CH645672A5 - PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF STEEL LAMINATES HAVING GOOD WELDABILITY, A HIGH ELASTICITY LIMIT AND RESILIENCE AT VERY LOW TEMPERATURES. - Google Patents
PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF STEEL LAMINATES HAVING GOOD WELDABILITY, A HIGH ELASTICITY LIMIT AND RESILIENCE AT VERY LOW TEMPERATURES. Download PDFInfo
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Description
La présente invention concerne un procédé de fabrication de laminés en acier, notamment de ronds à béton, présentant une bonne soudabilité, une haute limite d'élasticité, ainsi qu'une résilience à très basses températures. The present invention relates to a process for manufacturing rolled steel, in particular concrete reinforcing bars, having good weldability, a high yield strength, as well as resilience at very low temperatures.
Les ronds à béton de fabrication courante, avec une limite d'élasticité supérieure de 400 N/mm2, présentent une très faible ténacité. Ainsi, leur température de transition pour l'essai de résilience Charpy V à 35 J/cm2 est de l'ordre de +20°C. Ces produits n'offrent donc qu'une faible résistance à la rupture fragile à basses températures. Concrete rods of common manufacture, with an upper yield strength of 400 N / mm2, have very low toughness. Thus, their transition temperature for the Charpy V impact test at 35 J / cm2 is of the order of + 20 ° C. These products therefore offer only a weak brittle breaking strength at low temperatures.
La spécification consistant en une résilience Charpy V à 35 J/cm2 et à des températures de l'ordre de — 196°C n'était pas requise dans le passé, en rapport avec des laminés en acier comme les ronds à béton. Or, l'évolution récente de la technologie de fabrication et surtout du stockage de gaz liquéfiés a conduit à la nécessité de disposer de laminés en acier résistant au froid intense. Ainsi, il est prévu, pour des raisons de sécurité, de munir les réservoirs de stockage de gaz liquéfiés d'une enveloppe en béton armé en analogie aux mesures de sécurité appliquées dans le domaine des réacteurs nucléaires. The specification consisting of Charpy V resilience at 35 J / cm2 and at temperatures of the order of - 196 ° C was not required in the past, in relation to rolled steel such as concrete reinforcing bars. However, recent developments in manufacturing technology and especially in the storage of liquefied gases have led to the need for steel rolls resistant to intense cold. Thus, it is planned, for safety reasons, to provide the liquefied gas storage tanks with a reinforced concrete envelope in analogy to the safety measures applied in the field of nuclear reactors.
Les ronds à béton prévus pour constituer l'armature d'enveloppes de réservoirs à gaz liquéfiés qui se trouvent à des températures de —50 à — 196°C doivent présenter, en plus d'une résilience adéquate à cœur, une soudabilité satisfaisante, ce qui implique des teneurs en carbone inférieures à 0,2% Or, les ronds crénelés connus qui présentent 0,16-0,2% C sont fabriqués par torsadage à froid, ce qui leur confère une limite d'élasticité satisfaisante mais ce qui entraîne, d'autre part, une ténacité faible, surtout à basses températures. The reinforcing bars intended to constitute the reinforcement of envelopes of liquefied gas tanks which are at temperatures of -50 to - 196 ° C must present, in addition to an adequate resilience at heart, a satisfactory weldability, this which implies carbon contents of less than 0.2% Gold, the known crenellated rounds which have 0.16-0.2% C are produced by cold twisting, which gives them a satisfactory elastic limit but which results in , on the other hand, low toughness, especially at low temperatures.
On a donc essayé par exemple de combiner, lors de la fabrication de ronds à béton, une limitation de la teneur en carbone à 0,20% avec un traitement comprenant un refroidissement intense de surface à la sortie du laminoir, ainsi qu'un autorevenu, ce qui a permis d'obtenir des ronds à béton soudables et tenaces. De tels crénelés peuvent arriver à des températures de transition Charpy V à 35 J/ cm2 de l'ordre de — 50° C. We therefore tried for example to combine, during the production of concrete reinforcing bars, a limitation of the carbon content to 0.20% with a treatment comprising an intense surface cooling at the exit of the rolling mill, as well as a self-coming , which made it possible to obtain sturdy and sturdy concrete rods. Such crenellations can arrive at Charpy V transition temperatures at 35 J / cm2 of the order of - 50 ° C.
Par ailleurs, on a constaté qu'un rond à béton fabriqué à partir d'un acier à 9% Ni, ayant subi une double normalisation suivie d'un revenu, ou bien une trempe suivie d'un revenu, présente une résilience Charpy V à 35 J/cm2 minimale à — 196°C. Furthermore, it has been found that a concrete reinforcing rod made from a 9% Ni steel, having undergone a double normalization followed by tempering, or else a quenching followed by tempering, has a Charpy V resilience. at 35 J / cm2 minimum at - 196 ° C.
Le but de l'invention consiste donc à proposer un procédé de fabrication de laminés répondant aux critères susmentionnés, de préférence à partir d'un acier contenant un minimum d'éléments d'alliage coûteux, réduisant ainsi le prix de revient des laminés produits. Ce but est atteint par le procédé suivant l'invention, procédé qui est caractérisé en ce que l'on utilise un acier titrant, d'une part, au maximum 0,16% C, 2,0% Mn et, d'autre part, 0,03% Al au minimum, qui subit un traitement thermique particulier pour obtenir un grain très fin, traitement thermique qui consiste à réchauffer les laminés en deuxième chaude jusqu'à température d'austénitisation, à les maintenir à ladite température pendant un temps suffisamment court pour empêcher le grossissement du grain et à procéder à un refroidissement énergique en surface. The object of the invention therefore consists in proposing a process for the manufacture of laminates meeting the above-mentioned criteria, preferably from a steel containing a minimum of costly alloying elements, thus reducing the cost price of the laminates produced. This object is achieved by the process according to the invention, a process which is characterized in that a steel is used titrating, on the one hand, at most 0.16% C, 2.0% Mn and, on the other hand share, minimum 0.03% Al, which undergoes a particular heat treatment to obtain a very fine grain, heat treatment which consists in reheating the laminates in the second heat to austenitization temperature, in maintaining them at said temperature for a short enough to prevent grain build-up and to vigorously cool the surface.
Les barres sont ainsi réchauffées en deuxième chaude jusqu'à la température d'austénitisation, et cela garantit une vitesse de réchauffage suffisante pour obtenir un nombre élevé de germes, en vue d'un affinage du grain. The bars are thus reheated in the second heat to the austenitization temperature, and this guarantees a sufficient reheating speed to obtain a high number of germs, with a view to refining the grain.
D'autre part, le temps de maintien à la température d'austénitisation est très court, ce qui évite une réduction du nombre des germes et un grossissement du grain. On the other hand, the time to maintain the austenitization temperature is very short, which avoids a reduction in the number of germs and a magnification of the grain.
L'acier subit ensuite un refroidissement énergique en surface de façon à obtenir, à cœur du produit, une structure en ferrite et perlite à grain très fin. The steel is then subjected to vigorous surface cooling so as to obtain, at the heart of the product, a very fine-grained ferrite and perlite structure.
La chaleur conservée à cœur du produit est suffisante pour réchauffer, après le refroidissement précité, la zone superficielle trempée par suite du refroidissement énergique de façon à lui conférer un revenu et à former de la martensite revenue. The heat retained at the heart of the product is sufficient to reheat, after the abovementioned cooling, the surface area quenched as a result of the vigorous cooling so as to give it an income and to form returned martensite.
Le refroidissement rapide de la barre après le traitement précité permet, d'autre part, d'éviter à cœur une recristallisation des grains. The rapid cooling of the bar after the aforementioned treatment also makes it possible to avoid recrystallization of the grains at heart.
Le but du traitement thermique faisant l'objet de cette invention est l'obtention d'un grain extrêmement fin pour garantir une haute limite d'élasticité et une bonne résilience à très basses températures. The purpose of the heat treatment which is the subject of this invention is to obtain an extremely fine grain to guarantee a high elastic limit and good resilience at very low temperatures.
Vu qu'un grain très fin est recherché, il est préférable d'utiliser un acier qui, à l'état brut de laminage, présente déjà une structure à grain fin. Since a very fine grain is desired, it is preferable to use a steel which, in the raw rolling state, already has a fine grain structure.
Un traitement thermique suivant l'invention est réalisable en mettant par exemple en continu une installation de réchauffage rapide 1 par induction, suivie d'une rampe de refroidissement 2 (voir figure unique). Il est également possible de faire consécutivement plusieurs cycles thermiques de ce genre. A heat treatment according to the invention can be carried out by, for example, continuously installing a rapid reheating installation 1 by induction, followed by a cooling ramp 2 (see single figure). It is also possible to carry out several thermal cycles of this kind consecutively.
L'idée qui est à la base du présent procédé consiste donc à combiner les effets bénéfiques réalisables séparément grâce au choix judicieux des éléments chimiques incorporés en des teneurs déterminées à l'acier avec les effets d'un traitement thermique particulier. The idea which is the basis of the present process therefore consists in combining the beneficial effects achievable separately thanks to the judicious choice of the chemical elements incorporated in determined contents in the steel with the effects of a particular heat treatment.
Il importe de souligner que le traitement thermique particulier vise l'obtention d'une structure à grain extrêmement fin à cœur du produit, étant donné que la résilience à très basses températures doit être garantie à cœur du produit. It is important to emphasize that the specific heat treatment aims to obtain an extremely fine grain structure at the heart of the product, since the resilience at very low temperatures must be guaranteed at the heart of the product.
La composition chimique de l'acier utilisé est choisie suivant les expériences recueillies au cours de nombreux essais qui ont révélé que la teneur en carbone sera d'autant plus basse que l'on vise une température de transition plus basse. On limite, par exemple, le carbone préférentiellement à 0,08% au maximum pour une température de transition Charpy V à 35 J/cm2 à — 140°C. The chemical composition of the steel used is chosen according to the experiences collected during numerous tests which have revealed that the carbon content will be lower the lower the transition temperature. For example, the carbon is preferably limited to a maximum of 0.08% for a Charpy V transition temperature at 35 J / cm 2 at −140 ° C.
Une teneur en manganèse de l'ordre de 1,7% confère la résistance voulue à l'acier, tout en améliorant sa ténacité, tandis que 0,3% de silicium est ajouté pour renforcer la résistance. A manganese content of the order of 1.7% gives the desired resistance to the steel, while improving its toughness, while 0.3% of silicon is added to reinforce the resistance.
On calme l'acier grain fin à l'aluminium pour améliorer la soudabilité et diminuer considérablement la tendance au vieillissement. L'affinage du grain relève par ailleurs la limite d'élasticité, ainsi que la ténacité. Fine grain steel is calmed down to aluminum to improve weldability and considerably reduce the tendency to age. The refining of the grain also raises the elastic limit, as well as the toughness.
Le niobium et/ou le vanadium peuvent éventuellement être ajoutés pour garantir une limite d'élasticité élevée, surtout en cas de gros diamètres. Niobium and / or vanadium can optionally be added to guarantee a high elastic limit, especially in the case of large diameters.
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
-45 -45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3
645 672 645,672
Le nickel est ajouté pour garantir des températures de transition inférieures à — 14t)°C. Pour une résilience Charpy V à 35 J/cm2 à — 196°C, la teneur en nickel est comprise entre 5 et 10%. Nickel is added to guarantee transition temperatures below - 14t) ° C. For Charpy V resilience at 35 J / cm2 at - 196 ° C, the nickel content is between 5 and 10%.
Le produit est soumis, après laminage, à un traitement thermique particulier ayant pour but l'affinage du grain. s The product is subjected, after rolling, to a particular heat treatment with the aim of refining the grain. s
Le traitement de refroidissement à la sortie du laminoir consiste en un refroidissement énergique de la surface du produit. The cooling treatment at the outlet of the rolling mill consists of vigorous cooling of the surface of the product.
Les avantages du procédé suivant l'invention résultent de manière claire des six expériences décrites par la suite. The advantages of the process according to the invention result clearly from the six experiments described below.
1) Un acier naturellement dur pour ronds à béton (C = 0,35% io environ) mena à des caractéristiques de traction satisfaisantes, dont notamment une limite d'élasticité dépassant 400 MPa. 1) A naturally hard steel for concrete reinforcing bars (C = 0.35% io approximately) led to satisfactory tensile characteristics, including in particular an elastic limit exceeding 400 MPa.
Cependant, la température de transition pour l'essai Charpy V à un niveau d'énergie de 35 J/cm2 était de +20°C. Cet acier ne présenta aucune ténacité à basse température. Sa soudabilité fut mèdio- 15 ere. However, the transition temperature for the Charpy V test at an energy level of 35 J / cm2 was + 20 ° C. This steel exhibited no toughness at low temperatures. Its weldability was mediocre.
2) Un acier à teneur en carbone limitée à 0,18%, qui subit le traitement suivant l'invention, offrit également des caractéristiques de traction satisfaisantes. Une nette amélioration par rapport à l'exemple 1 fut constatée du point de vue de l'allongement et notam- 2o ment de la température de transition, qui descendit à — 65° C. 2) A steel with a carbon content limited to 0.18%, which undergoes the treatment according to the invention, also offered satisfactory tensile characteristics. A clear improvement compared to Example 1 was noted from the point of view of the elongation and in particular of the transition temperature, which fell to -65 ° C.
L'acier se révéla soudable. The steel turned out to be weldable.
3) La mise en œuvre d'un acier accusant la composition chimique déterminée sus-indiquée, mais sans application du traitement suivant l'invention, mena à des caractéristiques mécaniques insuffisantes du point de vue limite d'élasticité et résistance. L'allongement fut élevé. La température de transition, même sans traitement, se situe cependant déjà au même niveau que celle de l'exemple 2, où le traitement suivant l'invention a été appliqué. 3) The implementation of a steel showing the determined chemical composition indicated above, but without application of the treatment according to the invention, led to mechanical characteristics which are insufficient from the point of view of elasticity and resistance limit. The aspect ratio was high. The transition temperature, even without treatment, is however already at the same level as that of Example 2, where the treatment according to the invention was applied.
4) La combinaison de la composition chimique et du traitement thermique suivant l'invention permirent d'arriver à une double amélioration, à savoir: 4) The combination of the chemical composition and the heat treatment according to the invention made it possible to achieve a double improvement, namely:
— des caractéristiques mécaniques satisfaisantes et un allongement élevé, - satisfactory mechanical characteristics and high elongation,
— une température de transition descendant à une température très basse (—140°C) - a transition temperature falling to a very low temperature (—140 ° C)
5) Un acier à 9% Ni, à l'état de laminage à chaud, réalise une température de transition Charpy V à 35 J/cm2 à — 50°C. 5) A 9% Ni steel, in the hot rolling state, achieves a Charpy V transition temperature at 35 J / cm2 at - 50 ° C.
6) Le même acier à 9% Ni, dont la résilience à — 196°C n'est normalement réalisable qu'à l'aide d'un traitement thermique onéreux (double normalisation + revenu ou trempe + revenu), permit d'arriver à une température de transition de — 196°C lorsqu'on appliqua le traitement thermique préconisé. 6) The same 9% Ni steel, whose resilience at -196 ° C is normally only achievable using an expensive heat treatment (double normalization + tempering or tempering + tempering), made it possible to arrive at a transition temperature of -196 ° C when the recommended heat treatment was applied.
Les six exemples sont repris dans le tableau de manière succincte. The six examples are summarized in the table.
N° exemple Example No.
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
Type d'acier Type of steel
C = 0,35% semi-calmé C = 0.35% semi-calmed
C = 0,18% semi-calmé C = 0.18% semi-calmed
C = 0,08% calmé C = 0.08% calmed
C = 0,08% calmé C = 0.08% calmed
9% Ni calmé 9% Neither calmed
9% Ni calmé 9% Neither calmed
Traitement thermique suivant l'invention non oui non oui non oui Heat treatment according to the invention no yes no yes no yes
Limite d'élasticité (MPa) Yield strength (MPa)
435 435
485 485
330 330
500 500
850 850
700 700
Résistance (MPa) Resistance (MPa)
640 640
580 580
510 510
590 590
980 980
920 920
Allongement 5 d (%) Elongation 5 d (%)
19 19
32 32
33 33
36 36
14 14
21 21
Température de transition (°C) Transition temperature (° C)
Résilience Resilience
Charpy V à 35 J/cm2 Charpy V at 35 J / cm2
+20 +20
-65 -65
-65 -65
-140 -140
-50 -50
-196 -196
Bien que la présente description soit axée sur la production de ronds à béton, le procédé suivant l'invention peut tout aussi bien être appliqué à d'autres aciers marchands tels que ronds lisses, plats, Although the present description is focused on the production of concrete reinforcing bars, the process according to the invention can just as easily be applied to other merchant steels such as smooth, flat,
carrés, cornières, aux profilés et aux tôles, du moment que l'on 45 désire combiner les propriétés de soudabilité, de haute limite élastique et de résilience à des températures très basses dans un même produit. squares, angles, profiles and sheets, as long as one wishes to combine the properties of weldability, high elastic limit and resilience at very low temperatures in the same product.
t t
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