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La présente invention concerne un acier doux de haute qualité.
On sait depuis longtemps que les aciers doux ordinaires utilisés normalement en construction métallique, et satisfaisant aux exigences des normes standard, telles que les normes britan-i niques n 13, 14, 15, sont essentiellement des alliages de fer, de carbone, de silicium et de manganèse. Le phosphore et le sou- fre qui sont inévitablement présents en petites quantités, sont considérés indésirables, et généralement chacun,de ces éléments'
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ne dépasse pas en poids 0,06%. L'acier doux peut contenir de petites quantités d'autres éléments, tels que par exemple du nickel, du chrome, du cuivre, du vanadium et du cobalt, qu'on ne peut éliminer complètement du bain en fusion pendant l'éla- boration de l'acier.
Si la teneur en chacun de ces éléments ne dépasse pas en poids 0,1% et si ces éléments ne sont pas ajou- tés intentionnellement, ils peuvent être considérés comme rési- duaires et n'ont pas d'influence nuisible sur les caractéristi- ques physiques de l'acier.
Ces aciers doux consistant essentiellement en alliages de fer, de carbone, de manganèse..et de silicium contiennent gé-, néralement ces éléments dans les proportions en poids.suivantes:
EMI2.1
<tb> Carbone <SEP> 0,10 <SEP> - <SEP> 0,26%
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0,45- <SEP> 0,70%
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,02 <SEP> - <SEP> 0,20%
<tb>
<tb> Soufre, <SEP> phosphore <SEP> 0,06% <SEP> maximum <SEP> pour <SEP> chaque
<tb> élément.
<tb>
Fer et divers - le reste.
On sait depuis longtemps que ces aciers doux n'ont pas une très bonne résistance au choc (résilience) et que cette ré- sistance au choc s'abaisse rapidement, quand la température diminue.
En d'autres termes, ces aciers sont fragiles et cassants à basse température.
Des essais effectués ces dernières années pour produire des aciers doux ayant une meilleure résistance au choc (c'est- à-dire qui soient moins fragiles à n'importe quelle température) ont conduit à élaborer des aciers, dont les teneurs en carbone sont plus faible et dont les teneurs en manganèse sont plus for- tes que celles des aciers ci-avant, et dont la composition est comprise dans les limites :
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<tb> Carbone <SEP> 0,08 <SEP> - <SEP> 0,16%
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0,90 <SEP> - <SEP> 1,30%
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,02 <SEP> - <SEP> 0,15%
<tb>
Soufre et phosphore 0,06% au maximum pour chaque élément.
Fer et divers - le reste.
Ces aciers doux, tout en ayant des propriétés mécaniques normales de résistance à la traction, de limite élastique et d'allongement, présentent une meilleure résistance à basse tem- pérature.
Une amélioration supplémentaire de la résilience aux basses températures peut être obtenue en diminuant les dimen- sions du grain de l'acier doux, de façon que la dimension du. grain de l'acier soit faible (soit compris entre par exemple 5/8 de l'échelle de la Société "Americain Society for Testing Materials", norme E 19-46 de 1952). Le procédé normalement uti- lisé pour réduire la dimension du grain des aciers doux consiste à faire dans le bain liquide des additions d'aluminium, ou d'un alliage d'aluminium et de silicium. Après cette addition, il reste en général dans l'acier une certaine: quantité d'aluminium (qui peut être de l'ordre de 0,04 à 0,10% en poids) mais cette quantité n'est pas considérée comme correspondant à un vérita- ble alliage.
L'affinage du grain peut aussi être obtenu par d'autres moyens, par exemple en ajoutant de petites quantités d'autres éléments connus convenables par exemple de titaniumo
Ces aciers doux à grains fins, laminés, puis normalisés, ont, en raison de la petite dimension de leur grain, une bien meilleure résilience; l'acier est, en d'autres termes, toujours moins fragile aux basses températures.
Les aciers doux à grains fins, dont les teneurs en car- bone, manganèse, et silicium, varient entre les limites spéci- fiées ci-avant, présentent jusqu'ici les meilleures résiliences à basse température pouvant être obtenues pour des aciers de com-
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position aussi simple (à l'exclusion des aciers fortement alliés, qui ne peuvent être considérés comme des aciers doux).
Le tableau I indique les propriétés mécaniques types des aciers doux correspondant aux normes britanniques n 13, 14, 15 et montre l'amélioration de la résilience, obtenue avec les a- ciers doux à faible teneur en carbone et à forte teneur en man- ganèse, dont le grain a été affiné par l'aluminium. Dans ce ta- bleau (comme dans les tableaux 2 et 3 mentionnés dans la suite), ' les teneurs sont indiquées en poids, la différence entre 100% et la somme des teneurs individuelles des éléments indiqués, corres. pondant à la teneur en fer, soufre, phosphore et éléments di- vers dans l'acier doux.
TABLEAU I
EMI4.1
<tb> Type <SEP> d'acier <SEP> Dimensions <SEP> Analyse <SEP> en <SEP> % <SEP> Résis-
<tb>
<tb> réelles <SEP> des <SEP> tance <SEP> à
<tb>
<tb> grains <SEP> se- <SEP> la <SEP> trac-
<tb>
<tb> lon <SEP> les <SEP> nor- <SEP> tion
<tb>
EMI4.2
mes A. S.": .Î'<1. C ?'1 , ¯Si.¯ 11 ¯ ( Kg/111m2 )
EMI4.3
<tb> A) <SEP> Acier <SEP> doux
<tb>
<tb> ordinaire <SEP> (B.
<tb>
<tb>
S.S <SEP> n <SEP> 13,
<tb>
EMI4.4
14, 15) 2-3 0,20 0,60 .U103 néant 40,9-52
EMI4.5
<tb> B')Acier <SEP> doux
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> faiple <SEP> te-
<tb>
<tb>
<tb> neur <SEP> en <SEP> carbo-
<tb>
<tb>
<tb> ne <SEP> et <SEP> forte <SEP> te-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> neur <SEP> en <SEP> manga-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> nèse <SEP> à <SEP> grain
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> affiné <SEP> pour
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> l'aluminium <SEP> 5-7 <SEP> 0,15 <SEP> 1,20 <SEP> 0,12 <SEP> 0,05 <SEP> 40,9-52.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Type <SEP> Limite <SEP> Allongement <SEP> Résilience <SEP> au <SEP> mouton <SEP> Charpy
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> élas- <SEP> en <SEP> Kgm/cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> d'a- <SEP> tique <SEP> Température <SEP> de <SEP> l'éprouvette
<tb>
EMI4.6
cier Kg/ en % " cier mm2 +200 0 -100 -30 -, -500
A) Minimum
23.08 (B.S.S. n 15) 30.35 12,6 2,76 '1,84 1,38 1,15
B) 26,7-30 30.35 19,55 17,25 16,56 6,21 5,98
Bien que l'obtention d'une meilleure'résilience, accou- plée à d'autres propriétés mécaniques conduise à la production d'acier'doux convenant mieux aux basses températures et pouvan être soudés sur les chantiers par temps froid, avec de moinde
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risquer .de fissuration.pendant l'exécution des soudures et en
EMI5.1
service,,
coil sait égalemexit que les acier-S doux:à .gra;irs :i.ns (c'*est-à-dire 'les aciers doux -dont les gr.aiins .prédom5métnts se classent entre -.5 ,et 8 de itéchefllie.A,s,T,1.1, et qui peuvent pré- senterune faible proportion:de grains plus gros et particulière- ment ceux dont-1'.affinage du grain,a été obtenu par des additions d'aluminium), ont en général'une rès faible résistance au flua- ge aux températures élevées (disons supérieures à 350 ) compara- tivement à celle des aciers doux dits "à gros grains" (c'est-à- dire des aciers doux dont la dimension prédominante des grains
EMI5.2
est comprise entre 2 et lé de l'échelle A.S.T,îÀ.), dont la compo- sition est par ailleurs similaire.
Ce fait est montré par le tableau 2, qui -compare les ré- sistances aufluage d'un acier doux à grain fin et d'un acier douj à grain gros, dont les compositions sont similaires.. Le tableau 2 donne aussi les valeurs de la résilience Charpy -et montre'que la résistance au fluage diminue quand la résilience augmente et vice versa.
TABLEAU II
EMI5.3
<tb> N <SEP> de <SEP> réfé- <SEP> Limites <SEP> réelles <SEP> de <SEP> la
<tb> rence-de <SEP> Analyse <SEP> en <SEP> % <SEP> grosseur <SEP> des <SEP> grains
<tb>
EMI5.4
l'acier (clarification t.S.T.IT. )
EMI5.5
<tb> doux <SEP> C <SEP> Mu <SEP> Si <SEP> Al
<tb>
EMI5.6
41 0)13 1,15 0,10 0,U5 5-7 42 ;
l'7 1,12 0,25 néant 2-3 43 0,18 1,16 U,,26 0, 05 6-7
EMI5.7
<tb> N) <SEP> de <SEP> réfé- <SEP> Résilience <SEP> Charpy <SEP> en <SEP> Kgm/cm2 <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> fluage
<tb>
<tb> rence <SEP> de <SEP> à <SEP> 450 <SEP> sous <SEP> une
<tb>
<tb> l'acier <SEP> Température <SEP> de <SEP> l'éprouvette <SEP> charge <SEP> de <SEP> 12,6
<tb>
<tb>
<tb> doux <SEP> kgs/mm2 <SEP> exprimée
<tb>
EMI5.8
+20 U 1Un 30 50 en nmi p. m et ¯¯¯¯¯¯¯ ,¯,. . ¯¯¯¯¯ . ¯¯.par heure 41 19,55 17,25 16,56 6,21 5,98 36,1 x 10-
EMI5.9
42 18,17 1;::'1;
2 Il,04 1, F33 2,53 1,11 x 10-3 43 16,79 16,56 u,19 12,42 5,98 23,7 x 10-3
On. rmmarquera les faibles résiliences de'l'acier n 42 à gros grains aux températures inférieures à zéro , mais, cet
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acier présente en même temps, la meilleure résistance au fluage des 3 aciers du tableau 2.
Le but de la présente invention est de créer un acier doux à grain fin, ayant une bonne résilience même aux basses tempé- ratures, ce qui en même temps présente une grande résistance au fluage aux températures élevées. Cet ensemble de propriétés est obtenu en incorporant à ltacier doux, dont la teneur en manganè- se est élevée, des teneurs déterminées de deux éléments, qui sont le molybdène et le cuivre.
Selon linvention, un acier doux à grain fin contient de 0,10 à 0,18% en poids de carbone, de 1,00 à 1,30% en poids de , manganèse, de 0,05 à 0,20% en poids de silicium, de 0,20 à 0,40% en poids de molybdène et de 0,20 à 0,60% en poids de cui- vre, les autres constituants étant du fer, du soufre, du phos- phore et des éléments résiduels divers.
Le manganèse, le molybdène, le cuivre et ltélément qui sert à affiner le grain (par exemple d'aluminium), sont intro- duits dans le bain, suivant les méthodes normales employées en sidérurgie. Lorsque les billettes ont été .laminées, il est pré- férable de soumettre l'acier doux laminé à un traitement usuel de normalisation.
Dans un acier doux, dont la composition est celle spéci- fiée ci-avant, moins le cuivre, la résilience diminue avec la température, plus spécialement lorsque la teneur en molybdène dépasse en poids environ 0,35%. Toutefois, ltaddition avec le molybdène et suivant la présente invention, de la quantité in- diquée de cuivre permet de supprimer dans une large mesure cette réduction.
Lorsque la teneur en molybdène augmente au-delà de 0,40% en poids, la présence de la quantité spécifiée de cuivre n'em- pêche pas une diminution de la résilience, comme. on peut le voir du tableau 3 en comparant les aciers n lE et(Il, d'une part, et
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l'acier 1D, d'autre part. Dans ce tableau, les aciers lE et 1K sont des exemples typiques d'aciers doux à grain fin conformes à l'invention, tandis que l'acier ID a une composition similai re sauf en ce qui concerne sa teneur en molybdène qui dépasse limite supérieure de O,lrO% en poids spécifiée ci-avant. On re- marquera la diminution appréciable de la résilience de l'acier n 1D.
TABLEAU III
EMI7.1
<tb> 1%' <SEP> de <SEP> réfé- <SEP> Analyse <SEP> en <SEP> % <SEP> Limites <SEP> réel-
<tb>
<tb> rence <SEP> de <SEP> les <SEP> de <SEP> la
<tb>
<tb> l'acier <SEP> grosseur <SEP> des
<tb>
<tb> doux <SEP> grains <SEP> (cla-
<tb>
<tb> " <SEP> rification <SEP> - <SEP>
<tb>
EMI7.2
¯¯¯¯¯¯¯ C Mu Si Ai Cu iuio x.S.T.i'1. ) lE 0,14 1,23 0,15 0,10 0,49 0,25 ,ouf '- 6 1K 0 14 1, U$ 0,14 0,00 0,42 0,25 3 - 5
EMI7.3
<tb>
<tb>
EMI7.4
1D 0,15 l,11 0,0 0,10 0,52 U, 51 6 - 7;
,
EMI7.5
<tb> 41C <SEP> 0,14 <SEP> 1,14 <SEP> 0,14 <SEP> 0,10 <SEP> néant <SEP> 0,25 <SEP> '3 <SEP> - <SEP> 6' <SEP>
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<tb>
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<tb>
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<tb> N <SEP> de <SEP> réfé- <SEP> Résilience <SEP> Charpy <SEP> en <SEP> Kgm/cm2 <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> flu-
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<tb> rénce <SEP> de <SEP> age <SEP> à <SEP> 450 <SEP> sous
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<tb> rence <SEP> Température <SEP> de <SEP> 1!éprouvette <SEP> une <SEP> charge <SEP> de
<tb>
<tb>
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<tb> l'acier <SEP> 12,6 <SEP> Kgs <SEP> mm2
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<tb> exprimée <SEP> en.mm
<tb>
<tb>
<tb> doux <SEP> par <SEP> m.
<SEP> et <SEP> par
<tb>
EMI7.6
¯¯¯¯¯¯¯+20 0 -lU -30 z heure
EMI7.7
<tb> lE <SEP> 19,55 <SEP> 13,57 <SEP> 12,88 <SEP> 9,2 <SEP> 6,67 <SEP> 0,3 <SEP> x <SEP> 10-3
<tb> 1K <SEP> 21,16 <SEP> 17,71 <SEP> 15,87 <SEP> 12,88 <SEP> 5,U6 <SEP> 0,3 <SEP> x <SEP> 10-3
<tb>
EMI7.8
1D 12,65 8,05 7,13 5,75 3,lé5 0,25- x 10-3 41C 21,16 14,03 15,7 11,5 3,22
La comparaison des propriétés des aciers doux n 41 à 43 du tableau 2, et des aciers doux ? lE et 1K du tableau 3 mon- tre que la présence de molybdène et de cuivre dans les limites spécit'iées ci-avant conduit à une nette amélioration de la ré- sistance au fluage des aciers doux. Le cuivre améliore aussi la résistance à l'oxydation de l'acier doux.
Une comparaison des propriétés des aciers'doux ? lE et 1K, d'une part, et N 41C, d'autre part, (tableau 3), montre que
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la présence simultanée de cuivre et de molybdène améliore plus la résistance au fluage que le molybdène seul.
Un a constaté également que l'incorporation dans un acier doux, selon l'invention, de petites quantités de nickel empêche la formation de petites fissures superficielles qui peuvent se produire lorsque l'on plie à angle vif l'acier à chaud. Ce phé- nomène est.attribué à l'enrichissement en cuivre de la surface de l'acier pendant le chauffage, du fait de ltoxydation préfé- rentielle du fer. Le pourcentage en poids du nickel incorporé à l'acier doux est, de préférence, compris entre la moitié et les deux tiers du pourcentage en poids du cuivre contenu dans . l'acier doux.
Cette addition de nickel n'a aucun efi'et notaole sur la résilience ou la résistance au fluage de l'acier doux.
Un acier doux selon la présente invention présente,en com binaison, les propriétés avantageuses suivantes :
1) une resistance à la rupture par,traction de l'ordre de 40,9 à 53,5 Kg/mm2;
2) une faible fragilité, mise en évidence par les fortes résiliences aux basses températures jusqu'à moins 50 ;
3) une grande résistance au fluage sous charge à des tem- pératures atteignant 500 ;
4) une bonne soudabilité.
Cet ensemble de propriétes avantageuses n'avait pu être obtenu jusqu'ici dans un acier doux, présentant la résistance à la traction mentionnée.
Les aciers doux conformes à l'invention, sous la forme de tôles laminées de n'importe quelle épaisseur, de barres ou de profilés laminés, de toutes formes courantes en construction mé- tallique, permettent de fabriquer, par soudure, des réservoirs et récipients, avec un moindre risque de rupture par fissuration
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par temps froid,, lors. de leur fabrication ou de leur utilisa- tion aux basses. températures. Ces récipients peuvent en outre. être utilisés a. des pressions et à des.températures plus élevées en service,, sans rupture ou déformation...
REVENDICATIONS.
1. Un acier doux à grain.fin contenant de 0,10 à 0,18% e-n poids de carbone, de 1,00 à 1,30% en poids de manganèse de 0,05 à 0,20% en poids de silicium, de 0,20 à 0,405 en poids, de molybdène et de 0,20 à 0,60% en poids de cuivre, les autres constituants de l'acier étant du fer, du soufre, du phosphore et d'autres éléments résiduels.