"Acier à propriétés améliorées et son procédé d'obtention".
La présente invention se rapporte à un acier à propriétés améliorées et à son procédé d'obtention.
Les aciers de construction du type usuel possèdent, comme on le sait, une structure ferrite - perlite obtenue par une opération de laminage conventionnelle, suivie d'un refroidissement naturel jusqu'à l'ambiance.
Les propriétés mécaniques que présentent ces aciers dépendent de façon non négligeable de leur géométrie , c'est-à-dire des dimensions et formes de leur section droite. On a notamment remarqué que pour des laminés produits à partir de ces aciers usuels, plus leur épaisseur augmente, plus difficile est-il d'obtenir à la fois une résistance et une résilience élevées. Toutes autres conditions équivalentes, les mêmes inconvénients subsistent lorsque ces aciers contiennent de faibles quantités de niobium.
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plusieurs , à l'un ou l'autre titre,se sont révélés inadéquats parce que présentant des inconvénients propres souvent Inacceptables.
Parmi les améliorations proposées, on peut citer :
- le fait de soumettre à un refroidissement accéléré les produits laminés, dès leur sortie du laminoir. Cette méthode, qui n'est encore appliquée qu'aux tôles et aux ronds, permet d'obtenir des aciers dont les propriétés sont améliorées. Elle exige toutefois la présence d'un refroidissoir, avec tout
son équipement, investissement assez onéreux.
- le laminage contrôlé, qui vise à induire dans l'austénite des cycles écrouissage recristallisation lui assurant finalement une microstructure très fine au moment de sa décomposition et comporte habituellement de fortes réductions à basse température. Ce procédé, inapplicable aux tôles de forte épaisseur ou aux profilés, nécessite certaines périodes d'attente entre deux séquences de déformation; il diminue donc la cadence de production.
Les passes de réduction imposées à basse température provoquent en outre des efforts particulièrement importants dans les cages de laminoir et favorisent l'usure prématurée des cylindres.
- le fait de conférer aux aciers une structure bainitique, et donc différente de celle ferrito-perlitique des aciers usuels , par exemple par un refroidissement accéléré exécuté sur des aciers auxquels on a incorporé des éléments particuliers tels que le molybdène et le bore. Une telle solution est coûteuse, eu égard spécialement à la présence du molybdène.
- la trempe martensitique suivie d'un revenu, appliquée aux aciers sortant du laminoir. Cette pratique nécessite un recuit après la trempe.
La présente invention a pour objet de révéler la composition d'un acier qui, soumis à un laminage conventionnel, présente des propriétés mécaniques améliorées, spécialement en ce qui concerne sa limite élastique et sa résilience.
Avant de le définir de façon plus précise, on va expliciter plus longuement ses propriétés, ainsi que son mode de fabrication.
Cet acier présente les qualités améliorées indiquées, c'est-à-dire une limite élastique pouvant atteindre 450 N/mm et une résilience supérieure
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chimique comparable. Ses qualités le rendent apte à être utilisé pour la fabrication de structures soudées, telles que par exemple des pipe-lines, même dans les régions arctiques.
Les propriétés que présente cet acier sont dues à la combinaison
de deux facteurs, à savoir un facteur de composition et un facteur de processus de fabrication.
Le facteur de composition consiste dans le fait que l'acier faisant l'objet de la demande contient en proportions bien définies, du niobium et du bore.
Le facteur de processus de fabrication consiste 3 soumettre l'acier
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particulière , qui sera précisée plus loin.
La présence simultanée de bore et de niobium conduit dans l'acier considéré à l'apparition d'une ferrite aciculaire, responsable des hautes valeurs de résistance à la traction observées. Suivant l'invention, il convient toutefois
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présence de niobium, lequel permet d'obtenir et de maintenir la dite structure par refroidissement naturel après le laminage chaud.
Il a été constaté que les bonnes propriétés présentées par l'acier considéré se maintiennent pour une teneur en carbone variant dans de larges
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du produit risque de diminuer. Du côté des basses teneurs en carbone, il faut respecter une valeur minima, par exemple 0, 005 %, afin de disposer du minimum de carbone nécessaire pour former les carbures de niobium donnant lieu à un durcissement par précipitation, et favorisant le contrôle de la taille des grains austénitiques au cours du laminage à chaud. Moyennant le respect de ces conditions, l'acier décrit ci-dessus présente une limite élastique proche de 440 N/ mm <2> et une résilience supérieure à 45 J/cm <2> à - 70[deg.]C.
A titre indicatif, les autres éléments , tels que Si, Mn, P, S, sont contenus dans l'acier de l'invention aux teneurs usuelles rencontrées dans les aciers de construction courants.
La micrographie donnée ci-jointe montre comment se présente la structure de ferrite aciculaire d'un acier conforme à celui de l'invention.
Le facteur de processus, dont il a été fait mention plus haut, a
pour but d'obtenir la plus grande finesse structurale possible, responsable de
la résistance de l'acier à la rupture fragile.
X
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la présence des carbures ou borures de niobium non dissous, dès avant le début du laminage et au cours de celui-ci, car ces carbures ou borures ont une influence marquée sur les grains austénitiques et sur l'état de cette austénite (écrouie ou partiellement recristallisée au moment de sa transformation).
En pratique, cette maîtrise est obtenue en soumettant l'acier avant son laminage à chaud à une opération de réchauffage à une température qualifiée
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des grains austénitiques recristallisés après les premières passes de déformation imposées à très haute température.
b. d'empêcher la recristallisation de l'austénite après les dernières passes,
exécutées à basse température, grâce au ralentissement que provoquent sur cette recristallisation les précipités de niobium préexistants ou apparus à la faveur des déformations. On obtient ainsi une structure très fine jusqu'au moment de la décomposition de l'austénite, ce qui se traduit par l'apparition d'une ferrite aciculaire également très fine.
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élastique très élevée et une excellente résistance à la rupture fragile.
L'exemple numérique donné ci-après permettra de se rendre compte de façon plus nette des améliorations présentées par l'acier dans cette invention, en ce qui concerne la limite élastique et la résilience.
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(en%).
TABLEAU 1
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Ces deux aciers de composition A et B ont été chacun soumis à une opération de laminage suivant les quatre variantes ci-après (cfr. tableau II), laminage suivi d'un refroidissement naturel à l'air calme.
TABLEAU II
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A la suite de ces opérations de laminage, on a effectué sur les échantillons des aciers A et B un certain nombre de mesures, dont les résultats furent les suivants (cfr. tableau III).
TABLEAU III
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Dans ce tableau :
Re = limite élastique ;
Rm = charge de rupture ;
A = allongement à la rupture ;
Tk 50 % = température à 50 % de cristallinité dans la section de rupture ;
Tk5 = température correspondant à une résilience de 5 kgm/cm<2> (49 J/cm<2>).
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ou 196 J/cm .
Il apparaft à l'examen de ces résultats que les meilleures valeurs mesurées pour la limite élastique et la résilience correspondent chaque fois au laminage type IV, qu'il soit effectué sur l'échantillon A ou B.
Un autre exemple montre, également que pour des aciers ayant une composition de base pratiquement identique et soumis à une opération de laminage, l'influence de la présence simultanée du bore et du niobium conduit à l'obtention de propriétés mécaniques nettement améliorées.
Suivant cet exemple, trois aciers, C, D, E, sont soumis à une même opération de laminage, dont les caractéristiques sont les suivantes (cfr. tableau IV).
TABLEAU IV
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Le tableau V ci-après donne, d'une part la composition des trois aciers C, D, E, et d'autre part les propriétés mécaniques de traction relevées sur éprouvettes (ép. = 12 mm) de ces aciers après le laminage dont les caractéristiques ont été indiquées au tableau IV.
TABLEAU V.
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Il ressort de ce tableau que la présence simultanée du bore et du niobium dans l'échantillon C conduit à une limite élastique nettement supérieure à celle des échantillons D et E. La présence de 0, 5 % Ni dans l'échantillon D ne suffit
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Il ressort également de ce tableau que, bien que les aciers C, D, E n'aient pas subi de laminage conforme à celui recommandé selon la demande, les propriétés de résistance à la traction de l'acier C contenant du bore et du niobium restent excellentes et ne sont pas influencées par l'épaisseur du produit laminés ceci constitue un net avantage par rapport à ce qui se passe pour les aciers courants.
Il n'est pas inutile de rappeler ici que la limite élastique de l'acier faisant l'objet de la demande n'est pas affectée par une variation importante et notamment une diminution importante de sa teneur en carbone. Ses propriétés de traction.sont pratiquement indépendantes de son épaisseur, ainsi qu'il ressort
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Ayant ainsi décrit plus longuement les propriétés de l'acier ci-dessus ainsi que son mode de fabrication, on va maintenant le définir de façon plus précise.
L'acier faisant l'objet de la présente invention est essentiellement caractérisé en ce que sa composition centésimale vérifie les relations ci-après :
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Suivant l'invention, le procédé qui permet de conférer à l'acier ci-dessus les propriétés annoncées en matière de limite élastique et de résilience est essentiellement caractérisé en ce que, avant de soumettre le dit acier à une opération de laminage à chaud, on le réchauffe à une température modérée, c'est-à-dire inférieure à 1150[deg.]C et supérieure à 1080[deg.]C, en ce qu'on soumet ensuite cet acier à une opération de laminage à chaud, dont la température de sortie est inférieure à 850[deg.]C et ensuite à un refroidissement naturel dans l'air calme.
Obtenu de cette façon, l'acier de l'invention présente les avantages suivants :
- faible coût, car il n'y a pas d'addition coûteuse ;
- bonne soudabilité sans précaution particulière;
- mise en oeuvre facile, puisque le laminage à chaud auquel il est soumis est du type classique, le refroidissement subséquent naturel;
- excellentes propriétés mécaniques, stables vis-à-vis des variations de la teneur en carbone et de l'épaisseur du produit.