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ACIER DE CONSTRUCTION A HAUTE RESISTANCE St 52.
La conception t'aciers de construction à haute résistance" est essentiellement expliquée par la citation dans le recueil des matières "Aciers et Fer", 1937, page N 4-1 à N-3. Avec une teneur en carbone de tout au plus 0,20 % (pratiquement 0,15 - 0,20%) la teneur en éléments d'al- liage doit être déterminée de sorte qu'une résistance à la traction de 52 à 64 kg/mm2 et une limite élastique d'au moins 36 kg/mm2 puissent être ga- ranties. Depuis quelques années il ne pouvait plus être fait emploi de la possibilité techniquement utile d'allier les aciers avec 0,4 - 0,5 % de cuivre, ainsi, qu'additionnellement, avec environ 0,40% de chrome ou 0,20% de molybdène.
De ce fait, il fallait se contenter d'aciers qui contenaient environ 1 - 1,6 % de manganèse et 0,5 - 0,8 % de silice comme seuls métaux d'alliage techniquement efficaces et, dans ce cas, il fallait ajouter plus de manganèse lorsque la teneur en silice était plus basse et vice versa, de manière que la totalité des teneurs' en C + Mn + Si se situaient approxi- mativement à 2,0 - 2,3 %. Cependant ce développement signifiait une régres- sion technique qui se manifestait, par exemple, en ce que le chemin de fer allemand devait limiter ses exigences à une limite élastique maximum de 36 kg/mmê à 32 kg/mmê. Cependant des indices font penser que sous peu la demande pour la limite élastique maximum de 36 kg/mmê pour l'acier St 52 sera de nouveau de rigueur.
D'après l'état actuel des connaissances, ceci n'est possible que par un accroissement de l'emploi de métaux d'alliage particulièrement d'éléments d'alliage coûteux.
La présente invention part de la nouvelle conception qu'il est possible d'arriver à des aciers de haute résistance sans ces mesures, tout en satisfaisant les exigences primitives, demandées à l'acier St 52, cependant, si cela devait être nécessaire, ces exigences peuvent être large- ment dépassées. Dans ce cas, si des valeurs uniquement technologiques sont demandées à l'acier St 52, la teneur en manganèse et silice doit être dimi- nuée de manière qu'elle se situe, en combinaison avec la teneur en carbone de maximum 0,20% (pratiquement de préférence 0,15 - 0,18 %), à environ 1,5 -
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1,8%. Cette limitation est d'une importance particulière pour la soudabili- té des aciers.
Dans la pratique il en résulte que les aciers C + Mn + Si = 1,5% - 1,8%, doivent contenir jusqu'à 2% C, jusqu'à 1,3% Mn (de préférence environ 1%) et jusqu'à 0,6% Si (de préférence 0,4 - 0,5 %).
Cependant des aciers d'une telle composition ne présentent au- cunement la limite élastique de 36 kg/mm2 exigée originellement lorsqu'ils sont réalisés de la manière habituelle. Il faut, en outre, remplir deux au- tres conditions.
Premièrement, le fagonnage ultérieur de l'acier fini. Celui-ci peut consister en un recuit de normalisation de la matière de laminage et, dans ce cas, le refroidissement depuis la température du recuit de normali- sation ne doit pas être accéléré, de manière qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens supplémentaires et qu'il ne se présente pas des tensions résultant du refroidissement. Cependant, lorsqu'un recuit de normalisation ne doit pas être effectué, dans les dernières ou la dernière passe de lami- nage, il est fait emploi d'une température de déformation, située en-dessous de 9500. La limite inférieure de température se situe à environ 700-750 .
Cependant, il faut ajouter encore un certain traitement de désoxydation au moins à une de ces opérations. Un traitement métallurgique avec de l'alumi- nium est absolument nécessaireet ce, avec une quantité qui ne doit pas ê- tre trop petite, mais pas trop grande non plus, de manière à obtenir, en combinaison avec les opérations précitées, une limite élastique d'au moins 36 kg/mm2 et un rapport E/R (c'est-à-dire entre la limite élastique et la charge de rupture) d'au moins 65%, de préférence plus de 70%, découlant de ce fait. Il est vraisemblablement à supposer que la quantité en aluminium doit être assez grande, de manière qu'après liaison de l'oxygène encore susceptible de réaction, l'azote de l'acier soit également lié par l'alu- minium.
Dans ce cas, l'action ne dépend pas de la finesse de grain suivant Mc Quaid-Ehn, étant donné qu'elle est observée dans les aciers qui appar- tiennent à la classe granulométrique 1 - 3, suivant le tableau des dimen- sions de grain Ehn. Il n'est pas possible de préciser en chiffres immuables la quantité d'aluminium nécessaire, étant donné que celle-ci dépend des con- ditions locales, par exemple de la teneur en oxygène du bain d'acier et du degré de pré-désoxydation. En général, il sera possible d'arriver à un ré- sultat, avec des aciers St 52 contenant 0,15 - 0,20 %C, avec une ajoute en Al d'environ 0,5 - 0,8 kg/t d'acier, tandis que dans ces aciers, contenant moins que 0,15 %C, par exemple des tôles, la quantité totale de l'ajoute en Al devrait comprendre environ 1 kg/t.
Avant de commencer la fabrication en série, il est utile de procéder à des fusions d'essai.
A l'aide de ces mesures il est possible d'obtenir avec certitu- de un acier de construction Mn-Si avec un maximum de 1,5 - 1,8 Mn + Si + C qui, fondu dans un four Siemens-Martin, atteint une limite élastique d'au moins 36 kg/mm2. Dans ce cas, il ne s'agit nullement d'un phénomène corres- pondant à l'action connue d'une trempe à froid par déformation sous tempé- rature basse. Car, tandis que l'accroissement des valeurs technologiques par la déformation à froid habituelle et la réduction de résistance ainsi produites sont éliminées totalement à nouveau par le recuit de normalisation ultérieur, le rapport E/R élevé est maintenu dans les aciers suivant l'in- vention, par un recuit de normalisation ultérieur.
En d'autres mots, l'enseignement de l'invention consiste dans le fait de procéder, dans les aciers de construction à haute résistance, à une économie en éléments d'alliages accroissant la résistance et d'atteindre, malgré tout, une haute limite élastique d'un rapport E/R d'au moins 65%, de préférence au-dessus de 70 %; ainsi qu'une soudabilité parfaite sous capacité de durcissement réduite, et-à une haute résistance, etc... lorsque, en outre, une quantité limitée et déterminée, correspondant au but, d'aluminium est utilisé dans le traitement final de l'acier et lorsqu'après la déformation de l'acier, une mesure menant à une granulation secondaire fine, tel que le recuit de normalisation usuel ou une déformation finale sous environ 950 C, est utilisée.
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Suivant l'invention, l'action obtenue semble basée sur le fait que les nitrures d'aluminium, produits par le traitement de l'acier avec l'aluminium après liaison de l'oxygène, s'éliminent lors du traitement ulté- rieur dans un degré de division particulièrement efficace et bloquent, sous cette forme, les plans de glissement,
Les aciers de construction à haute résistance, réalisés et trai- tés suivant l'invention, réunissent un nombre d'avantages appréciables. Par suite de leur tendance extrêmement faible à un grossissement de grain et de leur faible capacité de durcissement, ils se prêtent admirablement à la sou- dure. De plus, ils sont excessivement résistants.
En outre, non seulement la quantité totale nécessaire en ferro-silicum et ferro-manganèse est consi- dérablement plus faible, mais, de ce fait également, existe l'avantage d'u- tiliser des ferro-alliages à carburation plus élevée, de manière que les alliages de manganèse, particulièrement coûteux et rares, avec une teneur faible en carbone, peuvent être économisés totalement ou au moins pour la plus grande partie dans ces aciers en masse. A ce propos il est significa- tif qu'avant le finissage, l'acier ne doit pas être autant affiné de manière que la teneur en oxygène avant la pré-désoxydation est relativement faible.
Les aciers peuvent être utilisés également comme aciers de chaudière.
L'action ne se manifeste pas seulement dans les aciers de la catégorie de résistance St 52. Une action correspondante se'manifeste éga- lement dans les aciers dont la résistance à la traction est plus élevée ou plus faible. Bien que dans les aciers à résistance plus élevée la teneur en éléments d'alliage doit être -supérieure à celle des aciers St 52, la quan- tité des éléments d'alliage utilisés dans les aciers suivant l'invention, est cependant plus faible que dans les aciers qui ne reçoivent pas d'alu- minium ou plus ou moins d'aluminium que ceux réalisés suivant l'invention.
La même chose est vraie pour des aciers qui ne comprennent pas exclusivement du manganèse et du silice comme élément accroissant la résis- tance, mais qui, en échange, contiennent à la place d'une partie de ces élé- ments, d'autres éléments accroissant la résistance, tels que du chrome, du nickel, du cuivre ou du molybdène.
Exemple :
A l'aide de l'exemple ci-après, l'action est expliquée par la comparaison des propriétés de deux tôles de 30mm. La tôle A provient d'une fusion réalisée de manière normale, tandis que la tôle B a été laminée à partir d'une fusion traitée suivant l'invention, avec de l'aluminium.
Analyse :
EMI3.1
<tb> Tôle <SEP> A <SEP> 0,17% <SEP> C, <SEP> 0,82% <SEP> Mn, <SEP> 0,43% <SEP> Si, <SEP> 0,028% <SEP> F, <SEP> 0,029% <SEP> Si
<tb> (St <SEP> 47)
<tb>
<tb> Tôle <SEP> B <SEP> 0,19% <SEP> C, <SEP> 0,93% <SEP> Mn, <SEP> 0,43% <SEP> Si, <SEP> 0,030% <SEP> F, <SEP> 0,027% <SEP> Si
<tb> ( <SEP> St <SEP> 52 <SEP>
<tb> spécial)
<tb>
Propriétés de résistance
EMI3.2
<tb> Limite <SEP> résistance <SEP> allongement <SEP> résilience <SEP> rapport <SEP> E/R
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> élastique <SEP> (E) <SEP> (charge <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> rupture <SEP> R)
<tb>
EMI3.3
3Qmm-Kg/mm kg/mm2 kgm/cm
EMI3.4
<tb> (St <SEP> 47) <SEP> 32,1 <SEP> 53,6 <SEP> 32 <SEP> 18,6 <SEP> 60
<tb>
EMI3.5
(St 5 spec) 3,2 53,2 31 2232 70 Les deux tôles subissent un recuit de normalisation et sont lentement refroidies à l'air.
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L'acier réalisé et traité suivant l'invention, présente des pro- priétés particulièrement surprenantes qui n'ont pas été observées jusqu'à pré- sent. La connaissance technique actuelle de -inaction de l'aluminium sur les propriétés de résistance tend à prétendre que l'aluminium ne présente pas une influence notable sur la résistance à la traction et sur la limite élastique à l'état laminé ou recuit (voir Houdremont Recueil de l'enseignement spécial de l'acier, 1943, page 816 et tableau de chiffres 39, page 232).
Il était connu que, par l'ajoute d' Al, la résistance décroissait faiblement et que, de ce fait, se manifestait un certain accroissement du rapport E/R, cependant la valeur est si minime et les propriétés de résistan- ce obtenues tellement variables que jusqu'à présent il n'avait pas été fait emploi de l'aluminium comme élément d'alliage pour l'obtention d'un rapport E/R avantageux. Dans la littérature se trouve également une indication qu'un refroidissement ou une trempe accélérée des aciers à teneur en aluminium a- git, en mesure accrue, sur l'amélioration des propriétés de résistance.
Sui- vant la connaissance actuelle concernant les propriétés de résistance des produits de laminage qui, à l'état laminé ou recuit, sont délivrés avec le refroidissement usuel ou retardé, n'existe pas une différence sensible entre des aciers contenant de l'aluminium ou ceux n'en contenant pas. Ceci ressort clairement des limites élastiques et des valeurs de résistance garanties pour les aciers Izett qui ne se distinguent d'aucune manière des aciers qui n'ont pas été traités à l'aluminium (voir prospectus Izett de la firme Krupp).
Suivant l'invention, l'ajoute en aluminium est considérablement plus faible que celle nécessaire pour la réalisation des qualités Izett. Dans les aciers avec 0,17% C par exemple, qui ont été bien désoxydés, la meilleure action a été obtenue par une ajoute en Al de 0,6 - 0,8 kg/t. Dans ce cas il semble que l'accroissement considérable de la limite élastique n'apparait que lors de l'accroissement au-dessus de 0,5 kg/t de l'ajoute en Al, probablement parce que l'ajoute en Al jusqu'à 0,5 kg/t était liée sans plus comme A1203 et que sous cette forme elle n'avait aucun effet sur les propriétés de ré- sistance.
De même, l'action de l'ajoute en Al était en régression lors d'un accroissement à plus de 0,9 kg/t, probablement parce que le degré de divi- sion des nitrures, par suite de leur agglomération, n'effectue plus le blo- cage des plans de glissement. Cette zône étroitement limitée pourrait être cause que l'action décrite de l'ajoute en Al n'ait pas été reconnue jusqu'à présent. Il n'est pas possible d'indiquer des chiffres déterminés pour la quantité en Al nécessaire, étant donné que celle-ci dépend de la teneur en oxygène et varie, de ce fait, suivant les conditions locales de l'aciérie.
Cependant, lorsque l'ajoute en Al nécessaire, convenant aux conditions lo- cales, a été déterminée par des essais, il n'existe plus aucune difficulté d'obtenir avec certitude dans la production courante l'action désirée,
Le rapport E/R dans les aciers au carbone se situe, dans l'état recuit et par refroidissement à l'air, en moyenne entre 55 - 60% (voir Re- cueil des matières, C 11 - 10).
A l'état laminé, le rapport E/R est considérablement plus élevé avec des températures de laminage en-dessous de 850 . Par des alliages avec du silice, manganèse, nickel et chrome, et à l'état.recuit, il n'est obtenu qu'un faible accroissement du rapport E/R. Si ces éléments d'alliage, avant tout le manganèse ou le silice, sont utilisés actuellement en grande quan- tité pour la fabrication d'acier de construction à haute résistance c'est moins parce que de ce fait le rapport E/R est amélioré, que parce que ces éléments provoquent un accroissement de la résistance sans augmentation no- table de la teneur en carbone, de manière que la soudabilité n'est pas au- tant influencée.
Par contre, une action plus forte sur le rapport E/R à l'état laminé ou recuit est exercée par des éléments tels que du vanadium et du titane qui provoquent une amélioration considérable. Cependant ces éléments ne peuvent qu'exceptionnellement être pris en considération pour les aciers de construction, par suite de leur prix élevé. Une trempe également, menant à une amélioration considérable du rapport E/R, n'est pas économiquement
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rentable pour les aciers de construction.
Un désavantage des éléments d'allia- ge précités réside dans le fait que ceux-ci diminuent fortement la vitesse de refroidissement critique et augmentent, de ce fait, le manque de soudabilité, un danger qui a déjà mené à des graves dommages dans les constructions, sou- dées à partir d'acier alliée
L'invention présente une grande importance technique, étant donné qu'elle procure la possibilité non seulement d'accroître la limite élastique et,avant tout, le rapport E/R et d'obtenir ainsi des valeurs de résistance qui correspondent approximativement à celles des aciers trempés, mais un avan- tage essentiel réside également dans le fait que, par la faible ajoute en aluminium et en opposition aux alliages usuels,
la vitesse de refroidisse- ment critique n'est pas diminuée et les aciers présentent de ce fait une soudabilité parfaite et conviennent, pour cette raison, particulièrement com- me aciers de construction.,
Un procédé qui mène avec grande certitude à l'action exigée suivant l'invention et servant à accroître le rapport E/R, consiste par exemple, à procéder de la manière suivante "Les moyens de désoxydation, nécessaires à la désoxydation, sont ajoutés dans la poche de coulée d'autant plus tard que la température de l'acier est plus élevée. Par exemple, dans un acier coulé à température nor- male, l'ajoute peut être effectuée utilement lorsque la poche de coulée est remplie au moins d'un tiers d'acier.
Avec des charges à température plus é- levée, l'ajoute se fait proportionnellement plus tard, avec des charges à températures basses, proportionnellement plus tâte L'ajoute en Al s'effectue avantageusement peu après l'ajoute des autres moyens de désoxydation".
Lors de la fabrication d'acier de construction à haute résis- tance suivant l'invention, il est avantageux de procéder à la fusion, avant l'ajoute de l'aluminium qui provoque l'accroissement de la limite élastique, de manière qu'il ne se produise pas une forte chute de la courbe de manga- nèse. Des fusions présentant une courbe de manganèse ascendante sont égale- ment appropriées. Dans de telles fusions existe la garantie que la concen- tration en oxygène du bain d'acier reste faible et qu'il suffit d'ajouter une quantité relativement faible d'aluminium pour lier l'oxygène. Il est é- vident que le fait demeure que l'ajoute en aluminium doit être réglée de manière que l'action- sur la limite élastique désirée soit maintenue.
Dans tous les cas, l'ajoute en aluminium, déterminée suivant le résultat à. at- teindre, mène à l'action mentionnée, c'est-à-dire à l'obtention d'un rap- port E/R inhabituellement élevé et à l'emploi d'une plus faible proportion des éléments accroissant la résistance, tels que le manganèse ou le silice.
REVENDICATIONS.
1) Procédé pour l'accroissement de la limite élastique et le rapport E/R des aciers de construction à haute résistance caractérisé en ce qu'une quantité telle d'aluminium est ajoutée à l'acier en fusion à la fin de la fusion, éventuellement après une pré-désoxydation appropriée, que l'acier solidifié, après un recuit de normalisation usuel ou d'une défor- mation finale à chaud effectuée sous une température située en-dessous de 950 C, présente un rapport E/R d'au moins 65%, de préférence plus de 70%, la quantité des éléments accroissant la résistance (par exemple, C + Mn + Si) étant, dans ce cas, plus faible que celle des aciers de construction à haute résistance connus dont la limite élastique est identique.