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Perfectionnements aux acier. faiblement alliés*
La présente Invention se rapporte à un acier faiblement allié utilisable principalement* sous la forme de plaques normali- nées laminées, pour la fabrication par soudure de cuves à pression massives. Dans le cas de cuves destinées à contenir les noyaux de réacteurs nucléaires, l'acier utilisé doit présenter une combinaison de caractéristique., notamment une résistance à la trac- tion, une résistance au choc et une résistance au fluage élevées.
A ces caractéristiques particulières, il faut encore ajouter que l'acier doit convenir pour la soudure de joints durables et que les caractéristiques doivent être uniformes en tout endroit des plaques pouvant atteindre une épaisseur de 5 pouces (125 mm).
Un acier faiblement allié qui facilite l'obtention de bons
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jointe soudés doit avoir une faible teneur en carbone, c'est-à- dire une teneur inférieure à environ 0,15% en poids, de manière à écarter la tendance éventuelle des constituants ajoutés pour obtenir les autres caractéristiques à favoriser la fissuration des soudu- res.
Des acier connus qui combinent cette faible teneur en carbone avec une teneur élevée en manganèse de l'ordre de 1% en poids, possèdent de bonnes caractéristiques de résistance au choc et l'in- vention se rapporte particulièrement à un acier da ce type générait
Une structure à grain fin est avantageuse pour la résis- tance à la traction et au choc, le grain étant typiquement compris dans la gamme 3 à 8 de l'échelle de l'American Society for Testing Materials Standards 1952, Désignation E19-46.
Des additions telles que des additions d'aluminium, de titane et de vanadium sont utilisées pour affiner le grain, mais on a constaté que l'aluminium favorise la graphitlsation et parmi les autres c'est le vanadium qui s'est avéré satisfaire le mieux à l'exigence qu'il résulte le moins possible de détérioration de la résistance au fluage, de la finesse du grain et de l'exposition à des températures) de travail élevées.
Suivant la présente invention, un acier à faible teneur en carbone et à teneur élevée en manganèse comprenant du vanadium comme agent d'affinage du grain est caractérisé en ce qu'il contient en outre, en poids, 1,4 à 1,7% de nickel, 0,25 à 0,35% de molybdène, 0,40 à 0,55% de chrome et une quantité de niobium pouvant atteindre 0,25% le reste étant du fer sauf de* impuretés et d'autres consti- tuants qui sont courants dans l'acier doux. Le plus important parmi ces autres constituants est le silicium qui est couramment présent dans l'acier doux dans la gamme de 0,02 à 0,20% en poids, bien que aux fins de la présente invention, la moitié supérieure de cette gamme, c'est-à-dire de 0,11 à 0,20% soit préférée.
Le phosphore et le soufre sont inévitables, bien que ce soient des impuretés indé sirables et ils sont généralement limités chacun à un maximum d'en- viron 0,06% en poids, de préférence moins.
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Alors que même si la teneur en doume était inférieure à 0,40%, les additions de renforcement de nickel et de chrome seraient adéquatement équilibrées au point de vue de la stabilité métal.urgique à des températures de travail élevées, la teneur en chrome plus élevée, de préférence 0,45% à 0,55%, envisagée ici pour obtenir une meilleure résistance à la traction, dépend de l'addition de niobium pour conférer la résistance au choc* 11 est possible que l'équilibre carbone-niobium soit important et les indications actuelles montrent qu'avec une addition de niobium d'environ 0,2%. la teneur en carbone doit être assez étroitement limitée à 0,1% L'action d'affinage du grain du niobium est empli.
mentaire à celle du vanadium et la limite imposée à la quantité de niobium ajouté assure que la résistance au fluage qui pourrait être obtenue autrement ne soit pas sensiblement affaiblie*
Plus particulièrement, suivant la présente invention, un acier faiblement allié est caractérisé en ce qu'il contient, en poids, 0,10 à 0,14% de carbone, 1,0 à 1,2% de manganèse, 0,12 à 0,18% de silicium, 1,5 à 1,7% de nickel, 0,25 à 0,32 de molybdène, 0,08 à 0,12% de vanadium, 0,45 à 0,55 de chrome, et une quantité de niobium pouvant atteindre 0,25%.
le reste étant du fer et des impuretés telles que le phosphore et le soufre qui ne sont ni l'un ni l'autre présents dans des proportions supérieures à 0,04% en poids.
L'invention fournit également un acier faiblement allié pour cuves à pression ayant les compositions indiquées ci-dessus, cet acier étant laminé en plaques de grande dimension qui ont une épaisseur de 3 pouces (75 mm) ou plus et sont normalisées* L'état normalisé est réalisé par une normalisation simple ou double; dans le cas de cette dernière, le pressage à chaud pour façonner la pla- que terminée peut servir comme second traitement de normalisation si la température est réglée de manière appropriée.
L'invention sera davantage illustrée par un essai portant sur un acier ayant la composition suivant* et la forme d'une plaque
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laminée de 3 pouces (75 mm) d'épaisseur les proportions étant données en pour-cent*en poids,
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20
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On prépare l'acier suivant la pratique normale de fabri- cation d'acier; il est normalisé deux fois à 920 C pendant 3 heures et 880 C pendant 3 heures. En vue de son application princi- pale à le. fabrication des cuves à pression, l'acier est ensuite débarrassé des tensions internes par chauffage pendant un temps prolongé à une température de l'ordre de 600 c.
La stabilisation de l'acier semble se produire lorsque la température de suppres- sion des tensions internes a été maintenue de manière continue entre 24 et 30 heures et on prolonge donc le traitement de suppres- sion des tensions internes au delà de cette durée. Il y a lieu de noter que toutes les inclusions d'impuretés (avec l'exception possi-f ble du cuivre) sont réduites à 0,04% ou moins dans chaque aee.
Après les traitements thermiques, le grain de l'acier est de l'ordre. de 9 suivant les Standards A.S.T.M.
Le tableau ci-après donne les résultats des essais méca- niques des caractéristiques de quatre blocs pris dans la plaque d'essai et appelés blocs 13, 14, 15 et 16, les essais ayant été effectués tant longitudinalement (L) que transversalement (T) par rapport au sens de laminage de la plaque
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EMI5.1
<tb> Bloc <SEP> Résistance <SEP> de <SEP> Essai <SEP> au <SEP> choc <SEP> Charpy <SEP> Allongement <SEP> pour <SEP> un
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1- rupture gaz la en pieds/livres tronçon de 2 pouces
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carré +20 13 1 110 94 65 32,9 x3 39,9 xxo '2 33,4 14 38,7 105 94 81 35,6 T 39,0 lot 35 31,8 15 L 39,1 129 120 115 32,5
EMI5.5
<tb> 39,0 <SEP> 63 <SEP> 31,5
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<tb> 16 <SEP> L <SEP> 39,1 <SEP> 137 <SEP> 133 <SEP> 129 <SEP> , <SEP> 34,2
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EMI5.6
T 39,6 75 30 Les Informations normalement disponibles Indiquent que pour une force appliquée d'un quart de la résistance à la traction de rupture
EMI5.7
nominale, à savoir 10 tonnes par pouce carré (1570 kg/cm ), on atteint 0,206 de fluage en 200.000 heures à une température compri- se entre 390 et 410"C.
Des éprouvettes d'une plaque de 3 pouces (75 mm) obtenue à partir d'un autre lot d'acier conforme à l'invention et traitées thermiquement exactement de la même manière que les blocs examinés
EMI5.8
ci-dessus sont utilisées pour des essais de tluage à une température' de 52$00 La composition dans ce cas est t
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<tb> C <SEP> 0,11
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<tb> Nb <SEP> 0,20
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EMI5.10
Avec une force de 9 tonnes/pouce carre (1410 ksl2) appliquée longitudinalecezxt par rapport à la direction de laminage, les essais montrent 0,
05% de fluage atteint en 22 heures, 0,10% de %
EMI5.11
fluage en 120 heures et 020% en 545 heures. La prolongation jusqu'à 1695 heures indique qu'on atteindrait 0,50% de fluage en environ 1840 heures
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Des compositions analogues sans addition de niobium mais sinon produites et traitées exactement de la même manière, donnent une résistance de rupture à la traction légèrement plus élevée mais une résistance au choc très inférieure. Le gain en résistance au choc dû à l'addition de niobium est une nette compensation pour la perte de résistance à la traction lorsque l'utilisation prévue de l'acier est la fabrication de cuves à pression massives pour des travaux à température élevée.
Apparemment l'équilibre des constituants nickel et chrome a une importance particulière pour les caractéristiques de fluage, ce qui est illustré par un acier dont la teneur en nickel est augmentée et la teneur en chrome est réduite, cette composition étant la suivante :
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Avec des éprouvettes traitées de manière Identique, l'es- sai de fluage à 525 C effectué de la mime manière que celui Indique précédemment donne 0,20% de fluage après 35 heures et 0,50% après 180 heures.
Pour des utilisations autres quo la fabrication de cuves à pression, l'aier ayn tune compositoin suivant le présente invention peut être avantageusement traité thermiquement par trempe et revenu pour des utilisations dans des travaux lourds. On peut obtenir de cette manière pour des plaques d'environ 1 pouce (25 mm) d'épaisseur une résistance de rupture à la traction de plus de 50 tonnes/pouce carré (7850 kg/cm2).