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" Acier résistant à la corrosion "
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La présente invention a trait à des aciers ré, tant à la corrosion,et plus particulièrement à des acie qui contiennent,en combinaison du phosphore,du cuivre,c silicium et du chrome et possèdent à la fois un grand pouvoir de résistance à la corrosion et des qualités physiques très élevées.
Par le terme t'aciers;' on doit entendre ici nc ment les aciers à basse teneur en carbone désignés coux ment sous le nom de "fera",comme par exemple le fer foi qui, en raison de leur procédé de fabrication, correspc en réalité à des aciers à basse teneur en carbone.
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Un des principaux défauts des aciers au carbone ordinaires contenant Les éléments usuels, dans les propor- tions que l'on observe habituellement dans tous les aciers au carbone commerciaux, réside dans la forte tendance que pré- sentent ces aciers à se rouiller, à se corroder et à s'écail- ler.
Pour remédier à ce défaut, on sait que l'on peut ajouter aux aciers des éléments d'alliage en quantité assez forte pour leur conférer une grande résistance à la corrosion et une surface chimiquement stable, par exemple en leur ajoutant de fortes proportions de chrome, mais ces adjonctions de chrome augmentent considérablement le prix de fabrication des dits aciers, en particulier si la teneur en carbone est faible. On constate en outre, au cours de la transformation de l'acier en barres ou en tôles par exemple, des prix de revient beaucoup plus élevés que dans le cas des aciers au carbone ordinaires. Ce résultat est dû notamment au fait que les aciers contenant de fortes proportions de chrome ne sont pas susceptibles d'être faci- lement travaillés à chaud, sont insuffisamment ductiles et sont susceptibles de durcir au contact de l'air.
Enfin les aciers à forte teneur en chrome présentent une tendance à comporter des inclusions et des solutions de continuité anormales qui entrai- nent pour le produit fini une plus forte proportion de mise au re- but que dans le cas des aciers ordinaires, ce qui augmente encore le prix de revient.
On sait, d'autre part, que le phosphore confère à l'acier un pouvoir de résistance à la corrosion. Cependant, @
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le phosphore exerce sur l'acier des effets nuisibles bien connus, parmi lesquels; il convient de mentionner, en premier lieu, une grande fragilité; l'acier à haute teneur en phosphore est en particulier rendu cassant à froid et se rompt facilement lorsqu'on le soumet à des efforts mécaniques à la température ordinaire ou à des températures légèrement élevées. D'autre part, la présence du phosphore entraîne un durcissement de l'acier en même temps que l'aigreur à froid. Ces défauts rendent l'acier peu propre aux opérations de moulage et d'étirage à froid.
C'est pourquoi l'on admet habituellement, comme limite supérieure de la teneur en phosphore des aciers, le chiffre de 0,02 ,0,03, 0,04 ou 0,05 %, suivant les proportions des autres constituants de l'acier et les usages auxquels cet acier est destiné.
On a toutefois déjà eu l'idée d'incorporer une proportion non-usuelle de phosphore à de l'acier contenant par ailleurs du chrome et du silicium, mais pas de uuivre, à l'effet d'augmenter sa résistance ordinaire à s'écailler à haute température-
On a déjà eu l'idée également d'ajouter à de l'acier, contenant une proportion anormale de phosphore, du cuivre et du silicium, mais sans addition de chrome, en vue de rendre cet acier résistant à la corrosion et d'obtenir en même temps un acier dont la ductilité ne soit pas aussi faible que celle d'un acier ordinaire ayant la même teneur en phosphore.
On a déjà eu l'idée par ailleurs d'ajouter à de l'acier ayant une teneur en phosphore relativement élevée,
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du chrome en vue d'augmenter sa résistance à la corrosion et sa ductilité, mais sans lui incorporer de silicium ni de cuivre en proportion inusitée.
Enfin, on a déjà proposé de fabriquer des aciers très tenaces et résistants à l'usure, présentant une ductilité et une résistance aux chocs quelque peu supérieures à celles des aciers usuels pour rails, par exemple en abaissant la teneu en carbone au-dessous de celle des aciers pour rails usuellement utilisés, et en inçorporant aux aciers des éléments d'alliage (entre autres aussi de fortes proportions de phosphore),tels qu du cuivre et du chrome notamment, ou également du silicium, mais surtout, comme élément caractéristique de ces aciers pour rails, du manganèse, en proportion au moins égale ou même notablement supérieure à la teneur maxima en manganèse des aciers ordinaires au carbone, par exemple jusqu'à 2 % de man- ganèse.
Or, on sait que de telles proportions de manganèse tout en contribuant à conférer à l'acier la ténacité désirée et la résistance à l'usure dont on a besoin pour des aciers de ce genre, sont très préjudiciables aux qualités de l'acier en ce qui concerne principalement sa résistance à la corrosion.
Par conséquent, les aciers pour rails ainsi obtenus ne sauraien posséder un pouvoir très élevé de résistance à la corrosion.
Or, on a décrit dans les brevets français N 569. 645 et N 655.860 au nom de SAKLATWALLA, des alliages ferreux qui sont notamment très résistants à la corrosion. Ce résultat
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est obtenu : dans le premier des deux brevets en question, par incorporation à l'alliage ferreux à la fois de chrome de cuivre, par exemple dans les proportions de 0,3 à 3,5 % chrome et de 0,15 à 0,5 % de cuivre, ainsi qu'éventuellemer silicium; dans le deuxième brevet, par incorporation à l'al ferreux de 1 à 8 % de chrome, 0,5 à 5 % de cuivre et de l de silicium.
Les alliages ferreux ainsi obtenus possèdent pouvoir très élevé de résistance à la corrosion, en même te que des propriétés physiques remarquables telles qu'une gra dureté et une grande malléabilité notamment*
La présente invention a pour objet un perfeotionnem apporté à celles décrites dans les deux brevets précités N 569. 645 et N 653.860 , ce perfectionnement consistant essentiellement à ajouter, à de l'acier contenant du chrome et du cuivre, du phosphore et du silicium en proportions re, tivement élevées, indiquées ci-après ,tout en maintenant particulièrement basses les teneurs en manganèse et en souf: à l'effet de conférer principalement à l'acier une résistan@ extrêmement élevée à la corrosion, en même temps que de rem@ bles propriétés physiques et mécaniques.
L'acier conforme à la présente invention est donc caractérisé par de fortes proportions de phosphore et de si- licium ainsi que de chrome et de cuivre, ces proportions vai dans des intervalles particuliers spécifiés ci-après, les te en manganèse et en soufre étant inférieures à des limites également spécifiées ci-aprés, et les proportions des autres éléments étant celles que présentent ordinairement les acier au carbone.
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L'acier conforme à l'invention se différencie dons essentiellement des aciers déjà connus, rappelés ci-dessus, en particulier par ce fait qu'il ne contient sensiblement aucun élément préjudiciable en ce qui concerne la résistance à la corrosion, tel que le manganèse où le soufre dont les teneurs sont précisément maintenues particulièrement basses, comme indiqué ci-après et par ce résultat inattendu de constituer un acier qui soit extrêmement résistant à la corrosion et qui, en même temps, présente de remarquables qualités physiques et notamment une ductilité très élevée tout en comportant les quatre éléments de durcissement que représentent le phosphore, le cuivre, le chrome et le silicium.
On pouvait bien s'attendre, d'une part, à ce que le chrome augmente la résistance à la corrosion d'aciers contenant du cuivre, du silicium et du phosphore, et d'autre part , à ce que le cuivre augmente la résistance à la corrosion d'aciers contenant du chrome, du silicium et du phosphore, mais on ne pouvait absolument pas prévoir à priori que cette au- gmentation de la résistance à la corrosion ne serait pas accompa- gnée d'une grande diminution de ductilité, étant donnée en parti- culier la tendance bien connue des éléments que l'on ajoute d'augmenter la dureté des aciers.
C'est ainsi que pour les aciers à teneur en carbone basse ou moyenne, on obtient une bonne ductilité par incorpora- tion de certaines quantités de nicekl, (par exemple 2 à 5 %) et que de même, pour des aciers à même teneur en carbone, l'ad- dition d'environ 3 % de chrome permet d'obtenir une ductilité très élevée; cependant l'incorporation simultanée dans ces
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mêmes proportions des deux éléments en question donne un acier qui est loin de posséder une bonne ductilité.
On voit donc que les propriétés ou améliorations @ qualité conférées à l'acier par divers éléments d'alliage. individuellement, ne présentent pas un caractère additif, mais au contraire peuvent varier fortement avec les propor- tions relatives et les compositions spécifiques envisagées.
Le résultat nouveau obtenu pour l'acier conforme à l'inventi est donc essentiellement différent des résultats obtenus pou les aciers déjà connus comportant les éléments d'alliage rappelés ci-dessus, et non prévisible d'après l'état antérie de la technique.
Pour les aciers conformes à l'invention, en effet grâce à la combinaison caractéristique des proportions relat des éléments en présence, phosphore, silicium,chrome,cuivre avec limitation des teneurs en manganèse et en soufre, dans les limites spécifiées ci-après, on obtient, en même temps qu'une ductilité très élevée, une augmentation extrêmement
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forte de la résistance à la corrosion par l'atmosphère et lE milieux faiblement corrosifs, grâce notamment à la présence du phosphore et du cuivre. L'acier présente, en outre, grâce notamment à la présence du chrome, une tenac1té accrue et, d'une façon générale, des propriétés mécaniques très améliora tout en conservant ses qualités de facilité de travail et d'usinage.
Il est extrêmement intéressant de pouvoir disposer d'aciers qui possèdent une résistance élevée à la corrosion par l'atmosphère et autres milieux faiblement corrosifs, et q en même temps, possèdent des propriétés mécaniques élevées
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et peuvent être facilement fabriqués sous formes de plaques, tôles , barres, fils et autres objets analogues.
C'est ainsi que, plus les aciers sont résistants à l'usure, ce qui permet de faire d'autant plus minces les tôles ou autres éléments analogues que l'on fabrique à partir de ces aciers, plus il est néces- saire que lesdits aciers, sous forme de tôles très minces par exemple, possèdent une résistance extrêmement élevée à la corrosion; en effet, à une épaisseur de l'élément de métal subissant les effets de la corrosion correspond une diminution de résistance mécanique de l'élément métallique qui est d'au- tant plus @ensible que cet élément est plus mince.
L'acier conforme à l'invention est caractérisé essentiellement par les teneurs suivantes en phosphore, cuivre, silicium et chrome : Phosphore : 0,08 % à 0,75 % de préférence 0,10 à 0,20 Chrome : 0,40 % à 2,00 de préférence 0,50 à 1,50 Cuivre : 0,15 % à 2,00 de préférence 0,25 à 0,50 Silicium. : 0,35 à 2,00 % de préférence 0,50 à 1,00 ; ledit acier contenant dans tous les cas moins de 0,5 % environ de manganèse et moins de 0,10 % environ de soufre.
Sa teneur en carbone pourra varier entre 0,01 % et 1 %; elle sera de préférence supérieure à 0,05 % environ et inférieure à 0,15 % environ, en vue d'augmenter la résistance
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à la corrosion.
Les proportions des autres éléments sont celles que l'on trouve usuellement dans les aciers ordinaires. Par quent, l'acier conforme à l'invention contient du phosphore, chrome, du cuivre, du silicium et du carbone dans les propor tions indiquées ci-dessus, et le reste est constitué presque clusivement par du fer, la teneur en manganèse étant en tous cas inférieure à 0,50 % et la teneur en soufre inférieure à 0,10 %.
L'acier ainsi constitué satisfait aux conditions énoncées ci-dessus de résistance extrêmement élevée à la corrosion et de grande ductilité en même temps que de bonnes qualités mécaniques.
Cet ensemble de propriétés remarquables ressort du tableau ci-dessous, sur lequel ont été consignés les résu tats d'essais effectués sur des aciers conformes à l'inventi
Ces résultats d'essais montrent bien (en particule pour les aciers N 2 et 3, ainsi que 5 et 6) que la combina des éléments phosphore, silicium, chrome et cuivre, dans les portions indiquées avec limitations des teneurs en manganèse et soufre à 0,50 % et 0,10% respectivement, permet, tout en conférant à l'acier une résistance à la corrosion extrêmeme@ élevée, d'obtenir des qualités physiques très élevées et noi ment une ductilité tout-à-fait remarquable. Il en est ainsi pour le cas où la proportion en élément d'alliage est très élevée, comme par exemple pour les aciers N 1 et 8.
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Essais sur des aciers conformes à l'invention.
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Il convient de noter que la résistance à la corrosion des aciers ci-dessus est incomparablement plus élevée que celles des aciers connus jusqu'ici. Elle est comparable à celle des aciers au chrome, c'est-à-dire contenant de forts pourcentages en chrome. C'est ainsi que l'acier conforme à l'invention
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apparaît comme étant environ cinq fois plus résistant lorsqu' l'expose à l'action de l'atmosphère, par exemple, qu'un acier au carbone ordinaire-
Par ailleurs, la résistance à la corrosion d'u même acier sans chrome (par exemple un acier contenant du c@ du silicium et du phosphore) n'est qu'environ 3 1/2 fois supérieure à celle des aciers au carbone ordinaires, donc notablement inférieure à celle des aciers contenant à la fois du phosphore, du silicium, du cuivre et du chrome,
conf@ mément à l'invention.
La teneur en chrome doit être inférieure à 2 %, en raison de ce que, lorsque cette teneur dépasse 2 % l'acier devient non seulement plus coûteux à fabriquer, mais, en outre, sa fabrication est rendue difficile par suite d'une augmentation de la difficulté du travail à chaud, du durcis- sement à l'air, d'une diminution de la ductilité et d'une grande tendance à la formation d'inclusions avec élévation de la teneur en chrome.
Il convient de noter que même une très faible gmentation de la teneur en phosphore exerce une influence rei quable sur la résistance à la corrosion. Par exemple un acie@ contenant environ 0,06 % de carbone, 0,90 de chrome, 0,45 % @ cuivre, 0,75 % de silicium et 0,12 % de phosphore possède un< résistance à la corrosion par l'atmosphère, équivalente à celle d'un acier contenant les mêmes proportions de carbone,- cuivre et silicium, mais contenant 1,85 % de chrome et 0,03 ; de phosphore.
L'incorporation d'une quantité même faible de phosphore permet d'obtenir un acier aussi résistant à la cor. rosion qu'un acier dont la teneur en phosphore est basse, ma
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dont leneur en chrome est plus élevée; en outre, cet acier au phosphore est d'une fabrication moins coûteuse et se, travaille plus facilement ; à teneur égale en chrome, un acier au phosphore possédera une résistance à la corrosion accrue.
Bien que l'on atteigne d'excellents résultats en faisant varier dans les limites les plus étendues spé- cifiées ci-dessus, les proportions des quatre éléments : phosphore, silicium,cuivre, chrome , on s'est rendu compte que les meilleurs résultats d'ensemble pour l'augmentation de la résistance à la corrosion, l'augmentation de la ductilité et la simplicité de fabrication, sont obtenus pour des aciers dans lesquels les teneurs relatives en chrome, silicium,cuivre et phosphore sont entre elles dans les rapports de 6,6,3 et 1, c'est-à-dire que l'on a environ :
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Cr : Si : Cu :
P = 6 : 6 : 3 : 1 , la proportion totale de tous les éléments autres que Fe,Cr, Si, Cu, P étant au plus égale à environ 3,5 % ou au maximum à 4 % et les teneurs en Mn et S, éléments qui seraient suscep- tibles d'amoindrir la résistance à la corrosion, ne dépassant pas en tous cas 0,5 % et 0,1 % respectivement..
Les qualités chimiques, physiques et mécaniques de ces aciers ne sauraient être affectées par la présence de faibles quantités d'éléments d'alliages tels que le nickel, le molybdène, le vanadium, etc... que l'on rencontre à l'heure actuelle dans de nombreux aciers spéciaux; ces derniers éléments provenant de la mitraille d'acier ou de fer,
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des minerais, ou des adjonctions d'alliages ferreux que l'on utilise dans la fabrication de l'acier-
Comme exemple de composition d'acier contenant une quantité importante de phosphore, on peut indiquer un acier très résistant à la corrosion et très ductile contenant notamment : carbone 0,02 % - chrome 0,94 % - cuivre 0,31 % - silicium 0,63 % et phosphore 0,54 %.
Cet acier a été replié sur lui-même sans fracture et la double épaisseur a été ensuite repliée à angle droit sur la première sans qu'il se produise de fracture, même aux coins de la double pliure.
On s'est rendu compte que l'on obtient des rés tats particulièrement intéressants en utilisant des aciers con nant, à titre d'exemple non limitatif :
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<tb> Cuivre <SEP> :0,3 <SEP> à <SEP> 0,5 <SEP> %
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<tb> Silicium <SEP> :0,5 <SEP> à <SEP> 1,0 <SEP> % <SEP>
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ledit acier contenant en coutre de 0,05 à 0,12 % de carbone en% de 0,10 à 0,40 % de manganèse environ et pas plus de 0,05 % de soufre.
De tels aciers sont extrêmement résistants à la corrosion : ils possèdent une grande tenacité et sont en outre très ductiles et faciles à travailler à chaud et à froid.
On peut substituer, en totalité ou en partie, l'alumin au silicium; la quantité d'aluminium nécessaire est légèrement inférieure à celle du silicium. En général, une partie dtalumin:
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équivaut à environ deux parties de silicium et, par conséquent, la proportion d'aluminium peut varier à partir d'environ 0,15 % jusqu'à environ 1 %, la dite proportion étant habituellement comprise entre 0,20 % et 0,50 %.
L'acier fabriqué conformément à l'invention peut être transformé en divers objets utilisés dans la construction d'appareils destinés à résister à la corrosion par l'atmos- phère et les autres milieux faiblement corrosifs tels que des acides faibles et les alcalis, l'eau de mer et l'eau des mines, etc.... Le dit acier peut être obtenu et transformé en pièces coulées et forgées, par exemple en plaques, tôles, tubes, pièces de diverses formes, fils qui doivent résister à la corrosion, notamment dans la construction des bateaux, la construction des chemins de fer, des bâtiments, des ponts et autres constructions analogues.
Bien entendu, on pourra, sans sortir du cadre de la présente invention,, faire varier à volonté ,dans les limites les plus étendues indiquées ci-dessus, les proportions res- pectives des éléments caractéristiques de l'acier : phosphore, chrome, cuivre et silicium, les teneurs en manganèse et soufre restant inférieures aux valeurs indiquées.