FR2872442A1 - HIGH DENSITY WELDED ENERGY ASSEMBLIES OF METALLIC CONSTRUCTION STEELS HAVING EXCELLENT TENACITY IN THE MELT ZONE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
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Abstract
L'invention décrit un objet comprenant au moins une partie en acier dont la composition comprend, les teneurs étant exprimées en poids, du carbone en teneur comprise entre 0,005 et 0,27%, du manganèse entre 0,5 et 1,6%, du silicium entre 0,1 et 0,4%, du chrome en teneur inférieure à 2,5%, du Mo en teneur inférieure à 1 %, éventuellement un ou plusieurs éléments choisis parmi le nickel, le cuivre, l'aluminium, le niobium, le vanadium, le titane, le bore, le zirconium, l'azote, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, ladite partie en acier comportant au moins une zone soudée par faisceau à haute densité d'énergie, caractérisé en ce que ladite zone soudée présente une microstructure constituée de 60 à 75% de martensite auto-revenue et, en complément, de 40 à 25% de bainite inférieure, et préférentiellement 60 à 70% de martensite auto-revenue et, en complément, de 40 à 30% de bainite inférieure.The invention describes an article comprising at least one steel part whose composition comprises, the contents being expressed by weight, carbon content between 0.005 and 0.27%, manganese between 0.5 and 1.6%, silicon between 0.1 and 0.4%, chromium less than 2.5%, Mo less than 1%, optionally one or more elements selected from nickel, copper, aluminum, niobium, vanadium, titanium, boron, zirconium, nitrogen, the remainder being iron and impurities resulting from the production, said steel part having at least one high energy density beam welded zone , characterized in that said welded zone has a microstructure consisting of 60 to 75% of self-returning martensite and, in addition, 40 to 25% of lower bainite, and preferably 60 to 70% of self-tempering martensite and, in particular complement, 40 to 30% lower bainite.
Description
1 28724421 2872442
ASSEMBLAGES SOUDES A HAUTE DENSITE D'ENERGIE D'ACIERS DE HIGH DENSITY STEEL ENERGY WELDED ASSEMBLIES
CONSTRUCTION METALLIQUE PRESENTANT UNE EXCELLENTE METALLIC CONSTRUCTION WITH EXCELLENT
TENACITE DANS LA ZONE FONDUE, ET METHODE DE FABRICATION DE CES ASSEMBLAGES SOUDES 5 La présente invention concerne les constructions métalliques en acier soudées par faisceau à haute densité d'énergie, et plus particulièrement celles où un niveau de ténacité minimal est requis dans la zone fondue afin de se prémunir du risque de rupture brutale. The present invention relates to high energy density beam welded steel steel constructions, and more particularly those where a minimum level of toughness is required in the molten zone. to guard against the risk of sudden breakage.
L'assemblage par faisceau à haute densité d'énergie, tel que le LASER ou le faisceau d'électrons, de tôles d'acier laminées à chaud et de plaques s'est particulièrement développé au cours de ces vingt dernières années en raison de certaines caractéristiques spécifiques: on mentionnera par exemple les très faibles déformations des assemblages, la grande précision de positionnement du faisceau et la possibilité de ne fondre que la quantité de matière strictement nécessaire, l'aspect des cordons ne nécessitant pas de parachèvement, et la possibilité de s'affranchir de traitements de détente. High density energy beam assembly, such as LASER or electron beam, of hot-rolled steel plate and plate has developed particularly over the last 20 years due to specific characteristics: for example, the very small deformations of the assemblies, the high positioning precision of the beam and the possibility of melting only the quantity of material strictly necessary, the appearance of the cords not requiring completion, and the possibility of get rid of relaxing treatments.
Parmi les domaines d'applications de ces procédés, on citera notamment la construction navale, les matériels de travaux publics, l'automobile, les tubes pour le transport de gaz naturel, de pétrole brut. Pour certaines applications, en particulier celles dont les épaisseurs, les limites d'élasticité mises en jeu ou les contraintes de service sont les plus importantes, on exige des garanties de ténacité de façon à se prémunir du risque de rupture brutale. Cette éventualité est d'autant plus à prendre en compte que l'assemblage par faisceau à haute densité d'énergie peut générer des défauts tels que micro-porosités ou retassures susceptibles d'amorcer une rupture fragile. Il convient donc que les zones soudées présentent la ténacité la plus élevée possible pour se prémunir de tout risque. Among the areas of application of these processes, include shipbuilding, public works equipment, automotive, tubes for the transport of natural gas, crude oil. For certain applications, in particular those whose thicknesses, yield strengths or service constraints are the most important, toughness guarantees are required to guard against the risk of sudden failure. This possibility is all the more to be taken into account because the assembly with high energy density beam can generate defects such as micro-porosities or shrinkage likely to initiate a brittle fracture. Welded areas should therefore have the highest toughness possible to guard against any risk.
Différentes méthodes ont été proposées afin d'obtenir une ténacité élevée dans la zone fondue: Se fondant sur la constatation que des structures tenaces de ferrite aciculaire sont obtenues par germination sur des inclusions non-métalliques, on a cherché à introduire ce type de particules dans la zone fondue, par exemple au moyen d'un dépôt préalable, comme l'indique le document JP n 2000288754. Cette méthode présente cependant différents inconvénients: la dispersion des oxydes au sein de la zone fondue 2 2872442 peut ne pas être uniforme, ce qui conduit à une dispersion des propriétés mécaniques au sein de cette zone. De plus, l'augmentation de la fraction inclusionnaire se traduit par une baisse du niveau ductile. Various methods have been proposed in order to obtain a high tenacity in the melted zone: Based on the observation that stubborn ferrite structures are obtained by germination on non-metallic inclusions, it has been sought to introduce this type of particles into the melt zone, for example by means of a prior deposit, as indicated in JP No. 2000288754. However, this method has various disadvantages: the dispersion of the oxides within the melted zone 2 2872442 may not be uniform, which leads to a dispersion of the mechanical properties within this zone. In addition, the increase in the inclusion fraction results in a drop in the ductile level.
Dans le même but, on a également cherché à contrôler le rapport entre les teneurs en aluminium et en oxygène de façon à favoriser la formation d'inclusions de nature favorable à la germination de ferrite aciculaire. Partant d'acier calmé aluminium, cette méthode nécessite cependant une augmentation de la teneur en oxygène dans la zone fondue, ce qui conduit aux inconvénients ci-dessus. De plus, en soudage LASER, les conditions cinétiques de la formation de ces structures de ferrite aciculaire souhaitées ne sont pas nécessairement compatibles avec les impératifs de productivité et donc de vitesse de refroidissement après soudage. For the same purpose, it has also been sought to control the ratio between the contents of aluminum and oxygen so as to promote the formation of inclusions of a nature favorable to the germination of acicular ferrite. Starting from aluminum quenched steel, however, this method requires an increase in the oxygen content in the melted zone, which leads to the above disadvantages. In addition, in LASER welding, the kinetic conditions of the formation of these desired acicular ferrite structures are not necessarily compatible with the productivity requirements and therefore the cooling rate after welding.
On a également proposé d'accroître la ténacité des zones fondues par une addition de nickel (élément gammagène abaissant la température de transformation y-a), ou d'alliage de nickel, de façon à ce que la teneur pondérale de la zone fondue en cet élément soit comprise entre 0,5 et quelques pour cents. Le document US n 4527040 décrit par exemple l'apport d'un alliage de nickel sous forme d'insert de 0,1mm d'épaisseur avant assemblage par LASER. Cette méthode accroît cependant les difficultés de positionnement du faisceau par rapport au plan de joint et les risques d'apparition de défauts, éventuellement de corrosion. It has also been proposed to increase the toughness of the melted zones by adding nickel (gammagenic element lowering the transformation temperature y-a), or nickel alloy, so that the weight content of the melted zone in this element is between 0.5 and a few cents. For example, US Pat. No. 4,521,040 discloses the provision of a nickel alloy in the form of an insert 0.1 mm thick before assembly by LASER. This method, however, increases the difficulties of positioning the beam relative to the joint plane and the risk of occurrence of defects, possibly corrosion.
Il existe donc un besoin de disposer d'assemblages d'aciers soudés avec des procédés à haute densité d'énergie, qui présentent toute garantie de ténacité en zone fondue, sans dispersion excessive des caractéristiques mécaniques, et de disposer d'une méthode de fabrication économique de ces assemblages ne comportant pas les inconvénients évoqués ci-dessus. There is therefore a need for assemblies of welded steels with high energy density processes, which have any guarantee of toughness in the melted zone, without excessive dispersion of the mechanical characteristics, and to have a method of manufacture. economic of these assemblies does not include the disadvantages mentioned above.
La présente invention a pour but de mettre à disposition de tels assemblages soudés et une méthode pour obtenir de tels assemblages à partir d'aciers de construction métallique. The present invention aims to provide such welded joints and a method for obtaining such assemblies from steel structural steel.
A cet effet, un premier objet de l'invention est constitué par un objet comprenant au moins une partie en acier dont la composition comprend, les teneurs étant exprimées en poids, du carbone en teneur comprise entre 0, 005 et 0,27%, du manganèse entre 0,5 et 1,6%, du silicium entre 0,1 et 0, 4%, du chrome en teneur inférieure à 2,5%, du Mo en teneur inférieure à 1%, éventuellement un ou plusieurs éléments choisis parmi le nickel, le cuivre, l'aluminium, le niobium, le vanadium, le titane, le bore, le zirconium, l'azote, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration. La 3 2872442 partie en acier comporte au moins une zone fondue par faisceau à haute densité d'énergie avec une microstructure constituée de 60 à 75% de martensite auto-revenue et, en complément, de 40 à 25% de bainite inférieure, et préférentiellement 60 à 70% de martensite auto-revenue et, en complément, de 40 à 30% de bainite inférieure. For this purpose, a first object of the invention is constituted by an object comprising at least one steel part whose composition comprises, the contents being expressed by weight, carbon content between 0.005 and 0.27%, manganese between 0.5 and 1.6%, silicon between 0.1 and 0.4%, chromium content less than 2.5%, Mo less than 1%, optionally one or more selected elements among nickel, copper, aluminum, niobium, vanadium, titanium, boron, zirconium, nitrogen, the remainder being iron and impurities resulting from the elaboration. The steel part comprises at least one high energy density beam melted zone with a microstructure consisting of 60 to 75% self-returning martensite and, in addition, 40 to 25% lower bainite, and preferably 60 to 70% self-healing martensite and, in addition, 40 to 30% lower bainite.
Avantageusement, l'objet est un tube en acier comprenant au moins un tronçon présentant une zone soudée dans le sens longitudinal ou transverse. Avantageusement encore, l'objet est constitué d'au moins deux tôles laminées ou forgées à chaud d'acier de composition identique ou différente, d'épaisseur identique ou différente, soudées entre elles. Advantageously, the object is a steel tube comprising at least one section having a welded zone in the longitudinal or transverse direction. Advantageously, the object consists of at least two rolled or hot forged steel sheets of identical or different composition, of identical or different thickness, welded together.
Préférentiellement, le faisceau à haute densité d'énergie est un faisceau LASER. Preferably, the high energy density beam is a LASER beam.
Préférentiellement encore, le faisceau à haute densité d'énergie est un faisceau d'électrons. Preferentially, the high energy density beam is an electron beam.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un des objets précédents, comprenant les étapes consistant à : approvisionner un objet comprenant au moins une partie en acier dont la composition comprend les teneurs étant exprimées en poids, du carbone en teneur comprise entre 0,005 et 0,27%, du manganèse entre 0,5 et 1,6%, du silicium entre 0,1 et 0,4%, du chrome en teneur inférieure à 2, 5%, du Mo en teneur inférieure à 1%, éventuellement un ou plusieurs éléments choisis parmi le nickel, le cuivre, l'aluminium, le niobium, le vanadium, le titane, le bore, le zirconium, l'azote, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, souder par un procédé à haute densité d'énergie la partie en acier avec une pièce d'acier de composition identique ou différente, faisant déjà partie ou non de l'objet, la puissance de soudage, la vitesse de soudage, les moyens d'un éventuel pré ou post-chauffage ou de refroidissement, étant choisis de telle sorte que l'on obtienne une zone fondue avec une microstructure constituée de 60 à 75% de martensite auto-revenue et, en complément, de 40 à 25% de bainite inférieure, préférentiellement 60 à 70% de martensite auto-revenue et, en complément, de 40 à 30% de bainite inférieure. The invention also relates to a method of manufacturing one of the preceding objects, comprising the steps of: supplying an object comprising at least one steel part whose composition comprises the contents being expressed by weight, carbon content including 0.005 to 0.27%, manganese 0.5 to 1.6%, silicon 0.1 to 0.4%, chromium less than 2.5%, Mo less than 1 %, optionally one or more elements selected from nickel, copper, aluminum, niobium, vanadium, titanium, boron, zirconium, nitrogen, the remainder being iron and impurities resulting from the production, welding by a process of high energy density the steel part with a piece of steel of the same or different composition, whether or not already part of the object, the welding power, the welding speed, the means of a possible pre or post-heating or cooling, being chosen is such that a molten zone with a microstructure consisting of 60 to 75% self-tempering martensite and, in addition, 40 to 25% lower bainite, preferably 60 to 70% self-tempering martensite is obtained. and, in addition, 40 to 30% lower bainite.
- Selon une caractéristique du procédé, la teneur en azote de la zone fondue 35 est inférieure ou égale à 0,020%, la puissance de soudage, la vitesse de soudage, les moyens d'un éventuel pré ou post-chauffage ou de 4 2872442 refroidissement, sont choisis de telle sorte que la zone fondue refroidisse selon un paramètre At500 tel que: 4tB exp- 0,75 Ln (AtB/ At m) <(Atsoo) AtB exp- 0,6 Ln (AtBl At M) et préférentiellement: AtB exp- 0,7 Ln ('tB/ At m) <( Atgo'o)< AtB exp- 0'6 Ln ( m) At500 exprimé en secondes désignant le temps s'écoulant entre la température de 800 C et la température de 500 C lors du refroidissement après soudage de ladite zone soudée, avec: AtB= exp (6.2 CE Il + 0,74) AtM= exp (10,6 CE 1- 4,8) CE, = C+Mn/6+ Si/24 +Mo/4+ Ni/12+ Cu/15+ (Cr(1- 0,16,/Cr)18)+f(B) CE = C+Mn/3,6+ Cu/20 +Ni/9+ Cr/5+ Mo/4, Avec: f(B)=0, si B<0,0001 f(B)= (0,03-1,5N) si 0,0001%<B<_0,00025% f(B)=(0,06-3N) si 0, 00025%<B<0,0004% f(B)=(0,09-4,5N) si B>_0,0004%, C, Mn, Si, Mo, Ni, Cu, Cr, B et N désignant respectivement les teneurs en carbone, manganèse, silicium, molybdène, nickel, cuivre, chrome, bore et azote, exprimées en pourcentage pondéral, de ladite zone fondue. Selon une autre caractéristique du procédé, le soudage est effectué par faisceau LASER d'une manière homogène et autogène, la teneur en azote de l'acier est inférieure ou égale à 0,020%, et la puissance de soudage, la vitesse de soudage, les moyens d'un éventuel pré ou post-chauffage ou de refroidissement, sont choisis de telle sorte que la zone fondue refroidisse selon un paramètre At500 tel que: AtB exp 0,75 Ln (atB/ At M) <( 800)< AtB exp 0,6 Ln (AtB/ At M) Litsoo 800 et préférentiellement: AtB exp 0,7 Ln (4tB/ At M) <(Atsoo)< AtB exp- 0,6 Ln (AtB/ At M) At500, exprimé en secondes, désignant le temps s'écoulant entre 800 et 500 C lors du refroidissement après soudage de la zone fondue, avec: AtB= exp (6.2 CE II + 0,74) Atm= exp (10,6 CE I - 4,8) CE, = C+Mn/6+ Si/24 +Mo/4+ Ni/12+ Cu/15+ (Cr(1-0,16-\ÎCr)/8)+f(B) CE = C+ Mn/3,6+ Cu/20 +Ni/9+ Cr/5+ Mo/4, avec: f(B)=0, si B 0,0001% f(B)= (0,03-1, 5N) si 0,0001%<B50,00025% f(B)=(0,06-3N) si 0,00025%<B<0,0004% f(B)=(0,094,5N) si B>_0,0004%, 2872442 C, Mn, Si, Mo, Ni, Cu, Cr, B, N désignant respectivement les teneurs en carbone, manganèse, silicium, molybdène, nickel, cuivre, chrome, bore et azote, exprimées en pourcentage pondéral, de l'acier soudé. According to a characteristic of the process, the nitrogen content of the melted zone is less than or equal to 0.020%, the welding power, the welding speed, the means of a possible pre or post-heating or cooling. , are chosen so that the melted zone cools according to an At500 parameter such that: 4tB exp-0.75 Ln (AtB / At m) <(Atsoo) AtB exp-0.6 Ln (AtBl At M) and preferably: AtB exp- 0.7 Ln ('tB / At m) <(Atgo'o) <AtB exp-0'6 Ln (m) At500 expressed in seconds, indicating the time elapsing between the temperature of 800 C and the temperature of 500 C during the cooling after welding of said welded zone, with: AtB = exp (6.2 CE II + 0.74) AtM = exp (10.6 CE 1- 4.8) CE, = C + Mn / 6 + Si / 24 + Mo / 4 + Ni / 12 + Cu / 15 + (Cr (1- 0,16, / Cr) 18) + f (B) CE = C + Mn / 3,6 + Cu / 20 + Ni / 9 + Cr / 5 + Mo / 4, With: f (B) = 0, if B <0.0001 f (B) = (0.03-1.5N) if 0.0001% <B <_0, 00025% f (B) = (0.06-3N) if 0, 00025% <B <0.0004% f (B) = (0.09-4.5N) if B> _0.0004%, C, Mn, Si, Mo, Ni, Cu, Cr, B and N respectively denoting the carbon, manganese, silicon, molybdenum, nickel, copper, chromium, boron and nitrogen contents, expressed in weight percent, of said molten zone. According to another characteristic of the process, the welding is carried out by LASER beam in a homogeneous and autogenous manner, the nitrogen content of the steel is less than or equal to 0.020%, and the welding power, the welding speed, the means of a possible pre or post-heating or cooling, are chosen so that the melted zone cools according to a parameter At500 such that: AtB exp 0.75 Ln (atB / At M) <(800) <AtB exp 0.6 Ln (AtB / At M) Litsoo 800 and preferentially: AtB exp 0.7 Ln (4tB / At M) <(Atsoo) <AtB exp-0.6 Ln (AtB / At M) At500, expressed in seconds , denoting the time flowing between 800 and 500 C during post-welding cooling of the melted zone, with: AtB = exp (6.2 CE II + 0.74) Atm = exp (10.6 CE I - 4.8) CE, = C + Mn / 6 + Si / 24 + Mo / 4 + Ni / 12 + Cu / 15 + (Cr (1-0, 16-iCr) / 8) + f (B) CE = C + Mn / 3,6 + Cu / 20 + Ni / 9 + Cr / 5 + Mo / 4, with: f (B) = 0, if B 0.0001% f (B) = (0.03-1, 5N) if 0.0001% <B50.00025% f (B) = (0.06-3N) if 0.00025% <B <0.0004% f (B) = (0, 094,5N) if B> _0,0004%, 2872442 C, Mn, Si, Mo, Ni, Cu, Cr, B, N respectively denoting the contents of carbon, manganese, silicon, molybdenum, nickel, copper, chromium, boron and nitrogen, expressed in weight percent, of the welded steel.
Selon une autre caractéristique du procédé, le soudage est effectué par faisceau d'électrons d'une manière autogène et homogène, la teneur en azote de l'acier est inférieure ou égale à 0,022%, la puissance de soudage, la vitesse de soudage, les moyens d'un éventuel pré ou postchauffage ou de refroidissement, sont choisis de telle sorte que la zone fondue par le faisceau d'électrons refroidisse selon un paramètre Ats0000 tel que: AtB exp- 0,75 Ln (LtB/ Ot M) <( Atroo) AtB exp- 0,6 Ln (AtB/ At M) et préférentiellement: AtB exp 0,7 Ln (OtB/ At M) <(At8000o)< AtB exp0,6 Ln (AtB/ At M) At:oo, exprimé en secondes, désignant le temps s'écoulant entre 800 et 500 C lors du refroidissement après soudage de ladite zone fondue, avec: AtB= exp (6.2 CE II + 0,74) AtM= exp (10,6 CE 14,8) CE, = C+Mn/6,67+ Si/24 +Mo/4+ Ni/12+ Cu/15+ (Cr(1-0,16./Cr)18)+f(B) CE = C+Mn/4+ Cu/20 +Ni/9+ Cr/5+ Mo/4, Avec: f(B)=0, si B5.0,0001% f(B)= (0,03-1,35N) si 0,0001%<B50,00025% f(B)=(0,06-2,7N) si 0,00025%<B<0,0004% f(B)=(0,09-4,05N) si B>_0,0004%, C, Mn, Si, Mo, Ni, Cu, Cr, B, N désignant respectivement les teneurs en carbone, manganèse, silicium, molybdène, nickel, cuivre chrome, bore, et azote, exprimées en pourcentage pondéral, de l'acier soudé. According to another characteristic of the method, the welding is performed by electron beam in an autogenous and homogeneous manner, the nitrogen content of the steel is less than or equal to 0.022%, the welding power, the welding speed, the means of a possible pre or post-heating or cooling, are chosen so that the melted zone by the electron beam cools according to a parameter Ats0000 such that: AtB exp-0.75 Ln (LtB / Ot M) < (Atroo) AtB exp-0.6 Ln (AtB / At M) and preferably: AtB exp 0.7 Ln (OtB / At M) <(At8000o) <AtB exp0.6 Ln (AtB / At M) At: oo , expressed in seconds, denoting the time flowing between 800 and 500 ° C during post-welding cooling of said melted zone, with: AtB = exp (6.2 CE II + 0.74) AtM = exp (10.6 EC 14, 8) CE, = C + Mn / 6.67 + Si / 24 + Mo / 4 + Ni / 12 + Cu / 15 + (Cr (1-0.16 / Cr) 18) + f (B) CE = C + Mn / 4 + Cu / 20 + Ni / 9 + Cr / 5 + Mo / 4, With: f (B) = 0, if B5.0.0001% f (B) = (0.03-1, 35N) if 0.0001% <B50.00025% f (B) = (0.06-2.7N) s 0.00025% <B <0.0004% f (B) = (0.09-4.05N) if B> _0.0004%, C, Mn, Si, Mo, Ni, Cu, Cr, B, N respectively denoting the carbon, manganese, silicon, molybdenum, nickel, copper chromium, boron, and nitrogen contents, expressed in weight percent, of the welded steel.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, on soude la partie en acier avec une pièce d'acier de composition identique ou différente, d'épaisseur identique ou différente, faisant partie ou non dudit objet, en utilisant un produit d'apport métallique L'invention va maintenant être décrite de façon plus précise, mais non limitative, en se rapportant aux figures annexées dans lesquelles: - La figure 1 illustre la comparaison de la dureté de la Zone Affectée par la Chaleur avec celle de la zone fondue en soudage LASER et en soudage par faisceau d'électrons d'aciers de construction métallique. According to a particular embodiment of the invention, the steel part is welded with a piece of steel of the same or different composition, of identical or different thickness, part or otherwise of said object, using a filler product. The invention will now be described more precisely, but not limitatively, with reference to the appended figures in which: - Figure 1 illustrates the comparison of the hardness of the heat-affected zone with that of the melted zone. LASER welding and electron beam welding of structural steels.
- La figure 2 présente la comparaison de la température de transition Charpy V au niveau 28 Joules (TK28j) de la Zone Affectée par la chaleur avec celle de la zone fondue en soudage LASER et par faisceau d'électrons d'aciers de construction métallique. - Figure 2 shows the comparison of the Charpy V transition temperature at 28 Joules (TK28j) of the Heat Affected Zone with that of the melted zone in LASER and electron beam welding of steel construction steels.
6 2872442 - La figure 3 illustre une évolution typique de la température de transition ductile-fragile et de la dureté en Zone Affectée par la Chaleur d'un acier de construction métallique, en fonction de la vitesse de refroidissement. FIG. 3 illustrates a typical evolution of the ductile-brittle transition temperature and heat-affected Zone hardness of a steel of structural steel, depending on the cooling rate.
- Les figures 4 et 5 illustrent l'influence de la quantité de martensite autorevenue sur la ténacité en zone fondue en soudage LASER et en soudage par faisceau d'électrons respectivement. - Figures 4 and 5 illustrate the influence of the amount of martensite autorevenue on the melt fracture toughness in LASER welding and electron beam welding respectively.
La figure 6 indique la modification de la teneur en azote dans la zone fondue par rapport à celle du métal de base lors du soudage par faisceau d'électrons. Figure 6 shows the change in nitrogen content in the melted zone compared to that of the base metal during electron beam welding.
o Dans les assemblages obtenus par soudage LASER ou par faisceau d'électrons, la partie soudée est constituée de deux zones distinctes: La zone fondue, qui correspond à une zone passée par l'état liquide lors du soudage, c'est à dire celle où la température a été supérieure à celle du liquidus du matériau soudé. o In assemblies obtained by LASER or electron beam welding, the welded part consists of two distinct zones: the melted zone, which corresponds to a zone passed through the liquid state during welding, that is to say that where the temperature was higher than that of the liquidus of the welded material.
- La Zone Affectée par la Chaleur (ou ZAC ), qui peut englober au sens large toutes les zones ayant subi une transformation allotropique lors du soudage. Par la suite, on réservera ici ce terme de ZAC aux parties de l'assemblage demeurant à l'état solide portées aux plus hautes températures lors du soudage qui sont le siège d'un grossissement plus important du grain austénitique. Ces zones, très souvent les plus critiques du point de vue de la ténacité, correspondent à des températures maximales supérieures à 1200-1300 C. - The Heat Affected Zone (or ZAC), which can encompass in a broad sense all areas that have undergone allotropic transformation during welding. Thereafter, this ZAC term will be reserved for those parts of the assembly remaining in the solid state carried at the higher temperatures during welding which are the seat of a larger magnification of the austenitic grain. These zones, very often the most critical from the point of view of the tenacity, correspond to maximum temperatures higher than 1200-1300 C.
En se plaçant dans le cas d'un soudage autogène (c'est à dire sans matériau d'apport) et homogène (soudure effectuée entre deux parties ayant une composition chimique identique), on a mis en évidence pour une large gamme de compositions d'aciers de construction métallique, de teneur en carbone allant de 0,005% C à 0,27%C en poids, en manganèse allant de 0,5 à 1,6%, en Si allant de 0,1 à 0,4%, en Cr jusqu'à 2,5%, en Mo jusqu'à 1% que les propriétés mécaniques de la zone fondue et de la ZAC sont très voisines: Ainsi, la figure 1 indique que la dureté en soudage LASER et en soudage par faisceau d'électrons, sont très similaires dans ces deux zones. Cette similarité s'applique également aux propriétés de ténacité, comme le montre la figure 2, qui compare la température de transition Charpy V au niveau 28 Joules de la Zone Affectée par la chaleur avec celle de la zone fondue pour les deux types de soudage utilisant des faisceaux à haute densité d'énergie. Les microstructures de ces deux zones sont elles aussi très semblables. By placing itself in the case of an autogenous welding (that is to say without filler material) and homogeneous (welding performed between two parts having an identical chemical composition), it has been demonstrated for a wide range of compositions of steels of metal construction, with a carbon content ranging from 0.005% C to 0.27% C by weight, with manganese ranging from 0.5% to 1.6%, with Si ranging from 0.1% to 0.4%, in Cr up to 2.5%, in Mo up to 1% that the mechanical properties of the melted zone and the ZAC are very close: Thus, Figure 1 indicates that the hardness in LASER welding and in beam welding of electrons, are very similar in these two zones. This similarity also applies to the toughness properties, as shown in Figure 2, which compares the Charpy V transition temperature at the 28 Joule level of the Heat Affected Zone with that of the melted zone for both types of welding using beams with high energy density. The microstructures of these two zones are also very similar.
7 2872442 En d'autres termes, sous réserve que leur composition soit similaire, la zone fondue à haute densité d'énergie peut être assimilable à une ZAC de grande largeur du point de vue des propriétés mécaniques. Ceci indique que les moyens d'amélioration de la ténacité en zone fondue LASER peuvent se baser sur l'expérience acquise antérieurement dans le domaine des ZAC. In other words, provided that their composition is similar, the high energy density melt zone can be likened to a wide ZAC from the point of view of mechanical properties. This indicates that the means for improving the LASER melted zone toughness can be based on previous experience in the area of ZACs.
A ce titre, la figure 3 présente un exemple typique de l'évolution de la dureté et de la température de transition ductile-fragile de la ZAC d'un acier de construction métallique à 0,04%C, 1,3%Mn en fonction de la vitesse de refroidissement après soudage. Cette vitesse est ici caractérisée par At5oo paramètre qui désigne le temps qui s'écoule entre le passage à la température de 800 C et à la température de 500 C lors du refroidissement en soudage. II existe une plage de vitesse de refroidissement (située pour cette composition d'acier vers Atsoo 1-2s), pour laquelle la ténacité est optimale. Pour des vitesses de refroidissement beaucoup plus rapides, on assiste à la formation de martensite non revenue ( fresh martensite ), dont les propriétés sont inférieures. A l'opposé, une diminution de la vitesse de refroidissement aboutit à la formation de bainite supérieure ou de structures ferritiques grossières, également moins tenaces. Les microstructures correspondant à l'optimum de ténacité sont constituées pour partie de martensite autorevenue, le revenu étant dû au cycle de soudage lui-même, et pour partie de bainite inférieure. La structure auto-revenue est caractérisée par la présence de fins carbures précipités dans les lattes de martensite. Ces structures optimales du point de vue de la ténacité se situent vers la fin du domaine d'apparition martensitique, c'est à dire correspondent au début de la diminution de la dureté à partir d'un plateau sensiblement horizontal correspondant à la dureté de la martensite, lorsque Atsoo augmente. As such, Figure 3 shows a typical example of the evolution of the hardness and the ductile-brittle transition temperature of the ZAC of a steel of 0.04% C, 1.3% Mn metal construction. function of the cooling rate after welding. This speed is here characterized by At5oo parameter which designates the time which elapses between the transition to the temperature of 800 C and the temperature of 500 C during the cooling in welding. There is a cooling rate range (located for this steel composition to Atsoo 1-2s), for which the tenacity is optimal. For much faster cooling speeds, the formation of fresh martensite (martensite), which has lower properties, is observed. In contrast, a decrease in the cooling rate results in the formation of higher bainite or coarse ferritic structures, also less stubborn. The microstructures corresponding to the optimum of tenacity consist partly of martensite autorevenue, the income being due to the welding cycle itself, and partly lower bainite. The self-returning structure is characterized by the presence of fine carbides precipitated in the slats of martensite. These optimal structures from the point of view of toughness are located towards the end of the martensitic appearance domain, that is to say correspond to the beginning of the reduction in hardness from a substantially horizontal plateau corresponding to the hardness of the martensite, when Atsoo increases.
Selon l'invention, on a mis en évidence, comme le montre la figure 4, qu'une proportion de martensite autorevenue comprise entre 60 et 75 %, associée en complément à une proportion de bainite inférieure comprise entre 40 et 25%, conduit à obtenir une excellente ténacité en zone fondue LASER. Lorsque la proportion de martensite est plus spécialement comprise entre 60 et 70% associée en complément à une proportion de bainite inférieure comprise entre 40 et 30%, la température de transition est inférieure à 100 C, ce qui traduit un niveau de ténacité particulièrement élevé. According to the invention, it has been demonstrated, as shown in FIG. 4, that a proportion of self-sustained martensite of between 60 and 75%, combined in addition to a lower proportion of bainite of between 40 and 25%, leads to obtain excellent toughness in LASER melted zone. When the proportion of martensite is more particularly between 60 and 70% combined in addition to a proportion of bainite lower between 40 and 30%, the transition temperature is less than 100 C, which reflects a particularly high level of toughness.
Une conclusion similaire peut être tirée de la figure 5, relative à des essais de soudage par faisceau d'électrons sur des aciers de construction métallique 8 2872442 dont la teneur en carbone est comprise entre 0,1 et 0,17%. Une proportion de 60 à 75% de martensite auto-revenue et, en complément, de 40 à 25% de bainite inférieure, est donc particulièrement favorable pour l'obtention de zones fondues d'excellente ténacité en soudage à haute densité d'énergie. A similar conclusion can be drawn from FIG. 5, relating to electron beam welding tests on steel of metal construction 2872442 whose carbon content is between 0.1 and 0.17%. A proportion of 60 to 75% of self-tempering martensite and, in addition, 40 to 25% of lower bainite, is therefore particularly favorable for obtaining melted zones of excellent toughness in high energy density welding.
A composition d'acier donnée, parmi les différentes variables d'assemblage en soudage à haute densité d'énergie (puissance et vitesse de soudage, éventuel pré ou post-chauffage ou moyens de refroidissement), on choisira celles qui conduisent à une proportion de 60 à 75% de martensite en zone fondue, et préférentiellement de 60 à 70% , associée à un complément adéquat de bainite inférieure. Les relations entre la vitesse de refroidissement en soudage et la fraction de martensite vont être explicitées maintenant, en tenant compte de la similitude entre la ZAC et la zone fondue dans l'assemblage à haute densité d'énergie: Dans le domaine des zones affectées par la chaleur, il est connu d'après la 15 publication de Meta! Construction , avril 1987, pp. 217-223, que la proportion de martensite peut être évaluée par les expressions suivantes: AtB log 8 Fraction martensitique fM= t5 At log B Atm ou, de manière équivalente: At5 800 oo AtB exp- fM Ln (otB/ Lt M) 20 avec: At5â0 = Temps s'écoulant entre 800 et 500 C lors du refroidissement de la zone soudée après soudage, AtM= Temps de refroidissement critique conduisant à 100% de martensite, AtB= Temps de refroidissement critique conduisant à 100% de bainite. Given a given steel composition, among the various assembly variables in welding at high energy density (power and welding speed, possible pre or post-heating or cooling means), we choose those that lead to a proportion of 60 to 75% of martensite in the melted zone, and preferably of 60 to 70%, associated with an adequate complement of lower bainite. The relationship between the cooling rate in welding and the martensite fraction will be explained now, taking into account the similarity between the ZAC and the melted zone in the high energy density assembly: In the area of the zones affected by heat, it is known from the publication of Meta! Construction, April 1987, pp. 217-223, that the proportion of martensite can be evaluated by the following expressions: AtB log 8 Martensitic fraction fM = t5 At log B Atm or, equivalently: At5 800 oo AtB expM Ln (otB / Lt M) 20 with: At5â0 = Time flowing between 800 and 500 ° C during cooling of the welded zone after welding, AtM = Critical cooling time leading to 100% martensite, AtB = Critical cooling time leading to 100% of bainite.
log et Ln désignant respectivement les logarithmes décimaux et Népériens Cette expression s'applique lorsque: Atm <Atso0o <_ AtB Les temps critiques de refroidissement sont reliés à la composition chimique par les expressions suivantes: AtB= exp (6.2 CE II + 0,74) 30 AtM= exp (10,6 CE I - 4,8) avec: CEI = C+Mn/6+ Si/24 +Mo/4+ Ni/12+ Cu/15+ (Cr(1-0,16., /Cr)/8)+f(B) CE11 = C+Mn/3,6+ Cu/20 +Ni/9+ Cr/5+ Mo/4, Avec: f(B)=0, si I3 0,0001% 9 2872442 f(B)= (0,03-1,5N) si 0,0001%<B<_0,00025% f(B)=(0,063N) si 0,00025%<B<0,0004% f(B)=(0,09-4,5N) si B>_0,0004%, ces expressions supposant que f(B)>_0, c'est à dire que N__<0,020%. log and Ln respectively denoting the decimal and népériens logarithms This expression applies when: Atm <Atso0o <_ AtB The critical cooling times are related to the chemical composition by the following expressions: AtB = exp (6.2 CE II + 0.74 ) AtM = exp (10.6 EC I - 4.8) with: CEI = C + Mn / 6 + Si / 24 + Mo / 4 + Ni / 12 + Cu / 15 + (Cr (1-0.16) ., / Cr) / 8) + f (B) CE11 = C + Mn / 3.6 + Cu / 20 + Ni / 9 + Cr / 5 + Mo / 4, With: f (B) = 0, if I3 0.0001% 9 2872442 f (B) = (0.03-1.5N) if 0.0001% <B <_0.00025% f (B) = (0.063N) if 0.00025% <B <0 , 0004% f (B) = (0.09-4.5N) if B> 0.0004%, these expressions assuming that f (B)> 0, that is, N <0.020%.
C, Mn, Si, Mo, Ni, Cu, Cr, B et N désignent respectivement les teneurs en carbone, manganèse, silicium, molybdène, nickel, cuivre, chrome, bore et azote, exprimées en pourcentage pondéral, de l'acier. C, Mn, Si, Mo, Ni, Cu, Cr, B and N respectively denote the carbon, manganese, silicon, molybdenum, nickel, copper, chromium, boron and nitrogen contents, expressed in weight percent, of the steel.
Or, comme on l'a montré précédemment, la similarité de la ZAC et de la zone fondue en soudage homogène et autogène à haute densité d'énergie indique que les formulations précédentes valables pour la ZAC sont également applicables à la zone fondue. However, as has been shown previously, the similarity of the ZAC and the melted zone in homogenous and autogenous welding with high energy density indicates that the previous formulations valid for the ZAC are also applicable to the melted zone.
Selon l'invention, dans la zone fondue, une teneur en martensite comprise entre 60 et 75%, préférentiellement entre 60 et 70%, associée à un complément en bainite inférieure conduit à obtenir une excellente ténacité. According to the invention, in the melted zone, a martensite content of between 60 and 75%, preferably between 60 and 70%, combined with a lower bainite content leads to an excellent toughness.
Ceci est obtenu si le paramètre de refroidissement obéit à l'expression suivante At3 exp- 0,75 Ln (AtB/ At m) AtBOa) AtB exp- 0,6 Ln (AtB/ At M) et de préférence: AtB exp- 0,7 Ln (AtB/ At M) ( 800)< AtB exp-0,6 Ln (AtB/ At M) Otsoo Selon le procédé à haute densité d'énergie utilisé, deux cas sont à distinguer: - Dans le cas de soudage LASER homogène et autogène, la composition de la zone fondue est pratiquement identique à celle du métal de base. Les expressions mentionnées ci-dessus, relatives à la composition élémentaire de la zone fondue, s'appliquent également à la composition du métal de base, c'est à dire à la composition de l'acier à partir duquel on réalise l'assemblage. This is achieved if the cooling parameter obeys the following expression At3 exp- 0.75 Ln (AtB / At m) AtBOa) AtB exp-0.6 Ln (AtB / At M) and preferably: AtB exp-0 , 7 Ln (AtB / At M) (800) <AtB exp-0.6 Ln (AtB / At M) Otsoo According to the high energy density method used, two cases are to be distinguished: - In the case of welding Homogeneous and autogenous LASER, the composition of the melted zone is practically identical to that of the base metal. The expressions mentioned above, relating to the elemental composition of the melted zone, also apply to the composition of the base metal, that is to say to the composition of the steel from which the assembly is made.
- Dans le cas de soudage par faisceau d'électrons homogène et autogène, on a observé une modification de la composition de la zone fondue par rapport au métal de base: La teneur en azote est abaissée en moyenne d'environ 10%, comme l'indique la figure 6, par la suite de la faible pression partielle au-dessus du métal liquide. D'autre part, on observe également une réduction moyenne de 10% de la teneur initiale du manganèse, élément possédant une tension de vapeur élevée. A partir des teneurs initiales en N et en Mn dans le métal de base, les teneurs en N et en Mn dans la zone fondue sont respectivement égales à 0,9C et 0,9Mn. Dans ces conditions, les expressions précédentes deviennent 2872442 AtB= exp (6.2 CE II + 0,74), AtM= exp (10,6 CE I - 4,8) CE, = C+Mn/6,67+ Si/24 +Mo/4+ Ni/12+ Cu/15+ (Cr(1-0,16-JCr)/8)+f(B) CE = C+Mn/4+ Cu/20 +Ni/9+ Cr/5+ Mo/4, Avec: f(B)=0, si B 0,0001% f(B)= (0,03-1,35N) si 0,0001%<B 0,00025% f(B)=(0,06-2,7N) si 0,00025%<B<0,0004% f(B)=(0,09-4,05N) si B>_0,0004%, ces expressions supposant que f(B)>_0, c'est-à-dire que N<0,022%. - In the case of homogeneous and autogenous electron beam welding, a change in the composition of the molten zone compared to the base metal has been observed: The nitrogen content is lowered by an average of about 10%, as Figure 6 shows the low partial pressure above the liquid metal. On the other hand, there is also an average reduction of 10% in the initial content of the manganese element having a high vapor pressure. From the initial contents of N and Mn in the base metal, the contents of N and Mn in the melted zone are equal to 0.9C and 0.9Mn, respectively. Under these conditions, the preceding expressions become 2872442 AtB = exp (6.2 EC II + 0.74), AtM = exp (10.6 EC I - 4.8) EC, = C + Mn / 6.67 + Si / 24 + Mo / 4 + Ni / 12 + Cu / 15 + (Cr (1-O, 16-JCr) / 8) + f (B) CE = C + Mn / 4 + Cu / 20 + Ni / 9 + Cr / 5+ Mo / 4, With: f (B) = 0, if B 0.0001% f (B) = (0.03-1.35N) if 0.0001% <B 0.00025% f (B) = (0.06-2.7N) if 0.00025% <B <0.0004% f (B) = (0.09-4.05N) if B> _0.0004%, these expressions assuming that f ( B)> 0, i.e., N <0.022%.
C, Mn, Si, Mo, Ni, Cu, Cr, B et N désignent respectivement les teneurs en carbone, manganèse, silicium, molybdène, nickel, cuivre, chrome, bore et azote, exprimées en pourcentage pondéral, de l'acier soudé. C, Mn, Si, Mo, Ni, Cu, Cr, B and N respectively indicate the contents of carbon, manganese, silicon, molybdenum, nickel, copper, chromium, boron and nitrogen, expressed in weight percentage, of the welded steel .
Naturellement, l'invention peut être également transposée au cas où l'on soude une partie en acier avec une autre pièce d'acier de composition différente, et ceci en tenant compte de la participation relative de chaque élément pour former la zone fondue, c'est à dire du coefficient de dilution. La même remarque s'applique également au cas du soudage avec produit d'apport métallique, dont il convient de tenir compte de la composition et du coefficient de dilution, ceci afin d'évaluer la composition de la zone fondue. Naturally, the invention can also be transposed to the case where one weld a steel part with another piece of steel of different composition, and this taking into account the relative participation of each element to form the melted zone, c that is, the dilution coefficient. The same applies also to the case of welding with metallic filler, the composition and dilution coefficient of which must be taken into account, in order to evaluate the composition of the melted zone.
La présente invention va être maintenant illustrée à partir de l'exemple suivant, relatif au soudage par faisceau LASER: Un acier de 12 mm d'épaisseur utilisé pour la fabrication de tubes de limite d'élasticité supérieure à 400 MPa ayant la composition suivante:C=0,1%, Mn=1,45%, Si=0, 35%, AI=0,030%, Nb=0,040%, N=0,004%, a été soudé en mode autogène par faisceau LASER sans métal d'apport avec des paramètres choisis de telle sorte que la vitesse de refroidissement Otsoo soit égale à 1,7 s. Dans ces conditions, la fraction de martensite auto- revenue de la zone fondue calculée à partir de l'expression ci-dessus (cas du soudage homogène et autogène) est égale à 68%, très voisine de celle déterminée par observation métallographique, complétée par 32% de bainite inférieure. Ces conditions correspondent à celles de l'invention, qui sont associées à une ténacité optimale de la zone fondue: de fait, la température de transition, déterminée à partir d'essais de traction par choc sur éprouvettes cylindriques entaillées de 4mm de diamètre, est de - 120 C, ce qui traduit une excellente ténacité et une grande résistance à la rupture fragile des tubes fabriqués dans ces conditions par soudage LASER. The present invention will now be illustrated from the following example, relating to LASER beam welding: A 12 mm thick steel used for the manufacture of yield strength tubes greater than 400 MPa having the following composition: C = 0.1%, Mn = 1.45%, Si = 0.35%, Al = 0.030%, Nb = 0.040%, N = 0.004%, was soldered in autogenous mode by LASER beam without filler metal with parameters chosen so that the Otsoo cooling rate is equal to 1.7 s. Under these conditions, the self-tempered martensite fraction of the melted zone calculated from the above expression (case of homogeneous and autogenous welding) is equal to 68%, very close to that determined by metallographic observation, completed by 32% lower bainite. These conditions correspond to those of the invention, which are associated with an optimum tenacity of the melted zone: in fact, the transition temperature, determined from impact tensile tests on cylindrical cylindrical specimens 4 mm in diameter, is - 120 C, which reflects excellent toughness and high resistance to brittle fracture of tubes manufactured under these conditions by LASER welding.
11 2872442 Grâce à l'invention, on réalise donc la fabrication de structures soudées à haute densité d'énergie de manière économique, sans faire appel à des éléments d'addition coûteux. L'invention permet de choisir les conditions d'assemblage de façon à satisfaire aux exigences de sécurité vis-à-vis du risque de rupture brutale. Thanks to the invention, therefore, the manufacture of welded structures with high energy density is carried out economically, without resorting to expensive additive elements. The invention makes it possible to choose the assembly conditions so as to satisfy the safety requirements with respect to the risk of sudden failure.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4527040A (en) * | 1983-06-16 | 1985-07-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of laser welding |
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| US6532995B1 (en) * | 1999-01-07 | 2003-03-18 | Nippon Steel Corporation | Super-high-strength line pipe excellent in low temperature toughness and production method thereof |
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|---|---|---|---|---|
| US4527040A (en) * | 1983-06-16 | 1985-07-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of laser welding |
| JPH1094890A (en) * | 1996-09-24 | 1998-04-14 | Nippon Steel Corp | Laser beam welding method of steel plate excellent in toughness of weld joint |
| US6085528A (en) * | 1997-06-20 | 2000-07-11 | Exxonmobil Upstream Research Company | System for processing, storing, and transporting liquefied natural gas |
| US6532995B1 (en) * | 1999-01-07 | 2003-03-18 | Nippon Steel Corporation | Super-high-strength line pipe excellent in low temperature toughness and production method thereof |
| EP1375694A1 (en) * | 2002-06-19 | 2004-01-02 | Rautaruukki OYJ | Hot-rolled steel strip and method for manufacturing the same |
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