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"Procédé pour le traitement thermique d'un acier de construction non allié ou faiblement allié, contenant 0,03-0,12 % de nitrure d'aluminium"
La présente invention concerne un procédé pour le traitement thermique d'un acier de construction non allié ou faiblement allié, contenant 0,03-0,12 % de nitrure d'aluminium et vise à améliorer le rapport "limite d'élasticité/résistance à la trac- tion", tout en assurant une ténacité élevée en barreaux entaillés, aussi à l'état vieilli, de même qu'aux basses températures, ainsi qu'à améliorer la résistance contre la rupture par sépara- tion au joint soudé et la résistance à la corrosion fissurante.
Il est déja connu de fondre des aciers de construction non alliés ou faiblement alliés, avec une teneur accrue en azote et
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de les calmer à l'aide d'aluminium, en vue de la fixation de l'a- zote sous la forme du nitrure d'aluminium. Lors de la préparation de ces aciers, on a pu, il est vrai, constater une certaine élé- vation de la limite d'élasticité et de la ténacité; toutefois, on ignorait comment réaliser avec certitude une amelioration optimum des propriétés technologiques.
Un a constaté qu'il ne suffisait pas, pour améliorer ces propriétés,, d'introduire dans le bain d'acier en fusion une quan- tité d'azote élevée et l'aluminium nécessaire pour fixer celle- ci, mais qu'il était également nécessaire de veiller à ce que l'azote soit fixé. en tant que nitrure d'aluminium, d'une façon complète et sous la forme d'une dispersion aussi fine que possible.
Il est vrai que l'on a pu déjà constater des améliorations des caractéristiques du produit fini, forgé et normalisé, lors des essais effectués avec de petits lingots d'acier de 10 à 50 kg ; toutefois, ces améliorations ne pouvaient plus être obtenues avec les dispositions habituelles, dès que l'on passait aux lingots d'un poids élevé, de 1 t. par exemple.
Salon l'invention, l'amélioration des propriétés technolo- giques des produits finis exécutés avec de tels aciers peut être obtenue même dans le cas de lingots d'un poids élevé et cela par le fait que les constituants qui forment le nitrure d'aluminium, soit, l'aluminium et l'azote, sont maintenus en solution, jusque 10000 en descendant l'échelle de température, par un refroidisse- ment accéléré du produit à l'état coulé, ou du produit interme- diaire ou fini, aussitôt que ce dernier a subi un recuit de dis- solution; que le nitrure d'aluminium ne se forme qu'au-dessous de cette température, soit par un recuit de précipitation, de pré- férence entre A3 et 950 ; et que l'acier est ensuite normalise une ou plusieurs fois.
Afin d'accélérer le refroidissement du pro- duit à l'état coulé, en vue d'empêcher la formation du nitrure d'aluminium, et toujours selon l'invention, la coulee peut s'ef- fectuer par la méthode continue.
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Dans le cas où des lingots d'un poids élevé sont soumis au refroidissement lent habituel, le formage à chaudd doit être precédé d'un recuit à température plus élevée, afin que le nitrure d'alumi- nium, précipité au cours de ce refroidissement lent, entre à nou- veau en solution.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ce recuit de dissolution s'effectue à une température qui dépend de la teneur de l'acier en aluminium soluble dans les acides et en azote, une caractéristique de l'invention consistant en ce que le recuit de dissolution pour aciers ayant des teneurs en azote comprises entre 0,0015 et 0,035 % s'effectue à des températures comprises entre 1.100 et 1.4000C. les températures supérieures étant prévues pour les teneurs plus élevées en azote.
Les températures de recuit ressortent en particulier du dessin annexé.. Ce dernier montre la manière dont la température minimum du recuit de dissolution (en ordonnée ) dépend de la teneur en azote (en abscisse,,) de l'acier pour différentes teneurs d'alumi- nium. La courbe N 1 indique la température minimum de recuit en fonction de la teneur en azote pour un rapport A1/N = 2,5; la courbe N 2 correspond au rapport A1/N= 2,0; et la courbe N 3, au rap- port A1/N = 1,5.
En partant de ces données, on obtient des températures de recuit minima plus ou moins élevées pour les teneurs de l'acier en aluminium différentes de celles qui viennent d'être indiquées.
Selon l'invention,, la formation du nitrure d'aluminium en disper- sion fine a lieu sous l'effet d'un refroidissement de précipitation à une température inférieure à 1.000 , qui suit le refroidissement acceleré de l'acier. A cette fin, l'invention suggere le maintien pendant une heure à 920 .
Lorsqu'un produit intermédiaire, dans lequel l'aluminium et l'azote se trouvent encore sous la forme dis- soute, est encore appelé à être travaillé à chaud, on peut renoncer à faire suivre ensuite par un recuit de précipitation si, au cours
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du chauffage à la température de formage, on maintient l'acier pendant une durée suffisante dans la zone de température comprise entre A3- 9500.'
Une autre amélioration des caractéristiques technologiques - par exemple une plus grande finesse du grain et un rapport 'limite d'élasticité/résistance à la traction" plus favorable et une meil- leure ténacité - peut être réalisée par une recristallisation répétée, par exemple par plusieurs recuits de normalisation.
Selon l'invention, le même effet se produit si, au lieu de plusieurs recuits de normalisation, on exécute un recuit "en navette- aux environs des limites de température A1- A3.
Le procédé selon l'invention sera exposé plus clairement à l'aide de l'exemple ci-après :
Un bain d'acier composé comme suit :
C 0,17 % Al soluble dans les acides 0,057 %
Si 0.40 % P 0,030 %
Mn 1,47 % S 0,030 %
N 0,027 % a été coule en un lingot de 1 t et refroidi de façon normale.
A l'état coulé, ce lingot a précipité 0,03 % A1N. Après laminage du lingot, précédé d'un recuit de dissolution à 1.35000, l'analyse d'une tôle de 30 mm a montré une teneur en A1N de 0,006 %. Le tableau ci-après contient les différents traitements thermiques, ainsi que les teneurs en A1N. les grosseurs de grain de la ferrite et les valeurs de résistance, qui en résultent.
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Tableau.
EMI5.1
AIN 16 8/F S F D5 9 Ténacité en barreaux Traitement % des % kg k6/ entaillés à + ,0 0 grains ':l -9' % % de DVM
EMI5.2
<tb> ferrite <SEP> non <SEP> vieil- <SEP> vieilli
<tb>
<tb> mkg/cm2 <SEP> mkg/cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Etat <SEP> coulé <SEP> 0,073 <SEP> TI-T
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> État <SEP> laminé
<tb>
EMI5.3
tôle 30 mm 0,006 7590 62 40,2 gaz 28 59 ,0 097 Ier recuit tôle 30 mm QtQ73 1594 70 4Z, 61.
30 71 16,7 10,0
EMI5.4
<tb> 1 <SEP> h <SEP> 920 /L
<tb>
<tb>
<tb> 2e <SEP> recuit
<tb> tôle <SEP> 30 <SEP> mm <SEP> 0,073 <SEP> Il,0 <SEP> 74 <SEP> 45,8 <SEP> 61,8 <SEP> 30 <SEP> 72 <SEP> 18,0 <SEP> Il,1
<tb> l <SEP> h <SEP> 920 /L+
<tb> 1 <SEP> h <SEP> 920 /L
<tb>
<tb>
<tb> 3e <SEP> recuit
<tb>
EMI5.5
tôle 30 mm 0,073 bzz 75 46,6 6, 29 73 18,4
EMI5.6
<tb> 1 <SEP> h <SEP> 920 /L+
<tb>
<tb> 1/2 <SEP> h <SEP> " <SEP> +
<tb>
<tb>
EMI5.7
${F = rapport "limite d'ô lasticit6/r6sistance' F = résistance; 32 = striction; S = limite d'elasticitê- D = allongement.
Comme on le voit, on peut constater dès le premier recuit (recuit de précipitation) à 920 , à la suite de la précipitation de l'aluminium et de l'azote sous la forme de nitrure d'aluminium, une forte réduction de la grosseur de grain, une élévation notable du rapport "limite d'élasticité/ résistance* et de la ténacité à l'état vieilli et non vieilli. Après le deuxième recuit (recuit de normali- sation) la teneur en aluminium est restée, il est vrai, inchangée, mais la grosseur de grain a diminué davantage et le rapport "limite
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dllélasticitd/résistance" a subi une nouvelle augmentation. Cette mê- me tendance se remarque également après le troisième recuit.
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L'importance de la précipitation du A1N sous la forme d'une dispersion fine ressort également du résultat de l'essai de pliage du joint soudé. ici, une éprouvette à l'état laminé de 30 mm montre déjà une cassure rugueuse pour un angle de flexion de 3 ; par contre après le premier recuit à 920 C, la première amorce de fissure est apparue à 150 seulement. La rupture de l'éprouvette n'était pas totale pour un angle de 180 .
La résistance à la corrosion intercristalline fissurante due aux tensions internes a été démontrée à l'aide d'éprouvettes 3 KB 6 selon Jones, après un seul recuit à 920 ; ces éprouvettes ne présentaient aucune amorce de fissuration, même après un essai d'une durée de 30 jours.
R E V E N D I C A T 1 O N S.
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