-income, which made it possible to obtain weldable and stubborn concrete rods.
De tels crénelés peuvent arriver à des températures de trans-sition Cliarpy V-35 J/cm de l'ordre de -5°° C.Such crenellations can reach Cliarpy V-35 J / cm transition temperatures of the order of -5 °° C.
Par ailleurs, on a constaté qu'un rond à béton fabrique à par-10 tir d'un acier à 9% Ni, ayant subi une double normalisation suivie d'un revenu, ou bien une trempe suivie d'un revenu, pré-sente une résilience Charpy V-35 J/cm“ minimum à -196° C.Furthermore, it has been found that a concrete rod manufactures from 10% Ni steel, having undergone a double normalization followed by tempering, or else a quenching followed by tempering, feels a resilience Charpy V-35 J / cm “minimum at -196 ° C.
Le but de l'invention consiste à proposer un procédé de fabri-15 cation de laminés répondant aux critères préraentionnés tout en étant réalisable ex chaude de laminage, de préférence à partir d'un acier contenant un minimum d'éléments d'alliage coûteux, réduisant ainsi le prix de revient des laminés produits.The aim of the invention is to propose a process for the manufacture of laminates which meet the above-mentioned criteria while being feasible for hot rolling, preferably from a steel containing a minimum of expensive alloying elements, thus reducing the cost price of the laminates produced.
20 Ce but est atteint par le procédé suivant l'invention qui est caractérisé en ce que l'on met on oeuvre un acier contenant des teneurs déterminées en carbone (C), en manganèse (MN), en silicium (SI), en aluminium (AL) et en niobium (NB), que l'on lamine cet acier en veillant à ce que le taux de réduction total, 25 réalisé au cours des trois dernières passes, soit supérieur à 20% et que l'on règle les températures pour les opérations avanl (Tl) 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° C (KCV), exprimées par 30 LE = 1035 + 510 C + 192 MN + 2.27 NB - 0.21T1 -0.42 T2 - 0.48T3 - 3.51D etThis object is achieved by the process according to the invention which is characterized in that a steel is used containing determined contents of carbon (C), manganese (MN), silicon (SI), aluminum (AL) and niobium (NB), that this steel is rolled while ensuring that the total reduction rate, achieved during the last three passes, is greater than 20% and that the temperatures are adjusted for the operations before (T1) during (T2) and after (T2), the rolling of the product, having a diameter (d), so as to ensure that the elastic limit (LE) and the resilience at -120 ° C. (KCV), expressed by 30 LE = 1035 + 510 C + 192 MN + 2.27 NB - 0.21T1 -0.42 T2 - 0.48T3 - 3.51D and
KCV = 2.2 - 2.07C + 23.20 MN - 2.07 NB - 0.77 Tl 35 - 1.24 T2 - 0.23 T3 - 1.98 DKCV = 2.2 - 2.07C + 23.20 MN - 2.07 NB - 0.77 Tl 35 - 1.24 T2 - 0.23 T3 - 1.98 D
atteignent des valeurs suffisamment élevées.reach sufficiently high values.
ΜΜ
Il est bien entendu que les concentrations des différents éléments ajoutés, ainsi que les températures établies, ne varieront qu'endéans de certaines limites.It is understood that the concentrations of the various elements added, as well as the temperatures established, will only vary within certain limits.
5 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 sera d'autant plus bass que l'on vise une température de transition plus basse.5 Thus, the chemical composition of the steel used is chosen according to the experiences collected during numerous tests which have revealed that the carbon content will be all the lower the lower the transition temperature.
10 On limite p.ex. le carbone préférentiellement à 0,08$ max.10 For example, carbon is preferably limited to $ 0.08 max.
pour une température de transition Charpy V-35 J/cm^ à -140° C.for a transition temperature Charpy V-35 J / cm ^ at -140 ° C.
Une teneur en manganèse de l'ordre de 1,7$ confère 1? résistance voulue à l'acier tout on améliorant sa ténacité, tan-15 dis que 0,3$ de silicium sont ajoutés pour renforcer la résistance.A manganese content of around $ 1.7 gives 1? desired resistance to steel while improving its toughness, tan-15 say that $ 0.3 of silicon is added to reinforce the resistance.
On calme l'acier grain fin à l'aluminium pour améliorer la soudabilité et diminuer considérablement la tendance au vieil-20 lissement. L'affinage du grain relève par ailleurs la limite d'élasticité, ainsi que la ténacité.Calm fine grain steel is aluminum to improve weldability and considerably reduce the tendency to aging. The refining of the grain also raises the elastic limit, as well as the toughness.
Le H b et évtl. le. V et/ou Mo garantiront une limite élevée, surtout en cas de gros diamètres.H b et évtl. the. V and / or Mo will guarantee a high limit, especially in the case of large diameters.
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Suivant l'invention le produit est soumis à un cycle thermomécanique particulier au cours duquel on veille à ce que la température soit contrôlée pour toutes les opérations avant, pendant et après le laminage. En particulier pour les dernières 30 passes de laminage, le taux de réduction total obtenu au cours de ces passes doit être suffisamment élevé, de préférence supérieur a 20$.According to the invention, the product is subjected to a particular thermomechanical cycle during which it is ensured that the temperature is controlled for all the operations before, during and after rolling. In particular for the last 30 rolling passes, the total reduction rate obtained during these passes must be sufficiently high, preferably greater than $ 20.
Il importe de souligner que le cycle thermo-mécanique particu-35 lier qui fait partie du procédé suivant l'invention ^îse l'obtention d'une structure à grain extrêmement fin à coeur du produit étant donné que la résilience à très basses températures doit être garantie à coeur du produit laminé.It is important to emphasize that the particular thermo-mechanical cycle which is part of the process according to the invention, is aimed at obtaining an extremely fine grain structure at the heart of the product since the resilience at very low temperatures must be guaranteed at the heart of the laminated product.
= _/ι_= _ / ι_
Ainsi la température du four est judicieusement choisie de façon à éviter un grossissement du grain sur le demi-produit.Thus the temperature of the oven is judiciously chosen so as to avoid a grain enlargement on the semi-finished product.
La température de début de laminage est située de sorte que 11 on obtient dès le début de laminage un affinage considérable 5 du grain et qu'on évite d'autre part une recristallisation trop importante.The temperature at the start of rolling is situated so that a considerable refinement 5 of the grain is obtained from the start of rolling and, on the other hand, too great recrystallization is avoided.
Avant les trois dernières passes de laminage l'acier subit un refroidissement rapide dans une rampe de refroidissement jusqu'à 10 une température proche du point de transformation Ar-.Before the last three rolling passes, the steel undergoes rapid cooling in a cooling ramp to a temperature close to the transformation point Ar-.
Le traitement de refroidissement à la sortie du laminoir consiste suivant l'invention en un refroidissement énergique du produit jusqu'à une température à coeur suffisamment basse, 15 encore pour éviter toute recristallisation.The cooling treatment at the outlet of the rolling mill consists, according to the invention, of vigorous cooling of the product to a sufficiently low core temperature, again to avoid any recrystallization.
L'idée qui est à la base de la présente invention consiste donc à combiner les effets bénéfiques réalisables séparément griice au choix judicieux des éléments chimiques incorporés en 20 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.The idea which is the basis of the present invention therefore consists in combining the beneficial effects achievable separately according to the judicious choice of the chemical elements incorporated in determined contents in steel with the effects of a directed interaction between evolution. the temperature of the product during manufacture and the reduction rates applied during rolling.
25 Le résultat obtenu est caractérisé notamment par une grosseur de grain extrêmement fine du produit fini.The result obtained is characterized in particular by an extremely fine grain size of the finished product.
’ Pour arriver à des températures de transition inférieures à -ldü0 G, on peut suivant l'invention mettre en oeuvre un acier 30 qui présente des teneurs en nickel comprises entre 5 et 10$.’In order to arrive at transition temperatures below −ldld0 G, it is possible according to the invention to use a steel 30 which has nickel contents of between 5 and 10 $.
Un tel acier, laminé selon le procédé suivant l'invention, présente une résilience Charpy V-35 j/cm^ à -19(3° c.Such steel, rolled according to the process according to the invention, exhibits a Charpy V-35 d / cm ^ to -19 (3 ° C.
Les avantages du procédé suivant l'invention résultent de 35 manière claire des six expériences décrites par la suite : " 5 - » 1. Un acier naturellement dur pour ronds à béton (C = 0,35% environ) mena à des caractéristiques de traction satisfaisantes, dont notamment une limite d'élasticité dépassant Ù00 MPa.The advantages of the process according to the invention clearly result from the six experiments described below: "5 -" 1. A naturally hard steel for concrete reinforcing bars (C = about 0.35%) led to tensile characteristics satisfactory, including in particular an elastic limit exceeding Ù00 MPa.
55
Cependant la température de transition pour l'essai Charpy V à un niveau d'énergie de 35 J/cm^ était de + 20° C. Cet ► acier ne présente aucune ténacité à basse température. Sa soudabilité fut médiocre.However, the transition temperature for the Charpy V test at an energy level of 35 J / cm ^ was + 20 ° C. This ► steel exhibits no toughness at low temperature. Its weldability was poor.
. 10 2. Un acier à teneur en carbone limitée à 0,18%, qui subit le traitement suivant l'invention avant, pendant et après le laminage, offrit également des caractéristiques de traction satisfaisante. Une nette amélioration par rapport à l'exom-15 pie 1 fut constatée du point de vue allongement et notamment de la température de transition, qui descendit à -60° C. L'acier s'avéra être soudable.. 2. A carbon content steel limited to 0.18%, which undergoes the treatment according to the invention before, during and after rolling, also offered satisfactory tensile characteristics. A clear improvement compared to exom-15 pie 1 was noted from the point of view of elongation and in particular of the transition temperature, which fell to -60 ° C. The steel turned out to be weldable.
3. La mise eu oeuvre d'un acier accusant la composition chi- 20 inique déterminée dans la présente demande, mais sans appli cation 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, meme sans traitement se situe ce- 25 pendant déjà au meme niveau que colle de l'exemple 2, où le traitement suivant l'invention a été appliqué avant, pendant et après le laminage.3. The use of a steel exhibiting the chemical composition determined in the present application, but without applying the treatment according to the invention, led to mechanical properties which are insufficient from the point of view of elastic limit and resistance. . The aspect ratio was high. The transition temperature, even without treatment, is however already at the same level as the adhesive of Example 2, where the treatment according to the invention was applied before, during and after rolling.
ù. La combinaison de la composition chimique et des traitements 30 avant, pendant et après le laminage suivant l'invention per mirent d'arriver à une double amélioration, à savoir : - des caractéristiques mécaniques satisfaisantes et un allongement élevé, 35 - une température de transition descendant à une tempéra ture très basse (- 1Ù0° C).ù. The combination of the chemical composition and the treatments 30 before, during and after the rolling according to the invention made it possible to achieve a double improvement, namely: - satisfactory mechanical characteristics and high elongation, - a transition temperature falling to a very low temperature (- 1Ù0 ° C).
5. Un acier à 9% Ni, à l'état do laminage à chaud réalise une température de transition Charpy V - 35 J/cm^ à - 50° 0,5. A 9% Ni steel, in the hot rolling state, achieves a Charpy V transition temperature - 35 J / cm ^ at - 50 ° 0,
LL
- 6 - 6. Le meme 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 5 lorsqu'on appliqua le traitement préconisé avant, pendant et après le laminage.- 6 - 6. The same 9% Ni steel, whose resilience at -196 ° C is normally only achievable using an expensive heat treatment (double normalization + tempering or quenching + tempering), allows to reach a transition temperature of -196 ° C. when the treatment recommended is applied before, during and after rolling.
Les 6 exemples sont repris dans le tableau 1 en annexe de maniera s'uccincte.The 6 examples are given in table 1 in the appendix of maniera s'uccincte.
• 10• 10
Pour le procédé suivant l'invention l'importance de la composition 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 15 suivantes : 1. Un acier naturellement dur pour ronds a béton (C = o,35 % environ) traité suivant le procédé de l'invention est trempé à coeur. Cet acier présente une limite d'élasticité élevée, 20 mais les propriétés de ductilité sont très faibles.For the process according to the invention, the importance of the chemical composition of the steel as well as that of the temperature control during the manufacturing operations and of the rapid post-rolling cooling is demonstrated by the following six experiments: 1. A naturally hard steel for concrete bars (C = 0, about 35%) treated according to the process of the invention is hardened to the core. This steel has a high yield strength, but the ductility properties are very low.
1 Pour l'essai Charpy V, même à température ambiante le 2 niveau d'énergie ne dépasse pas 35 J/cm 25 2. La mise en oeuvre d'un acier accusant la composition chi mique 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 30 la résilience Charpy V se situe à - 6o °C.1 For the Charpy V test, even at ambient temperature the 2 energy level does not exceed 35 J / cm 25 2. The use of a steel showing the chemical composition determined in the present application, but without application of the treatment according to the invention leads to insufficient mechanical characteristics from the point of view of elasticity and resistance limit. The transition temperature of the Charpy V resilience is - 6o ° C.
3. Le meme acier laminé sans traitement tlicrmomécanique, mais avec un refoidissement post-laminoir présente une limite d'élasticité et une résistance nettement plus élevée que 35 pour l'exemple 2.La température de transition (- 75 °C) est également améliorée par rapport à l'exemple 2.3. The same rolled steel without micromechanical treatment, but with a post-rolling cooling has a yield strength and a resistance significantly higher than 35 for example 2. The transition temperature (- 75 ° C) is also improved compared to Example 2.
ς - 7 - 4. En introduisant dans le schéma de mise en oeuvre de l'exemple 3 encore un laminage thermomécanique, mais uniquement pour les dernières passes la limite d'élasticité et la résistance sont encore améliorées. Il en est de même pour la tempéra-• · , o 5 ture de transition (- loo C).ς - 7 - 4. By introducing into the implementation diagram of Example 3 still a thermomechanical rolling, but only for the last passes the elastic limit and the resistance are further improved. It is the same for the temperature • •, o 5 transition temperature (- loo C).
5. En effectuant un traitement thermo-mécanique .pour toutes les " opérations de laminage, mais sans refroidissement post-lami noir, la limite d'élasticité et la résistance sont abaissées v 10 par rapport aux exemples 3 et 4. La température de transition cependant est encore améliorée (- 115 °C) .5. By carrying out a thermo-mechanical treatment. For all the "rolling operations, but without post-black lami cooling, the elastic limit and the resistance are lowered v 10 compared to examples 3 and 4. The transition temperature however, is further improved (-115 ° C).
6. Les meilleurs résultats concernant les propriétés mécaniques de l'acier accusant la composition chimique déterminée dans la 15 présente demande sont obtenus par le traitement suivant l'in vention, avant, pendant et après le laminage, à savoir: - des caractéristiques mécaniques satisfaisantes et un allongement élevé.6. The best results concerning the mechanical properties of the steel showing the chemical composition determined in the present application are obtained by the treatment according to the invention, before, during and after rolling, namely: - satisfactory mechanical characteristics and high elongation.
^ - une température de transition de la résilience Charpy V^ - a transition temperature of the Charpy V resilience
très basse.very low.
Les G exemples sont montres au tableau 2 sous une forme succinte.The G examples are shown in Table 2 in brief form.
Bien que la presente description soit axee sur la production de ronds à béton, le procédé suivant l'invention peut tout aussi bien être appliqué h d'autres aciers nerobe.π ri s tel π que ronde lisse:·:, plots, carrés, cornières, aux profilés et aux tôles, du moment que l'on désire combiner les propriétés de soudabilité, 3o de haute limite d'élasticité et de résilience à températures très basses dans un même produit.Although the present description is focused on the production of concrete reinforcing bars, the process according to the invention can just as easily be applied to other nerobe steels such as smooth round: · :, studs, squares, angles, profiles and sheets, as long as you want to combine the properties of weldability, 3o high yield strength and resilience at very low temperatures in the same product.
Claims (13)
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