CA2053197C

CA2053197C - Acier a soudabilite amelioree

Info

Publication number: CA2053197C
Application number: CA002053197A
Authority: CA
Inventors: Thierry Maurickx; Pascal Verrier; Roland Taillard
Original assignee: Sollac SA
Current assignee: Sollac SA
Priority date: 1990-10-18
Filing date: 1991-10-10
Publication date: 1997-09-09
Anticipated expiration: 2011-10-10
Also published as: KR940004033B1; NO178796C; EP0481844A1; NO914055L; FI914907A; NO178796B; ES2076490T3; FI100340B; US5183633A; FI914907A0; DE69111744D1; KR920008204A; JPH04297549A; CA2053197A1; EP0481844B1; DE69111744T2; FR2668169A1; ATE125878T1; FR2668169B1; NO914055D0

Abstract

La présente invention concerne un acier à soudabilité améliorée présentant une bonne résistance à la fissuration pour de fortes énergies de soudage, une bonne résilience à froid et ne nécessitant pas de préchauffage avant soudage. La composition pondérale de l'acier est la suivante: - de 0,07 à 0,11% de carbone, - de 1,40 à 1,70% de manganèse, - de 0,20 à 0,55% de nickel, - de 0 à 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 à 0,15% de silicium, le reste étant du fer.

Description

~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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- ; . , ' ' : - ' ~
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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 - , - - . - - -- : . .: -- - : - -' - :,. - ~ ' ' , ' '' : : ' ' - '' . ~ . : -: : -:

20~31'~7 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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::

20531~7 450~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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2~531~7 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 :
,~ .
.

., '' 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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Claims

1. Acier de soudabilité améliorée ayant la composition pondérale suivante:
- de 0,07 à 0,11% de carbone, - de 1,40 à 1,70% de manganèse, - de 0,20 à 0,55% de nickel, - de 0 à 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 à 0,15% de silicium, le reste étant du fer.

2. Acier selon la revendication 1, ayant de préférence la composition pondérale suivante:
- 0,08% de carbone, - 1,50% de manganèse, - 0,45% de nickel, - 0,20% de cuivre, - 0,01% de titane - 0,004% d'azote, - 0,09% de silicium le reste étant du fer.

3. Procédé d'obtention d'un acier selon la revendication 1 comprenant les étapes suivantes:
- on réchauffe à basse température entre la température de transformation ferrite-authénite AC3 et 1100 °C, - on lamine entre 850° et 720°C, - on pratique un refroidissement accéléré de 750° à
450°C à une vitesse de 3 à 10° par seconde.

4. Procédé d'obtention d'un acier selon la revendication 2 comprenant les étapes suivantes:
- on réchauffe à basse température entre la température de transformation ferrite-authénite AC3 et 1100°C, - on lamine entre 850° et 720°C, - on pratique un refroidissement accéléré de 750° à
450°C à une vitesse de 3 à 10° par seconde.

5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé
en ce que:
- on réchauffe à 950°C pendant 3 heures, - on lamine entre 760° et 740°C, - on refroidit jusqu'à 550°C à une vitesse de 6° par seconde.