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Perfectionnements à la fonderie d'aciers alliés et aux produits en ces aciers ainsi qu'à leur procédé d'obtention .
La présente invention concerne la fonderie d'aciers et vise plus particulièrement des perfection- nements aux aciers alliés et aux produite en ces aciers, ainsi qu'à leur procédé de fonderie, ces aciers présentant une résistance et une ténacité exception- nulle et se prêtant bien à être travaillé par forma- ge ou soudage, sans perdre leur* propriétés mécani-
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ques désirables.
Plue partioulièrement, l'invention vise des compositions que l'on pourra appeler aciers faiblement alliés, contenant moins de 1% de carbone, mais conçus et élaborés, comme on l'expo- sera ci-après, de manière permettant d'obtenir des résultats originaux et exceptionnels et oe, sans avoir à utiliser de fortes proportions d'élé- dants d'addition coûteux. De plus, les produits suivant l'invention se caractérisent par la propre- té exceptionnelle de l'alliage, et notamment par l'absenes quasi-totale d'inclusions non métalliques.
Point capital, en raison des diverses caractéristiques qu'on exposera plus loin, notamment de la propreté précitée et de l'absence d'un cer- tain nombre de constituants jusqu'à présent inévi- tables, le métal présente (par exemple après trai- tement thermique) des propriétés mécaniques notable- . ment supérieures à celles d'aciers connus de nuance analogue et destinés à la même fin, L'invention vise encore un produit présentant une composition et une structure exceptionnellement uniformes et remarqua- blement exempt d'entailles,criques et analogues.
En conséquence à une fin donnée, on peut en géné- ral en toute sécurité n'utiliser qu'une Quantité minimale de métal propre à faire apparaître dans les structures fabriquées la résistance mécanique spé- cifiée; cette caractéristique de l'alliage est parti- culièrement importante dans les cas où le poids cons- titue un facteur critique et où il est indésirable, pour des raisons de sécurité, de prévoir un poids excédentaire.
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Suivent, un aspect particulier, mais
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important, les pcrtuct10nnerncnts suivant l'invention
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ont pour but de permettre l'obtention d'un acier
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présentant une limite d'élasticité de 70 à 1 , kg/enm2 ou davantage, une résistance à la traction de 81 à 134 kgjmm2 ou davantage et une ductilité, exprimée en réduction de section , de 40 à 8C%, l'acier étant
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de nature 4 acquérir ces propriétés consécutivement
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&un tra1tor.:(.:'t thermique.
Cet acier se caractériee par das rcpr1ts de ténacité et , retament de réel- lience exceptionnelles, une autre caractéristique sufi- vant debrmdes de réalisation prc;iérvs était que les
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propriétés mécaniques supérieures, et en particulier
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la ténacité, apparaissent dans une gamme de températu- res relativement large atteignant notsnmcnt dea températures très taseas .
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Suivant la présente invention, il est prévu
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un acier allié caract-5rJaJ en ce qu'il contient essen- tiellement 0,15 à 0,60 et, de préférence, 0,!$ & 0,35 de carbone, 1,40 ü 1,8o de chrome, 2,0 z 4.0 de ni- ckel, 0,60 à 1 ,20i du molybdène, un métal choisi dans le groupe comprenant le colombium et le /anadium rez raison de 0,03 à O,1o. quand le métal ahol3l est le
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seul colombium et du vanadium à raison du double sensi-
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blement de la quantité du oolcmJ:.1um remplacée dam.
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la mesure où l'on substitue du vanadium au colombium
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dans le choix du métal, 0 à 1,0- de manganèse et des
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quantités des impureté suivantes comprises entre
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une valeur nulle et UDJ valeur non &upJr1cu.X"( à celle Spécifiée:
siiclur. 0,05, rhraphere O,01. soufra Ç,C1':::, oxydent.- 30 rrti-js par nllllcn, hydroffentr 5 partira par m1110o d'hydrogène, et azote 40 partios par million, la différence tn rur .
Un avr.r,a¯^.: BsLnt11 t très important de ceô a:I.Elt,é3. danj la canne tfrr carbone allait de 0,15 à 0.}5i environ est leur :wuàabll1tu apr"5 t rai tenant 'ti.<.rx.i.e.. Ainsi, suivant un aspect parti-
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euliur, l'invention viiis, da fi.:requ4: ou ansilocuva ou, d'un(., Manière plus ,¯:.ralc, l1(5 produits 1 'lt":1nt.,:':; ou forges d'une :,nz:..:vr. par exr:fle. de (" 3,m-: et plus, auxquels on puis ..'<-# crf.rcr pleinement, par traitement thermique 1La ;::ropr1d.:s rt:Qu1sl,.3 et
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caun puisse en.$uit4 travailler par soudage (pin exemple
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en construction navale ou cens trustions analogues) sans affecter notablement leur résistance ni leur ténacité.
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Le traitement thermique du! all1Arc3 s'opère en n'ï'T- suivant des prvCCSOU8 classiques, cn mpor- tant notamment une treripv à partir d'un? température élevée, par exemple h 8l6"C et plus, puis un ruvenu à toute température dé31rc. mais tr6s avanta,,%2,lsf--tnunt comprise (commv on l'exposera c1-dcGsoua), dans une yamtne supérieure . 538"C, l'expression traitement thermique étant ainsi utilisée d'une manière eénérale,
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dans la présente description, dans son sens usuel d'opérations classiques destinées à faire apparaître
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des #%rt,.t4;ristiqut3 désirées de rêsintance vt da té- !.atL r aussi, habituellement, do dureté# En principe, 3x:l, tr..izt ti.urmi,lu(;
de l'acier elopëre après tout IC-11;iré t-4". pwut comprendre des opérations conve- r 5rlî3 ocnptrtnnt une ou plusieurs et, dans bien den r'as, In totalité des opérations connues de rormalloatlont c'i,n: trxxi.ti.ai.an ou trompe be.l.nitiue et da revenu.
Cn pourra soumbttru lu métal, à l'état de lirz:ct, ' tout travail ou déformation da la manière haM*.u';ll, rar exemple par laminage (notamment lamina- à forgeat,e ou analogue et le mettre sous four- r-' de feuilles, fuill&rda, tices, barres ou ':utr'f: rçf.ls i.ni.ogu:x;, ou ericor lui conférer par f -r # ".,-.< d'3..! f'rmen désirées L* formage Eventuellement cxjh par la fabrication s'op'-r habituelluncnt à j.\'t*.
Lt peut impliquer des opérations de oin- ,r:, s.s x'¯!it:'IpllcaL'r d:dlOLItS3Fiti;k!, d'E;tirX,,dlâ'qtx1 :1 "Ki-.i .'iJ',. ,i::>s:, 3.u rrr.a;e:, notanaaent quand il implique um- tr<-- f t rtc déformation, a'opi r avant traitement :. arx u complet, un processus convenable consistant .; .r 2c f<rc:.\<sc dus plaques, tôles ou analogue aïT'1:.,. '.iZl Z'! uit aux environ? de 7Gc C, suivi du rt,fr.-ii..ss'.f*.t.-nt ccntr3.L jusqu'aux environs da 538"0, puis Iv 1v :'rof,'3: s;ment à 3' wt r raaq.:' x la la pi rature .,:.tizntr, t.x;xzxQ il est bien recuit, l'acier se prêtt. facile#rrt au formage a froid.
Certaines op4rations, t- Iles que- n u5c, estampage, et, dans certains cas ur 1.-, î tcnauxs en carbonu les plus faibles), for- r. i, # %' iîT-fli quant pas de dvformatlon imparttinta,pca* 'o, r,:x après traitement thermique, Comme exposé ci
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d05$Ua, dans le can d'alliage à bas carbone, le soudage pourra s'.p4re:r aussi bien après traitement thermique do l'article, tandis que, d'une manière générale,
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les alliages suivant l'invention contenant Q,35 à ou environ du carbone exigent un soudage opéré (de marne que le formait ) à l'état recuit et avant traitement thermique.
Des caractéristiques particulières de
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l'a111n,.u résident dans sa teneur exceptionnellement bai3c en oxygène, ainsi qu'an hydrogène et qu'en azote; simultanément, il est exceptionnellement exempt d'inclusions non métalliques et présente des teneurs
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exempt ionnelli-munt basses en éléments non métalliques tels que phosphore et soufre
ON n'a pas produit jusqu'à présent, à la
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connaissance de la dcmunderesst:. d'alliages au ratta- chant d'une manière i;c:n.:rale au typo considère" dont les teneurs en 1mpurct.:s ou en inclusions soient aussi f1tl que c115 citées.
Par exemple, les tentatives faite pour réduire à ae degrj la teneur en oxygène et en certains autrus .5ltSments impliquent habituelle ment :.'addition d'éléments tels que silicium, alumi- slim ou autrui qui provoquent t:wc-me8 invariablement 1 'apparition d'inclusions non métalliques résiduelles , par exemple sous la forme de composés de l'un ou l'au*
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tr des liror.ts ajoutés.
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En fait, une caractéristique particulière de l'alliage réside dans l'absence totale ou virtuelle- ment totale, dans l'acier présentant la nature et la pureté définies, d'éléments tels que cités ci-
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dessus (et de leurs oompozés);
ainsi, dans les com- positions décrites, l'aluminium est totalement absent et la silicium éventuel n'est présent que sous forma
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d'un résidu à très basse concentration. non supérieure 0,05% et habituellement très inférieure L' alliage est en outre élaboré et conçu pour avoir une teneur en manganèse pouvant atteindre I%p nais ne dépassant .
pas dg préférence une valeur relativement faible, par * !pU 0,08 0iOi$*i ou t6<? pr4teqgm ont nulle# la limitation a cette valeur faibli de la tfciwur idn manganèse étant un caractéristique exceptionnelle
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et avantageuse qui permet d'éviter unp eoptaaiaation indésirable (par exempta, la présence 4in4uit4s décelables de composés non métallique ), souvent entraî- née ou provoquée par des teneurs supérieures en cat dément.
Simultanément les principaux éléments non
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ferroux contenus dans la composittorto @,4*vot'r 04rl)onfo*, chrome, nickel et molybdène# louent des rôles qu'il$ n'auraient ^su aasucet jusqu'à présent, nQÇ*jwm6ntt Il* exercent leurs fonctions de manière remarquable- ment Am4liorde, 0 'est-à-dire avec une efficacité exetp* tionnellement accrue ou par efft aynergé-tiquo mnéliorw, tous tribal ta ta qui sont rendus possibles, au moins dans une mesure notable, grâce aux autres caractéristiques de l'alliage exposées ci-dessus
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L'addition de coloklum, ou de vanadium qu'on lui substitue patoin afcsacntltillâment pour but d'affiner le grain,
mais on obtient dana ce domaine des résultat excellents à Ilaidu d'unu addition nettement inférieure cell*jusqu'à présent jugée nécessaire b un ban atflnrettedu grain. Par exemple. alors qu'on proposait Jusqu'à présent d'utiliser (pour des aciers ils teneurs en earbene analogues à celles des acîcrt alliés considérés) <i"9 quantité de colom-
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If:' b1um de 0,15 ou plus, à savoir atteignant ut de-pas- san0,2ïw, qui assuraient pratiquement un affinage maximum du grain sans affecter gravement les proprldtûa m&QAn1quoI, la prnnttt bvnt1Qn n'exige qu'un pour. entag6 de Q1&mb1um inférieur, h avoir de 0,0} 0,t0% jour aaaur6x' un affinage éeal et mûme supérieur du grain, tput on faiaorit apparaître dun propriétés mécanique supérieurus.
On attribue cette différence à la proprté\eicot1nnelle des alliages suivant
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l'invention
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Le tableau 1 01.dSOU8 Indique les gM!R6a g6néro, de teneurs y comôrio celles en éléments d'addition ( savoir lus 1nt8 officaoca ou ndocs- saires à ajouter au rer) et montre l'absence ou la quaa-f-abspnee de résidu ou d'autres constituante ln- dÓs1rÓ8 qui caractérisa les compositions suivant l'in-
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vention, Il est à noter que, dans une gamme basse et limitée, le manganèse peutro considéré comme élément d'addition* bien qu'on puisse bien entendu obtenir des produits très Intéressants sans manganèse.
Les
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valeurs portées dans ce tableau représentent approxi-
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mat1vúmont le* pourcentages on poids contenue dans Ilon3omble de l'alliage, o4ut d4n' le oas de 1'0-
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xyeênçp de l'Azote *t de'hy<t&g&n9< qui sont exprimés en partlou par million (ppo) en poids, le tableau dÓt.h1t ainsi les tenour8-1im1t., en, les divers 616- monts (la différence en ter) .ctuel1ement'j"g40 néces4aires, nus un aspect large, pour l'obtention don avantages essentiels suivant l'invention
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TABIÀU 1 10 1 1 C Ci Ni Mo Mri Cb Si S pu à N3 Rllwlln ...................................... rYwi111 !YW lwwlW iwln 111l .w11w11/1I1 Yllnw1 Fin G, f 1,40 2,0 0,60 nul 0,03 nul nul nul nul r.u. n\1i Max bzz: 1,80 4,0 1,'A 1,0 0,10 0,05 0.01 0,01 20ppm j7ltA 40ppm.
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Un avantage exceptionnel de l'acte!" défini, e teneur en carbone non supérieure ¯¯àJ),35% (la. gam- pru't4ru'e allant de 0,20 h, 0,)0;) eat IsAlgoudabili- t4 aprèa zraitement ttierm1Qe. Cet Avantaie8t très
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important pour la construction de grandes structures
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teliC'3 que coques aoudtusde navires et notammeajt de 'ioua-#orins, docks, construction de erosnoe mAch!- nts et analogues qu'on ne saurait zo umettru à tr4l- tement thermique après les avoit ral1sÓelS.
En con- 4éucnce, l'invention vise d'une mAn1br générale Ica alliages spécifiés dans le tableau I, mais on obtient des avantagea particuliers quand les tuneura en carbone demeurent sensiblement entre 0,15 et Oe3eg Dans la gamme aupJr1Uro de teneur.. en carbone allait
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de plus de;
Oo>5 h oe6ee environ, on peupbneors obtenir dans l'acier de nombreux traita avantageux, notamment une haute ténacité et une résistance exceptionnelle
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aux effets d'entailles e analogues sous forte con. trainte, bien quo lo chauffage provoqué par la souda- ge puisse être assez nocif pour ne pas permettre cette
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opération aut' le métal ayant subi le traitement thermi- que complet; à titra d'exemples d'app11oatione dea -alliages à carbone compris dans 'cette Sa=*$ on peut citer les paliers et diverses autres pièces forgées.
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La caractéristique partioullèranent importan- te des alliages, suivant laquelle ils sont pratiquement exempts d'éléments non métalliques , notantment d'ojty- gène, et exempts ou sensiblement de silicium, ressort avec évidence à premier examen du tableau I. Uhn autre aspect, très important, dû perfectionnement apporté en ce qui concerne dos alliages tels que définis dans le tableau I, réside dans, le fait qu'on opère la déo- xydation sans utiliser d'éléments tels que silicium ou aluminium.
Dans certains cas, on pourra éventuellement
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substituer du vanadium aue'oolomblum, pour assurer l'affinage du grain. La quantité de vanadium nécessai-
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re à l'obtention du mémo résultat représente à peu près le double de celle de colombium, c'est-à-dire qu'elle est comprise entre 0,6 et 0,2 , Autrement dit, dans la mesure où c'est 10 vanadium qu'en choisit,
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dans le groupe du métaux d,'affinage du grain oompre- nant le colomblum ee vanadium, on pourra considérer le vanadium comme remplaçant le Icolomblum et la
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quantité d$ vanadium choisi pour 8tre ainsi substituât} en partie ou en totalité, au ool.:
>mb1Ut.1 pourra rcpr4. songer sensiblement le doubla de la quantité de çolo#- MuM remplacée, Une caractéristique plU"t1cuUèrea ent impor-
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tante des alliage suivant le* modes de réalisation
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actuellement pr4térd décrit réside d4 le fait qu'Uni sont quasi -exempts d'inclusions de nature{ non mtSt';U1qu.. Le tableau II c1-dcuou,s est donné pour Indiquer les résultats qu'on peut 4gal r ou surpasser *n ce domaine. l'aide des alliages suivant 1'1nvc. tlon, ce t4tl-oam indiquant les résultats de détermina* tiens optique* ùp4ri<i9 au* d* ,.1tQ. 4ouv.tt.. pollua r6a11ad..u1vt le tableau l.rnk9ntQr. (ix), donnd p<' l'AOSO'r"mt AOU4 In désignation: i,60T .
TABMAV
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A B cl . C T HT if T ;n e H 0 0 0,9 0 0<5 0 "î,Q 0,5
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On conçut rux 1 *t,Ç, d4,li&,r*ht respectivement le }jac3,u J.Qô# îew4 #Ultffl 8:1- ra et silicop P les oxydas au type globulaire eut T fc resp oUv awnt les ,4itag pinças f gross- d'apparition 40 cea inclusions, s a,,eur çQrr.93- . pondent 4 1 ehala dIR' concentrat4on4 'pu Q ± mot;*4 .approximatifs donnés sur le tabla au Jg, 4voo interpo 14tion da demi -valeur *
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Les effets assurés individuellement et en synergie par les éléments d'addition sont le mieux exprimés par le fait que la haute résistance
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et lu haute t nacit d6s1récs apparaissent Enotrracnt dans les plaque et analogues) après traitement
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thermique.
Isolément, le chrene contribue à durcir le métal; on coopération avec le nickel, il Maure dos propriétés méculque supriBurûa et, en coo3- ration avec le molybdène. une résistance accrue à
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hauto .température. Le nickel masure un relèvement notable de la ténacité et favorise d'atlro4 caracté- rustiques nVAntI1f;61,.USC$, '. entre autre la facilité da traitement thqrln1quo. tandis que Io mol1bd'nv oontsrîbue auesi h conférer h la oompQo1t1n do la f4siX6nçsit notajnmcnt h haute température, eté'oppoao à la fragilité qui pourrait résulter du traitement de revenu ou analogue. Le manganèse éventuel coopère
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fussi à 3,'ca. dea rLautat4'd6G1r60, par oxüm-
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p1p tmu+br,l opt1tude à a trompe.
Le colombium .Za, or ,a. .Ïtsp.s ( (1 ' ;4.1,4{,.$'*ttM '1². prlf4nt, tnvt'Qft ;41r, uoyc-:1Qlmt 1' .W' M9.J" l.9nt t'M'<' ;'.x?1ç #.'1altct;: afr grúQ, , , ,''.,t! '>, 1S (j'Ca, .I$" ,fI nfIW!4, n, ..i't '3!l18;I,.. '''. .t ''1,'#.b4!!-J ' Cx'L15! , tw'i aspect ' {jgto""40 ce S8J1!!Tlca 8.ant Il.,,, suivantes :1. <:hrc6}< '11.4P.? ;dé plus de t,µ0 environ, cscmb1e fa* 1*' apw-trx+ ;4t .;t\ fragilité 4ana a. "ll1o. tandis 4ueen .e J1Ia.q1ona.nt au-degsoua 4(;
1. 1ti*$5É , on r9- it 11p.tr"f'tlf. +A trempe do la O'tt1on. t1no 1 'P t .'. l ' \.. l' t' t
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réduction do l'aptitude k la t)"empo apparaît aussi quand la teneur en nickel est inférieure à 2,0% en- viron et point encore plus important, la ténacité se trouve également réduite,
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D4nu Io cas dé cet élément d'addition rela- tivement coûteux* la valeur maximale ap4citléG d'en- viron 4,Q# est l$SenUoUol'3Ont une Hrn1tCt économique, <i8:
en<.'uï' supérieures n'entraînait dans la plupart des cas aucun avantage ,
Pour ce qui est du molybdène , des alliages à teneurs inférieures l 0,60% environ en cet élément
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subiazent une réduction de résttanoo quand on les* soumet au revenu dans les conditions de température
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jUe,ÓC3 convenables pour l'alliage, Dans les compos!- t1i)J)oG contenant plus de 1,20% environ de molybdène, il faut élever la températurode trempe bainitiquo.
Cet Ólément est assoit coûteux et la teneur limite eat ainsi régie dans une certaine mesure, cotsse dans lt cac du nickel, par des considérations éonomiqu4s.
Toutefois, l'un de*t$len importants du manganèse est qu'il assura la fixation de soufra dans l'acier; les sulfuras do manganèse résultants sont à haut point de fusion et le manganèse a ainsi pour effet d'éviter la formation du aulfures ferreux indu airablea, Si l'on n'évite pas sosi leur présence,
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ces derniers oompos6s. bas point de fusion et qui se rassemblent aux Joints des grains tendent h for)- dre pondant le travail b chaud, faisant ainsi appa- raître la "fragilité z chaud** Dans les pliages oona1dér6s.
lit tenouvtn soufre est très faible de sor-
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te qu'une proportion limitée de manganèse , allant
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en général jusqu'à 0,16%# .Uf1t à assurer l'action désirée sur le soufre, bien qu'il soit possible d'uti- liser dos pourcentages allant Jusqu'à 1% environ pour
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stipuler d'autres proprits désirables.Il semble que la faible quantité résultante de sulfure de manganèse . . soit soluble, etent-à-diro qu'elle soit enéolution ., dans l'alliage. En conejquonoe# elle ne tome pas dit- éludons contaminanten on no décelé en effet aucune de ces Inclusions à l'examen, comme l'indique le Ta- bloau II ci-dessus.
Ainsi, dans la gamme de teneur* prévue,
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. le manganèse évitu la tragll1t& à chaud, mais en quantité net ablement supérieure (en combinaison avec davantage de soufre), il tendrait à former dos inolu- siona par précipitation ainsi qu'à favoriaor l'erosioa dos réfraotaircs de coulée, entraînant la présence au sein du métal dos particules non métalliques additionnai les.
En outre, étant donné sa pression de vapeur rata*
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tivemant faible, le manganèse à plus forte concentra- tion risquerait de se vaporiser et d'être partiellement perdu pendant les processus préfères suivant l'inven- tion d'élaboration des alliages, ce qui rendrait diffi-
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elle l'ajustomcnt de la composition .
Le colombium est un constituant très coûteux et les avantages résultant de sa pré. sence en quantités relativement faibles suivant la présente invention, sont d'importance correspondante.
On l'ajoute essentiellement pour favoriser l'affinage
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du grain suivant la norme A. . T. M. 19-f . On a pro-
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cédé à des déterminations de l'affinage du grdn aur let alliages considérés, tir 925*C après 8 heures de carburation, et on a constaté que le degré d'ai'- finage du grain que cet élément est susceptible d'assurer peut 8tre obtenu dans la alliages suivant
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l'invention z l'aide de quantités du colcmbium nettement irii'4rieuzs à celles prescrites suivant la technique antérieure.
Au-dessous do 4,0, le colomblum n'entraîna pratiquement aucun af finale du grain, tandis quku-dessus de 0,10,,Z, toute addition complémentaire est au moins perdue en ce sens qu'elle n'a aucun effet supplémentaire,* en fait, on pense
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aotgollement qu xi 3. 'ou port la ttnour tri 9e4Mt" blym ftu-dolà de putto limite, elle risque d'inverser lo processus et dcrovcqut" un grossissement du grain.
Le 3ill1um constitue dans l'alliage un simple résidu , étant dot3n qu'il n'y a pas addition jé1bre. "-z)mmu on l'exposera plus en détail ot- après, on élabore les alliages de manière à maintenir la teneur en silicium aussi voisina que possible
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d'une valeur nulle. Suivant le taoàe antérieur de mise en oeuvre du processus connu, il n'est pas possible
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a'obten1r cette basât teneur en silicium, à moins de tolérer soit la présence de quantités d*oxygéna Indwalrablement élevées, so1laùtre4 conditions ou additions 1nÓéa1rAbe$.
En quantité nettement supo' rieure 0,05% le silicium tend 4 former divers produite de réaction qui dcrt:ur:nt sous forme d'inclusions' de silicates ou de silices , Dû très faibles teneurs en phosphore et un
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soufre sent Indiquas, dtant donné que e4a éléments
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sont indésirables. Le soufra par exemple porto attein-
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te 4 la soudat-Ilit6 ot réagit en outra avec d'autres éléments pour former desl,ineluulonis non métalliques.
Le phoophorts, en quantité notable, confère de la tragtl,t l'alliée.
L'oxygène vat particulièrement indésirable, xgiottmmont en ce sens qu'il tend à rwagir avec divers autres Jluments pour former dts oxydes qui demeurent également noua forme d'inclusions non métalliquoo, La teneur en oxygène apoif ie, çxtrtmomunt faible, raraa#ituv 4a due oar#ïiî!ri5ri ti!juti partiottliawmrnt ..,. importantes dt 7 ai.ii,a,#e étant donné la quea3Tak^aenca ,,:7t1. que définie do certain autres élmonta.
La teneur en hydrogène unt également mainte. nue très ba,sae; quand la xra4ur un hydrogène dépasse 5 ppnjt on risque de voir se former ies pailloa diffici. len!cht. dclab3.&s opnnues sous le nom- de tâoGCns" qui nt 4 9' crique* 4e ïntdrieures apparaissait âtgis .e |>ra5 8 et billette* et dans les pièces rqjrgeûm de fort section.
L'azote est,
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également indésirable d'une manière générale, le
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maintien 4'une très faible teneur en azote ayant fn par- tieulier l'avantage d'assumer une bunno ductilité* On élabore co3 alliages de manière à ce qu'ils aient la composition et les propriété* dési- rées notatnnent en oo qui concerne la propreté et l'abaence d'éléments ou d ' impure t<5a indésirables,
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3 que rtr,1f P'4n mwpt! 1'p dgq prp,
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ceautw particulièrement efficaces emportent" au moins une opération de fusion sous vide poussé a
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l'aida d'une électrode consommable présentant.les te-
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neurs désirées en fer et en éléments d'addition ,
Lésez
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trode fond pour fermer un lingot ou analogue du fait
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qu'alla est través3e par un courant -électrique qui fait apparaîtra une décharge électrique ertrrï eo tr-a- de et la flaque de métal résultante Une .autre <iaraof téristique préférée d'importance toute particulière est l'utilisation de caréné, iricorpôrd par exemple à l'électrode en excès convenable par rapport à la te-
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neur finale désirée, pour désoxyder l'alliage pendant au -moins une fusion sous vide poussé,
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Des processus convenable? de ce genr.
sont décrits dans les demande de breveta des Btats-Uis d'tnrique suivantes et qu'on désignera pour plus de commodité sous les noms de processus A, B et C
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respectivement demande de brevet américain Sériai n*
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t53 650 aux noni3 de Sidney W, Poole# Thomas E, Ferry ùt Roderick J, Place déposée le 20 Novembre 1961, sous le titre ''Production of Ultra Clean Steel" (Proces- sus A); demande de brevet américain Sériai n" 194 ho6 an nom de Thomas E, Perry, déposée le 14 mati 1962, , sous le titre nprocoas for Production of Ultra Clean Steel" (Processus B); et demande aux noms de Thomas E. Perry, Rodorick J. Place, John A, Rinebolt et Sidney W.
Poole, prenant effet le 14 .Juin 1962 et maintenant en instance au Patent Office des Etats-Unis 44Amdriqu* intitulée "Processjtbr Production cf Exceptionnally Clean Steel'' (Processus C), Il semble que la suite de la pré..
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... des E U , sente description donne de ces demandes debrevtes, qui décrivent des procédés particulièrement indiqués pour l'élaboration des alliages considérés, un ré- sumé suffisant, mais on a jugé bon du les citer tou- tefois pour permettre de s'y référer
En particulier, un processus efficace des E U A suivant la première des demandes de brevet précitées (Processus A) implique l'utilisation soit de poudre de fer à très haute pureté, tel que fer électrolyti- que, qu'on mé lange a du carbone et aux métaux d'addi- tion désires, soit d'une ou plusieurs poudres d'un ou plusieurs alliages du fer avec ces métaux.
1 le mlange résultant étant transformé en aggloméré*, par exemple par application de pressions de l'ordre de 35 kG/mm2, en vue de former des électrodes consom- mables. On fond alors sous vide l'électrode consom- mable à l'aide de/couant électrique qui se décharge entre l'électrode et la manne ou flaque, dont le niveau s'élève, de métal tombant, par fusion de l'é- lectrode, dans l'enceinte sous/vide (ou, au début, entre l'électrode et une embase convenable prévue dans cette enceinte), de manière à obtenir un lin- got fondu .
On soumet ensuite ce lingot a un nouvel affinage par seconde fusion sous vide au cours de laquelle on utilise: ' comme électrode soit le lingot, soit une électrode formée à partir du lingot par forçage où par aasumblage de pièces convenables
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obtenues à partir du premier lingot, fondant la secon' de fusion sous vide, le mode de chauffage électrique demeure inchangé, de aorte qu'on obtient un lingot
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final conatituant l'alliage désira et qu'on peut tran3- former par laminage ou autres opérations en profilas finaux à utiliser,
tels que plaques, tôles ou analogues, En enceintes de fusion Nous vide comportent de prêté-' renée des creusets convenablement refroidis en cuivre
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ou analocue, destin44 4 éviter le risque de conta ! .
,nation par le rétractairo
Le fer haute pureté utilisé cornue matériau- ' de départ peut être obtenu suivit des techniques connues de mainère à présenter dea teneurs très basses- en 'soufre et en phosphore et une teneur en oxyton de préférence *usât faible que possible, bien qu'en général,
on ne considère pas que la poudre de fer purifiée doivent avoir une teneur en oxygène aussi faible que celle requise dans les alliage* suivant .
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l'invention. En fait, on peuçé1 attendre z ce qui'mie' telle poudre de fer ait une teneur en oxygène qui reut aller de 0,06 Jusqu'à O gj6 , teneur très supérieu- re aux faibles valeurs spécifiées , pour les eompoel -' tiona sulvant l'invention.
On conçoit qu'on pourra as- wurer go Manière tisfaisante l'élimination dé soufre par exemple, à partir de fer eetro..4cd par traitement à haute température a Taide a'hydrogè.., ne dit humide, opéré par exemple entre 8)6 et 927 C pendant 2 à 4 heures
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Pour agglomérer l'électrode destinée à la
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première fusion aoua vidup on pourra prévoir, aussi bien qu'une compression, un frittage sous vide de l'é- lectrode ou de ses tronçon* aux environs de 954 C ou, en fait, un frittage sous gaz inepte tel qu'argon des températures atteignant 1204 C.
On pourra en effet adopter tout* technique convenable pour fabriquer ces électrodes, tant que ces dernières contiendront les
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matériaux .nécessaires) à une pureté convenable, et présenteront une résistance ndeaniqua aui"t3aantapaur permettre le processus de fusion de l'"cS.1lrctrcda, par dé- charge ou arc, assurant la formation du lingot .
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Pans la première fusion aoue vide, on main- tient une pression ne dépassant pas 1000 microns
Dans la seconde fusion sous vide,
opérée à t'aide d'une électrode obtenue par forgeage ou autrement à partir du produit résultant de la première fusion, on applique un vide encore plus poussé, ne dépassant pas 100 microns et,. de préférence 10 microns, toutes ces valeurs de vide
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étant exprimées en microns de taereure ' Une caraptértue4, '"t.au3..r¯tttt, i'aisr tante des fusions nous Y44e résida dans l'utllisatiph de carbone' pour 11411mi&ïtlon 4'ogy,$4nn, A ceto on, à I,*é lre4 If pryp$kr<i 3l.flt y un exchol-do carbone sufftaant Dogr xasur nrâ dcaçrcr..
dation en ne combinant à l'oxygène tour ortqr de Ilogy. de de carbone qui est entraîna et évacué sousfaction de pompes à vide, D'une manière générale, dans la plupart des cas,ln quantité da carbone utilisée est
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égale en gros aat6o<a!na dq la quantité de carbone dési-
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1t4l11". final '4J. ci-aprèi Ut,!;. , ea carton & *?&} "#* do ,fJ", 1 2,0 foU la qirlr . o;...tx1'no n.4.à'6 pour se co#bin 1 de fconliro .tÓec:.bJ... it.;1q¯, ,. 1& quantité . Jf.Óe . (4érawil.' par n ,- - '!1"). "Q:,'1"1QO.!t100 '-<ma rr'';' .
' t' , ': i dimlnuéti dû toute quantité - . d oartKtn d4fpréacnto dnfia , 'OII,f:itt: i' 1J.1 -Q â , i3 'e d ' l, t ts -bo- /.'.j))!9.'t dana : de. gswei analogue 4J;...¯)'. 'r. fQB.' '9P .
"'# ,4 *.?"#. , * ' p e.s.i cM fusion; toutefois, en ..-nf:.' on choisit
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"'mwtîo inférieure 4e $Maae ppw - jtsftft* hante *# teneur m ç&rtoQn* (comprise dans ïa à 1 ot"ble de teneur doe *1 linge considéré ) et, par contre la parti* tpïerwra 4# la game dans les cas où la fusion stre' tltttvom&nt rapide . , On pourra ajouter le # oaroefie .4ons toute forte' . don,venelo f inoflwnt divisé, à haute pxtr'pté, par ece. ¯ plu oeuà forre 4e graphite* .' xpc3e.ïdac montre que de* tonaur* il pàrbonu du l'ordfe, p','c i. sont avan- tuow c'si le carbone ça çtxc-j3 par* rapport h leuaîitltlx se eûiwwsa par réaction avec l'oxygène 'et à sotie q'si doit demeurer dans l'alliage étant perdu au cours du processus, par de* rsi.a qu'on comprend pas ,c,ia3xt f =44 dont on peut prévoir avec; pré- . ciaiea 10 résultat quantitatif, ainsi;
qu'iwssort ip . p3ltrnen dit le*XK4, formé ot*deua..du t6,ode de â4tâï tn#ti ée l'excès do a quand itt3t'du.-t3t.wtt'ic. wt. pat.W!' ;ïi(', . on constat* que la k3.aattdat.ic 1'r-t isxçep-
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tionnellement efficace, cette faction apparaissant principalement et, en fait, en quasi-totalité au cours de la première fusion noua vide, la seconde fusion assurant un nouvel affinage ainsi que l'élimination des/produits Gazeux et permettant d'obtenir un métal fondu oxompt dd lacune,$ ou po- res.
Dans certains cas, on/constate qu'une seule coulée sous vide suffit à assurer 4 la fois l'éli- mination de l'oxygène par désoxydation au carbone, et l'obtention d'un lingot de haute pureté, dégage, Dans ce, cas, il faut opérer la fuaion unique sous vide relativment/poussé, par exemple Intérieur à 100 microns , le processus pouvant s'opérer au cours de cette fusion unique, sous réserve que la na- ture de l'électrode et autres facteurs salent tels que le dégagement gazeux demeure limite,
ou que le mode d'obtention du vida présente l'efficacité voulue pour maintenir la basse pression nécessaire.
Ce processus est décrit dans la seconde demande des E U A . de brevet/precitée (Processus B).
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Un autre processus p\(6r', tel que décrit dans la des Etats Unit d':.uh11UOl 4-trotstem demode de brevet/précitée (t'roccssus C), implique une première fuit , qu'on pourra appeler fusion à l'air, opérée dans un foui convane-
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ble de type classique, de préférence un four électrique (c'est-à-dire arc), tous atmosphère ordinaire plutôt que tout vide et à l'aida d'une charge de départ classique comportant du bocage (éventuelle-tent), la composition de la charge étant bien entendu déterminée et ajustée de manière à ce que l'alliage final présente la composition désirée,
coopte tenu des opérations de purification qui apparaissent au cours de la première fusion au four.
Cette fusion, menant à un acier non cainé. s'opère *etc par processus à
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l'arc électrique, au four Martin, au faur pneumatique - par .x1. Lins- Dolavgtx - soit par induction, suivant la technique normale de conoande de tels fours ou de mise en oeuvre de tels processus de fusion, sous cette réserve que, lors de 14 coulée, le nétal est tenaiblefent exerce de d 09<y- dents r4t*lliques forts. Coaoe indiqué, on préfère Actuellement le four électrique en raison de sa grande capacité et de son aptitude à conserver un laitier de nature désoxydant* et à pemettre plus de variété dans la com-
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position, et four permettent en outre un contrôle particulièrement satlefai- tent du soufre contenu dans le natal fondu.
Un mode actuellement préféré de mise en oeuvre du pro-
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cetous au four électrique consiste à corxioncer avec un laitier oxydant. utilité de nanière connue; la fusion initiale, opérée à l'aide d'un arc électrique allant d'électrodes convenables à la charge, s'opère ainsi sous
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laitier oxydant de ce genre. Stnultanérient (après fusion de la charge), on souret le nétal en fusion 1 un soufflage a l'aide d'oxygène e: hautement concentré, en utilisant une lance convenable pourintroduire l'oxygène au- dessous de la surface du étal ou encore en ajoutant, en variante, un oxyde
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de fer eu une autre conpoeitton convenable, de préférence à faible teneur en nanganeae.
L'addition d'oxygène est de nature A provoquer une tqàctàiob 444on réduisant la teneur en carbone et à stimuler l'apparition d'une teapér4ture élevée et unifortaer leteopereture ainsi qu'à permettre de supprimer les
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désoxydante métalliques tels qu'aluniniun et silicium. L'addition d'oxygè" réduit en outre la teneur du nétal en hydrogène. un stade intermédiaire de la fusion au four électrique, on soutire le premier laitier et on lui substitut un laitier final do nature
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réductrice. à savoir un laitier de type connu à base da carbure de calciw .
Sous de tels laitiers, la teneur en soufre peut étxo ramenée de. valeurs très basses] en l'absence de silicitin et en préaunce aeulenent d'une quan- tit6 faible de n4 1naanète résiduel, le* teneurs en carbone et en oxygène peuvent tendre vert un équilibre correspondant à la teneur en carbone dé- sirés après fusion au four électrique.
La teneur en carbone désirée *prêt fusion au four élec-
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trique obtenue par technique de ditoxydatton au carbone est de plusieurs cent 100*' pour cent supérieureà la teneur en carbone finale désirée dons le produit résultant de la fusion sous vide ultérieure avec électrode con- sommble (qui constitue le stade suivant du processus). On prévoit cet excès pour compenser la perte de carbone qui apparaît durant la mchmle fusion sous vida d'électrodes formées par le* lingot* désoxydés au carbone.
Au cas où la fusion au four électrique ne conduit pas à la teneur en carbone
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finale désirée, on peut procéder à certains ajultencnt. dans la puche pour obtenir avec précision la teneur carbone désirée. Toutefois, en général, l'home de l'art pourra prédire et ajuster avec précision les porte* de carbone et l'utilisation de carbone do manière à ce que la teneur en car- bone du métal en fusion corresponde avec une faible tolérance a la teneur
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en carbone désirée.
Par exeople, on pourra en général conserver au lingot uti. lité b 1a fusion ultérieure sous vide avec électrode c0ft80nn4ble une teneur en oxygène non supérieur* à 0,005% et l'on constate -,ue pour la désoxyda- tion au carbone au cours de cette fusion, il est s.ulJent nécessaire que la teneur en carbone ajustée (par exemple dans la poche provenant du four électrique) soit suffisante pour présenter par rapport à la teneur en carbone désirée un excès de 0,02 à 0,03". ou à peu près (du carbone contenu
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dans l'acier), soit Ion quelques centièmes pour cent précitée. 4insi, si
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, teneur en carbon. diriris est de 0,23% il faut se général qu4 le lingot ofet nu au four électrique contienne - 0,2$ t 0,lb'% de carbom.
tuttmunt dit, la teneur en carbone obtenir. par addition ou autre ajustement, dans l'acier émanant du four 4tctrlqu. représente, d'une nantira finirait, l une du la teneur on carbone désirée et do 1 h 1,5 fois 14 quantité ' eto4.cht"trique nécessaire pour réduite l'oxyda* présent en <M<)f*< da
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carbone.
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Oc coule le citai an fusion du tour à arc 41octrtqw et on li- verte dans des lingotières convenables, les lingots étant utilité* firit en l'état, stit près forçage ou Il...mbh'8 cClnvQnab1e. pour conetiw tusr les électrodes conl0CD4bl. utilisées 1. fusion ou vida. Etant donné que le s5ital cet fusion a une teneur nulle on silictun résiduel et trta feibic r. i3*ne nt c, on peut couler l'acier 1041 tenu d'acier non celle dans des l1nzotièr. dépourvues de oassalottas do r4chaurr.,- et la 3,C;aa:nt gazeux peut se poursuivre, pendant solidification, au soin du 7dr,fit.
On estirbe à présent préférables, et particu11trenent désirable pour
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éviter d'avoir à opérer plus d'une fusion tout vide, que la teneur en gaz
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iu --4-tal soit aussi réduite que possible.Un noda possible d'obtention de ce résultat est l'opération dite dégazage sous vide ou dégasaga par extraction sous vide ou, en particulier, de d6ga&aR nous vide opéré dans la poche, par exemple coax décrit aux pages 368, 370 et 369 respactivauant du Lunuel Intitulé R4publ1c /Uoy St4wlr", publia par la 'Wpublic 1t.a1l1 Corporstion", ClevelAnd (Ohio), déposé en 1961, on pourra encore xe référer, à propos du ècI4Sc par extraction sous vide, au brevet des Etats-Unis d'Jrtque n' .::
5.5â0 d1a. 8 ml 1962, au non da Frits liwrderm On ucilitte alors le sa3tsi obtenu par fusion au four 91-ctrt%u.-, de préférence touiis un tel dégazage, à la seconde fusion, lui est une fur. Ion sous vide du n4tal nis tous {on)8 d'électrode consoci- 61c, On a décrit plus haut les conditions de cette fusion tous vida, la pression d.'1.wur.nt. inférieure A 100 microns et, de préférence non supérieure 10 n1cron.. ,'.u court do ce stade apparaît une nouvelle d4ocyxyd*tion par
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carbone, de sorte qu'on obtient un lingot hautocwnt purifié, * teneur en
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oxygène ..cptlonnel1etnt basse et n4annotne exempt, un degré reoarqua- blu, ca qui est aussi le ces pour les autres processus décrit* etodessui, d'inclusions t411iquc..
En variante, on pourra .0UQettr. le produit obtenu au four électrique z un double opération dt fusion sous vide, # # bl-blo au publier processus décrit ci-dessus, sous cette réserve que l'élec- trode aonroca,abl,: utilisée in la pretitère fusion est pr6puh . partir du produit obtenu au four iloctit4ue et non à partir du fer b haute pureté, On pense que les descriptions donné us ci-dessus des divers procédé constituent des exemples suffisants de mise on o<Mt"? due
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processus d'élaboration dos alliages suivent la présenta invention, en ce
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,u, l'on edoptc dans chahut: cas les processus tels que décrit , ta prévoyant au départ une ch.'1rc., ou un complexe de for, de carbone et d'élémunce d'addi- tion do nature à fournir le* casapositiona spécifie plu haut.
Los exemles particuliers de telles conposltiona donnés ci-dessous constituent donc des cxcttples d'élaboration de l'alliage final, tous foma de lingot ou analogue par l'un ou l'autre des processus précités *ux'uult on appliquera la* 1:4±4.. rences alphabétiques t, B et C pour sa référer aux deruanda. de brevet dos- *t t*-Uni d'/iKSriuc précitée- .
Cornu préc4du#wnt indiqué d'une mnitre générale, les *clora faiblcrwnt alliés, -% ba..111clun. haute résistance forada par 1." Alliagos suivant la présente invention ont l'avantage do constituer un acier du construction à haute résistance, par axaripla à linito d'élasticité emprise entre 7tua et 123 kg/m2, luur ductilité et leur résiliencu ôtant
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supérieures . celles des acier. de construction courants. Ces aciers pré-
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sentent une haute ductild et une r.1l1\:ncG, tant t.':.tur.....pOrb"ltt erbiant: qu""' haute ceipératuro, égalus ou supérieures aux caractdriatiim correspondantes d'acturs de construction courants, dont les résistances sont d'une nanièru générale intérieures callut des présents alliages.
En outre, dans la garno allant de la teriptrature "tante aux environ de -4*c,
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les Acier* décrits sont supirivurs aux aciers de construction courants} par .x10, des éprouvatteai oounioe# à *$tais je ,tant révélées d'une t*ni4r* générale (et avantageuse), patenter un point de transition duc- ttle-fratile, tel que maure par essai* de aullience sur barreaux laod entaillé da V en appliquant des conditions Suivant lea eaaaia par chute de poids et soufflalle gxplotit du Naval Rercaxch Laboratory" des Etats- Unie, inférieur -40.C.
En outra, les alliage* suivant l'inveneicm n'oot qu'une orientation faible ou nulle. c'e.e-A-dire une aniaotropie pratiqument nulle t autronent dit, leurs caractéristiques mécaniques ne varient qui peu ou point talon l'lnc7,icsaiaor de la direction d'essai de ces caract'- riott4u*o sur la direction Suivant laquolle l'acier a 6 travaillé. On Pense que cette C4r.ctéri.tiUt hautorwnt désirable rdnults directement de la très faible teneur en inclusion non>n4talli<iuos et peut'Itre d'une réduction des teneur* en traces d'élénentx , telle que provoquée de nantére
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préférentielle par la technique de fusion du genre décrit.
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tes caractéristiques ou Zarxws de caractéristiques de fragilité de revenu des alliages suivant l'invention sont dîàttnctive*.
Les acier# de construction ordinaires pra;ntcnt habîtuelletwnt une Ce.,xx dite de fragilité du revenu d'environ 260 à 371'C, en ce scnt que l'acier aouuit à revenu a l'un aalconquu de* taëreturas da cette ganrx présente une résilience nin1rlo (la fragilité étant également notée dont les essais de traction) par rapport celle résultant de ces CraitccMnCtt à d'autres tomeratures (supérieures et inférieure*), étant bien entendu que d'une manière générale, cette résilience erott à oetura que le revenu s'opère des t*Mdrttures de plus on plus hauter.n. les acier* suivant l'invention, la courbe exprimant la relation entre lx température et la résilience est dooeonont incurvée dans à tOtsac Intérieure do température prGcit60, naît se creuse aux environs do 510* à peu près;
toutefois, la fragilité de revenu relative noté* en ce point nlappar*tt PAS aussi nette 1 dans les
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aciers de construction ordinaires et on on la décelé que par essai sur
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barreau bod entaillé. En conséquence, h certain*' fins au 1:JOln.. on peut appliquer aux présents alliages un revenu à des températures dtvtrots (et même comprise ilans la dernière gant citée). toutefois, d'une manière c;cnd tala et suivant lu mode de nia* en oeuvre actuellement préféré pour l'ob- tention dat résultats optirsun, il est recorxaandé d'errer le revenu des t:1.!npl!r/H un . p 11.111 hautes par cx;.-np14 do 538"C ct davantage ( nottoEMnt ?66 à 38U'C), auxquelles la ténacité du produit est très forte.
Les propriétés 11or'us pr6cltloK, notasnent la* carac- téristiques rcaniques des aciers décrit*, ont été d3teroick ev par essais et techniques not'na1hh tell que décrit dans la "Mettlx Htndbook" de l'/ncrican Society (194) page 98 ut dans la nome A..I.HfB85n. En Veto ticulier, ceux des *sosie pour lesquels on a porté en tableau ci-dessous des CNspëywtufep de chauffage ruprés ntativas fournissent des données relà- tives 18 Uni te élastique z 0,2*. d'allongcncnt paroanant,,1 la résistance limite 4 la traction, z 1 'allongement sur une éprouvette de longueur noui- nale égale au quadruple du dip-->tre de sa section réduite ainsi qu'à la ductilité telle qu'indiquée par la striction que présente le tronçon étranglé de l'éprouvette Au moment de l'c4o4t ou survient la rupture.
On a opér4 des essaie de résilience sur barreau Isod taillé an V à l'aide d'une éprouvette standard telle que décrite dans la nome A.S.T.M. E23-56T type A, étant entendu que les résultats de ces essais de résilience sont exprimée par l'énergie, absorbée par 1 'éprouvette nécessaire pour provoquer la rupture sous charge du genre balancier.
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Le point do transition ductile-fragile est la teopkrature A laquelle une éprouvette cessa de se romre par d4for04tfor. ductile ou fibreuse pour devenir fragile, c'ont-à-dire 40 casser par clivage (surface conchoïdale ou plane), une telle rupture étant considérée comore correspon- dantune ductilité nulle, Plus précisément, le point de transition ductile fragile est la température à laquelle on estime la censure fibreuse à 50%.
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Outre u'i1 sont très intéressants Peur APP"4*t'o* générale AUX construction*, les acier$ 3liarâ* suivant liriwntiarx sent ecwrxardf,cuireaxant avantaguux pour *# construction <!< t'rl.1 da*tin4 a fonctionner dans due conditions dure* et$ par exemple. riz subir des taupe1 f4turc. extr8MQI et des choc* fréquents.
Un* qualité importante attendu* d'un tel t4rl.1 ont qu'il soit sûr à un haut degré1 ett souvent, qu'il aie un rapport rbs4stancs/Poidr 41ev4 dans et dernier cas. il faut rédui- ra au edni!-Mn la quantité d'acier mise en oeuvre danr la aerura voulu* pour al1:J)r1oor toute 4uiçnuntatton du poids ou due tinte*, suuvant prévu dent les organe# do construction aux fins da .Ócurlt4. t titru d'vxatxpla de ,truc- turcs utilia et dans des conditions exceptionnulles de ce Senra, on peut citer les pont* mobiles, les ferras de constructions, las dock , las aruts da di:e.nsians importantes ou autres structures analogues et les blindage# pour construction navale.
Le maintien de haute. caractéristiques n6cantua 'ans une tarne 1;11:1'10) sla ter2p6rature$ .t part1culUrcu.:nt nécessaire quand 1" îiflt<Tricl 0111: destiné & 3cr< utilisé nous des climats divers. c'est-h- ,arc (.41111 t1\,:. conditions naturelles de t ip3rflture variant entra =- 3!' et 4.C.
Les alliages suivant l'invention trouvent d'autres applicntions particulières, not4!J1ont dans la construction, partir de plaques, talla et analogue- ayant subi .tn trait4eirnt themlqun, du otructures destin4ce à satisfaire des besoin inUuotrittux ou titlitaires inhabituels, dans 1* construction de 111.ilcl (en particulier carte à da grand dlaoetra pour ssoËeur <">> fusses à cwhustibltt solide) et dans la réalisation üa coque* 13.isas de ?o 9 taarins Coite prdcJdut%7bent indiqua, on pense que l'obtention cia cet résultats et not,Rrazt de la haute résistance et do la haut* t."Mc1t.
cet!.'! dernière étant révélé par une résilience exceptionnelle, .1ni que lu ualntien de ect caractéristiques dans la totalité d'una ganne d-i t"c1p(,raturos intérnaaanku et e,ue leur cxht8t11CfI et leur sawiati4n sans détérioration sesuiblo au cours des traitements impliqués par la rats* en oeuvre finale, cela (tue citas ci-deuu.
(l'un de ces traitw.4nts, très
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important, étant le soudage dans le cas d'acier h carbone contenu d.n. ta IJAf.I.W allant jusqu'à 0,3S - par exenpio, do plaques et pile* forgdas on ce rlétal) et, do t1&rnI, la degré de certitude \\,\'on . au d'obtenir ces pro- pfiét6a dans la composition et ca, à un dor6 uniforme, (entraînant une ul\1fornlt correspondante du rapport résistance/poids) résultent do la composition précise do l'acier, non tauloMnt on ce qui concerne les cons- tituants introduit* lntontionnulleitent, r.uis en particulier en ça qui
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concerne les teneurs nulles ou faibles on divers éléments dont un ou plu-
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sieurs no oaUf4icnt ûtre évit6n suivant la technique classique dans les compositions connues 4estinéaA aux fabrications ot à la vente industrielle.
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L'invention visa encore, on le conçoit, le procède d'obtention des allia-
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nos et le procédé du fabrication da profilât d'acier tels que plaques, tôloa et analosuer, no t arment du fait que ces alliage* particulier*, ori- ginaux, à haute résistante sont obtenus et peuvent pratiquenent 3tre 0""""'" aux çor,ipositions c;hi\iqu,,)1'1 spécifiées par application to l'une ou l'autre des technique de fusion et do déroxydation 1ru\f.qu6u..
En J' Autr'5 t\)t'!1':11. on pense que la propreté des allia-* Ses, la qUASi..b8t1nc. d'inclusion* non nétalliques et la très faible teneur en gaz intersticiels coopèrent efficacement l'apparition des propriétés améliorées. Une caractéristique particuliaro rbair',a dans 1 t ab.ene. totale ou quasi-totale de siliclw3, auquel on s'en remettait jusqu'à présent pour assurer la déaxydatiun, dans les Acier. dito .¯a"'h au ailiciun.
Introduit
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dans lea aciers en quantité voulue pour assurer la ddsoxydation de ces
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acier* , dans lesquels il denture n4c. ereirnsacnt soua fore q récieu raison de 0.(15', ou plus, une fois l'acier ca1.cl!, le silicium tend invita- bIcHent .' faire apparaître d is incluaient non r1l!taU1C\uOl, telle* que ittlicu ou silicatcs; c,s inclusions sont à 4r8te# oxtrt'ucoc!\t vives et son friables, faisant apparaître de!' entaille ut paille* dent le r*5t*l, dont elle. réduisent les coractéristiquot n4C'anlql1u, notanoent la tina-
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cltt at la résilience, tendant on outre, ruivant leurs d<EMnaiona et leur
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orientation 4 40=gr lieu I de t'.n1.ot(,,:,1.
La très faible teneur on soufra contribua aussi efficacement A minititter Ilanisotropio, Dans les .111-:0' suivant l'invention, ïa al1111 d4rxrurs en su3 de 0,05 et., en fait bltu.tl1ent en cisçà do O.v2t ou noln1, do tortu qu'il n'exerce pas d'effet Appréciable du genre qu'on ".t'Iil\. J,, ';él"r1r. tau cours de wlittMttion d'oxyuèna par désoxydation au carbone pccu'.ant le opération de fusion écrites pour les prêtant* 1 liages, l'aK1Sbnc t'échappa tous fons d'oxyde; de carbone Caneux rdoul- tant, ce qui 4vit* la présence appréciable du tau intorltlclel. ainsi qua, on l'a dit, celle d'oxyde* insolubles solides résultant do la réaction, qui sa forucnt quand on utilise du liliciuu ou d'autres 41nt. tels 4Iu'dwlnlun et aansandse pour UIIIUt'l'r la dé.loxytUtio!\.
Dans les cOC1pod.- tiens suivant l'invention, la teneur on anFanscr est de itfno wintunuc en général à uno valeur assez bas** pour qu'il n'apparaisse pas do Jill!- cultes résultant de la fondation de coriposes de cet elé;x-nt; en effet, si
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*et 41cent n'est pas nécessaire A certaines fine, il est possible t"acul t.81vnt de le 'U)pr1r3Cf ent10rau\tt au car. où l'on tlhiro il cat egard une proprets exticaa correspondante, cette uppr'8ion 4t*nt trôs facile- oont 44$Urdo par le processus de fusion du prunior type (ci-dQ#$U ). pair nixe en ouuvro de fer 41cctrolyti"c : haute purotfi.
L'alunintun cet totalurwnc Absent. Suivant la tschniQuo alaxaiqua, si Ilots utilise de l'alutitnium c,=.u d<3soxydant, il un résulta de n8eM invariablerwnt la pr.cncc dans l'acier d'inclusion non tAll1. que. forages par dos particules dures et abrasives d'oxyde d'aluniniun, Da ?iu<, l'alutainicaa intervient du =Anière pïKn'ntielle par rapport au carbone pour se codbincr à 14oxygène de l'acier. 1INw <Uns la fuàîon ordi- naire d'alliage* par induction ou au four à arc é7,ccttiua, quand on utilise du silicium (ou encore de l'ttuniniun ou du Manganèse) pour calmer l'acier, il dccwure dans le natal suivent la technique classique, un résidu d'oxy- gène do l'ordre du 50 5 60 partie* par million. alors que la teneur maxi-
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tuile de* présents alliages est d'environ 20 partît% par ni 11 Ion, et celle
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des corJPo.1tlon.
prlf4r4c. ncnra inférieures, à savoir de 10 parties par millin et moins.
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L'expérience nc4riourc indiqua aussi que si l'on n'uti- lise pas de .1111 ni de désoxydant t.ll1,u4. ce qui cet le cas dans l'acier dit non caimé, le lingot est très poreux du fait que 14 réaction carbone-oxygène se poursuit pendant solidification de l'acier dans le
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mule, provoquant l'occlusion de Minuscules bullus du gaz. Ce lidtil cons- thurdt un acier de .on8truct1on nediocro, 4tant donné que ses propriété f)6cant<tuc)t ne seraient pas aCres. Dans la labrication des alliage* suivant l'invention, on 4l1r1in l'oxygène avant .o11irlcatlon du rigtal et l'on obtient toujours un lingot sain, .0Ute. coqlbtencnt dttoxytié.
Bien qu'on ait tenté d'expliquer le* propriété* inha bituelles et l'uniformité de leecier cl1od, not4urwnt as rksiticnce supérieure sur barreau entaillé comme résultant de divers facteurs indiqua! , on conçoit que ces explications sont déduite* d'essais expérimentaux et
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comparatifs et que l'intrSt et les avantages ..'0 l'invuation ne dépendent on tien d'aucune théorh. acl\'ntif11u,' particuliers.
Dans le t1onaln., th±*- r1u. et ü titre également non limitatifs on notera encore que la coabi- Miton d'une iaibiu teneur en inclusions non 't411!uel et d'une faible est: 0 teneur en gaz/peut tru indicatrice J'une réduction do la d4foruattCln du r4.Q.u résultant dit la présence dans la cellule unltalm d'atones intera- ticfels, de sorto qu'on obtient une structure dans laquelle les caractérisé- tiques mécaniques de résilience ot dû ténacité de l'alliage cent plus voi- sinos des valeurs thdoriques. Toutefois, le point. triportant cet que les avantages pratiquas décrits soient bien démontrés, quelle que soit leur origine.
Un autre avantage des articles on l'acier anélicré résidu dans leur aptitude supérieure au soudage} on pense que des opérations telles que soudage à l'arc sous gaz inerte avec électrode en tungstène ou
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avec électrodes rétalliquos sont favorisées par la haute propreté *t par
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te faillie toneur en tnpurotd# du o4t t.
Cour obtenir au plu# haut d Q 4 les avantages offert# par ces al111101, on pause a l'hour. actuelle qu'Ll faut ta* in t ni la een(!Mi* tien dont let :.l'''t.JI rrUért1o. 8(lpfOk1r)lttV"'''' définies par la tabi(bau 111 ei*'<tea)tomt (lut iwri>r#t Indiquant des pourcentages on poids, *tuf lorsqu'un opdcttiw qu'il *'agit do parti.. par litttion (pfM )< TsU ? y 111.
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C Cr Si Mo Mn Si. Cb P a 02 m2 Na Min 0,20 1,50 2,65 0,80 nul nul 0,04 nul nul nul nul QUI Max 0,30 1,70 3,25 1,00 t),Îp 0,02 U.09 C601 ,0<!t 15ppn ippn 3oppu
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1& 4lff runcu dm le CPt'I.1ttI.H) dltlli4se étant dans toM le et)' eu tif. à teneur en carbone 4*unvîron 0,20 à 0,30 % est octuelloignt prdfâr4 i tant eu-delà quâ l'lntér1Uf de* outras ptuinox générale indiquée$ dont le 6aM!.p u 1. Du xyréfrn, aussi, le r.14a.,...na.. n'est prArunt qu'à raisou 4*M<te (iuaticité (souvent non xutsriauxa & 0,0*0,t! ) pfepm R fluor le :tI'.1'rl! présent tant (on1ot.:t une 'Iuant1t. appréciable d'lnc\ul1onl décala* ô, e'ast-r3ir de particules do iulfuro.
I<'aMly pourra parfois iruHql,hJI' le pd,.:ucc d'l1uniniun en q\Untith axtr3sent faiblet, par uC"1plc inférieure!* à 0,01 -, cab cc. tenuurs peuvent tu çcrnMidbrdaa coniw 8Ondble:nt nulles, étant donnée la nature de cet élément, tour décrire plus précisénunt le:* éprouvettes an alliages qu'on a fabriqué* ut essayeus suivant l'invention, on indiquera qu'elle* contcnaiynt 0,10 A 0,m du :xsz;snèso, 1,40 A 1,65? do sh*ax, 2,7S & 3,25", do nickel, O,±0 1 1,'L'" d rolyblln.:, 0,03 z O,07'Wu coliun, pas plus da 0,051 do silctun, pas d'aluminitxi et des quantités extt&>.,nt faibles de ?h08vhor, da soufre, d'oxyaino, d'hyironta et d'azote, la tunaeur en ce dernier étant <s<lu ou très intérieure au uaxinun indiqué 4*ao le tableau 1 ct-dvsevo et, dans 14 n.jor1t <! cas, OOI:1>r18. dans les (t<MHM< Indi- %%et* dans le tableau IIi.
On a prpar uno *dric do cet alliage* e teneur en C:4r"OQ4.1 allant =le bzz 1 0,32". On a obtenu dans ces produits, après
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traltenant thsruiqua convenable, comportent tue tronpo et un revenu 1. tÙ1p6uturu indiquée un vue du résultats dGsirda (le plua sauvant et du préférence supérieurs h 538"C) de bonnet caractéristiques do T48tst4mt ot de ténacité. On a 4ga1nt Élaboré des alliage , de composition ci* dessus, A teneur un carbone allant da 0,23 h O,2'. tur cas alliage*, on a constata une litiltu dedlacticitô tus o,2* dt.l1Qnnt p roan nt bien #up±riuura h 105 S/f.2, une réxixtarncu A la traction do l'ordre de 120 kl;/mri2, uno ductilité représentée par une réduction de section ou striction (f:lOY0nnc) du 7Q et un alloncaiont, sur une longueur égale au quadruple du diatôtre, d'environ 17,S un t)oyenn .
Dana ces essai#, on a travaillé l'ai Hal" pour !Otr1ltJf uua plaqua du 2S cu d"pducur qu'on 4 $*=te* à crtt- tommt thomiquc, puis z revunu 1\ 3bb'C. Los bprouvuttse ut tU"" étaient des 6pro\.lvcl:t. de traction à uxtréritte circulaire filetde, d'un diwtètre nominal da 6,4 ut obtenu par usinage b partir du ledit* plaqua. Des estats de réa1ltuncl! sur barreau Izod entaillé en V ont indiqud une absorption d'41uc:n.;1ùt cxprinle en kgn, de 11,34 A tL'C1MÍuturo asybianta, du 11,06 à -1e,'JC, de 10,50 z * 0"C, ';t! 7,:'{! a C4 C, de 5,12 à -107*C z de 3,04 a ..129 C.
On l'a dit, le processus cociplet d'élaboration d'aciar pour utilisation suivant l'invention effliorte avantagausaoent un trxittrwnt thumique (opdr4 habituollisiont après tout travail de déformation con.ld4- rable 1111ué par la fabrication), destiné à faire apparaîtra da la dureté ainsi que les caract4ristiques Mécaniques ddaix4as. En général, un traite- Dent indiqua ces stades du processus coryorta uno normalisation (nabi- tuel1')Cnt op6r<: après forg-juge et aussi, do pr<f4r nc , après lnin* chaud) et p4rticullèrcrnt (dans la plupart des cas) joc trompe bainitt- que suivie de rcfroidi6nt rapide z l'eau ou à l'huila et finaleneac un revenu (6galecyarrt essentiel dans la ra jorit4 des cas) opéré A t=gdr4ture convenable ut suivi de rMfroiditten.'nc A l'air jusqu'à t4ratur. arbianta.
La tO'l:1pi.!rature attuintu au cours de la trurspa bainîtîque, c'est-b-dire dans
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le u4td à refroidir brusqueront, est habituel lcnent couprite dan* la i0t! d'anvtron 816*C et plus oc on conçoit julb trba haut* t4r.tur.
(par ex"lu de 9M:*C), l'opération ritque d'avoir rextalne effet. tndio timbra ! 1 écaillage, &4ucht..nt ou analogue. Il est d4,Srablc d'ap- pliquer les tC'Ipt'4turo. da revenu supérieures, par 8XW4'1c de l'ordre de 53L.C au plus, bien qu'on puis* choisir e tt-ripératures en fonction de la résistance et autres ç.r.ct4rl.ttu1 Jéfir:rs ainsi que de la corvoii- tion chimique de l'alliage. ceci suivant des techniques bien connue* de l 'h(l(:J')/4 du l'tfe.
On le conçoit, la re{roid1')Qnt rapide ou trompe (opéré apr"ch.au!±4ge tc.t1a à tk;ttrt le carbone un solution) a*sur en servirai 1* développaient da nartengite dans l'acier faisant apparaître de la ttiittanee et <'<! la dureté, nais avec uns; ternianec la fragilité ce le revenu 1!JiH:'ll'1\.!! alors da la ténacité. En principe, la résistance o.!euuu't';t maximale aprâa revenu à tociperature relativetwnt basse, i-Ais une téractté raxi.:alu apparaît pour un revenu % plus hauta tu::'future.
Ainsi, le choix des conditions do traitèrent thorixique cet réni par le* principe elomi" que : par uxaapl0, on pourra supprirwr la normiitation si ses effets ne sont pas nécessaires; par contre, si on désiro une ten*cité portât à l'ex tr4m aux dépens de la résistance en vue d'une application particulibre, limitée, on conçoit que les seuls traitements pourront 3tre la noratUto" tion et la rovenu. î>ar excaple, en vue de diverses applications, une série d'opérations du trdtcnont tîiernlqut* partlculf.l.t'4)l.1ent désirable pour lus alliases suivant l'invention, après transformation par laiiinart du lingot
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on plaqua ou feuillu (et. formée éventuel) ost la suivante :
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a) nornn1haticm z une t\lt1puturc do '127 à 982*C, par exeriple ù raison d'une heure par 25 m d'épaisseur de la plaque, l'acier étant enduite riritrod h l'air à la température azbiantc.; b) trecapo bainitiqug entra n16 et $99*C ( tcr,,6nture sur*
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finance dans la plupart d cet), puis creope 11'u\I ou a l'huila Jusqu'à .1!"1bf!\lIt,. A JI tc)(r:4t\lfU les alliage A*ut carbone étant UW1'h à l'huilt; et ceux @ bris carbone à t'eau et
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c) rovanc 2 une t.'lIp4utuu choisie, do prUt1rc;nc tp<- rcsr. S33.C, .u1vl de fetrot(!1s51cnt 3 l'air jut<|u'A tcnr4raturo arJb1antQ.
On A porté dans i tabl* u IV c1-denou. ;ustr,s dDt'l91u particulUr 3'niling,. spéciaux chu-nu tuivent l'invention. Cf< alliages #ont 9,ndisrïdu.llunt désigné* par let nUfro..10 trdt8uent )()9, 493, 52f t't 515. flus parti.cul1h(.l.mt, on a préparé chacun des alliage* portant le nuraSro 309 et <.93 en partant de pouJro de fur 41cctrolytiquc a hautu pUr.t et an prévoyant doux fusions l\.\Cc{lu1vl!1I 'ou. vido avec électrode cottsonrviblc tell. que d{crito!!en détail ci-dutom à propos 4u t'roccsius /.
On a préparé JUs àll1agcl n'- S2 et 515 par le pro **ut C décrit iil-<l(.c us, en coenençant par une fusion au four électrique dans Us conditions rp4c! liéan, suivie d'une otticond- fution nous vida <Vt!C électrode consct:eble.
Dans ces cas, on n'a pas prévu de d<!g<it)tg<t entra la fusion au four ut la fusion tout vida et, en conséquence, on a prévu une double fusion sous vide avec électrode conaQt'X14ble . suivant le processus 1. décrit c!. daasua. Suivant tout ces processus. on a assura la <!6eoxyt'ation au carbone pendant fusion sous vide, on prévoyant un excès de carbone dans la proportion et du la manière exposées ci-dessus.
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Les quatre alliages considéras ont ICI coupositions chtni- que suivantes (la différence en fer); Table-ou IV 'pec
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nuage 00.2Z *z 1.17. ±..i e " ' ill l w2 309 0,25 0,01 0,006 0,005 (,,02 2,7 1,5 0,9 0,04 0,003 6 6 0,5 20
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<tb> 493 <SEP> 0,23 <SEP> 0,16 <SEP> 0,006 <SEP> 0,005 <SEP> 0,02 <SEP> 3,05 <SEP> 1,55 <SEP> 0,95 <SEP> 0,09 <SEP> 0,001 <SEP> 3 <SEP> 3
<tb>
<tb> 526 <SEP> 0,20 <SEP> 0,la <SEP> 0,005 <SEP> O,OOP <SEP> 0,02 <SEP> 3,15 <SEP> 1,62 <SEP> 0,90 <SEP> 0,04 <SEP> 0,002 <SEP> 10 <SEP> 0,3 <SEP> 3
<tb>
<tb> 515 <SEP> 0,26 <SEP> 0,17 <SEP> 0,005 <SEP> 0,009 <SEP> 0,02 <SEP> 3,08 <SEP> 1,7 <SEP> 0,94 <SEP> 0,04 <SEP> 0,008 <SEP> - <SEP> - <SEP> <
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Dans chaque ces, on a confond au lingot (ou lincots) résultant, par laninage,
la forme d'una plaqua qu'on a alors touiisa à traiteront thcm1r'u.:1 comportant une no"lisation à 934*C, un rafroicüiaorx:nt Jusqu'à t T,5<?r turo atibianta, une Crampe bainitique à 899*C avec ruttnicts- au-ent brux,uV ; !'4xu, puis un revenu. On utllh4 divtlrui cmipcratures
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de revenu, la tableau V ci-dessous indiquant les résultats obtenu* sur
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4iv(,roce prouv'cct en ica divers 4111.go., soumis chacun à l'un de ce* divers revenus; on pense que ce tableau suffit en soit a dônoncrar les ce* ractrbt1quu exceptionnelles obtenues. #
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'"'-"-.T ftJ.f: (!Jl1t." u1 'las * !.. i t* - .f:';L<,!:::-;1..r:."t.. z,-, r7 - . -- ; , . qF- --i *.,1:5.r', .>, de rupture B exprimiez en ?-!:f:/J!:'4":)2) .:r1 tr::nt Tcr.p-'rrsvJi'v : .ix -trictizn R5111"::7&c,,::
(k) sur barreau izcd
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' # '"'# '- ""# --.ntlll- -->r. 7 la tempéra- h -7!-."C -&4"C #¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯t'.tT& fjijt.
3-s ?7 t8 74 19 63 y . *#>'-, 05 le) 71 1-4,79 9.26 66 ! 1 î '-B Ï2,2é Tft 70 H , 3 A 5,12 ¯¯¯¯¯¯¯¯ 2i2 *:.'-<.-': t?->, >c "- 60 '7,6o 32 9.?> -'7 '.,'3 '.3 ?##- 55 5,53 593 D ,c:),i.6 1- 6& 12,58 53 538 n.,60 128,51 16 65 8,30 566 91' lll,08 19 72 14,52 12,30 515 2J4 1LO,Gi 11f..4 14 54 538 124,44 135*69 17 74
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<tb>
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Ce cabltu Indiqua 1m résultat% d'Ob#Ai da résilience sur barreau Ixod entaillé en V aux tcr>±raturet indiqu4a , oxrirt* (par eonvantion) en énergie (<!n kso) baorbwe pour troupro l',6t=rauvatte. t'ouf caractériser atuux encora les alliage suivant l'in- vention choisit à titre d'axenpla, la tableau VI ci-dastout indiqua les taux d'inclustons non satxlli.uas et les teneur un gas de certains de con alliage .
On a dctprntnd cet taux d'inclusions h l'aida du tableau Jorn- kontoret (a)(dwaignatfan it.S.T.Il. 45-4t,5) et loi teneurs un gaz par
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technique d'analyse par fusion tous vida.
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TtBt.L:.t! VI
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a B c fui 1 Ubs;. T11 T H T H i H 0 2(pum) K2 (ppn) Spa) 309 0 0 1,0 0 O,S 0 1.0 0 6 0,5 20 493 0 0 0 0 0 0 0,5 0 3 1 S 528 0 0 0 0 0 0 1,0 0,5 10 O.S 5
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Conta on le voit, eh<cuna da à valeurs \>0Tt6< dans cia tableau VI représente une ttmuur cxtr&rMnc faible en inclusion* indttt-
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rables ou un les divers gaz.
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D'une mniere générale, l'invention ;tamet. ûtatta±ndru les buta particuliers exposée dans l'introduction en eu yui concerne les 1;&LX g (la HoiU d'111ut1clté ( 0,2". d''''l1onw..'\t\t PQt'T1annt). do d,1ftaneu . à la traction (charge de rupture) ut du ductilité, ainsi u d'autres qualités do t4Mdté ,de .oud.bU1t6 ot arala{tu,:.
Wt a ficile-tient atteint ou i1p.." les valeur)) l1n:lt. tMxirMtlc< de résistance h Ix traction x,aciïfd4s (tant lo cas ou elles sont c1Q*ixabl4ai en fait on nuut considérer -juta l'obceft- tion Au valeur 4c;suri u* de tianllrc analogue) cte Hnttu d'Hutidt4 'tale. z au 1'\01ns 9P !q;/rïT2 ou plue et de rzeietancex-liritco à la traction <5Ralot z au noln. 109 kg/s.sx2 ou plus peuvent Stre condl\4rhll C3ú reprénontant 1'4vontago part 1 cul ièrl-t tcnt inportant résultant du mode do 1:
1110 on oeuvre préféré, dans un acier c'.a cotte nature, du liroctn14 suri- vant l'invention* Bien entendu, corz>., titSjà lmliqu-1, on pourra parfois
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tolérer pour une ou plusieurs des caractéristiques des voleur* u&- -., inC4- ricures aux Gaines largos syCcifiëaa en sx311crant de nani6r exceptionnel- le d'autres de ces caractéristiques, un nouvel cxenple 4tant les cas par- ticuliers où l'on peut: colorer une (uct111t6 tal4tivemnt faible.
Biun cncenlu, l'invention n'ut pas Utt1t40 aux cotipooîtions et aux mdes do niac en oeuvre particuliers qu'on à dcr1t1 A titrii ""C1lt11""1- plue et qui n'ont aucun caractère limitatif.