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A. ERY, résidant à LUBECK (Allemagne).
ACIER DE CONSTRUCTION SOUDABLE.
Les aciers .de construction soudables connus se caractérisent no- tamment en ce qu'ils doivent être de pureté particulière en ce qui concerne les composés d'accompagnement habituels, le phosphore et le soufre et aussi l'oxygène et l'azote. La somme des teneurs en phosphore et en soufre pour ces aciers est en général limitée au plus à 0,07% et la teneur en carbone des aciers est limitée à une valeur maxima' de 0,20% Pour avoir cette com- position et cette pureté, on sait que ces aciers.de construction soudables de grande valeur ne peuvent être obtenus qu'à l'aide de procédés d'affinage coûteux, si bien qu'il faut absolument écarter les aciers Thomas de coulée habituelle pour les préparer.La ténacité des aciers de construction souda- bles connus, mesurée à la résistance au choc (sur barreaux entaillés)
et particulièrement à l'état vieilli, ne pouvait pas jusqu'à présent être ga- rantie .
La présente invention repose sur la constatation surprenante que l'effet nuisible des composés qui accompagnent le fer, à savoir le phos- phore et le soufre, l'oxygène et l'azote et aussi le carbone reste en-des- sous de la sensibilitéà la rupture à chaud sans déformation, si redoutée, lorsque les aciers de construction.sont alliés à du titane, du zirconium ou du nickel, isolément ou ensemble. Il s'est avéré en fait, et c'est sur cette constatation générale que repose l'invention, que ces aciers de con- struction soudables de très grande valeur ont des teneurs en phosphore et en soufre qui dépassent de loin les teneurs limites que l'on convenait d'ad- mettre satisfaisantes jusqu'ici pour des aciers de ce genre.
Ceci vaut éga- lement pour la teneur en carbone de ces aciers qui, maintenant, et cela sans nuire essentiellement à la soudabilité et à la ténacité, peut dépasser 0,15% et s'élever jusqu'à 0,50%. Les teneurs des aciers en phosphore et en soufre peuvent chaque fois être comprises entre les limites de 0,03 à 0,08
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et leur somme peut dépasser 0,07% et s'élever jusqu'à 0,16%.
L'objet de l'invention consiste donc dans l'emploi d'aciers de préférence de qualité Thomas avec plus de 0,15 et jusque 0,50. de carbone jusqu'à 1,00% de silicium jusque. 2,00% de manganèse, jusqu'à 0,60% de titane
0,03 et jusqu'à 0,08% de phosphore,
0,03 et jusqu'à 0,08% de soufre, aec cette réserve que la somme des teneurs en soufre et phos- phore est plus grande que 0,07% et au plus égale à 0,16% le restant étant du fer, comme acier de construction soudable qui, à l'état non vieilli, possède une résistance et une limite élastique élevées de même qu'une haute téna- cité et qui, même à l'état vieilli, et aussi aux basses températures, a une résistance au choc (sur barreaux entaillés) assurée.
Dans le dessin (graphiques 1 et 2) on décrit et explique gra- phiquement la composition et les propriétés de quelques aciers de construc- tion de qualité Thomas après une normalisation à 860 C à l'air et vieillis- sement ultérieur partiel.
On voit par exemple qu'un acier (coulée 3) avec 0,12% de phos- phore + soufre et normalisé avec une teneur en titane de 0,23%, présente une résistance à la traction d'environ 65 kg. par mm2, une limite élastique de 49 kg par mm2, un allongement de 29% et un rapport de limite élastique de 74%. La résistance au choc (barreaux entaillés) de l'acier s'élève à +20 C à l'état non vieilli à 13 mkg/cm2, et à l'état vieilli, à 8,7 mkg/cm2.
Un acier de construction avec 0,11% de phosphore + soufre et une teneur en titane de 0,10% (coulée n 1) a, après normalisation une résistan- ce de 70 kg par mm2, un rapport de limite élastique de 76% et une résistan- ce au choc (barreaux entaillés) à +200C de 11 jkg/cm2 à l'état non vieilli, qui retombe seulement à 7 mkg/cm2 à l'état vieilli..
De ces données, il apparaît clairement que dans l'élaboration de l'acier de construction suivant l'invention, on est essentiellement plus libre qu'autrefois au sujet des teneurs en soufre et en phosphore des aciers, et que l'on peut utiliser également sans inconvénient pour ces aciers des qualités Thomas. L'invention ouvre par conséquent une voie tout à fait nou- velle pour l'obtention d'aciers de construction soudables de grande valeur.
L'addition de titane aux aciers se fait le plus avantageusement seulement après leur désoxydation par les substances connues en soi, comme par exemple le manganèse, le silicium et l'aluminium.
Dans l'acier de construction selon l'invention, on peut rempla- cer totalement ou partiellement le titane par du zirconium. De même, le ti- tane ou le zirconium ou les deux peuvent à leur tour être remplacés totale- ment ou partiellement par du nickel, les aciers présentant alors une teneur en nickel allant de 0,60 jusqu'à 4%. Finalement, ces aciers de construction suivant l'invention peuvent également être alliés encore avec 0,2 jusqu'à 1,5% de chrome, 0,1 jusqu'à 1,5% de cuivre, avec jusqu'à 0,5% d'aluminium, avec 0,01 jusqu'à 0,25% de vanadium, avec 0,03 jusqu'au 0,50% de molybdène, avec 0,01 jusqu'à 0,307 de niobium, avec 0,01 jusqu'à 0,30% de tantale et avec 0,0005 jusqu'à 0,20% de bore, ces substances étant utilisées isolément ou ensemble.
Pour l'amélioration de ses propriétés de résistance, on peut sou- mettre l'acier de construction suivant l'invention à un traitement thermique connu pour les aciers de construction, en particulier à une trempe ou revenu
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ou à une déformation à des températures en-dessous du point A3.
La propriété marquante de l'acier de construction suivant l'in- vention consiste en sa sécurité élevée contre la rupture à chaud sans défor- mation, qui se traduit en particulier par une sécurité et une ténacité éle- vées, que ce soit en grandes dimensions sous un état de tension intense tri- axial et éventuellement aussi à basse température. De ce fait, des domai- nes d'emploi qui même n'étaient pas accessibles aux aciers de construction les plus purs connus jusqu'à ce jour, sont ouverts à l'acier de construc- tion suivant l'invention.
REVENDICATIONS. le- Emploi d'aciers, de préférence en qualité d'acier Thomas, avec : plus de 0,15 et jusqu'à 0,50% de carbone, jusqu'à 1,00% de silicium jusqu'à 2,00% de manganèse, jusqu'à 0,60% de titane, plus de 0,03 et jusqu'à 0,08% de phosphore, plus de 0,03 et jusqu'à 0,08% de soufre avec cette réserve que la somme des teneurs en soufre et phosphore est plus grande que 0,07% et au plus égale à C,16% le restant étant du fer, comme acier de construction soudable qui, à l'état non vieilli, possède une résistance et une limite élastique éle ées de même qu'une haute ténacité et qui, même à l'état vieilli et aussi aux basses températures,
possède une bonne résistance assurée au choc (sur barreaux entaillés).
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A. ERY, residing in LUBECK (Germany).
WELDABLE CONSTRUCTION STEEL.
Known weldable structural steels are particularly characterized in that they must be of particular purity with regard to the usual accompanying compounds, phosphorus and sulfur and also oxygen and nitrogen. The sum of the phosphorus and sulfur contents for these steels is generally limited to at most 0.07% and the carbon content of the steels is limited to a maximum value of 0.20% To have this composition and this purity, it is known that these weldable structural steels of great value can only be obtained by means of expensive refining processes, so that it is absolutely necessary to discard the Thomas steels of usual casting in order to prepare them. toughness of known weldable structural steels, measured at impact resistance (on notched bars)
and particularly in the aged condition, could not be guaranteed so far.
The present invention is based on the surprising finding that the detrimental effect of the compounds which accompany iron, namely phosphorus and sulfur, oxygen and nitrogen and also carbon, remains below the sensitivity to iron. hot fracture without deformation, so feared, when structural steels are alloyed with titanium, zirconium or nickel, singly or together. It has in fact turned out, and it is on this general observation that the invention is based, that these weldable structural steels of very high value have phosphorus and sulfur contents which far exceed the limit contents which hitherto it was agreed to be satisfactory for steels of this kind.
This also applies to the carbon content of these steels which, now, and without affecting essentially the weldability and the toughness, can exceed 0.15% and rise up to 0.50%. The phosphorus and sulfur contents of steels can each time be between the limits of 0.03 to 0.08
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and their sum may exceed 0.07% and amount to 0.16%.
The object of the invention therefore consists in the use of steels, preferably of Thomas quality, with more than 0.15 and up to 0.50. carbon up to 1.00% silicon up to. 2.00% manganese, up to 0.60% titanium
0.03 and up to 0.08% phosphorus,
0.03 and up to 0.08% sulfur, with the proviso that the sum of the sulfur and phosphorus contents is greater than 0.07% and at most equal to 0.16% the remainder being iron , as a weldable structural steel which, in the unaged condition, has high strength and elastic limit as well as high toughness and which, even in the aged condition, and also at low temperatures, has a impact resistance (on notched bars) guaranteed.
In the drawing (graphs 1 and 2) the composition and properties of some Thomas grade structural steels are described and explained graphically after normalization at 860 C in air and subsequent partial aging.
It can be seen, for example, that a steel (cast 3) with 0.12% phosphorus + sulfur and standardized with a titanium content of 0.23%, has a tensile strength of about 65 kg. per mm2, a yield point of 49 kg per mm2, an elongation of 29% and a yield point ratio of 74%. The impact resistance (notched bars) of the steel is +20 C in the unaged state at 13 mkg / cm2, and in the aged state at 8.7 mkg / cm2.
A structural steel with 0.11% phosphorus + sulfur and a titanium content of 0.10% (cast n 1) has, after normalization a strength of 70 kg per mm2, a yield strength ratio of 76% and an impact resistance (notched bars) at + 200C of 11 jkg / cm2 in the unaged state, which only drops to 7 mkg / cm2 in the aged state.
From these data, it is clear that in the production of structural steel according to the invention, one is essentially more free than in the past as regards the sulfur and phosphorus contents of steels, and that one can use also without disadvantage for these steels of Thomas qualities. The invention therefore opens up a completely new path for obtaining weldable structural steels of great value.
The addition of titanium to steels is most advantageously carried out only after their deoxidation by substances known per se, such as, for example, manganese, silicon and aluminum.
In the structural steel according to the invention, the titanium can be totally or partially replaced by zirconium. Likewise, titanium or zirconium or both can in turn be replaced wholly or partially by nickel, the steels then having a nickel content ranging from 0.60 up to 4%. Finally, these structural steels according to the invention can also be further alloyed with 0.2 up to 1.5% chromium, 0.1 up to 1.5% copper, with up to 0.5%. aluminum, with 0.01 up to 0.25% vanadium, with 0.03 up to 0.50% molybdenum, with 0.01 up to 0.307 niobium, with 0.01 up to 0.30% tantalum and with 0.0005 up to 0.20% boron, these substances being used singly or together.
In order to improve its strength properties, the structural steel according to the invention can be subjected to a heat treatment known for structural steels, in particular to quenching or tempering.
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or to deformation at temperatures below point A3.
The outstanding property of the structural steel according to the invention consists in its high safety against hot fracture without deformation, which results in particular in high safety and toughness, whether in large quantities. dimensions under a state of intense triaxial tension and possibly also at low temperature. As a result, fields of use which even were not accessible to the purest structural steels known to date are open to the structural steel according to the invention.
CLAIMS. the- Use of steels, preferably Thomas steel quality, with: more than 0.15 and up to 0.50% carbon, up to 1.00% silicon up to 2.00% manganese, up to 0.60% titanium, more than 0.03 and up to 0.08% phosphorus, more than 0.03 and up to 0.08% sulfur with this reserve that the sum sulfur and phosphorus contents is greater than 0.07% and at most equal to C, 16% the remainder being iron, as weldable structural steel which, in unaged condition, has strength and elastic limit high as well as high toughness and which, even in aged condition and also at low temperatures,
has good shock resistance (on notched bars).