LU82408A1 - Procede de fabrication de lamines en acier presentant une bonne soudabilite,une haute limite d'elasticite et une resilience a tres basses temperatures - Google Patents
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Description
N. A 610
Demande de brevet de ...................................................
Désignation de l’Inventeur
(1) Le soussigné Ren^ NEYEN, Administration Centrale de l'ARBED Case postale 1802, LUXEMBOURG
agissant en qualité d¥28ê$8ë96&— de mandataire du déposant — ^ ARBED S.A·
Avenue...de... la Liberté LUXEMBOURG
(3) de l’invention concernant : ........Pr.Qc.édâ...d&...f.abr.ic.atjLQiL..cÎe....l-amlnés....ea..acier...présentant une...............
bonne soudabilité, une haute limite d'élasticité et une .............................................................................
désigné comme inventeur(s) : i Mnrr, ot nrinnmC SCHUMMER Arthur î. Nom et prénoms ........................................................................................................................................................................
Adresse .......................8..ruedelaTuil ................................................
0 .. , J. de la HAMETTE
2. Nom et prénoms ........................................................................................................................................................................
Adresse ...He^ „ kI , r FRANTZ Armand 3. Nom et prénoms .......................................................................................................................................................................
Adresse .rue des Aubépines, LUXEMBOURG
li affirme la sincérité des indications susmentionnées et déclare en assumer l’entière responsabilité.
........Luxembou.r.g............................, le ...2.8....avril............................. 19.....8.Q.
René NEYEN (mandataire) (signature) A 680 26_ (1) Nom, prénoms, firme, adresse.
(2) Nom, prénoms et adresse du déposant.
ß A 610
DEMANDE UE BREVET
Déposant : ARBED S. A.
Avenue de la Liberté Luxembourg
Procédé de fabrication de laminés en acier présentant une bonne soudabilité, une haute limite d'élasticité et une résilience à très basses températures #·
Procédé de fabrication de laminés en acier présentant une b.onne soudabilitë, une haute limite d'élasticité et une résilience à très basses températures.__ 5
La présente invention concerne un procédé de fabrication de laminés en acier, notamment de’ronds à béton, présentant une bonne sou-dabilité, une haute limite d'élasticité, ainsi qu'une résilience ‘ à très basses températures.
• 10
Les ronds à béton de fabrication courante avec une limite d'élas- 2 ticité de l'ordre de 4oo N/mm présentent une très faible ténacité< Ainsi leur température de transition pour l'essai de résilience Charpy V à 35 J/cm^ est de l'ordre de + 2o °C. Ces produits 15 n'offrent donc qu'une faible résistance à la rupture fragile à basses températures.
_ 2
La spécification consistant en une résilience Charpy V à 35 J/cm et à des températures de l'ordre de - 196 °C n'était pas requise 20 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 lamines en acier résistant au froid intense. Ainsi il est prévu pour des raisons de sécurité de munir 25 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.
Les ronds à béton prévus pour constituer l'armature d'enveloppes 30 de réservoirs ä gaz liquéfiés qui se trouvent à des températures de - 5o °C à - 196 °C doivent présenter en plus d'une résilience adéquate a coeur du produit,une soudabilité satisfaisante, ce qui implique des teneurs en carbone inférieures ä o,2 %. Or, les ronds crénelés connus qui présentent o,16 - o,2 % C, sont fabriqués par 35 torsadage a froid, ce qui leur conféré une limite d'élasticité satisfaisante mais cc qui entraîne d'autre part une ténacité faible, surtout a de basses températures.
- 2 -
On a donc essayé p.ex. 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 en surface à la sortie du laminoir, ainsi qu'un autorevenu, ce 5 qui a permis d'obtenir des ronds à béton soudables et tenaces.
De tels crénelés peuvent arriver à des températures de trans-sition Cliarpy V-35 J/cm de l'ordre de -5°° C.
Par ailleurs, on a constaté qu'un rond à béton fabrique à par-10 tir d'un acier à 9% Ni, ayant subi une double normalisation suivie d'un revenu, ou bien une trempe suivie d'un revenu, pré-sente une résilience Charpy V-35 J/cm“ minimum à -196° C.
Le but de l'invention consiste à proposer un procédé de fabri-15 cation de laminés répondant aux critères préraentionnés tout en étant réalisable ex chaude de laminage, de préférence à partir d'un acier contenant un minimum d'éléments d'alliage coûteux, réduisant ainsi le prix de revient des laminés produits.
20 Ce but est atteint par le procédé suivant l'invention qui est caractérisé en ce que l'on met on oeuvre un acier contenant des teneurs déterminées en carbone (C), en manganèse (MN), en silicium (SI), en aluminium (AL) et en niobium (NB), que l'on lamine cet acier en veillant à ce que le taux de réduction total, 25 réalisé au cours des trois dernières passes, soit supérieur à 20% et que l'on règle les températures pour les opérations avanl (Tl) pendant (T2) et après (T3), le laminage du produit, présentant un diamètre (d), de manière à assurer que la limite d'élasticité (LE) et la résilience à -120° C (KCV), exprimées par 30 LE = 1035 + 510 C + 192 MN + 2.27 NB - 0.21T1 -0.42 T2 - 0.48T3 - 3.51D et
KCV = 2.2 - 2.07C + 23.20 MN - 2.07 NB - 0.77 Tl 35 - 1.24 T2 - 0.23 T3 - 1.98 D
atteignent des valeurs suffisamment élevées.
Μ
Il est bien entendu que les concentrations des différents éléments ajoutés, ainsi que les températures établies, ne varieront qu'endéans de certaines limites.
5 Ainsi 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 bass que l'on vise une température de transition plus basse.
10 On limite p.ex. le carbone préférentiellement à 0,08$ max.
pour une température de transition Charpy V-35 J/cm^ à -140° C.
Une teneur en manganèse de l'ordre de 1,7$ confère 1? résistance voulue à l'acier tout on améliorant sa ténacité, tan-15 dis que 0,3$ de silicium sont ajoutés pour renforcer la résistance.
On calme l'acier grain fin à l'aluminium pour améliorer la soudabilité et diminuer considérablement la tendance au vieil-20 lissement. L'affinage du grain relève par ailleurs la limite d'élasticité, ainsi que la ténacité.
Le H b et évtl. le. V et/ou Mo garantiront une limite élevée, surtout en cas de gros diamètres.
25
Suivant l'invention le produit est soumis à un cycle thermomécanique particulier au cours duquel on veille à ce que la température soit contrôlée pour toutes les opérations avant, pendant et après le laminage. En particulier pour les dernières 30 passes de laminage, le taux de réduction total obtenu au cours de ces passes doit être suffisamment élevé, de préférence supérieur a 20$.
Il importe de souligner que le cycle thermo-mécanique particu-35 lier qui fait partie du procédé suivant l'invention ^îse l'obtention d'une structure à grain extrêmement fin à coeur du produit étant donné que la résilience à très basses températures doit être garantie à coeur du produit laminé.
= _/ι_
Ainsi la température du four est judicieusement choisie de façon à éviter un grossissement du grain sur le demi-produit.
La température de début de laminage est située de sorte que 11 on obtient dès le début de laminage un affinage considérable 5 du grain et qu'on évite d'autre part une recristallisation trop importante.
Avant les trois dernières passes de laminage l'acier subit un refroidissement rapide dans une rampe de refroidissement jusqu'à 10 une température proche du point de transformation Ar-.
Le traitement de refroidissement à la sortie du laminoir consiste suivant l'invention en un refroidissement énergique du produit jusqu'à une température à coeur suffisamment basse, 15 encore pour éviter toute recristallisation.
L'idée qui est à la base de la présente invention consiste donc à combiner les effets bénéfiques réalisables séparément griice au choix judicieux des éléments chimiques incorporés en 20 des teneurs déterminées à l'acier avec les effets d'une interaction dirigée entre l'évolution de la température du produit en cours de fabrication et les taux de réduction appliqués lors du laminage.
25 Le résultat obtenu est caractérisé notamment par une grosseur de grain extrêmement fine du produit fini.
’ Pour arriver à des températures de transition inférieures à -ldü0 G, on peut suivant l'invention mettre en oeuvre un acier 30 qui présente des teneurs en nickel comprises entre 5 et 10$.
Un tel acier, laminé selon le procédé suivant l'invention, présente une résilience Charpy V-35 j/cm^ à -19(3° c.
Les avantages du procédé suivant l'invention résultent de 35 manière claire des six expériences décrites par la suite : " 5 - » 1. Un acier naturellement dur pour ronds à béton (C = 0,35% environ) mena à des caractéristiques de traction satisfaisantes, dont notamment une limite d'élasticité dépassant Ù00 MPa.
5
Cependant la température de transition pour l'essai Charpy V à un niveau d'énergie de 35 J/cm^ était de + 20° C. Cet ► acier ne présente aucune ténacité à basse température. Sa soudabilité fut médiocre.
. 10 2. Un acier à teneur en carbone limitée à 0,18%, qui subit le traitement suivant l'invention avant, pendant et après le laminage, offrit également des caractéristiques de traction satisfaisante. Une nette amélioration par rapport à l'exom-15 pie 1 fut constatée du point de vue allongement et notamment de la température de transition, qui descendit à -60° C. L'acier s'avéra être soudable.
3. La mise eu oeuvre d'un acier accusant la composition chi- 20 inique déterminée dans la présente demande, mais sans appli cation 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, meme sans traitement se situe ce- 25 pendant déjà au meme niveau que colle de l'exemple 2, où le traitement suivant l'invention a été appliqué avant, pendant et après le laminage.
ù. La combinaison de la composition chimique et des traitements 30 avant, pendant et après le laminage suivant l'invention per mirent d'arriver à une double amélioration, à savoir : - des caractéristiques mécaniques satisfaisantes et un allongement élevé, 35 - une température de transition descendant à une tempéra ture très basse (- 1Ù0° C).
5. Un acier à 9% Ni, à l'état do laminage à chaud réalise une température de transition Charpy V - 35 J/cm^ à - 50° 0,
L
- 6 - 6. Le meme 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 5 lorsqu'on appliqua le traitement préconisé avant, pendant et après le laminage.
Les 6 exemples sont repris dans le tableau 1 en annexe de maniera s'uccincte.
• 10
Pour le procédé suivant l'invention l'importance de la composition chimique de l'acier ainsi que celle du contrôle des températures lors des opérations de fabrication et du refroidissement rapide post-laminoir est mise en évidence par les six expériences 15 suivantes : 1. Un acier naturellement dur pour ronds a béton (C = o,35 % environ) traité suivant le procédé de l'invention est trempé à coeur. Cet acier présente une limite d'élasticité élevée, 20 mais les propriétés de ductilité sont très faibles.
1 Pour l'essai Charpy V, même à température ambiante le 2 niveau d'énergie ne dépasse pas 35 J/cm 25 2. La mise en oeuvre d'un acier accusant la composition chi mique déterminée dans la présente demande, mais sans application du traitement suivant l'invention conduit à des caractéristiques mécaniques insuffisantes du point de vue limite d'élasticité et résistance. La température de transition de 30 la résilience Charpy V se situe à - 6o °C.
3. Le meme acier laminé sans traitement tlicrmomécanique, mais avec un refoidissement post-laminoir présente une limite d'élasticité et une résistance nettement plus élevée que 35 pour l'exemple 2.La température de transition (- 75 °C) est également améliorée par rapport à l'exemple 2.
ς - 7 - 4. En introduisant dans le schéma de mise en oeuvre de l'exemple 3 encore un laminage thermomécanique, mais uniquement pour les dernières passes la limite d'élasticité et la résistance sont encore améliorées. Il en est de même pour la tempéra-• · , o 5 ture de transition (- loo C).
5. En effectuant un traitement thermo-mécanique .pour toutes les " opérations de laminage, mais sans refroidissement post-lami noir, la limite d'élasticité et la résistance sont abaissées v 10 par rapport aux exemples 3 et 4. La température de transition cependant est encore améliorée (- 115 °C) .
6. Les meilleurs résultats concernant les propriétés mécaniques de l'acier accusant la composition chimique déterminée dans la 15 présente demande sont obtenus par le traitement suivant l'in vention, avant, pendant et après le laminage, à savoir: - des caractéristiques mécaniques satisfaisantes et un allongement élevé.
^ - une température de transition de la résilience Charpy V
très basse.
Les G exemples sont montres au tableau 2 sous une forme succinte.
Bien que la presente description soit axee sur la production de ronds à béton, le procédé suivant l'invention peut tout aussi bien être appliqué h d'autres aciers nerobe.π ri s tel π que ronde lisse:·:, plots, carrés, cornières, aux profilés et aux tôles, du moment que l'on désire combiner les propriétés de soudabilité, 3o de haute limite d'élasticité et de résilience à températures très basses dans un même produit.
Claims (13)
1. Procédé de fabrication de laminés en acier, notamment· de ronds à béton, présentant une bonne soudabilité, une haute 5 limite d'élasticité, ainsi qu'une résilience à très basses températures, caractérisé en ce que l'on utilise un acier contenant des teneurs déterminées en carbone (U), en manganèse (WN), en silicium (Si), en aluminium (AL) et en niobium (NB), que l'on lamine cet acier en veillant à ce que le taux 10 de réduction total, réalisé au cours des trois dernières passes, soit supérieur à 2070 et que l'on règle les températures pour les opérations avant (ïl), pendant (T2) et après (T3) le laminage du produit, présentant un diamètre (D), de manière à assurer que la limite d'élasticité (LE) et la résilience à 15 -120° C (KCV), exprimées par LE = 1035 + 510 C + 192 MN + 2.27 NB - 0.21 Tl - 0.40 T2 - 0.48 T3 - 3.51 D et
20 KCV = 2.2 - 2.07 C + 23.20 MN - 2.07 NB - 0.77 Tl - 1.24 T2 - 0.23 T3 - 1.98 I) atteignent des valeurs suffisamment élevées.
2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'on 25 choisit une teneur en carbone d'autant plus basse que l'on vise une température de transition plus basse.
3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'oi * relève la limite d'élasticité de l'acier en opérant un calmage. 30 grain fin à l'aluminium à une teneur de 0,05/« au minimum.
4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 1'oi choisit une teneur en nickel d'autant plus haute que l'on vise une température de transition plus basse. *7 {- JJ
5. Procédé suivant les revendications 1-4, caractérisé en ce que l'on règle la température de début de laminage en créant dans le four une température contrôlée, inférieure à 1200° C. Μ _ ο _
6. Procédé suivant les revendications 1-5, caractérisé en ce que l’on procède avant les trois dernières passes de laminage à un refroidissement rapide de l'acier jusqu'à une température correspondant au point de transformation Ar3. 5
7. Procédé suivant les revendications 1-6, caractérisé en ce que l'on procède au terme du laminage à un refroidissement énergique de l'acier jusqu'à une température à coeur suffisamment basse pour éviter toute recristallisation. 10 ♦ « 5 TAU U·: Λ U I * r-Ί «3 '3 vO G -H ο ο oo LO 6-S r-l 3 rH <1- ι-l rH nj o r·· σι ON O | •H :s \<u ß ° È'S r-l 3 O O ON ^ (fl O ON t-l ιΟ ON O 3 CO O | t-H CO O \3 vfl· - 0 Ή O O O o O r-l 3 ON O- CO , cfl Ο 'd’ m r-) Il ü O >s co o \o ·> B
0 I-H 3 O O (O) o ro cfl o es o es co , Il O 3 CO LO o >? \3 G 00 r-l r—I 3 « Ο ·Η O O LO o cs ο I 3 r·' r- es vo •ho io η B I d) u w \<u £ LO tH en o3 C O O en Q r—I Λ Ü O LO f^CVl ο 1 ö sr vo •H -f* * N B <u O W va) a es ^"40 o e Ö ^ -H ·Η O 3. en ο Ό 4J > 3 MJ »H *H L*o '3 !> Fi jj O - en d) 3 f11 en rH Oolo H 1/3 3 3 3 co
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