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Perfectionnements aux aciers spéciaux au bore.
La présente invention concerne les aciers spéciaux et se réfère plus particulièrement aux aciers au bore.
Il a été reconnu que le fait d'ajouter aux aciers de l'un des éléments qui peuvent être incorporés dans des solutions solides telles que le bore, le silicium, le molybdène, le chrome et le nickel, augmente leur faculté de trempe en profondeur et il a été suggéré que la caractéristique de trempe en profondeur peut être améliorée par certaines combinaisons de ces éléments, par exemple une combinaison de bore et de silicium.
La présente invention, bien que concernant les aciers spéciaux contenant du bore, n'a pas pour objet de prévoir des aciers ayant une meilleure trempe en profondeur, et elle entraine en réalité des considérations de sens opposés, puisque son objet consiste à prévoir un acier à faible teneur en carbone possédant des caractéristiques de résistance extrême de la charge limite
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d'élasticité très élevées sans impliquer des caractéristiques prononcées de trempe, de façon que leader reste facile à souder.
La présente invention est basée sur la découverte suivant laquelle, si l'adjonction de bore à l'acier ne produit aucun effet appréciable sur ses propriétés mécaniques, l'adjonc- tion de bore en présence de molybdène a un effet prononcé sur la résistance extrême et la charge limite d'élasticité du métal sans accentuer les caractéristiques de trempe de l'acier.
Suivant la présente invention, en conséquence, on a prévu un acier spécial présentant les caractéristiques désira- bles de résistance maximum et de la charge limite d'élasticité considérables par l'adjonction à de 1'* acier doux, contenant jusqu'à 0,2% de carbone, jusqu'à 1% de manganèse et jusqu'à 1% de silicium, de 0,2 à 0,7 % de molybdène et jusque 0,01% de bore. L'acier peut contenir ou pas d'autres éléments assurant la résistance à la corrosion, dans les limites définies ci-dessous, le restant étant constitué par du fer et les substances résiduelles inévitables.
Les aciers établis conformément à l'invention présentent un point de rupture élevé dans la condition laminée ou normali- sée, et ils sont exempts de dureté élevée au refroidissement rapide comme cela se produit normalement dans les opérations de soudure.
Il a été difficile jusqu'ici d'établir un acier soudable ayant un point de rupture élevé, en raison du fait que pour obtenir une charge limite d'élasticité élevée.,il est nécessaire que la teneur en carbone soit supérieure à ce qui constitue normalement une limite sure pour permettre une soudure facile.
Cette limite de la teneur en carbone à cet effet, ne permet pas d'obtenir normalement une charge limite d'élasticité supérieure à environ 36 Kgs sur mm2. Pendant la soudure, la matière de la pièce à souder voisine du métal d'apport est soumise à un
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cycle de chauffage entraînant un refroidissement rapide à partir d'une température supérieure à la température critique. Les propriétés de cette z8ne dépendent dans une large mesure des caractéristiques de trempe de métal, une dureté élevée se pro- duisant dans la matière, relativement friable et susceptible de se fendiller, soit pendant l'opération de refroidissement, soit ensuite en cours d'utilisation.
L'amélioration que l'on peut obtenir par l'application de l'invention est mise en évidence par les résultats d'une série d'essais effectués sur des barres de 16 mm de diamètre qui avaient été recuits à 930 C, en acier contenant environ 0,08% de carbone, 0,42% de manganèse et 0,25% de silicium le restant étant composé de fer et des éléments résiduels inévitables.
L'adjonction de 0,003% de bore à l'acier doux ayant la composi- tion ci-dessus n'a produit aucun effet appréciable sur les pro- priétés mécaniques. Toutefois, lorsqu'on a ajouté 0,003% de bore à un acier semblable mais contenant en outre 0,6% de molybdène, l'effet obtenu fut frappant, la résistance extrême s'élevant alors de 44 Kgssur mm2 à 65 Kgspar cm2, et la charge limite d'élasti- cité de 26 à 53,5 Kgs par mm2. L'essai de choc Izod montra une valeur inchangée pour tous ces aciers, environ 13,82 kilogramme- tre. Ces résultats sont directement contraires à la conception généralement établie que le bore ne présente un intérêt apprécia- ble que dans les aciers à teneur moyenne en carbone, à l'état trempé et légèrement recuit.
On a déjà proposé d'ajouter au fer et à l'acier et aux alliages de ces matières avec des métaux du groupe ferreux et chromiques (ces métaux comprenant le manganèse, le cobalt, le nickel, le chrome, le tungstène et le molybdène) de 0,001 à 0,1% de bore, mais cette proposition antérieure n'indiquait nullement qu'un avantage particulier pourrait être obtenu par l'emploi du bore dans des aciers contenant du molybdène. Toutefois, dans nos
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expériences effectuées avec des aciers spéciaux légèrement alliée et à faible teneur en carbone, seuls ceux contenant du molybdène se sont révélés d'une sensibilité appr4ciable à l'influence du bore à l'état recuit ou recuit et trempé, les résultats les plus efficaces ayant été obtenus dans de l'acier ordinaire au molyb- dène.
L'effet du molybdène sur l'acier à faible teneur en carbone, traité au bore et en condition recuite n'est pas relié d'une façon linéaire aux qualités mécaniques, les teneurs en molybdène jusqu'à environ 0,2% n'ont qu/un effet réduit sur ces propriétés, mais entre environ 0,2 et 0,4% on observe un accroissement sensible de la charge limite d'élasticité et de la résistance extrême. Au delà d'environ 0,4% de molybdène, tout effet ultérieur est relativement plus faible.
Ces indications ainsi que d'autres caractéristiques des aciers prévus par la présente invention sont représentés graphiquement sur le dessin annexé où la charge limite d'élasticité en Kgs par mm2 des diffé- rents aciers est tracée en fonction du pourcentage en molybdène de chaque acier.
Les teneurs de carbone et de bore de ces aciers et le traitement tbermique qui leur a été appliqué étaient les suivantes:
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Co'urbe¯¯ 2&rbone Boe,¯% Iraîtement the
EMI5.2
<tb> 0,05 <SEP> 0,003 <SEP> Recuit <SEP> 930/9400C
<tb>
<tb> B <SEP> 0,05 <SEP> 0,003 <SEP> Recuit <SEP> 930/9400C
<tb> et <SEP> trempé <SEP> 650 C
<tb>
<tb> C <SEP> 0,13 <SEP> 0,003 <SEP> Recuit <SEP> 910/9200C
<tb>
<tb> D <SEP> 0,13 <SEP> 0,003 <SEP> Recuit <SEP> 910/920 C
<tb> et <SEP> trempé <SEP> 650 C
<tb>
<tb> E <SEP> 0,14 <SEP> 0,006 <SEP> Recuit <SEP> 910/9200C
<tb>
<tb> F <SEP> 0,14 <SEP> 0,006 <SEP> Recuit <SEP> 910/920 C
<tb> et <SEP> trempé <SEP> 650 C
<tb>
Une charge limite d'élasticité minimum de 47 Kgs par mm2 peut être obtenue avec un acier traité au bore contenant
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pas moins d'environ 0,
4% de molybdène avec seulement environ 0,05% de carbone. On obtient -une charge limite d'élasticité et une résistance à la rupture supérieures en augmentant le carbone mais on constate que pour obtenir des propriétés mécaniques sa- tisfaisantes, la teneur en carbone ne devrait pas dépasser envi- ron 0,15% normalement. De même, on constate que l'accroissement de la teneur en bore de 0,003 à 0,006% améliore légèrement la charge limite d'élasticité et la résistance à la rupture, mais un accroissement ultérieur de la teneur en bore jusqu'à 0,010% a un effet manifestement nuisible sur la charge limite d'élasti- cité ainsi que sur la valeur obtenue à l'essai de choc.
Dans la plupart de nos expériences effectuées, le bore a été introduit, en ajoutant un alliage dans l'acier, trouvable dans le commerce et contenant environ 0,5% de bore, de 35 à 40% de silicium ainsi que du calcium, du titanium, de l'aluminium, du zirconium et du fer. La teneur en silicium de cet alliage produit une teneur en silicium d'environ 0,2% dans l'alliage final obte- nu mais les autres composant de l'alliage, indépendamment du bore et du fer ne se trouvent pas en quantité appréciable dans l'acier final, bien que de faibles proportions de certains d'entre eux puissent être comprises dans des éléments résiduels mentionnés plus haut.
Une variante du procédé d'introduction du bore consiste à ajouter du ferro-bore après avoir ajouté, au préalable, de l'aluminium comme désoxydant, et ce procédé peut être employé pour produire un acier ayant une teneur en sili- cium inférieure à 0,2%.
La gamme de composition qui s'est révélée la plus efficace pour la mise en application de l'invention est la sui- vante (le restant étant composé de fer et d'éléments résiduels inévitables, avec ou sans éléments, procurant la résistance à la corrosion dans les limites définies plus loin):
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<tb> Gamme <SEP> totale <SEP> Game <SEP> préférée
<tb>
<tb> Carbone <SEP> jusqu'à <SEP> 0,2% <SEP> de <SEP> 0,11 <SEP> à <SEP> 0,15%
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> " <SEP> 1% <SEP> de <SEP> 0,4 <SEP> à <SEP> 0,6 <SEP> %
<tb>
<tb> Silicium <SEP> " <SEP> 1% <SEP> de <SEP> 0,1 <SEP> à <SEP> 0,55%
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> de <SEP> 0,2 <SEP> à <SEP> 0,7% <SEP> de <SEP> 0,4 <SEP> à <SEP> 0,6 <SEP> %
<tb>
<tb> Bore <SEP> jusqu'à <SEP> 0,1% <SEP> de <SEP> 0,003 <SEP> à <SEP> 0,004%
<tb>
Les aciers dont la composition se trouve dans la gamme préférée, en barres de 16 mm de diamètre et à l'état recuit, accusent une charge limite d'élasticité minimum de 47 kgs par mm2, une bonne ductilité et ténacité, et sont exempts d'un durcissement excessif lorsqu'ils sont rapidement refroidis.
Cette exemption d'une trempe excessive de l'acier, établie conformément à l'invention, est démontrée par les chif- fres ci-après indiquant la dureté produite dans des soudures effectuées par une seule passe d'une électrode en acier doux sur des barres recuites de 25,4 mm de diamètre.
Analyses (%) Dureté HD/10 (le restent étant constitué par du fer et les éléments résiduels inévitables)
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<tb> C. <SEP> Si. <SEP> Mn. <SEP> Mo. <SEP> B <SEP> Métal <SEP> des <SEP> Zone <SEP> affectée
<tb> pièces <SEP> par <SEP> la <SEP> chaleur
<tb> soudées <SEP> - <SEP> maximum
<tb> 0,07 <SEP> 0,26 <SEP> 0,37 <SEP> 0,61 <SEP> 0,003 <SEP> 180 <SEP> 219
<tb>
<tb> 0,11 <SEP> 0,28 <SEP> 0,44 <SEP> 0,62 <SEP> 0,003 <SEP> 208 <SEP> 252
<tb>
<tb> 0,18 <SEP> 0,28 <SEP> 0,53 <SEP> 0,62 <SEP> 0,0025 <SEP> 220 <SEP> 265
<tb>
Un autre avantage que possèdent les aciers au molybdène traités au bore suivant la présente invention est qu'en, général la résistance extrême à la rupture et la limite élastique des aciers produits conformément à l'invention, à l'état recuit,
ne diffèrent pas sensiblement de ceux constitués par les mêmes com- posants, mais à l'état recuit et trempé. En conséquence, et tout au moins dans de nombreux cas, il n'est pas nécessaire d'effec- tuer un traitement thermique spécial aprs le laminage.
De même, un autre avantage de l'adjonction, suivant l'in-
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vention, de bore à de l'acier au molybdène à faible teneur en carbone, est l'accroissement sensible de la ductibilité à des températures élevées, révélé par la résistance aux essais de rupture. A titre d'exemple, l'effet produit par l'addition de bore à de l'acier à 0,5% de molybdène, comme il a été démontré par un essai de 24 heures à 538 C, fut l'augmentation de la résistance à la rupture de 28 à 44 Kgs mm2, de l'allongement de 16 à 20% et la réduction de section de 23 à 37%.
Pour assurer la résistance à la corrosion on peut ajouter, jusqu'à 2% de chrome, jusqu'à 0,2% de phosphore, ou jusqu'à 1% de cuivre ou des combinaisons de ces éléments dans les mêmes proportions, à l'acier, au molybdène et au bore à faible teneur en carbone.