Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~0531~7
La présente invention concerne un acier de
construction à soudabilité améliorée.
L'utilisation d'acier dans des environne-
ments sévères tels que les aciers pour application
navale utilis~s sur des navires, des methaniers ou des
5 brise-glaces par exemple, circulant en mer du nord ou
dans l'océan arctique, des plates-formes de foraye
pétrolifère ou les aciers utilis~s pour des réservoirs
de stock~ge de gaz liquéfiés, ~mpose le respect de
cahiers des charges très restrictifs.
1~i Outre leurs caract~ristiques de traction,
les nu~nc~s d'aciers pour constructions soudées
doivent satisfaire un niveau élevé de résistance à la
rupture fragile à basse te ~rature, cette temp~rature
étant fonction des conditions de sollicitation et de
la t- r,~rature de service de la tructure.
Il est connu d'utiliser un acier référencé
355 8MZ dans la classification europ~enn~ et dont la
composition pon~rale est la suivante :
- 0,11 % de carbone,
1,45 % de manganèse,
- 0,45 % de nickel,
- 0,40 ~ de silicium,
- 0,03 % de niobium,
- 0,05 % d'azote, le reste étant du fer.
Les caract~ristiques ~.c~nl ques garanties
par un tel acier sur une tôle de 50mm dl~pA ~sse~r sont
' les suivantes :
limite d'élasticité Re mini = 340 MPa
charge ~ la rupture Rm mini = 460 MPa
3~i allo~3f -nt ~(5,65 ~-S) A = 20~
~ r~sil 1ence à -40~C Kv = 50J (valeur ini -le)
'~; CTOD ~ - 10~C = 0,25 mm
:~ .
~ Le CTOD (Crack Tip Opening Displ~-.c ?nt)
~: :
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2053~
correspond à un essai normalisé de rupture (Norme BS
5762).
La Fig. 1 représente la température de
transition pour une énergie de resilience de 28 joules
en fonction du temps de refroidisce ~nt de 700~ à
300~C, pour un acier du type 355 EMZ.
On constate que pour avoir une énergie de
rupture supérieure à 28 J ~ - 40~C, il est n~eSs~ire
de souder avec une vitesse de refroi~i~~ t de 700~
à 300~C inférieur à 50s. Il faut donc souder lentement
lU ce qui signifie qu'il est ~cess~ire de faire
plus~eur~ p~sses avec une faible énergie de soudage.
La résistance à la fissuration à froid d'un
tel acier peut être appréciée à partir de la courbe
duret~-crit~re de refroidiss~ - t représentée à la
1 ' i Flg. 2-
On constate que dans le cas d'un soudage
n~ 191 par électrode, correspondant à un temps de
refroi~lsc- e t entre 700~ et 300~C d'environ lOs, la --
duret~ Vickers est supérieure à 350Hv5. Ceci
s'explique par le fait que la structure pr~sente de 80
à 100% de martensite.
Or, la martensite ~tant s~-nsl hle à l'hydro-
gène, une telle soudure présente une faible résitance
à la fissuration à froid.
5Par cons~quent, un tel acier connu, du type
355 EMZ pr~sente une mauvaise résilience pour de
fortes ~nersies de soudage, et n~c~ssite un pr~ch~l)f-
fage avant soudage pour éviter la fissuration à froid.
La présente invention a pour obJet un acier
soudabilité ~ 'liorée présentant une bonne
résilience pour les fortes énergies de soudage et ne
n~c~s~itant pas~de'pr~ch~uffage avant ~ou~ge.
La précente invention a donc pour objet un
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acier à soudabilit~ améliorée, caractérisé en ce qu'il
contient du silicium dans une proportion inf~rieure à
0,15% et du titane dans une proportion comprise entre
0,005 et 0,020%.
Selon une autre caracteristique, la ~
s$tion pondérale de l'acier à soudabilité ~ or~e
selon l'invention est la suivante :
- de 0,07 à 0,11% de carbone,
- de 1,40 à 1,70% de -ng~n~se,
- de 0~20 ~ 0,55% de nickel,
l~ - de 0 ~ 0,30% de cuivre,
- de 0 à 0,02~ de niobium,
- de 0,005 à 0,020~ de titane,
- de 0,002 à 0,006% d'azote,
- de 0 ~ 0,15% de silicium,
~5 le res~e étant du fer.
De preférence, la c~ _sition pon~rale de
l'acier à ~ou~bilité améliorée selon l'invention est
la suivante :
- 0,08~ de carbone,
- 1,50% de manganèse,
- 0,45~ de n1rkel,
- 0,20% de cuivre,
- 0,01~ de titane,
- 0,004~ d'azote,
~5 - 0,09~ de silicium,
le re~te étant du fer.
~: Un tel acier peut ~tre obtenu par exemple
par :
~:: - un r~ch~uffage ~ basse température entre
:~ ; la temp~rature de transformation ferrite-aust~nite AC3
et lI00~C,
~ un 1 r ~ nage entre 850~ et 720DC,
-~ - un refroi~1ss~ t accélér~ de 750~ à
~ . .
.
'
.
'~
::
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450~C entre 3 et 10~ par seco~e.
D'autres caracteristiques ~t avantages
apparaitront au cours de la description qui va suivre,
don~e uniquement ~ titre d~exemple, faite en
référence aux dessins ~nneY~S, dans lesquels :
- la Flg. 1 représente l'~volution de la
~ rature de transition pour une énergie de rupture
de 28 ~oules ( TK 28J) en fonctlon de la vitesse de
refroidissement de la soud~re pour un acier usuel 355
1 EMZ et pour l~acier ~ so~ h~ 1 i té amélior~e selon
l'invention,
- la Fig. 2 représente la courbe dureté-
critère de refroidissement pour un acier usuel 355 EMZ
et pour l'acier ~ soudabilite ~ or~e selon
l'invention.
- la Fig. 3 repr~sente l'influence de la
teneur en silicium, d'une part sur la t- r,~-rature de
transition ~ 28 Joules (TK 28J) et, d'autre part, sur
la fraction volumique d'austénite retenue ( ~ r~,
- la Fig. 4 repr~sente l'évolution de la
~ fraction volumique d'austéni~e retenue ( ~ r) en
fonction du critère de refroldiss~ ~nt et de la teneur
en s~l~c~um de l'acier.
La s~ ,~sition pondérale de l'acier
solld~h~lit~ am~lior~e selon l'invention est :
~ - de 0,07 ~ 0,11% de calbone,
: - de 1,40 ~ 1,70% de manganèse,
- de 0,20 ~ 0,55% de nickel,
; - de 0 à 0,30% de cuivre,
- de 0 ~ 0,02% de niobium
~ - de 0,005 à 0,020% de titane,
- - de 0,002 ~ 0,006% d'azote,
. - de 0 a 0,15~ de silicium,
le reste ~tant du fer.
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~31~
De préference, la composition pondérale de
l'acier à soudabilité améliQrée selon l'invention
comprend :
- 0,08~ de carbone,
- 1,50~ de ~g~nAse~
- 0,45~ de nickel,
- 0,20% de cuivre,
- 0,01~ de titane,
- 0,004% d'azote,
!j- O, 09% de silicium
le reste étant de fer.
Lorsqu'on l_ ~~~e la courbe ~...pélature de
transition à 28J en fonction de la vitesse de
refroidis~ t de la soudure de l~acier usuel 355 EMZ
et de l'acier à soudabilit~ am~liorée selon l'inven-
tion (Fig. 1), on constate que quelle soit l'énergie
de soudage, c'est à dire quelle que soit la vitesse de
: refroidissement de la soudure, la résilience de
l'acier selon l'invention est touiours garantie
~usqu'à 60~C.
Un tel acier a donc une bonne résilience
meme à forte énergie de soudage.
La courbe dureté-critère de refroidissement
représentée Fig. 2 montre que l~acier à soudabilité
améliorée présente une dureté inférieure à celle de
l'acier usuel 355 EMZ.
; En effet, la dureté Vickers pour un refroi-
d1 SQ~ - ~t de la zone affect~e par la chaleur de 700~ à
300~C en lOs n'est que de 280 HV5, contre au moins 350
~ HV5 pour l'acier usuel.
- L'acier ~ soudabilité améliorée selon
l'invention ne pr~sente plus que très peu de
martensite, moins de 20~.
La r~silience est donc fortement améliorée à
- ' ' . .
2 ~ 3 ~
froid et un tel acier ne nécessite pas de préchauffage
avant soudage.
L'acier à soudabilité améliorée selon l'in-
vention permet de garantir les caractéristiques mé-
caniques sur une tôle de 50mm d'épaisseur suivantes : -
5 limite d'elasticité Re mini = 325 MPa
charge à la rupture Rm mini = 460 MPa
allongement (5,65 ~ ) A = 22%
Résilience à - 60~C KV 5 80 J
CTOD à - 50~C = 0,10 mm
Un tel acier permet donc, soit de garantir
les m~mes caractéristlques que l~acier usuel 355 EMZ
mais souder avec de plus fortes énergies de soudage,
soit en con~vant la même énergie de soudage, de
garantir les caractéristiques *-~ni ques de tenac~té à
une ~ rature de service plus faible laissant
env~ çr alors des applications dans un enviro~n~ ~ t
plus s~v~re.
Comme on le voit à la Fig. 3, la teneur en
sll~c1um a une influence sur la température de
transition à 28 Joules (TK 28J), donc sur la t~nac;té
de la zone affectée par la chaleur.
En effet, on constate que pour une teneur en
silicium de 0,05~ la température de transition à 28
Joules est de l'ordre de -70~C. Or, pour une teneur en
25 sillcium de 0,5%, cette ~ rature en deça de la- -
uelle on garantit une énergie nécessaire ~ la rup~ure
au moins égale à 28 Joules n'est plus que de -50~C.
On constate également sur les Figs. 3 et 4
que la fraction d'austénite retenue en zone affectée
par la chaleur est fonction de la teneur en s1lic;um
de l'acier. Ce ph~nl- e est à associer à une ~c
position favorisée de l'austénite en ferrite et car-
bures pendant le refroidissement après soudage.
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Ainsi, sur la Fig. 4, on voit que pour une
- teneur en silicium de 0,05% le taux d'austénite
retenue lors de fortes énergies de soudage est
d'environ 1% alors que pour ces mêmes énergies avec
une teneur en silicium de 0,5~, il est de 5~.
Par conséquent, l'amélioration de la
t~n~cl té du joint soudé passe par la réduction de la
fraction volumique d'austénite retenue qui est assurée
par la ~ ~nution de la teneur en silicium de l'acier.
L'acier ~ soudabilité améliorée peut être
obtenu par exemple par coul~e en poche, coulée con-
tinue, elaboration en four, elaboration en aciérie à
o~yy~e ou c~l ~ge aluminium.
La description ci-après çoncerne un exemple
de procédé d'obtention de t~les de 50mm d'épaisseur
1 avec un acier selon la pr~sente invention.
L'acier ~ sou~h~l~té améliorée selon
1'invention est obtenu par coulée continue de type
connl~ en prenant les précautions n~cess~ires pour
lutter contre la ségrégation.
A la sortie de la coulée, l'acier subit un
r~ch~llffage ~ basse ~- r,'rature entre la t ~rature
de transformation ferrite-austénite AC3 et 1100~C,
suivi par un l- ~n~ge.
La t- ,~rature en fin de laminage se situe
entre 850~ et 720~C.
L'acier subit alors un refroi~lss -~t
accélér~ depuis la température de fin de l- ~n~ge
Jusqu'a 450~C a une vitesse de 3 ~ 10~C par seconde.
L'acier a soudabilité am~liorée utilisé pour -
;~ ~tablir les courbes représentées aux Figs. 1 et 2 est
un acier dont la composition est celle ~onn~e
pr~férentie~ nt dans la description et obtenu selon
le proc~dé suivant :
,~ .
.
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2~3~97
- rechauffage homogène à 950~C pendant 3
heures,
- laminage entre 760~ et 740~C,
- refroidissement jusqu'à 550~C à une
vitesse de 6~C par secon~e.
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