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ACIER SPECIAL A BASSE TENEUR EN CARBONE ET PROCEDE.POUR LA FABRICATION
D'ENSEMBLES METALLIQUES SOUDES AVEC CET ACIER.
On sait que dans la technique des ensembles soudés on cherche à obtenir le maintien, dans la mesure du possible, des propriétés primitives physiques,, chimiques et mécaniques du métal qui les constitue, après la sou- dure et en particulier dans la zone de transition avec ladite soudure. Les propriétés primitives sont celles présentées par le métal à l'état laminé et trempé à l'air sans qu'il soit nécessaire pour-un tel maintien d'effectuer un traitement thermique avant ou après soudure, traitement qui serait coûteux et qu'il ne serait pas toujours possible d'effectuer.
On sait, d'autre part,., qu'en ce qui concerne l'effet de l'action thermique de la soudure, plus particulièrement en ce qui concerne le domaine des résistances élevées à la rupture par traction, les propriétés physiques, chimiques et mécaniques de la zone de transition peuvent être considérées comme défavorables pour la sécurité des constructions soudées; l'on sait éga- lement qu'en présence des tensions de retrait, ,il peut se produire des fissu- res dans une telle zone pendant la phase de refroidissement de la soudure en raison de la fragilité à chaud de la zone considérée.
Tandis que les tensions peuvent être réduites au moyen d'un préchauffage et par application d'un pro- cédé spécial de soudure et qu'elles peuvent être corrigées au moyen de trai- tements thermiques adéquats par exemple au moyen de l'introduction des ensem- bles soudés dans des fours appropriés, les fissures peuvent entraîner des con- séquences redoutables surtout si elles sont cachées.
On sait également que les constructions soudées ne peuvent, en raison de leur caractère monolithe, subir les glissements permettant dans les constructions rivées l'élimination de toute surtension élastique localisée éventuelle, et sont donc sujettes à rupture en service, plus particulièrement aux températures basses. Ces ruptures se produisent d'autant plus facilement que la. chute de ductilité est plus grande dans la zone de transition aboutis- sa-nt à la soudure.
Le degré de conservation de la ductilité, considéré mesuré par l'angle de flexion et par la contraction transversale, forme un paramètre de la soudabilité, déterminant assez bien la sécurité en service, mieux que
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si l'on considère le degré de conservation de la ductilité mesurée par la valeur' de la résilience et de la dureté.
IJ résulte des considératioins ci-dessus qu'il y a un grand inté- rêt à pouvoir établir des ensembles soudés présentant plus particulièrement une résistance élevée à la. rupture par traction, le métal étant caractérisé par l'absence de fragilité à chaud ainsi que par des valeurs élevées dans la zone de transition de la soudure, de l'angle de pliage ou de flexion et de la contraction transversale, ces valeurs élevées étant plus importantes en ce qui concerne les effets de la soudabilité et de la sécurité que les pro- priétés regardant la conservation dans la zone de transition des valeurs pri- mitives de la résilience et de la dureté, cette dernière conservation pouvant être obtenue aussi bien avec des aciers présentant un degré limité de souda- bilité,
tout en étant insuffisante dans tous les cas pour modérer la fragi- lité à froid.
Grâce à cela, on pourrait arriver au triple résultat d'éviter les solutions de continuité extrêmement dangereuses en ce qui concerne la fragi- lité 'CI chaud, d'éviter également les ruptures extrêmement da nger euses en ce qui concerne la fragilité à froid et d'éviter enfin la nécessité de traite- ments thermiques de normalisation de structure des joints soudés, et il reste à considérer la seule possibilité d'un réchauffement après soudure, pour te- nir compte uniquement des tensions de reliait, réchauffage qui est par ail- leurs extrêmement à déconseiller pour de nombreuses raisons dans le cas d'a- ciers soudés à basse teneur en carbone, compte tenu des limites de fatigue.
On sait qu'un acier est un métal dans la composition duquel il entre, outre le fer et le carbone, d'autres éléments et que tout en pouvant être, en tant que métal, considéré comme constitué par des alliages, des va- riations même de faible amplitude de certains constituants ont une influen- ce énorme sur les propriétés de l'acier. Ainsi, si l'on admet que l'on peut connaître déjà des métaux comportant les constituants indiqués ci-après, on remarquera que l'invention consiste principalement en ce que l'acier consti- tuant le métal formant la base des constructions soudées contient un pourcen- tage particulier des différents constituants,
de manière à satisfaire aux conditions exposées ci-dessus, présentant un intérêt primordial en plus de celles exposées ci-dessus d'intérêt plus réduit. On connaît déjà, au moins en partie, les effets souvent contradictoires de certains constituants des aciers en ce qui concerne les résultats particuliers à atteindre. Par contre, les effets particuliers d'autres constituants à utiliser sont entièrement ca- ractéristiques de la présente invention. Dans tous les cas, l'alliage formant, le métal de base pour les constructions soudées conformes à la présente in- vention doit être considéré dans le cadre de l'ensemble des constituants qui le foment et dans les rapports de leurs pourcentages.
La zone de transition de la soudure est à considérer, pour plus de clarté, comme une zone non fondue du métal de base, dont les propriétés sont altérées par la chaleur de soudure et qui est limitée par l'isotherme de fusion et par l'isotherme de transformation austénitique.
Seule le métal de base concerne cette zone qui n'est pas influencée par la composition chi- mique du métal d'apport; il est cependant naturel que pour obtenir des joints soudés présentant des caractéristiques d'homogénéité, il faille que le métal d'apport possède lui-même des propriétés particulières aux points de vus phy- sique, chimique et mécanique.
' Enfin, en raison de 1-1 emploi prévu pour le métal de base considé- ré, les conditions de grand intérêt et également de moindre intérêt déjà ex- posées pour le métal de base et valables également pour le métal d'apport, peuvent être obtenues d'une manière tout à fait satisfaisante uniquement en appliquant un régime thermique spécial pour la soudure à 1-lare électrique;
il en résulte que la présente invention a pour objet, outre le métal de base, également un procédé de fabrication de constructions soudées, caractérisé par le fait qu'avec l'utilisation de cet acier de base, d'électrodes spéciales et d'un régime thermique spécial pour la soudure à l'arc électrique, on peut obtenir des ensembles soudés présentant une sécurité très élevée, c'est-à-
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dire r;[";:p tIIV1lB de:
toute fragilité à chaud et de toute fragilité à. froide en ce sens qu-9 ila conservent pour ce dernier résultat des valeurs élevées, dans la scie de tiansition de le. soudure, pour l'angle de flexion et pour la con- traction transversale, et cela en dehors des valeurs de résilience et ,de du- reté qui sont égales à celles du métal non soudé à l'état laminé et trempé à l'air, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer des traitements thermiques à la suite de la souduree
En effet les aciers considérés comme soudables et connus jus-
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qu'à ce jour présentent une résistance à la rupture à l'état laniné, trempé à l'air et soudé électriquement,
sans aucun traitement thermique ultérieur,
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qui est supérieure à 60 kg/mm2, tout en présentant dans cet état, dans la zo- ne de transition, pour certaines compositions chimiques particulières et avec des procédés et des régimes thermiques de soudure plus favorables, des va- leurs satisfaisantes pour la résilience, ainsi qu'une dureté presque égale à celle du métal de base non soudé.
Mais en réalité;, plus spécialement si ces aciers, dans l'état physique dont il est question, présentent une résistance à la rupture à la
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traction supérieure à 90 go%n2, ils présentent dans la zone considérée une fragilité notable à chaud ainsi qu'une fragilité notable à froid, cette der- nière étant due à une réduction importante de l'angle de flexion et de la contraction transversale, ce qui rend possible la formation de fissures, ap- parentes ou non, pendant la phase de refroidissement de la soudure, et en-
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tl"'aÎ11e l'éventualité de ruptures en service surtout aux basses températures;
l'on a trouvé, conformément à la présente invention, qu'avec un acier carac- térisé par le fait que les constituants ci-dessus ne dépassent pas les limi- tes maxima ci-après:
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bzz o, in si < 0,20 % il-1 mald,< l, C?0 Crmax < z IYIomax < 19 20 %
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<tb> Vmax <SEP> < <SEP> 0,26 <SEP> %
<tb>
avec addition éventuelle de titane jusqu'à 0,25 % et de cobaltjusqu'à 2 %, ces derniers métaux étant considérés séparément ou ensemble, tandis que les impuretés en soufre et en phosphore et, le cas échéant, en nickel et en cui- vre sont maintenues le plus bas possible;, par exemple:
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<tb> s <SEP> 0,015 <SEP> % <SEP>
<tb>
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P 0,020 %
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<tb> Ni <SEP> # <SEP> 0, <SEP> 20 <SEP>
<tb>
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Ou à 0, 20 les pourcentages restant toujours inférieurs aux limites suivantes;
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<tb> S <SEP> 0,025
<tb>
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,Ç o, 03 0
EMI3.14
<tb> Ni <SEP> # <SEP> 0,50
<tb>
<tb> Cu <SEP> # <SEP> 0,50 <SEP> %
<tb>
le reste étant du fer, cet acier étant encore caractérisé par le fait que
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les zonstit11aD.ts ci-après doivent apparaître avec des pourcentages supérieurs arc lLàLtes indiquées ci-dessous
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Croin 0,06 % Simin "'> 0,01% Ho.. o, 5C-% Crmin >.
1,00 % H min 0,30 %
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<tb> Vmin <SEP> > <SEP> 0,08 <SEP> %
<tb>
avec cet acier soudé à l'arc électrique, à l'air atmosphérique ou immergé,, utilisant une électrode de préférence à revêtement ou à flux basique, dépo- sant un métal d'apport constitué 'par les éléments compris tant qualitative- ment que quantitativement parmi ceux qui figurent dans l'analyse de l'acier conforme à la présente invention;
, et avec application d'un. régime spécial de soudure dite intermédiaire,autrement dit en ne déposant un nouveau cor. don de soudure que lorsque le joint de soudure est suffisamment froid pour
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que l' on puisse appliquer la paume de la nain à 1 cm du oint j .z..-rzéme, on obtient dans la zone de transition de la soudure, en plus des valeurs de ré- silience et de dureté égales ou à peu près égales aux valeurs primitives du métal de base à l'état laminé et trempé à l'air, une absence de toute fis- sure même minime à la suite de la fragilité à chaude ainsi que des modifi- cations inappréciables de l'angle de flexion et de la contraction transver- sale dans cette zone par rapport aux valeurs primitives pour le métal de ba- se à l'état laminé et trempé 1-'air,
en atteignant des flexions fond al- lant jusqu'à 180 sur des épaisseurs de 12 mm. et avec l'absence qui en dé- coule de toute fragilité à froid sans qu'il soit nécessaire pour cela d'ap- pliquer des traitements thermiques après soudure, ce qui entraîne une gran- de sécurité pour les constructions soudées obtenues et pour la vie des per- sonnes intéressées.
Des essais ont été effectués sur des échantillons retirés de bandes d'épaisseur de 4,8 et 12 mm. obtenues en une seule coulée dans le four électrique, après désoxydation et dégazéification au moyen de titane et après traitement apai sant par de l'aluminium, ces échantillons d'acier ayant la composition chimique suivante conforme à l'invention:
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<tb> C <SEP> 0,14 <SEP> %
<tb>
<tb> Si <SEP> = <SEP> 0,12 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> = <SEP> 0,88
<tb>
<tb>
<tb> Cr <SEP> 1,40 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Mo <SEP> = <SEP> 0,87 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> V <SEP> = <SEP> 0,19 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Ti <SEP> = <SEP> 0,05 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> S <SEP> = <SEP> 0,013 <SEP> %
<tb>
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P = 0,015% le reste étant constitué par du fer;
les essais mécaniques ont donné les résultats suivants:
Après trempeà 9500 ' à l'eau:
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Résistance a la rupture -'3. s a . n a a r e . s e e e s a s a m 125-130 Kg/Yma2 !,:Laite d'élasticité .t=J .............................. L1.-120 Kg/mm2
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Pourcentage d'allongement de la longueur
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utile : 11,3 Vse-ct:Lon, droite = A % Il,3 VS 8-9 Striction ( ) ............................... 45-60 Résilience Mesnager 7-9 Kg/cm2 Angle de flexion 0( ............................ 18oo Après trempe à 9500 à l'air:
Résistance à la rupture R eseeeeeseeeseeeeeese 96-100 Eg/nnB2 Limite d'élasticité 3 .................... 75-80 êg/1mn2 Pourcentage d'allongement en traction utile : 1.1,3 Ve-s7etion droite = à % Il,3 VS 11-13 Striction (6 %) .............................. 50-65 Résilience llesnager C- 8-10 Kg/cr.T2 Angle de flexion ........................ 1800 et au-dessus
Après trempe à l'air et soudure à l'arc électrique au moyen d'é- lectrodes à revêtement basique et avec un métal d'apport ayant la composition chimique suivante:
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<tb> C <SEP> = <SEP> 0,14 <SEP> %
<tb>
<tb> Si <SEP> = <SEP> 0,02 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> = <SEP> 0,88 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Mo <SEP> = <SEP> 0,86 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> V <SEP> = <SEP> 0,18 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> S <SEP> = <SEP> 0,12 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> P <SEP> = <SEP> 0,015 <SEP> %
<tb>
le reste étant du fer, le métal d'apport étant déposé diaprés le régime ther- mique de soudure intermédiaire ci-dessus, cette dernière expression ayant la signification indiquée ci-dessus, les échantillons ont donné;, à la suite d'es- sais mécaniques et sans aucun traitement thermique, à la suite de la soudure, les valeurs suivantes:
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<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> sans <SEP> addition
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> métal <SEP> de <SEP> soudure <SEP> R <SEP> .................... <SEP> 91 <SEP> - <SEP> 96 <SEP> Kg/mm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> avec <SEP> rupture <SEP> loin <SEP> de <SEP> la <SEP> soudure <SEP> (l.s.)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résilience <SEP> Messager <SEP> au <SEP> milieu <SEP> de <SEP> la, <SEP> soudure <SEP> # <SEP> .... <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> Kg/cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résilience <SEP> Mesnager <SEP> partie <SEP> sur <SEP> la <SEP> soudure <SEP> et
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> partie <SEP> sur <SEP> la <SEP> zone <SEP> de <SEP> transition <SEP> #1 <SEP> ............
<SEP> 8 <SEP> - <SEP> la <SEP> Kg/cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résilience <SEP> Messager <SEP> à <SEP> la <SEP> limite <SEP> extérieure <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> l'entaille <SEP> de <SEP> soudure <SEP> #2 <SEP> ....................... <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> Kg/cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Angle <SEP> de <SEP> flexion <SEP> de <SEP> l'éprouvette <SEP> sans <SEP> addition <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> métal <SEP> de <SEP> soudure <SEP> ......................... <SEP> 180 <SEP> et <SEP> au <SEP> delà <SEP> et
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> cela <SEP> pour <SEP> toutes <SEP> les <SEP> épaisseurs <SEP> à <SEP> considérer <SEP> de <SEP> 4,8 <SEP> et <SEP> 12 <SEP> mm.
<tb>
Enfin, les essais physiques des possibilités de formation de
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fissures effectués conformément aux normes du R.I.N. (Registre Naval Ita- lien) et conformément au procédé français, exécutés sur les échantillons ci-dessus et en utilisant les électrodes dont il a été question, ont été effectués sans qu'il se produise de fissuration mène minime au droit de l'entaille de la soudure.
On rappelle que le procédé italien consiste à examiner la cassure d'un cordon de soudure électrique déposé suivant un angle de 90 entre deux laides ayant une épaisseur de 15 mm. et disposées en T rigide au moyen d'une soudure préalable dans l'angle opposé, le T étant incliné de telle manière que la soudure d'essai de l'éprouvette qui doit pro- céder de bas en haut avance vers le soudeur suivant une inclinaison de 45 ;
d'autre part, le procédé français consiste en un dépôt d'un cordon de sou- dure électrique suivant un plan avec un support de cuivre entre deux extré- mités pointues distantes de 2 mm. et obtenues en ménageant une double rai- nure longitudinale au moyen d'un fraisage approprié au milieu des deux sur- faces d'une lame ayant une épaisseur de 18 mm., après quoi on dépose un se- cond cordon sur la surface opposée, les rainures ayant une longueur limitée de manière que la partie non travaillée de la lame maintienne rigidement écartées les deux extrémités pointues obtenues comme indiqué.
Pour démontrer encore mieux les propriétés d'un acier laminé trempé à l'air et soudé à l'arc électrique jaillissant dans l'atmosphère ou dans un fluide,l'électrode étant de préférence pourvue d'un revêtement et d'un flux basique et étant susceptible de fournir un métal d'apport comme indiqué ci-dessus, déposé suivant le régime thermique de soudure intermé- diaire, et sans aucun traitement thermique après soudure, ce métal d'apport ayant la composition chimique conforme à l'invention, on va donner ci-après les caractéristiques mécaniques et physiques correspondant à des bandes d'épaisseur de 4,8 et 12 mm. obtenues par d'autres coulées de 1-'acier confor- me à la présente invention.
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<tb>
11 <SEP> de <SEP> la <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9
<tb> coulée
<tb>
EMI6.2
c % + 0,10 0,11 0,12 0,13 0, 7l.. 0, 7J. 0,11.5 0,15 0,15 si % + 0,12 0,10 ou 12 0,1L4 0,11 0,13 0,12 0,lQ 0,11 1"ùl % + 0,65 z5 0,85 0,95 0,95 0,95 fil,93 z90 Oe95 Cru + 1,15 1,15 1,40 1,40 li50 1,35 1,30 1, 2$ l, 50 No%+ 0,50 0,75 0, $6 0, $6 0, 93 0,82 0,80 0,80 ou3 ?%+ 0,10 0, 7. 0,12 0, 20 oig 16 0,18 0, 20 0, 20 0, 25 Ti % + Q 9 ¯ 0512 Go%+ - 1, 00 018o s% - 0,010 0,015 0,015 0,015 0,014 0, 015 0, OS.2 0, 011 0, 013 p 0,014 0,027 0,010 0,023 0, 02 0,025 0,014 fil, 02 0,025 Kg/mn2 66+70 76+80 86+90 %6+loo 96+100 96+100 96+100 96+100 106+110 a. s;
Kg/mm2 61+66 71+76 81+86 91+96 91+96 91+96 91+96 91+;6 101+1-06
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<tb> zone <SEP> de <SEP> rup-
<tb>
<tb>
<tb> ture <SEP> à <SEP> la <SEP> Longueurs <SEP> de <SEP> soudure
<tb>
<tb> traction
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> E <SEP> Kg/mm2 <SEP> 40+50 <SEP> 50+60 <SEP> 60+70 <SEP> 75+80 <SEP> 75+80 <SEP> 75+80 <SEP> 75+80 <SEP> 75+80 <SEP> 85+90
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A <SEP> % <SEP> Il,
3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> #s <SEP> 20+23 <SEP> 17+20 <SEP> 13+16 <SEP> 11+13 <SEP> 11+13 <SEP> 11+13 <SEP> 12+14 <SEP> 12+14 <SEP> 10+12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> #% <SEP> 55+70 <SEP> 55+65 <SEP> 55+65 <SEP> 50+65 <SEP> 50+65 <SEP> 50+65 <SEP> 50+65 <SEP> 50+65 <SEP> 45+60
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> # <SEP> Kgm/cm2 <SEP> 26+28 <SEP> 16+19 <SEP> 12+15 <SEP> 8+11 <SEP> 8+11 <SEP> 8+11 <SEP> 8+11 <SEP> 8+11 <SEP> 7+la
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> # <SEP> o
<tb>
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<tb> Kgm/cm2 <SEP> 14+16 <SEP> 12+13 <SEP> 11+12 <SEP> 8+ <SEP> Il <SEP> 8+11 <SEP> 8+ <SEP> Il <SEP> 8+11 <SEP> 8+ <SEP> Il <SEP> 7+10
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<tb>
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<tb> # <SEP> 1 <SEP> Kgm/cm2 <SEP> 16+18 <SEP> 13+14 <SEP> 11+12 <SEP> 8+11 <SEP> 8+11 <SEP> 8+11 <SEP> 8+11 <SEP> 8+11 <SEP> 7+10
<tb>
<tb>
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<tb> #2 <SEP> Kgm/cm2 <SEP> 18+20 <SEP> 14+16 <SEP> 12+14 <SEP> 8+ <SEP> Il <SEP>
8+ <SEP> Il <SEP> 8+ <SEP> Il <SEP> 8+11 <SEP> 8+11 <SEP> 7+10
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb> [alpha]o <SEP> 1800 <SEP> 1800 <SEP> 1800 <SEP> 1800 <SEP> 1800 <SEP> 1800 <SEP> 1800 <SEP> 180 <SEP> 1800
<tb>
<tb>
<tb> et <SEP> au <SEP> delà <SEP> et <SEP> au <SEP> delà <SEP> et <SEP> au <SEP> delà <SEP> et <SEP> au <SEP> delà
<tb>
R.I.N............ Aucune formation de fissure ..................
Procédé français id.
En cherchant une explication de résultats aussi nouveaux et impré- vus obtenus avec l'acier et les ensembles soudés conformes à l'invention, on a pensé qu'en raison de la teneur en carbone particulièrement basse et des pourcentages relatifs et sans excès de chrome;, de molybdène et de vanadium dans le métal de base et dans le métal d'apport et enfin en raison du régime thermique de soudure à l'arc électrique, dit intermédiaire comme indiqué ci- dessus, régime permettant une grande vitesse de chauffe au delà du point A C 3 pendant la 'soudure, tout en empêchant une vitesse de refroidissement.
de l'or- dre des vitesses utilisées pour la trempe martensitique après soudure, il y a bien peu de carbone qui ait le temps de se libérer par décomposition au de- là du point A C 3, des carbures de chrome, -de molybdène et de vanadium qui sont par eux-mêmes déjà très stables. Il s'ensuit qu'outre le fait que les carbures non décomposés ainsi maintenus dans l'acier empêchent le grossisse- ment du grain austénitique pendant'le réchauffage, ils agissent comme des germes de cristallisation pendant le refroidissement de telle sorte qu'ils in- fluencent d'une manière très favorable la qualité des cristaux et par suite la soudabilité.
Cette soudabilité est améliorée encore par le fait que les phénomènes de trempe sont extrêmement réduits, soit en raison de la faible quantité de carbone libre dissous dans l'austénité, soit en raison de la vi- tesse limitée de refroidissement.
Au contraire, quant au comportement excellent de cet acier en ce qui concerne la fragilité à chaud, on remarquera l'influence très favorable de la teneur élevée en molybdène associée aux basses teneurs en carbone et en soufre et, en outre, il faut considérer la circonstance avantageuse sui- vant laquelle le manganèse se trouve en proportions suffisamment élevées pour obtenir une bonne désulfuration, tout en étant assez basses pour ne pas favo- riser des trempes martensitiques.
Pour prouver encore mieux l'action favorable sur le procédé d'é- tablissement de constructions soudées et sur l'acier conforme, à l'invention, des carbures non décomposés, il faut considérer le fait que les aciers sou- dables connus jusqu'à cejour présentent une résistance à la rupture par trac-
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tien supérieure à 60 et â 90 k/m29 â. l'état laminée trempé à l'air et soudé électriquement sans aucun traitement thermique ultérieur;
ces aciers contenant plus de 1 % de manganèse ou bien plus de 0,50 % de nickel ont un effet trempant sous l'action du refroidissement suivant la soudure et cela proportionnellement à la teneur en manganèse ou en nickel existant dans l'a-
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cie.r5 ce qui entra1ne une chute de l'angle de flexion et de la contraction tra...'I1sversale dans la zone de transition de la soudure et cela parce que le manganèse ou bien le nickel, métaux qui ne produisent pas de carbure, ac- croit la susceptibilité à la trempe d'une manière proportionnelle à leur pourcentage.
En fait;, si l'on considère des échantillons d'une épaisseur
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de 12 LID1., de tels aciers reconnus comme soudables présentant une résistal1- ce à la rupture supérieure à 60 et à 90 kg/ran2$ â l'état laminé, trempé a l'air et soudé à l'arc électrique avec des électrodes à revêtement basique suivant un régime thermique spécial de soudure intermédiaire et sans aucun traitement thermique ultérieur, avec des teneurs de manganèse dépassant 1 à 2 % ou encore des teneurs en nickel dépassant 0,50 % et allant jusqu'à 1,50 %;
, la teneur en carbone étant au plus égale à 0,20 % et même à 0,16 %, ces échantillons se sont rompus à l'essai de flexion pour des angles tou- jours inférieurs à 90 tout en présentant,, dans la zone de transition, des valeurs de résilience et de dureté presque égales à celles du métal de ba- se non soudé.
La seule exception, en ce qui concerne les éléments ne produi- sant pas de carbure, est constituée par le cobalt qui, dans les échantil- lons obtenus avec un acier conforme à la présente invention (coulée N 7), n'a pas eu d'action défavorable sur la soudabilité et a même augmenté l'al-
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longeillent.
La faible ductilité de la zone de transition mesurée d'après l'angle de pliage et d'après la contraction transversale des aciers considé- rés comme soudables et connus jusqu'à cejour, qui présentent une charge
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de rupture à la lui-action de 60 et cri0 Kg/ù*2 â l'état laminé, trexipé à l'air et soudé électriquement sans aucun traitement theimique ultérieur, est éga- lement provoquée par la présence de teneurs trop élevées de vanadium et, en fait, on a trouvé que si ces teneurs sont égales à au moins 0,26 %, le diamètre moyen du grain austénitique dépasse nettement le diamètre moyen correspondant du grain austénitique des aciers dépourvus de vanadium lors- qu'on dépasse, même pour peu de temps,
la température de 1100 en provo- quant des pertes dangereuses de ductilité dans la zone de transition de la soudure.
En fait, si l'on prend des échantillons d'acier considérés com- me soudables, ayant une épaisseur de 12 mm. et une résistance à la rupture
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par traction supérieure à 60 et à 90 Kg/InIJ12, à l'état laminé, trempé à. l'air et soudé à l'arc électrique au moyen d'électrodes à revêtement basique sui- vant le régime de soudure intermédiaire et sans aucun traitement thermique ultérieur, avec un pourcentage de vanadium au moins égal à 0,30 % et une
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teneur en carbone au plus égale à Oy20 % et même à bzz16 9 ces échantillons se sont rompus dans l'état considéré au cours de l'essai de flexion pour des angles toujours inférieurs à 90 ,
tout en présentant des valeurs de résilien- ce et de dureté dans la zone de transition qui sont presque égales à celles du métal de base non soudé.
Avec la soudure oxyacétylénique et avec la soudure à l'arc ato- mique, de tels angles de flexion auraient des valeurs négligeables.
Il faut remarquer de plus, que les aciers considérés comme sou- dables connus jusqu'à ce jour et présentant une résistance à la traction su- périeure à 60 et à 90 Kg/mm2 à l'état laminé, trempé à l'air et soudé à l'arc électrique sans aucun traitement thermique ultérieur et contenant plus de 1 %
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de manganèse ou, le cas échéant, plus de 050 % de nickel, ou de 0,26 % de vanadium, teneurs indiquées ci-dessus, n'ont pu atteindre un angle déterminé de flexion inférieur à 90 avec des épaisseurs de 12 mm. que grâce à l'emploi, pour la soudure à l'arc, des électrodes décrites ci-dessus assurant un dépôt
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de métal d'apport contenant des teneurs de manganèse inférieures a 1 %, dé- pourvues de nickel, et contenant des teneurs de vanadium inférieures à 0,26 %.
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l'ails le cas où le métal d'apport contiendrait de son côté des teneurs en :manganèse supérieures à 1 %, ou encore des pourcentages de nic- kel supérieurs à 0,50 %, ou enfin des pourcentages de vanadium supérieurs à 0,26 5, les angles de flexion diminueraient encore davantage.
Il est particulièrement important de remarquer que les proprié- tés de ductilité élevée à chaud et à froid de l'acier conforme à l'inven- tion,sont favorisées probablement par la faible teneur en silicium ne dé- passant pas au maximum'0,20 %. En fait, des essais effectués sur des échan- tillons en acier considérés comme soudables et présentant une résistance à la rupture par tracti on supérieureà 0,60 età 90 Kg/mm2, à l'état laminé et trempé à l'air et contenant Si = 0,20 % à 1,20 %, ont fait apparaître des caractéristiques de déformabilité à chaud et à froid (emboutissage) toujours plus faibles à mesure que l'on passe de la valeur Si = 0,
20 % à la valeur Si = 1,20 5. Avec ces dernières teneurs en silicium enfin, on peut facile- ment provoquer en dehors même des danger s de graphitisation une structure longitudinale ligneuse à. la suite du travail effectué dans un même sens, ce qui est assez nuisible particulièrement dans le cas d'ensembles soudés en raison de l'abaissement ultérieur de la ductilité transversale provoquée par une telle structure.
On est arrivé à définir, dans le domaine des faibles teneurs de manganèse dans la fabrication de l'acier conforme à la présente inven- tion, -une teneur minima de 0,50 % pour assurer une désulfuration suffisante susceptible elle-même de combattre la fragilité à chaud qui serait provo- quée autrement par les sulfures de fer, cette fragilité étant;, comme on l'a déjà dit, susceptible de provoquer une fissuration sous l'effet des tensions de retrait de la soudure.
De mêmel' on devra prendre soin de limiter à 0,50 % au maximum les impuretés en cuivre, parce que le cuivre peut provoquer une fragilité à chaud.
Enfin, bi en que les impuretés constituées par le nickel n'at- teignent pas normalement 0,50 %, on prendra soin d'éviter de telles impure- tés tant en raison de !-'action de trempe ainsi provoquée, qu'en raison de la possibilité de provoquer des fissurations à la suite de la présence si- multanée des tensions de retrait de la soudure, desdites actions de trempe et des solutions de continuité souvent préexistantes, dites paillettes, des aciers au nickel.
On a constaté également que l'acier conforme à l'invention, tout en assurant de meilleurs résultats mécaniques et physiques, tant dans le cas de la soudure électrique avec fusion qu'avec les procédés les plus modernes de soudure électrique par résistance, la soudure par fusion indiquée pouvant être obtenue, soit au moyen d'un arc à l'air libre appliqué à la main ou d'une manière automatique ou semi-automatique ou encore suivant le procédé à l'arc immergé automatique ou semi-automatique, conserve également à peu près inal- térées les propriétés de résistance mécanique à la rupture par traction ain- si que de dureté,
et conserve même après la soudure oxyacétylénique ou à l'arc atomique des valeurs de ductilité et de ténacité supérieures à celles obtenues avec les aciers considérés comme soudables et connus à ce jour et soudés par les derniers procédés indiqués.
Bien que la résistance à la rupture par traction de l'acier con- forme à l'invention puisse atteindre 125 Kg/mm2 à l'état laminé, trempé à l'air et soudé sans aucun traitement thermique ultérieur, et 130 Kg/mm2 à l'état non soudé, il conviendra, de maintenir, dans le cas de tel s états phy- siques, en utilisant des teneurs appropriées pour les différents constituants, une résistance maxima à la rupture par traction de 91 à 96 Kg/mm2., à l'état laminé, trempé à l'air et soudé sans aucun traitement thermique ultérieur, ou encore de 96 à 100 Kg/mm2. à l'état non soudé;
de telles résistances permet- tront un usinage rapide et économique grâce à ce que l'on se trouve dans le domaine des correspondances linéaires entre la résistance à la rupture par traction et le prix de l'usinage. La proportion croit au contraire, comme on le sait, très rapidement au delà de 105 Kg/mm2.
L'utilisation de l'acier
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comforme à la présente invention concerne surtout les ensembles soudés, par- tuculièrement dans le cas où elle permet une réduction en poids, qu'il s'a- gisse de constructions fixes comme des chaudières, des conduites forcées, des réservoirs sous pression,des ponts militaires et civils et des charpen - tes de tous types, etc... ou encore des constructions mobiles comme celles destinées aux chemins de fer, à l'aéronautique, à l'automobile, aux tramways, mais on a constaté que les mêmes constructions se prêtent encore très bien sans réduction des propriétés mécaniques aux traitements de cémentation, et cela.
est sans doute dû à la forte action antagoniste à la surchauffe du vana- dium au-dessous de la température de 11000 à teneur élevée en molybdène ain- si qu'à la grande stabilité des carbures de V, Mo, Cr et aux faibles teneurs de C et de Mn qui favorisent le maintien des valeurs élevées de la ductilité après la trempe suivant la cémentation.
Il est ainsi possible de fabriquer des -éléments de construction soudés et ensuite cémentés par carburation et par trempe qui présentent des charges de rupture beaucoup plus élevées, tout en conservant les valeurs éle- vées de la ductilité, et il est même possible d'obtenir également, grâce à une préparation appropriée des bords, des ensembles cémentés par carburation èt trempe avant soudure, et en particulier cuirasses pour navires, aéronefs, engins terrestres, etc...
avec l'avantage de pouvoir procéder à la soudure électrique sans avoir à craindre des chutes de la résistance à la rupture telles que celles qui se produiraient à la soudure d'aciers normaux amélio- rés au Cr, Ni ou Mo ou avec tout autre alliage, tels que connus à ce jour et cela avec l'avantage supplémentaire de pouvoir utiliser des électrodes du type déjà décrit dont le prix est assez inférieur à celui des électrodes aus- ténitiques en acier inoxydable nécessaires à la soudure des aciers normaux améliorés pour cuirasses en vue de s'opposer à toute tendance à la formation de fissures et, enfin,
avec le dernier avantage de ne pas produire de zones de transition dénuées de ductilité et de ténacité telles qu'elles apparaî- traient en utilisant les aciers normaux ci-dessus améliorés pour la produc- ti on de cuirasses.
On a également constaté que l'acier conforme à la présente inven- tion, lorsqu'il est utilisé à l'état laminé et recuit, permet d'atteindre des valeurs de pourcentages d'allongement bien supérieures à celles que l'on peut obtenir avec les aciers soudables connus à ce jour, présentant, lors- qu'ils sont trempés à l'air, une résistance à la rupture égale à celle de l'acier conforme à l'invention à l'état recuit. Ce fait est très important pour les applicationstelles que réservoirs à gaz comprimé ou liquéfié, pour lesquels on veut obtenir non seulement une résistance élevée à la rupture par traction et une soudabilité améliorée, mais également un allongement as- sez élevé pour permettre une augmentation adéquate du diamètre des réservoirs avant d'atteindre le point d'éclatement.
En pratique, les échantillons de plaque d'acier obtenus par la coulée déjà décrite et présentant à l'analyse chimique les teneurs suivan- tes: C = 0,14 %; Si = 0,12 %; Mn = 0,88 %; Cr = 1,40 %; Mo = 0,87 %; V = 0,19 %; Ti = 0, 05 %; S = 0,013 %;
P = 0,015 %; maintenus dans une enceinte fermée pendant 5 heures à 880 et refroidis, tout en restant dans l'enceinte fermée, de 700 à 400 , pendant une durée de 11 heures, ont donné les,résultats suivants à la suite d'essais mécaniques:
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<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> par <SEP> traction <SEP> R <SEP> ........... <SEP> 67 <SEP> Kg/mm2
<tb> Limite <SEP> d'élasticité <SEP> E <SEP> ............................ <SEP> 40 <SEP> Kg/mm2
<tb>
Pourcentage d'allongement élémentaire :
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11,3 sectior droite =,A % ll,3 Vs = ............. 22.
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On a également constaté que l'acier conforme à la présente inven- stion, à l'état laminé et trempéà l'air peut être soudé par un procédé quel- conque de soudure en conservant à peu près inaltérées les propriétés mécani- ques de résistance à la traction et de dureté et qu'il peut, par suite, être utilisé avantageusement, pour la préparation de fils à résistance élevée éga- lement étirés à froid et destinés à être soudés, ces fils pouvant également être utilisés après trempe à l'eau en tenant compte que dans chaque cas les caractéristiques mécaniques, dans la zone de transition de la soudure, pré- senteront les valeurs obtenues avec l'acier conforme à l'invention à l'état laminée trempé à l'air et soudé.
On a enfin constaté que l'acier conforme à l'invention présente, probablement en raison de la haute teneur en molybdène, un comportement mé- canique excellent aux températures élevées.