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cier de construction de grande valeur*pour la grosse construction. @
Comme aciers de valeur pour la grosse construction, c'est-àdire la construction de ponts, de halls, construction maritime, etc., il a été proposé de très nombreux aciers de compositions déterminées, qui se caractérisent essentiellement comme suit :
Conformément aux exigences principales des constructeurs spécialisés dans ce domaine de la technique, les aciers doivent le plus souvent avoir une limite d'étirage d'au moins 36 kg/mm2 et un allongement d'au moins 20 %.
La résistance à la traction doit comporter au moins 52 kg/mm2, mais ne doit pas dépasser 62 ou 64 kg/mm2 parce que, autrement, le travail de préparation de ces aciers, par des outils..de rabotage ou autres enlevant des copeaux, serait trop difficile. Comme condition importante s'ajoute encore une bonne aptitude à la soudure électrique à l'arc. pour assurer cette aptitude, la teneur en carbone doit être au maximum de 0,2 %.
Comme ces valeurs de résistance ne peuvent être atteintes
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avec des aciers ordinaires au carbone - surtout en limitant la teneur en carbone au maximum à 0,2 % - les aciers doivent être alliés. Comme agents d'alliage, on a proposé et employé généralement le silicium, le cuivre, le manganèse, le chrome et le molybdène, l'ajoute étant dans tous les cas limitée, en quantité, vers le haut, et deux au moins de ces éléments d'alliage étant le plus souvent employés ensemble.
On a également satisfait de diverses manières à l'opinion que, dans l'acier de construction de valeur - en particulier lors de profils épais - la ténacité au choc sur éprouvette entaillée joue un rôle spécial dans le comportement de l'acier dans la construction.
Les derniers développements dans la construction des ponts ont entraîné une augmentation de plus en plus forte des dimensions des profils laminés, en particulier des fers universels et des tôles. De ce fait, des difficultés se sont produites lors de la soudure ; pour une sollicitation statique, des constructions soudées faites de ces profils épais allaient à la rupture sans déformation. Il a été admis que la raison principale de ces ruptures est une certaine action de durcissement (de trempe) au voisinage des soudures, celte action étant spécialement développée dans les pièces épaisses - épaisseur de 15 à 20 mm.- par suite du départ, de la perte considérable de chaleur (lors de la soudure) observée a ces fortes épaisseurs.
Les effets de trempe sont d'autant plus accentués que la teneur en carbone est élevée ; de plus, les éléments d'alliage chrome et manganèse paraissent agir dans le sens de la trempe, alors que le silicium et le cuivre ont moins d'effet, L'emploi de silicium comme élément d'alliage au-delà de la quantité usuelle jusqu'ici - 0,5 à 0,6 % -détermine cependant dans la fabrication et le traitement de l'acier de construction des difficultés tellement grandes qu'on peut s'attendre à une amélioration, par ce moyen, en ce qui concerne cet effet de trempe.
De même l'emploi du cuivre dans ce sens se heurte à des limites
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techniques et économiques.
Enfin, il faut observer que, des éléments d'alliage cités, le silicium est le seul qui, en allemagne, est une matière pre- mière. spécifiquement du pays, tandis que le manganèse, le cuivre, . le chrome et le molybdène ne se rencontrent qu'en très faibles quantités dans les minerais indigènes.
Conformément à l'invention, on réalise un progrès technique important dans le développement de l'emploi d'acier de grande valeur, pour la grosse construction, en ce qui concerne les con- sidérations et conditions ci-dessus par l'emploi du vanadium comme élément principal d'alliage. Le vanadium est obtenu dans la sidérurgie allemande en quantité croissante, comme sous-produit.
Les aciers de construction, de grande valeur, composés con- formément à l'invention avec du vanadium comme élément d'alliage principal, permettent - déjà avec de faibles teneurs en vanadium, donc très économiquement - d'obtenir les propriétés de solidité et résistance prescrites par exemple par les chemins de fer, etc.
En même temps la teneur en carbone peut être tenue très faible, et même très écartée de la limite supérieure de 0,2 %, ce qui est important pour la soudabilité. Ceci compte en particulier éga-- lement quand pour une teneur relativement faible en vanadium, le silicium, et en deuxième ligne le manganèse ont leur teneur quel- que peu au-dessus .de la quantité usuelle. L'écart entre la limite . pour laquelle l'action deviendrait nuisible reste cependant en- core très grand.-Une' ajoute additionnelle de cuivre agirait dans le même sens.
Le tableau ci-dessous donne la composition et les caractéris- tiques de résistance de quelques aciers au vanadium conformes à l'invention ; il est à remarquer que, par rapport à la limite d'extension et la résistance à la traction, l'allongement est ex- traordinairement élevé. De même, la ténacité au choc sur éprouvet- te entaillée atteint des valeurs élevées.
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Acier <SEP> Compositions <SEP> chi- <SEP> Limite <SEP> Résis- <SEP> Allonge- <SEP> Stric- <SEP> Ténacité
<tb> miques <SEP> en <SEP> % <SEP> d'exten- <SEP> tance <SEP> ment <SEP> en <SEP> tion <SEP> au
<tb> sion <SEP> à <SEP> la <SEP> % <SEP> choc
<tb> traction
<tb>
EMI4.2
Nr. C Si Tsllxl Va Cu mm2 Wmnr8 1 % nkeCM2
EMI4.3
<tb>
<tb> 1 <SEP> 0,17 <SEP> 0,35 <SEP> 1,05 <SEP> 0,12 <SEP> -- <SEP> 36,2 <SEP> 52,8 <SEP> 34,7 <SEP> 25,3 <SEP> 68,5 <SEP> 15,7
<tb> 2 <SEP> 0,15 <SEP> 0,32 <SEP> 1,15 <SEP> 0,23 <SEP> -- <SEP> 41,0 <SEP> 53,2 <SEP> 28,2 <SEP> 20,5 <SEP> 67,6 <SEP> 16,5
<tb> 3 <SEP> 0,14 <SEP> 0,27 <SEP> 1,25 <SEP> 0,39 <SEP> 41,5 <SEP> 54,5 <SEP> 29,2 <SEP> 21,5 <SEP> 67,0 <SEP> 14,-
<tb>
EMI4.4
4 0,15 0,55 0,92 011 -- 38,5 53,4 32,0 24,0 69,0 17,8
EMI4.5
<tb>
<tb> 6 <SEP> 0,15 <SEP> 0,47 <SEP> 0,95 <SEP> 0,22 <SEP> -- <SEP> 40,5 <SEP> 57,6 <SEP> 30,
6 <SEP> 22,2 <SEP> 65,2 <SEP> 12,5
<tb> 6 <SEP> 0,16 <SEP> 0,39 <SEP> 1,03 <SEP> 0,35 <SEP> -- <SEP> 43,0 <SEP> 58,6 <SEP> 33,0 <SEP> 25,8 <SEP> 68,7 <SEP> 14,5
<tb>
EMI4.6
7 0,15 0,33 1,02 0,26 0,48 415 58,9 32,0 23,9 64,0 13,3
Il est ainsi visible qu'une haute limite d'extension est obtenue en même temps qu'un grand allongement, donc une haute résistance à la déformation pour une grande capacité de déformation, c'est-à-dire une meilleure Il valeur d'ensemble " ou " adaptation d'ensemble ", le tout à un degré plus élevé que dans les aciers de construction connus, de haute valeur.
L'avantage principal et ainsi le progrès le plus significatif du nouvel acier réside cependant dans le fait qu'il prend très peu la trempe lors d'une action d'étonnement. Le tableau suivant montre la limite d'allongement, la résistance à la traction d'une part, et d'autre part la dureté Brinell après étonnement de quelques aciers de construction conformes à l'invention et d'autres aciers employés depuis longtemps. Pour une limite d'allongement égale ou plutôt plus élevée, les aciers au vanadium Nr. 3,4, 5 ont, après le saisissement, une dureté notablement moindre que les aciers de comparaison Nr.1 et 2, de composition ordinaire.
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<tb>
<tb>
Acier <SEP> Composition <SEP> chimique <SEP> en <SEP> Limite <SEP> d' <SEP> Résistan- <SEP> Dureté
<tb> allonge <SEP> - <SEP> ce <SEP> à <SEP> la <SEP> Brinell
<tb> ment <SEP> traction <SEP> à <SEP> 8500
<tb> Nr. <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Cu <SEP> Va <SEP> kg/mm2 <SEP> kg/mm2
<tb> 1 <SEP> 0,19 <SEP> 0,30 <SEP> 1,13 <SEP> 0,31 <SEP> 0,51 <SEP> -- <SEP> 38,0 <SEP> 58,0 <SEP> 401
<tb> 2 <SEP> 0,20 <SEP> 0,45 <SEP> 0,98 <SEP> -- <SEP> 0,52 <SEP> -- <SEP> 39,0 <SEP> 55,0 <SEP> 320
<tb> 3 <SEP> 0,16 <SEP> 0,56 <SEP> 1,05 <SEP> -- <SEP> 0,09 <SEP> 0,13 <SEP> 41,0 <SEP> 56,0 <SEP> 242
<tb> 4 <SEP> 0,15 <SEP> 0,30 <SEP> 0,80 <SEP> -- <SEP> 0,29 <SEP> 0,16 <SEP> 42,0 <SEP> 54,0 <SEP> 220
<tb> 5 <SEP> 0,16 <SEP> 0,35 <SEP> 0,78 <SEP> -- <SEP> 0,48 <SEP> 0,15 <SEP> 39,0 <SEP> 53,0 <SEP> 214
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Au dessin annexé,
les données de divers essais de saisissement sont indiquées. Des éprouvettes de divers aciers de construction connus à ce jour, ainsi que d'aciers conformes à l'invention, ont été chauffées à 850 , maintenues à cette température pendant 1/2 heure, puis étonnées dans l'eau. Après avoir enlevé une couche superficielle de 3 mm. d'épaisseur, elles ont été examinées au point de vue dureté Brinell. Les valeurs de dureté obtenues peuvent être. réparties en trois champs ou groupes, en dépendance de la résistance à la traction à l'état chauffé au rouge (ou laminé).
Dans le champ I se trouvent les duretés des aciers étonnés comportant :
0,10 à 0,20 % C
0,8 à 1,50 % Mn
0,4 à 0,6 % Si
0,2 à 0,6 % Cu donc les compositions usuelles de l'acier 52 à résistance à la traction de 52 à 65 kg/mm2.
Dans le champ II se trouvent les duretés des aciers étonnés de même résistance à la traction avec teneurs en vanadium de 0,08 à 0,16 % et dans le champ III se trouvent les duretés des aciers étonnas avec teneurs en vanadium de 0,18 à 0,40 %.
Pour une même résistance à la traction, les aciers au vanadium prennent, après étonnement, une trempe ou dureté beaucoup plus faible que les aciers de construction usuels, sans vanadium,
Il a déjà été proposé d'employer des aciers comme aciers de grosse construction qui, pour une teneur relativement forte en silicium (environ 1 %) contiennent également du vanadium, la teneur en manganèse ne pouvant dépasser.0,8 %. Dans ce cas cependant, le silicium est l'élément principal déterminant. Pour. ces aciers, la fabrication devait être effectuée dans un four spécial.
Ces aciers, comme il a été déjà indiqué, n'ont pu. être introduits à cause de leur grande teneur en silicium en outre, pour une limi-
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tation de la teneur en manganèse à 0,8 % maximum, on devait employer une teneur en vanadium notablement plus élevée que dans l'invention, ce qui rendait ces aciers d'un emploi coûteux. On ne connaît aucun cas d'emploi pratique de ces aciers ni même un essai réellement sérieux, malgré que précisément dans le domaine du développement des aciers de construction de valeur, de nombreuses propositions aient été faites et essayées.
Des aciers au vanadium ont été de plus employés comme aciers résistants à la chaleur, donc dans un but, un domaine n'ayant aucun rapport avec la grosse construction. Ceci compte également pour la proposition faite d'employer un acier au manganèse-silicium, à faible teneur en C, avec faible ajoute de vanadium, pour des réservoirs soudés, étanches à l'eau et au gaz.
Comme, en vue d'augmenter la résistance à la corrosion, on a souvent ajouté à l'acier de construction une quantité de cuivre allant aux environs de 0,2 % et que, d'autre part, ainsi qu'indi- qué, le cuivre est favorable vis-à-vis des propriétés de résistance, mais n'augmente pas la tendance à la trempe, on peut également, dans l'acier au vanadium conforme à l'invention, ajouter dans certains cas une quantité additionnelle de cuivre ; pour des teneurs en cuivre d'environ 0,5 %, on peut envisager une certaine diminution de la teneur en vanadium. De plus, par l'emploi d'une ajoute de cuivre, la teneur en vanadium restant inchangée, la teneur en carbone et celle en manganèse peut être maintenue plus basse, ce qui a une action favorable au point de vue de la résistance.
Ceci compte également pour une augmentation de la teneur en silicium de 0,35 % (quantité usuelle) à environ 0,6 %.
En ce qui concerne la fabrication de l'acier de construction de grande valeur, il est à observer qu'avant l'ajoute du vanadium il faut désoxyder très soigneusement.
On ne change rien à l'invention quand on remplace partiellement le vanadium par des quantités correspondantes d'éléments qui ont une forte action de formation de carbures, tels que le molyb-
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dène, le zirkon-, le titane, le néob-tantale.
Enfin, il est à remarquer que l'acier de construction suivant l'invention signifie la fermeture, la fin d'un plus long développement de l'obtention d'aciers de construction. Alors que jusqu'ici la tendance était d'obtenir des valeurs de solidité aussi hautes que possible, on ne tenait que peu compte de la soudabilité des aciers., ce qui, d'ailleurs. n'offrait aucun caractère d'urgence puisque le rivetage prédominait dans les constructions métalliques. Mais avec l'application de la soudure, il s'est démontré qu'avec une épaisseur croissante des profils, les composants d'alliage utilisés jusqu'ici (C, Cu, Cr, Mn, etc.) avaient une influence perturbatrice. Si on augmentait l'épaisseur des profils en diminuant en même temps le pourcentage des éléments d'alliage, on ne pouvait plus obtenir les propriétés requises de résistance.
En outre, par l'augmentation de l'épaisseur des profilés, s'est révélé l'inconvénient que la régularité de la texture diminuait, et dans les forts profilés, qu'on ne pouvait plus empêcher avec toute sûreté l'apparition de la structure à gros grains connue sous le nom de Widmanstättensche, structure qui, comme on le sait, est spécialement sensible à la formation de crevasses de soudure.
L'invention indique une voie en dehors de cette position, avec comme résultat que :
1) la quantité des éléments d'alliage C, Mn, Si, Cu, Cr, etc. peut être maintenue faible sans que se présente le danger que, pour des profils plus épais, la grandeur exigée des propriétés de résistance ne puisse être atteinte .
2) une grande régularité et grande finesse des grains dans la texture est obtenue, et la formation de la texture de Widmann- stattensche est entièrement écartée.