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" Perfectionnements aux alliages de fer et de chrome " la présente invention se rapporte à des aciers contenant du chrome et plus particulièrement à des aciers au chrome qui ne sont pas susceptibles d'être durcis.
L'un des procédés bien connu, utilisé pour conférer la dureté au fer dépend, entre autres fac- teurs, d'une solution de carbone sous forme de car- bures dans le fer et le produit résultant est connu
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sous le nom d'acier. Lorsqu'on ajoute du chrome au fer contenant du carbone à l'état de carbure, l'eT- fet de durcissement du carbone est plus prononcé encore. Si le fer contient 12 % environ de chrome, la quantité de carbone nécessaire pour réaliser la composition eutectique n'est que de 0,30 % ce qui démontre que la présence d'une quantité déterminée de carbone exerce un effet de durcissement plus pro- noncé dans'ces aciers que dans les aciers ordinaires au carbone.
On a tiré avantage de ce fait pour la production d'aciers inoxydables utilisés pour la coutellerie.
On sait également que le chrome confère à l'acier une résistance élevée à la corrosion et l'u- sage de l'acier au chrome est avantageux pour d'au- tres applications que la coutellerie. Dans ces au- tres applications, une grande dureté est souvent nuisible et, pour obtenir des aciers plus doux il est d'usage d'abaisser la teneur en carbone. On fabrique actuellement pour les cas où il s'agit de combattre la corrosion des quantités très considé- rables d'acier à haute teneur en chrome et ne conte- nant pas plus de 0,15 % de carbone et même dans cer- tains cas moins de 0,10 % de carbone.
Même ces aciers possédant une si faible teneur en carbone ont en- core la propriété de durcir car on doit les recuire pendant plusieurs heures au moins pour les rendre plus doux et plus ductiles ou pour les rendre à la fois plus doux et plus ductiles. Toutefois, la pro- priété de durcissement de ces aciers dépend en gran- de partie de leur teneur en chrome car, si la teneur en chrome dépasse 16 % environ, on ne peut pas dur- cir le métal d'une manière appréciable, bien qu'il
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soit encore nécessaire de recuire l'alliage usiné pour augmenter sa ductilité et pour le rendre le plus doux qu'il est possible.
La demanderesse a constaté que, lorsqu'on traite par le niobium des aciers à teneur élevée en chrome on réduit considérablement leur propriété de se durcir et, dans de nombreux cas, cette pro- priété est supprimée d'une manière sensiblement com- plète.
L'invention a pour objet un alliage perfec- tionné contenant du fer, du chrome, du niobium et du carbone, la teneur en chrome étant de 2 à 30 % environ et la teneur en carbone étant égale ou infé rieure à 0,50 % environ tandis que le rapport entre le niobium et le carbone est supérieur à 4 parties de niobium pour 1 partie environ de carbone.
De pré- férence ce rapport est supérieur à 8 parties de nio- bium pour 1 partie environ de carbone,
L'effet de l'addition du niobium aux aciers au chrome ressort du tableau suivant :
TABLEAU I
EMI3.1
A e- IVOETAL A L'ETAT LAM.D# -----------------------
EMI3.2
<tb> lcg <SEP> par <SEP> cm2
<tb>
EMI3.3
limite tension allonge- Réduction Valeur Dureté % Or f' C % '1 élastique maximum nent pour de sec- Erich Brinell>¯ ¯¯¯ ¯¯¯¯¯ ¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯ ¯¯¯¯¯ ¯¯¯ 5 cm% tion% ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ 5144 OelO ¯¯¯=¯¯¯¯¯¯10.52,0 izd7oo 5------- i-a ' 575
EMI3.4
<tb> 5,62 <SEP> 0,09 <SEP> 1,04 <SEP> 6.880 <SEP> 7.800 <SEP> 15 <SEP> 62 <SEP> 6 <SEP> 200
<tb>
EMI3.5
12,62 z - loè5oo z50 3 8 5 87 1,42.
olo z18 2.760 4.450 50 54 7 131
EMI3.6
<tb> 18,29 <SEP> 0,08 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> .000 <SEP> 6 <SEP> .500 <SEP> 6 <SEP> 14 <SEP> 5 <SEP> 170
<tb>
<tb> 19,20 <SEP> 0,08 <SEP> 1,00 <SEP> 3.650 <SEP> 5.060 <SEP> 22 <SEP> 41 <SEP> 6,50 <SEP> 149
<tb>
<tb> 22,50 <SEP> 0,15 <SEP> - <SEP> 4290 <SEP> 6.640 <SEP> 7 <SEP> 11 <SEP> 5,50 <SEP> 170
<tb>
EMI3.7
22 , 85 oeil2 1,47 5.720 5 .260 19 S9 6 1S1
EMI3.8
<tb>
<tb>
B - METAL CHAUFFE à 725-775 PENDANT 4, HEURES
ET REFROIDI A L'AIR
EMI3.9
lÈ, 6à ' ' 0 , 12 - a.650 5.610 50 75 7,50 149
EMI3.10
<tb> 12,42 <SEP> 0,10 <SEP> 1,18 <SEP> 2.740 <SEP> 4.350 <SEP> 29 <SEP> 67 <SEP> 7,00 <SEP> 128
<tb>
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La partie A du tableau I montre que des aciers à faible teneur en carbone,
renfermant environ 5, 12, 18 et 25 % de chrome possèdent, lorsqu'ils sont dans un état équivalent à celui qu'ils pourraient avoir à la sortie du laminoir, une très faible ductilité et que ceux qui contiennent 5 et 12 % de chrome sont aussi re- lativement dursLes chiffres pour une série d'aciers analogues renfermant du niobium montrent que, dans ces mêmes conditions, ces aciers sont ductiles et doux.
La partie B du tableau I montre les effets re- latifs du recuit d'une part sur un acier susceptible d'être rendu dur et renfermant 12 % de chrome et, d'au- tre part, sur un acier à 12 %de chrome renfermant du niobium. On voit que les propriétés de l'acier exempt de niobium sont fortement modifiées par le recuit, tan- dis que celles de l'acier renfermant du niobium ne sont guère modifiées.On remarquera en outre que l'acier ren- fermant du niobium est plus doux que l'acier ordinaire au chrome même à l'état recuit.
Les aciers ordinaires contenant environ 12 % de chrome et une faible proportion de carbone durcissent fortement par leur refroidissement rapide à partir de températures voisines de 950 . Les essais de la demande- resse ont montré que, lorsqu'à un tel acier on ajoute une quantité suffisante de niobium, sa dureté n'augmente pas d'une manière appréciable par un refroidissement ra- pide à partir de ces températures. Les renseignements nt du tableau II exprime/cet avantage qui résulte de l'ad- dition du niobium aux aciers chromés.
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TABLEAU II
EMI5.1
:METAL CI,UFÉ à 950-moo PEND!NT 5 MINUTES ET REFROIDI A L'AIR
EMI5.2
<tb> kg <SEP> par <SEP> cm2
<tb>
EMI5.3
limite tension al3ongemedt Ekuotim Valeur Dureté
EMI5.4
<tb> % <SEP> Or <SEP> % <SEP> 0 <SEP> % <SEP> Nb <SEP> élastique <SEP> maximum <SEP> pour <SEP> 5 <SEP> cm <SEP> de <SEP> sec- <SEP> Erich <SEP> Bri-
<tb>
<tb> tion <SEP> % <SEP> nell
<tb>
EMI5.5
12,62 0,12 - 8 o23C 10.500 4 6 5t5o 502 12,42 0,10 1,18 2.600 4.550 -57 7S ge5o 116
Bien que ces nombres montrent qu'à l'état lamine- les aciers au niobium sont doux et ductiles, la deman- deresse estime qu'il y a avantage à recuire le métal ne fût-ce que pour supprimer les tensions produites par le travail à chaud.
Ces résultats peuvent être obtenus en quelques minutes à ces températures élevées, tandis que lorsqu'on veut rendre plus doux des aciers exempts de @ niobium il est nécessaire de les recuire pendant plusieurs heures à des températures plus basses.
On voit que lorsqu'on élève graduellement la teneur en chrome au-dessus de 12 % dans des aciers à faible teneur en carbone, la tendance au durcissement diminue . Lorsque la teneur en chrome atteint 16 % en- viron, les aciers ne peuvent guère devenir plus durs bien qu'il soit nécessaire de les recuire pour les rendre ductiles.
Lorsque la teneur en chrome s'élève jusqu'à 20 % et dépasse ce point, cette tendance di- minue encore plus, mais il devient nécessaire de nou- veau de recuire le métal pour le rendre ductile.. Tous ces aciers sont rendus doux et ductiles à l'état laminé par la présence de niobium et une addition de cet élé- ment peut être faite avec avantage à des métaux conte-
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nant même de 25 à 30 % de chrome.
EMI6.1
.xax Ia modification ne dépend pas forcement des propriétés de l'alliagq4 de l'effet produit par l'alliage du niobium avec la solution solide de chrome et de fer.
En fait on a constaté que si l'on ajoute une quantité de niobium de beaucoup supérieure à celle qui est nécessaire pour sa combinaison avec le carbone que si ou une quantité relativement considérable de car- aciers bure de niobium est présente, les @ résultants sont rendus un peu moins doux et ductiles que ceux dans lesquels on a évité ces excès. Toutefois un excès im- portant de niobium peut, dans certains cas, être pré- sent sans que cela supprime la grande ductilité et le caractère très doux du métal et sans modifier considé- rablement à d'autres points de vue les propriétés de l'alliage. D'une manière plus précise on peut dire que le rapport du niobium au carbone devrait être égal ou supérieur à 8 à 1 pour que l'alliage obtenu soit le plus doux.
On peut augmenter ce rapport sans nuire aux avantages de la présente invention, mais l'excès de niobium qui dépasse ce rapport 8 à 1 ne doit pas être supérieur à 2 % et de préférence 1,5 % du poids total de l'alliage. Pour réaliser sûrement les aciers très doux objets de l'invention, la teneur en carbone ne doit pas dépasser 0,5 % et, dans le cas d'aciers contenant jusqu'à 16 % environ de chrome, la teneur en carbone ne doit pas, de préférence, dépasser 0,2 % tandis que dans les aciers contenant de 16 à 30 % de chrome environ, la teneur en carbone ne doit pas dépas- ser environ 0,35 %.
Les nombres du tableau III montrent les effets de différents rapports du niobium et du carbone sur un acier déterminé :
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TABLEAU III METAL A L'ETAT LAMINE OU DANS UNE CONDITION ANALOGUE
EMI7.1
<tb> kg <SEP> par <SEP> cm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> limite <SEP> tension <SEP> allonge- <SEP> Réduction <SEP> Valeur <SEP> Dureté
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> Cr <SEP> % <SEP> C <SEP> % <SEP> Nb <SEP> élastique <SEP> maximum <SEP> ment <SEP> pour <SEP> de <SEP> sec- <SEP> Erich <SEP> Brinell
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> cm <SEP> % <SEP> tion <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13,62 <SEP> 0,11 <SEP> 10.500 <SEP> 12.950 <SEP> 3 <SEP> 8 <SEP> 5 <SEP> 375
<tb>
<tb>
<tb> 13,79 <SEP> 0,04 <SEP> 8.930 <SEP> 10.690 <SEP> .
<SEP> 6 <SEP> 13 <SEP> 5 <SEP> 170
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12e65 <SEP> 0,14 <SEP> 0,58 <SEP> 12430 <SEP> 14.500 <SEP> 1 <SEP> 7 <SEP> 5 <SEP> 418
<tb>
<tb>
<tb> 13,62 <SEP> 0,15 <SEP> 1,09 <SEP> 6 <SEP> .050 <SEP> 8 <SEP> .804 <SEP> 7 <SEP> 11 <SEP> 6 <SEP> 228
<tb>
<tb>
<tb> 12,42 <SEP> 0,10 <SEP> 1,18 <SEP> 2.
<SEP> 760 <SEP> 40450 <SEP> 30 <SEP> 54 <SEP> 7 <SEP> 131
<tb>
<tb>
<tb> 13,54 <SEP> 0,06 <SEP> 1,07 <SEP> 3 <SEP> 0 <SEP> 020 <SEP> 4.350 <SEP> 22 <SEP> 38 <SEP> 6 <SEP> 131
<tb>
<tb>
<tb> 12,58 <SEP> 0,10 <SEP> 2,58 <SEP> 3.300 <SEP> 50720 <SEP> 14 <SEP> 29 <SEP> 6,50 <SEP> 159
<tb>
<tb>
<tb> 12,63 <SEP> 0,11 <SEP> 3,58 <SEP> 3.690 <SEP> 6.070 <SEP> 22 <SEP> 59 <SEP> 5,6 <SEP> 170
<tb>
Les recherches de la demanderesse ont porté également sur l'addition d'autres éléments tels que l'uranium, le molybdène et le tungstène aux aciers à forte teneur en chrome. Les résultats montrent qu'en présence de quantités appréciables de ces élé- ments les aciers sont encore relativement durs à l'état laminé, ce qui démontre qu'ils ne produisent pas les mêmes effets que le niobium.
Ceci ressort du tableau suivant :
TABLEAU IV ----------
EMI7.2
<tb> Limite <SEP> Tension <SEP> Allong. <SEP> Réduct <SEP> Valoir <SEP> Dure-
<tb>
EMI7.3
%0r %C // U W Q ïo élast. maxirq/ pr 5 cm de sec-ERICH té kg -par om2 % t ion % BBI- -----------------------------------------------------------------NELL
EMI7.4
<tb> lâ-48 <SEP> 0,18 <SEP> 0,72 <SEP> - <SEP> - <SEP> On <SEP> n'a <SEP> pas <SEP> pu <SEP> réaliser <SEP> une <SEP> 4,00 <SEP> 430
<tb> éprouvette <SEP> pour <SEP> la <SEP> résistance
<tb> .à <SEP> la <SEP> traction <SEP> parce <SEP> que <SEP> le
<tb> métal <SEP> laminé <SEP> ne <SEP> pouvait <SEP> être
<tb> usiné.
<tb>
<tb>
13,62 <SEP> 0,07 <SEP> 0,89 <SEP> - <SEP> 8.280 <SEP> 10.100 <SEP> 4 <SEP> 6 <SEP> 6,00 <SEP> 269
<tb> 13,57 <SEP> 0,05 <SEP> 2,57 <SEP> 5.120 <SEP> 7.120 <SEP> 3 <SEP> 7 <SEP> 6,00 <SEP> 196
<tb> 12,78 <SEP> 0,14 <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,64 <SEP> Néant <SEP> 10,400 <SEP> néant <SEP> néant <SEP> 4,80 <SEP> 418
<tb> 13,62 <SEP> 0,10 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 100450 <SEP> 12.950 <SEP> 3 <SEP> 8 <SEP> 5,00 <SEP> 375
<tb> 15,79 <SEP> 0,04 <SEP> - <SEP> - <SEP> 8.900 <SEP> 10.650 <SEP> 6 <SEP> 13 <SEP> 5,00 <SEP> 170
<tb>
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La demanderesse a constaté en outre que, lorsque le carbone présent dans ces aciers au chrome est combiné avec du niobium leur résistance aux agents oxydants augmente.
Ceci est confirmé par le fait que des aciers à faible teneur en carbone et contenant moins de 12 % environ de chrome offrent une résistance plus grande à l'action de l'acide azotique lorsqu'ils contiennent ledit élémentIl semble donc que l'addition du niobium laisse pratiquement tout le chrome présent à l'état de solution solide pour donner à l'alliage une plus grande résistance à la corrosion.
Le niobium produit à partir des 'minerais ordi- naires de cet élément est généralement associé dans une certaine mesure au tantaleo Il en résulte que le tantale est généralement présent à l'état d'impureté dans les alliages objets de l'invention, mais on a constaté que des traces de cette impureté ne modifient pas sensible- ment les propriétés des alliages.
Il y a certains cas où il est d sirable de lais- ser une partie du carbone en combinaison avec le fer et le chrome.C'est ainsi par exemple qu'on peut ne pas désirer dans tous les cas obtenir l'alliage le plus doux et qu'un acier à forte teneur en chrome et contenant de 0,20 à 0,50 % de carbone peut donner d'excellents ré- sultats lorsque la moitié du carbone par exemple est avec le combinée niobium, c'est-à-dire si le rapport du niobium au carbone est de 4 à 1 environ. Dans ce cas l'acier serait aussi doux qu'un acier exempt de niobium et renfermant environ de 0,10 à 0,50 % de carbone.
Cette façon de procéder peut être économique également pour la refonte de mitraille d'acier au chrome à teneur éle- vée en chrome; au cours de cette opération le métal a une tendance marquée à absorber du carbone.
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Généralement, il ne convient,pas de dépasser 1 % environ de manganèse, 1 % environ de silicium ou un total de 1 % environ d'autres métaux ou métal- loides dans les alliages objets de l'invention lors- qu'on désire obtenir des alliages très doux et très ductiles.
REVENDICATIONS --------------
1 - Alliage contenant du fer, du chrome et du carbone, caractérisé par le fait qu'il contient en- viron 2 % à 30 % de chrome, pas plus de 0,50 % envi- ron de carbone et une quantité de niobium égale à quatre fois au moins celle du carbone.