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Procédé de fabrication d'aciers à faible teneur en alliage résistant à. l'oxydation jusqu'à 800 .
Les alliages de fer et d'aluminium sont connus en soi. Leur emploi .est, toutefois, très limité, car ils présentent, outre des qualités favorables, un grand nombre de propriétés défavo - râblés dépendant de l'importance de la teneur en aluminium.
Ainsi, on a transformé des aciers à l'aluminium à 4 % en tôles de dynamos et de transformateurs, afin d'utiliser la pro- priété de l'aluminium d'exercer sur les pertes d'aimantation du fer doux une action semblable à celle du silicium. Mais on a abandonné ce procédé, les tôles à l'aluminium n'ayant pas, à d'autres pointa;de vue, des qualités équivalentes à celles des tôles au silicium et étant onéreuses.
Le brevet allemand n .431.413 de la classe 18b a fait conna@tre des alliages qui auraient l'avantage particulier d'une haute résistance électrique et d'une haute stabilité à la chaleur.
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Ils oontiennent environ 8-16 % d'aluminium, 6-18 % de chrome ou 6-8 % de manganèse. Les alliages appartiennent à la. catégorie des alliages à haute stabilité à la chaleur présentant, d'une manière tout-à-fait générale, de hautes teneurs en chrome et de hautes teneurs en nickel, aveo ou sans autres additions, par exemple de manganèse, de cobalt et aussi, dans quelques cas, d'aluminium entre 8 et 60 % .
Outre qu'ils sont d'un prix élevé, ces aciers à haute te - neur en alliage, par suite de leur texture martensitique à 1' état de laminage ou de forgeage et de leur usinage difficile, n'entrent pas en ligne de compte pour maints usages, par exemple pour des tubes bouilleurs. Certains essais technologiques, par exemple les essais de dureté par pliage pour les tubes bouil - leurs (d'après les décisions de la commission allemande pour les chaudières à. vapeur concernant les prescriptions sur les matériaux et la construction pour les chaudières terrestres, du 18-6-1926). ainsi que le dudgeonnage eto. , renoontrent, avec les matériaux à haute teneur en alliage précités, et abstrac - tion faite de la transformation en tubes difficile et souvent impossible, des difficultés insurmontables.
On connaît encore des alliages de fer et d'aluminium à haute teneur contenant plus de 10 % d' aluminium, lesquels sont stables à la chaleur jusqu'au-dessus de 9000, mais n'entrent en ligne de compte que pour des pièces coulées, étant donné qu'ils ne sont plus forgeables ni laminables.
Dans quelques brevets étrangers, on décrit également des alliages de fer et d'aluminium possédant tous une haute teneur en aluminium ( jamais moins de 5 %) et contenant, en outre, de hautes teneurs en nickel et chrome.
Exemples :Brevet américain 1.633.805 :
Al 10 - 15 %
Or 5 %
Ni 30 %
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Brevet américain 1.633.826 : Al 8 - 15 % Ni 25 % Cr 7 15 % Brevet britannique 220.006 : jusqu'à 40 % de chrome avec de hautes teneurs en manganèse, nickel et tungstène. L'addition de cobalt, de cuivre et d'alu- minium en faibles quantités, comme constituants d'alliage, n'est mentionné qu'accessoirement.
Brevet britannique 215.231 :
Cr 15 35 %
Al 5 - 12 %
Comme la résistance à l'oxydation (à la formation de batti- tures) était toujours demandée à partir de 9000 au moins, il était nécessaire d'employer ces aciers à haute teneur en alliage Mais il existe des usages pour lesquels une résistanoe à l'oxy- dation serait aussi souhaitable à des températures plus basses.
Le fer ordinaire commence déjà, dans une atmosphère oxydante, à se couvrir d'oxyde (battiture) à 600 environ. Une matière ten- dre à faible teneur en alliage ne présentant pas encore cette oxydation à environ 700-800 serait déjà un progrès, parce que ces températures sont, pour de nombreux produits,soit des tem- pératures d'usinage, soit des températures d'emploi.
Or, l'invention s'appuie sur les résultats d'expériences approfondies faites méthodiquement dans ce sens depuis long - temps, expériences qui ont conduit à la production d'une matière répondant, par exemple, aux exigences des chaudières à vapeur modernes grande puissance. L'élévation de la température de la vapeur à 600 environ, qu'on a voulu réaliser, a échoué jus- qu'ici faute d'une matière appropriée, qui ne devait pas seule- ment résister à l'oxydation, mais devait aussi pouvoir être dud- geonnée sans difficultés et supporter, sous tous autres rapports, les divers efforts d'usinage et de service dans la pleine mesure
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des essais technologiques prescrits.
Il s'agit, dans ces der - niers, de qualités que ne possèdent pas les aciers à haute teneur en alliage et haute stabilité à. la chaleur, abstraction faite de leur prix élevé.
La caractéristique de l'invention réside dans la connais - sanoe du fait qu'une teneur d'environ 2,? % d'aluminium comme constituant d'alliage suffit déjà. pour rendre de l'acier ordi - naire résistant à l'oxydation jusqu'à environ 800 , et qu'une teneur en aluminium de la valeur des propositions connues, men- tionnées ci-dessus doit même être considérée comme ayant, pour de nombreux cas, une action perturbatrice, voire nuisible. Le progrès d'ordre économique que constitue le prix moins élevé est reconnaissable sans plus.
Contrairement aux aciers à. haute teneur en alliage et haute stabilité à. la chaleur, cet acier à faible teneur d'aluminium peut être laminé, par exemple, en tubes, sans difficultés et sans précautions spéciales, d'après les procédés de perçage et de laminage les plus divers (Ehrhardt, Stiefel, Mannesmann etc.).
Un autre progrès réside dans la constatation du fait que cet acier, qui est, en soi, grossièrement granulé, peut être, par un traitement de recuit convenable, amélioré, c'est-à-dire rendu tenace et malléable. Par un recuit suivi de trempe à. des températures supérieures à 700 jusqu'à environ 10000, et un revenu à. environ 500-750 , on réussit à rendre le nouvel acier plus finement granulé et tenace (fig.3), à exécuter plus faci- lement les essais technologiques de tubes bouilleurs et à les réduire à froid à. des tubes de précision du plus petit diamètre.
Il y a lieu de remarquer ici, cependant, que, par dérogation au traitement de recuit normal, lé premier réchauffage jusque dans le domaine de la solution solide a lieu utilement plus long - temps afin d'assurer la complète diffusion du carbone à l'inté- rieur de la ferrite d'aluminium. Comme, au-dessus d'une concen- tration limite, qui est inférieure à 2 % d'aluminium environ,
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la phase Ó est entièrement supprimée, et comme on n'a pu, d'après des expériences du " Kaiser-Wilhelm-Institut " pour les recherches relatives au fer, constater qu'un seul point criti- que (Ac à. '735 CI, Ar à, 732 ), on se trouve donc déjà, un peu en- dessous de 800 ,dans le domaine de la solution solide,
c'est-à- dire qu'il n'est pas nécessaire, dans l'amélioration, de tremper l'acier au-dessus de 800 , de sorte qu'on évite une oxydation (formation de battitures) même dans un traitement de recuit pro- longé. Un autre avantage de l'acier fabriqué par le nouveau procédé consiste en ce que des procédés d'usinage de cet acier dans lesquels il a fallu, jusqu'ici, intercaler un traitement intermédiaire spécial pour la suppression de l'oxyde (battiture), par exemple un décapage, peuvent être réalisés sans un tel traitement intermédiaire.
Quelques formes de réalisation du procédé seront expliquées dans ce qui suit ; le) Pour la fabrication d'aciers résistant à l'oxydation qui ne doivent pas présenter une ténacité particulière, on choisit utilement la composition suivante
C jusque 0,4
Mn environ 0,20 à 0,80 %
P moins de 0,02
S " 0,02
Si 0 à 0,8 %
Al 2,7 à 4 % .
Ces aciers à faible teneur en aluminium peuvent être lami- nés sans difficultés en tôles, en barres et en profilés, et é- galement, par les procédés de perçage et de laminage les plus divers, en tubes de grandes et de petites dimensions. Il résis- tent à l'oxydation jusqu'à 800 , conviennent, par exemple, pour les poches de générateurs, pour des tuyaux dans lesquels doit être réohauffé un milieu liquide ou gazeux, et pour d'autres usages. Pour des résistances d'environ 40-60 kg. à l'état de
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laminage, l'allongement est d'environ 10 à 18 %. Les aciers sort bien susceptibles d'être soudés électriquement et travaillés.
La texture est visible sur les figures 1 et 2.
2 ) Une seconde forme de réalisation du procédé convient particulièrement pour des objets devant être plus tenaces. Un objet d'acier fabriqué par le procédé décrit précédemment est soumis, à l'état laminé, à un traitement de recuit ou d'amélie- ration, à savoir :on recuit l'objet, par exemple, à environ 750 -950 , mais utilement plua longtemps que dans la normali- sation ordinaire. Ce recuit est suivi d'une trempe dans l'eau et d'un revenu, durant plus longtemps que normalement, à envi- ron 500-750 . Si l'on ne recuit que pendant une courte durée de la manière actuellement connue, on n'obtient qu'une texture partiellement plus fine. Le carbone n'a pas eu le temps de se diffuser complètement, car l'aluminium dissous dans le fer Ó s'oppose à la diffusion du carbone.
On peut obtenir aussi une certaine ténacité par un simple recuit à 60-700 , ce qui, pour des objets ne devant pas présenter un allongement maximum, est préférable en raison des frais moine élevés.
3 ) Par une autre forme de réalisation du procédé, on ob- tient d'emblée une texture plus fine et, avant tout, une répar- tition plus uniforme du carbone. On a besoin pour cela, oomme éléments d'alliage, d'additions agissant, au point de vue de l'influence exercée sur la faculté du fer Ó de dissoudre le carbone, en sens inverse de l'aluminium. Des essais approfon - dis ont démontré que de faibles additions de chrome ou de manganèse, ou de ces deux métaux ensemble, suffisent déjà à rendre plus fine la texture de coulée et naturellement aussi, par suite, la texture de forgeage ou d'amélioration. Une ac- tion plus prononcée encore est exercée, dans ce sens, par le tungstène, le molybdène, le vanadium, le titane etc. seuls ou plusieurs ensemble. Ces éléments agissent de même, de la maniè- re connue, sur les qualités de résistance.
On choisit donc
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toujours un ou plusieurs éléments d'alliage qui déterminent, outre la finesse de texture, une qualité de résistance voulue.
On allie par exemple l'acier à l'aluminium, pour une limite d' étirage à chaud, élevée, avec du molybdène ou du vanadium ou les deux ensemble. Pour la résistance à l'usure, le titane est préférable, etc.
Les fige.5-7 montrent somment la texture de forgeage de ces aciers est déjà notablement plus uniforme et plus fine que sans ses additions (fig.4). Les éléments d'alliage sont chaque fois indiqués.
4 ) Pour une autre forme de réalisation du procédé, des- tinée a. donner un allongement maximum, on trempe aussi ces aciers dans le domaine de la solution solide et on les recuit ensuite entre 500 et 750 de la manière indiquée antérieure -
EMI7.1
ment (figea.8 et 9). Au lieu de tremper et faire revenir ces aciers, on peut aussi obtenir une certaine ténacité par un simple recuit à 600-700 environ.
Le tableau suivant donne quelques valeurs de résistance qui font reconnaître clairement l'accroissement de la ténacité en fonction des additions d'alliage et du traitement ou de 1' amélioration (remarquable est la limite d'étirage élevée par rapport à la résistance, qui est parfois supérieure à 80 %).
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<tb> Désignation <SEP> Limite <SEP> d' <SEP> Résis- <SEP> Allonge- <SEP> Traitement
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<tb> étirage <SEP> tance <SEP> ment
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et analyse kg/mm2 kg/am2 % lw5d e 27 40,8 49,8 13,3 livraison état
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<tb> de <SEP> laminage.
<tb>
<tb> allié <SEP> à
<tb>
EMI7.5
3,26% Ai 36 ,4 4615 16 duo recuit à 9400.
35,4 4492 30,0 trempé , 940 . revenu â 6s0 .
34,6 4492 88,4 trempé a.800".
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<tb> revenu <SEP> à <SEP> 650 .
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75 <SEP> 48,2 <SEP> Si <SEP> ,4 <SEP> livraison
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<tb> 27, <SEP> % <SEP> Al
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EMI8.2
0,8 % Or 33,0 44. '7 27,6 trempé à 940 .
EMI8.3
<tb> revenu <SEP> à <SEP> 650 <SEP> .
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76
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EMI8.4
2,8 % Ai 39,4 52,6 16,3 livraison
EMI8.5
<tb> 0,8 <SEP> % <SEP> Or <SEP>
<tb>
<tb> 0,1 <SEP> % <SEP> Mo <SEP> 35,8 <SEP> 51,8 <SEP> 28,8 <SEP> trempé <SEP> à <SEP> 940 .
<tb>
<tb>
0,1 <SEP> % <SEP> W <SEP> revenu <SEP> à <SEP> 650 .
<tb>
<tb>
HZ
<tb>
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3 ,6 A1 4h ,5 59 ,4 1492 livraison
EMI8.7
<tb> 0,7 <SEP> % <SEP> Or <SEP> 35,4 <SEP> 54,8 <SEP> 18,3 <SEP> recuit <SEP> à <SEP> 940 .
<tb>
EMI8.8
0,3 % Mo 44,1 z,1 26,0 treempé à 940 .
EMI8.9
<tb> revenu <SEP> à <SEP> 650 <SEP> . <SEP>
<tb>
EMI8.10
39,7 54,0 24,2 trempé à 800 .
EMI8.11
<tb> revenu <SEP> à <SEP> 650 <SEP> .
<tb>
<tb>
38 <SEP> ,7 <SEP> 52 <SEP> ,2 <SEP> 29 <SEP> ,2 <SEP> trempé <SEP> à <SEP> 940 <SEP> . <SEP>
<tb>
<tb> revenu <SEP> à' <SEP> 730 <SEP> .
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<tb>
48,8 <SEP> 59,9 <SEP> 20,4 <SEP> recuit <SEP> à <SEP> 68 <SEP> 0 <SEP> Il. <SEP>
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On trouvera encore ci-après quelques explications rela - tives aux photographies d'échantillons jointes au présent mémoire.
Fig.l : ferrite d'aluminium à gros grain avec perlite à grain de grosseur limite.
Fig. 2 : idem.
Fig.3 : montre la texture de cassure de 5 éprouvettes différentes traitées pour l'essai de rupture..
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N . <SEP> Aspect <SEP> de <SEP> la <SEP> cassure <SEP> Traitement <SEP> 'Allonge-
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1 <SEP> assez <SEP> grossièrement <SEP> granulé <SEP> -,état <SEP> de <SEP> laminage <SEP> 13,3
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<tb> très <SEP> grossièrement <SEP> granulé <SEP> recuit <SEP> à <SEP> 940 ,
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<tb> refroidissement
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<tb> à <SEP> l'air <SEP> 15, <SEP> 0 <SEP>
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<tb> 3 <SEP> finement <SEP> granulé, <SEP> nerveux <SEP> trempe <SEP> à <SEP> 940
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<tb> revenu <SEP> 1 <SEP> heure
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<SEP> plus <SEP> grande <SEP> trempé <SEP> à <SEP> 800 .
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Fig.4 ferrite d'aluminium à gros grain (sans addi - tiens d'alliage).
Fig.5 : grain plus fin à l'état de forgeage par 1' addition de 0,8 % Or pour 2,7 % Al.
Fig.6 : texture fine normalisée à 930 par l'addition de 0,6 % Or, 0,1 % W, 0,1 % Mo pour 2,7 % Al.
Fig.7 : texture de forgeage uniforme et finement granulée avec 3,3 % Al par l'addition de 2 % Cr.
Fig.8 : montre l'acier trempé à 9500 et revenu à 650, dont la texture de forgeage est représentée par la. fig.8.
La texture est encore devenue plus finement granulée.
Fig.9 : montre l'augmentation de finesse du grain après le même traitement de l'acier représenté à la fig.5 et allié à 0,8 % Or, d'après le même traitement qu'à la fig.8.
Dans ce qui suit sont encore indiquées quelques au - très textures de tels aciers.
La fig.10 montre, après trempe, une micro structure finement granulés, semblable à l'austénite. d'un acier à 3 % Al et 0,3 % W ; l'acier est,dans cet état, extrême - ment fragile. Le carbone se trouve complètement en disso- lution ; la cassure se montre grossièrement cristalline.
Après revenu de cet acier trempé (fig.ll), le carbone se sépare, dans les divers champs d'austénite, sous forme de cémentite dont la distance entre lamelles est relativement
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grande, ce qui, dans une attaque énergique donne l'illu- sion d'une teneur en carbone notablement plus élevée. L' allongement de l'éprouvette de rupture (1=5d), qui était de 1,2 % à l' état trempé, s'est élevé à 30,5 % la stria- tion, de 6,2 à 70,8 %.
Les figs.12 et 13 montrent des textures analogues.
Les qualités de résistance sont aussi influencées dans le même sens.
L'invention a encore pour objet les matières fabri - quées d'après les différentes formes d'exécution du nou - veau procédé et destinées à la fabrication de pièces ré - sistant à l'oxydation jusqu'à 800 , en particulier de tuyaux, ces matières consistant en acier doux à faible teneur en alliage contenant environ 1-4 % d'aluminium. L' invention a aussi pour objet, en particulier, d'employer cette nouvelle matière en utilisant ses propriétés parti- culières, en particulier comme matière pour la fabrication d'objets se produisant par un des procédés de laminage ou d'étirage connue, notamment pour la fabrication de tubes étirés ou laminés.
Une partie de l'invention est encore, enfin, la mesure consistant à fabriquer, en particulier, les tubes de surchauffeurs, les tubes à vapeur, les tubes bouilleurs et les tubes d' entretoisement, ainsi que tous autres éléments de chaudières à vapeur, notamment pour les chaudières supportant de grands efforts, en un acier doux à faible teneur en alliage, contenant environ 1 à 4 % d' aluminium.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.