<Desc/Clms Page number 1>
Alliage usinable résistent à' la chaleur.
Comme matériau de résistance électrique pour le chauffage de fours industriels, d'appareils de chauffage électrique, etc.., on a employé jusqu'à présent des allia- ges de métaux non précieux appartenant de préférence à deux types.
L'un des types d'alliage comprend avantageusement ..du nickel et du chrome ou du nickel, du chrome ¯et du fer.
Ces alliages qui sont en usage depuis 30 ans environ sont par leur nature austénitiques et présentent des propriétés de ré- sistance mécanique relativement bonne à des températures mo- dérées . Leur résistance à l'oxydation est toutefois limitée et pour cette raison on ne les emploie pas pour des tempéra .- tures plus élevées qu'environ 1050-1100 C. En outre, ils sont. attaqués par le soufre et les composés du soufre. Leur champ d'application sous ce rapport est par conséquent limité.
Depuis environ 15 ans, on a commencé à remplacer les alliages mentionnés ci-dessus par des alliages qui con- tiennent principalement du chrome, de l'aluminium et du fer, ou du chrome, de l'aluminium, du fer et de pluspetites quan- tités de cobalt. Ces alliages sont, par leur nature, ferriti-
<Desc/Clms Page number 2>
ques et en particulier le type contenant du cobalt est no- tablemen plus fortement résistant à le chaleur et l'o- xydation que les alliages mentionnes contenant au nickel, de sorte qu'ils peuvents'employer pour des températures beaucoup plus élevées, par exemple jusqu'à 1850-1400 C.
Ces alliages de résistance ferritirues ont élargi consi- dérablement la zône de température à l'intérieur de la- quelle on peut travailler avec des fours de résistance et des appareils chauffés électriquement. Ils n'ont pas été dépassés au point de vue de la résistance à l'oxydation et au feu parmi les alliaces métalliques qui contiennent des métaux non précieux. Les brevets suédois n 68180 et 82.948 décrivent des alliages du type ferritique mentiomié ci-des- sus.
Dans ces brevets, on attache également une importance particulière comme étantessentielle pour un Matériau de résistance électrique, à une résistance élevée à la chaleur et à une résistance électrique élevée.
Dans la technique électro-thermique, on a imposé entre- temps des exigences toujours plus élevées au matériau de ré- sistance électrique, il doitposséder notament de bonnes propriétés de résistance mécaniques, en particulier au;: tem- pératures élevées auxquelles leéléments s'emploient en gé- néral, ainsi qu'une ténacité aussi bonne que possible, même aprôs un long usage.
On a maintenant observé que dans les limites d'analyse qui sont protégées par le brevet 82.948, il est possible d'é- tablir un alliage de résistance qui présente, en dehorsd'une résistance à 1:: chaleur élevée et d'une résistance électrique élevée, également ces propriétés non encore considérées comme essentielles jusqu'à présent, savoir une bonne solidité méca- nique et une bonne ténacité.
La présente invention est basée sur la constatation que ces propriétés mécaniques favorables peuvent êtrae obtenues dans des alliages établis sur le. base fer-chrome-aluminium-cobalt, par .'L'emploi de teneur notablement
<Desc/Clms Page number 3>
plus élevée e. cobalt que celles se présentant dans la pratique, et que ces améliorations apparaissent pour une limite minima sensiblement déterminée de la teneur en cobalt. Ceci ressort de.s deux diagrammes du dessin annexé qui montrent l'allongement (fig.1) et la limite de rupture (fig.2) en fonction des teneurs en cobalt.
Les points 1-5 qui servent de base à ces courbes représentent des allia- ges qui comportent une teneur en chrome dtenviron 22%; une teneur .en aluminium d'environ 3% et une teneur en cobalt variant comme suit : Echantillon ? 1 5,2% Echantillon ? 2 13,3%- Echantillon ? 3 15,4%
Echantillon, n 4 22,0% Echantillon ? 5 28,8%.
L'allongement et la limite de rupture ont été déter- minés sur des éprouvettes qui ont été chauffées pendant longtemps à des températures élevées. On observe une amélio- ration notable des propriétés mécaniques dès que la teneur en cobalt s'élève jusqu'à 14%. Une élévation de la teneur en cobalt de 13,3%, échantillon N 2, jusqu'à 15,4%, échantillon K 3 conduit à 'une élévation de'l'allongement dtune fraction de pourcent jusque largement 8% et de la limite de rupture d'environ 38 jusqu'à environ 125 kg/mm2. L'examen des sur- faces de rupture dans les'essais de traction exécutés mon- trent une différence notable entre les échantillons 3 et 3 au point de vue de la structure et de la grosseur de grain.
L'échantillon N 3 est à grains notablement plus tins, ceci explique l'allongement notablement plus grand (ténacité).
En correspondance avec ces observations, la présente invention consiste: ce que qu'à des alliages qui contien- nent courte matières principales, outre le fer, du chrome en' quantité de 10 à 30%, de l'aluminium 2-9%, ainsi que du car- bone 0,01-0,35%, on ajoute du cobalt en quantité d'au moins 14% et au maximum d'environ 30%.
<Desc/Clms Page number 4>
Les présents alliages se caractérisent par une résistance mécanique élevée aux températures élevées ainsi que par le fait qu'en cas de refroidissement lent de la température de 'fusion jusqu'à le, température du local, ils passent toujours par une ou plusieurs transformations de phase, tandis que la structure cristalline est régénérée.
Une pièce de construction fabriquée au moyen de 1'alliage qui a fonctionné pendant longtemps à une température éle- vée par exemple1500 C, ce qui provoque un agrandissement du Grain, redevient donc à grains fins après le refroi- dissement à le température du local, c'est à dira qu'elle acquiert de nouveau sa bonne ténacité initiale.
On a observé en outre que ln haute teneur en cobaltde l'altiste lui donne une meilleure force de ré- sistance au soufre et aux composés du soufre, ce qui re- présente un avantage essentiel en particulier pour des alliages de résistance contenant du nickel rui, comme on l'a mentionné, sont détruits repidement sous l'influence de composés contenant du soufre.
Le niobium ainsi qu'un ou plusieurs des métaux molybdène, tungstène, titenium et vanadium produisent en . outre de leur cât é. une élévation de 10 solidité etde l'u- sinabilité du matériau aussi bien aux températures élevées qu'à la température du local, le tout avec conservation de la résistance remarquable à l'oxydation et de la durée d'existence de l'alliage .
Le niobium a la propriété d'être un producteur énergique de carbure et d'éliminer par conséquent le carbo- ne de la masse d'alliage, de sorte que celle-ci se laisse mieux travailler. ,J'est le c également pour le @un@sténe et le molybdène, lesquels conir Tuent en outre à prolonger la durée d'existencepar l'augmentation de la résistance à l'oxydation.
Les fortes teneurs en cobalt dans l'alliage ont pour conséquence que la fusion des russes d'alliage doit s'effectuer à des températures très 'élevées. On augmente
<Desc/Clms Page number 5>
ainsi l'absorption de Gaz dans la masse métallique fon- due, ce qui rend. nécessaire une désoxydation énergique. Dans ce but, on ajoute un ou plusieurs métauz alcalino-terreux, par exemple le baryum, le magnésium ou le calcium ou également des métaux rares comme le zirconium, le bérylium, le strontium, le thorium, le cérium, en quantités relativement petites par exemple de G ,02 à 0,5% séparément, ou jusqu'à 5% lorsque plu- sieurs sont employés s en même temps.
On a observé que plusieurs de ceux-ci, en particulier le magnésium, contribuent à rendre le grain fin, ce. qui provoque une augmentation des propriétés de résistance de la matière.
Le cobalt peut être remplacé partiellement par du.
@anganèse en quantité telle que la teneur de l'alliage en man- ganèsevaut au Taximum 12%.
La teneur en carbone doit, comme le mentionne déjà le brevet suédois 82.948, être maintenue'basse; elle peut va- rier entre 0,01 et 0,35%.
En dehors des constituants mentionnés, les allia- ges peuvent contenir du silicium en quantité voisine de 2-3%, ainsi qu'un ou plusieurs constituants sec'ondaires qui se pré- sentent comme impuretés dans la matière de départ, comme le soufre et le phosphore, ou qui peuvent être introduites dans les alliages lors du procédé de fabrication, par exemple en .venant de la scorie. employée 'ou du revêtement du four.
On trouvera ci-dessnus quelques exemples de composi- tions appropriées d'allia@es dtacier suivant la présente in- vention. La quantité sont des pourcentages; le fer formé le reste.
EMI5.1
<tb>
I <SEP> II <SEP> III <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI <SEP> VII <SEP> VIII
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Gr <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 14 <SEP> 29 <SEP> 23 <SEP> 25 <SEP> 18 <SEP> 28
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Co <SEP> 22 <SEP> 26 <SEP> 15 <SEP> 22 <SEP> 28 <SEP> 25 <SEP> 17 <SEP> 30
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A1 <SEP> 4,7 <SEP> 2,5 <SEP> 2,5 <SEP> 4,2 <SEP> 5,1 <SEP> 4,5 <SEP> 4,5 <SEP> 3,3 <SEP> 5,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nb <SEP> - <SEP> ' <SEP> 0,6 <SEP> - <SEP> ' <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> 0,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mo <SEP> - <SEP> 0,8 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,2 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ti <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,3 <SEP> - <SEP> 0,a <SEP> , <SEP> 0,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Th <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,6 <SEP> 0,
8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Si <SEP> - <SEP> - <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb>
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
Par suite do sa récistance a la chaleur, le présent alliage peut être employé éaleruen pour des pièces de construction clsns des appareils qui sont soumis a des tes-
EMI6.2
pératures élevées
EMI6.3
R. e v end i 0 a t ion s.
1.- alliage usinable, résistant à 1?- chaleur, -j:*n.1 une ré- sistance électrique élevée et qui contient coume constituants principaux, outre le fer, 10 ...ie;: de chrome, 2 à ,j,1 d'ûlu- l'J.ini1.1.l1 ainsi que 0,01 - Q ,55µÙ de carbone, caractérisé par une addition de cobalt en quantité d'au uoins 1-1.-' et au Lia- XÜl\.U1l dt environ :::;0,:.
2.- Alliage métallique suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que le cobalt est remplacé partielleucnt 1'1'1' du . :anc;clYlèse et cela dans un rapport tel que la ueijour en manga- nèse vaut au maximuci 12,- .
J.- Alliage métellique suivant les rovc11:J.icc.tio:1E. 1 et a, caractérisé pc,r une addition cl"J,l1 ou de plusieurs 0.88 1C:- :.12f"itS Z17.0)lulù, :.OlDd'I12, titane, Vé: 1lQ.cli 1.1':',1, 'C '..-.l'1: ;" t :;ne et si- 7.C1.Llïiî en quantités vi::l:.l1t C11Sc;;:.101e au i':'S.3:iillli..: ±, . i.r 1 r o n 3 , ..
4.- Alliage iuC:''¯1l.Uy:le suivant les .:^VG:i:..iC.'10':',- 1 à j ,
EMI6.4
caractérisé par une addition d'un ou de plusieurs des métaux
EMI6.5
baryum, L:r?.;:1'SlUrR, ca1cit1i'::', zircov.iu-.i, U¯r;;llul¯, S,:r0c:'ltll:2, thoriuu, c6riu.l',, en quantités rcl"tiv6,.Cn'c petites, par exelaple 0,03-0,5 en. cas d'addition isolée, on jUi3C[UT . 55J
EMI6.6
lorsqu'on les ,jC.i-iG' ensemble.
<Desc / Clms Page number 1>
Machinable alloy resist heat.
As the electric resistance material for heating industrial furnaces, electric heaters, etc., non-precious metal alloys preferably belonging to two types have hitherto been employed.
One of the types of alloy advantageously comprises ... nickel and chromium or nickel, chromium and iron.
These alloys which have been in use for approximately 30 years are by their nature austenitic and exhibit relatively good mechanical strength properties at moderate temperatures. Their resistance to oxidation is however limited and for this reason they are not used for temperatures higher than about 1050-1100 C. In addition, they are. attacked by sulfur and sulfur compounds. Their scope in this respect is therefore limited.
About 15 years ago, the above-mentioned alloys began to be replaced by alloys which mainly contain chromium, aluminum and iron, or chromium, aluminum, iron and smaller quantities. - tities of cobalt. These alloys are, by their nature, ferriti-
<Desc / Clms Page number 2>
These and in particular the type containing cobalt are noticeably more resistant to heat and oxidation than the mentioned alloys containing nickel, so that they can be used for much higher temperatures, for example. up to 1850-1400 C.
These ferritic resistance alloys have considerably widened the temperature zone within which it is possible to work with resistance furnaces and electrically heated apparatus. They have not been surpassed in oxidation resistance and fire resistance among metal alloys which contain non-precious metals. Swedish Patents Nos. 68180 and 82,948 describe alloys of the ferritic type mentioned above.
In these patents, special importance is also attached as being essential for a material of electrical resistance, high heat resistance and high electrical resistance.
In the electro-thermal technology, increasingly higher demands have been placed on the electrical resistance material, it must have in particular good mechanical resistance properties, in particular at ;: high temperatures at which the elements are used. in general, as well as tenacity as good as possible, even after long use.
It has now been observed that within the limits of analysis which are protected by patent 82,948, it is possible to establish a strength alloy which exhibits, apart from high heat resistance and high heat resistance. high electrical power, also those properties not yet considered essential until now, namely good mechanical strength and good toughness.
The present invention is based on the finding that these favorable mechanical properties can be obtained in alloys produced on the. iron-chromium-aluminum-cobalt base, by. 'The use of significant
<Desc / Clms Page number 3>
higher e. cobalt than those occurring in practice, and that these improvements appear for a substantially determined minimum limit of the cobalt content. This emerges from two diagrams of the appended drawing which show the elongation (fig.1) and the breaking point (fig.2) as a function of the cobalt contents.
Points 1-5 which serve as the basis for these curves represent alloys which have a chromium content of about 22%; an aluminum content of about 3% and a cobalt content varying as follows: Sample? 1 5.2% Sample? 2 13.3% - Sample? 3 15.4%
Sample, n 4 22.0% Sample? 5 28.8%.
Elongation and ultimate strength were determined on specimens which had been heated for a long time at elevated temperatures. A notable improvement in mechanical properties is observed as soon as the cobalt content rises to 14%. An increase in the cobalt content of 13.3%, sample N 2, up to 15.4%, sample K 3 leads to an increase in the elongation by a fraction of a percent up to largely 8% and the limit from about 38 to about 125 kg / mm2. Examination of the fracture surfaces in the tensile tests performed shows a notable difference between samples 3 and 3 in terms of structure and grain size.
Sample N 3 has significantly finer grains, which explains the significantly greater elongation (tenacity).
In accordance with these observations, the present invention consists in: that to alloys which contain short main materials, besides iron, chromium in an amount of 10 to 30%, aluminum 2-9%, As well as 0.01-0.35% carbon, cobalt is added in an amount of at least 14% and at most about 30%.
<Desc / Clms Page number 4>
The present alloys are characterized by high mechanical strength at elevated temperatures as well as the fact that in case of slow cooling from the melting temperature to the room temperature, they always go through one or more phase transformations. , while the crystal structure is regenerated.
A component made from the alloy which has operated for a long time at a high temperature, for example 1500 C, which causes the grain to enlarge, therefore becomes fine-grained again after cooling to room temperature. it is to say that it acquires again its good initial tenacity.
In addition, it has been observed that the high cobalt content of the violist gives it a better resistance to sulfur and sulfur compounds, which is an essential advantage in particular for strength alloys containing solid nickel. , as mentioned, are quickly destroyed under the influence of sulfur-containing compounds.
Niobium as well as one or more of the metals molybdenum, tungsten, titenium and vanadium produce. off their side. an increase in the strength and the uninhability of the material both at high temperatures and at room temperature, all with the retention of the remarkable resistance to oxidation and the durability of the alloy.
Niobium has the property of being an energetic producer of carbide and consequently of removing carbon from the alloy mass, so that the latter can be worked better. I is also the c for @ un @ stene and molybdenum, which further help to prolong the life by increasing the resistance to oxidation.
The high cobalt contents in the alloy mean that the melting of the alloy rollers must take place at very high temperatures. We increase
<Desc / Clms Page number 5>
thus the absorption of Gas in the molten metal mass, which makes. necessary vigorous deoxidation. For this purpose, one or more alkaline earth metals are added, for example barium, magnesium or calcium or also rare metals such as zirconium, berylium, strontium, thorium, cerium, in relatively small quantities per example of 0.02 at 0.5% separately, or up to 5% when several are used at the same time.
Several of these, especially magnesium, have been observed to help make the grain fine. which causes an increase in the resistance properties of the material.
Cobalt can be partially replaced by du.
@ anganese in a quantity such that the manganese content of the alloy is at the Taximum 12%.
The carbon content must, as already mentioned in Swedish patent 82,948, be kept low; it can vary between 0.01 and 0.35%.
Apart from the constituents mentioned, the alloys may contain silicon in an amount close to 2-3%, as well as one or more secondary constituents which appear as impurities in the starting material, such as sulfur and phosphorus, or which can be introduced into the alloys during the manufacturing process, for example by .from the slag. or the coating of the oven.
Below are some examples of suitable compositions of steel alloys according to the present invention. The quantity are percentages; the iron formed the rest.
EMI5.1
<tb>
I <SEP> II <SEP> III <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI <SEP> VII <SEP> VIII
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Gr <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 14 <SEP> 29 <SEP> 23 <SEP> 25 <SEP> 18 <SEP> 28
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Co <SEP> 22 <SEP> 26 <SEP> 15 <SEP> 22 <SEP> 28 <SEP> 25 <SEP> 17 <SEP> 30
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A1 <SEP> 4.7 <SEP> 2.5 <SEP> 2.5 <SEP> 4.2 <SEP> 5.1 <SEP> 4.5 <SEP> 4.5 <SEP> 3 , 3 <SEP> 5.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nb <SEP> - <SEP> '<SEP> 0.6 <SEP> - <SEP>' <SEP> - <SEP> 0.4 <SEP> 0.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mo <SEP> - <SEP> 0.8 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1.2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> W <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,2 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ti <SEP> - <SEP> - <SEP> 0.3 <SEP> - <SEP> 0, a <SEP>, <SEP> 0.3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Th <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 1,6 <SEP> 0,
8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> If <SEP> - <SEP> - <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb>
<Desc / Clms Page number 6>
EMI6.1
Due to its heat resistance, the present alloy can be used extensively for structural parts of apparatus which are subjected to tests.
EMI6.2
high peratures
EMI6.3
R. e v end i 0 a t ion s.
1.- machinable alloy, resistant to 1? - heat, -j: * n.1 a high electrical resistance and which contains as main constituents, besides iron, 10 ... ie ;: chromium, 2 to, j, 1 of ûlu- l'J.ini1.1.l1 as well as 0.01 - Q, 55µÙ of carbon, characterized by an addition of cobalt in an amount of at least 1-1.- 'and to Lia- XÜl \ .U1l dt approximately :::; 0,:.
2. A metal alloy according to claim 1, characterized in that the cobalt is partially replaced 1'1'1 'du. : anc; clYlèse and that in a report such that the ueijour in manganese is worth at the maximum 12, -.
J.- Metellic alloy according to rovc11: J.icc.tio: 1E. 1 and a, characterized pc, r an addition cl "J, l1 or more 0.88 1C: -: .12f" itS Z17.0) lulù,: .OlDd'I12, titanium, Vé: 1lQ.cli 1.1 ':' , 1, 'C' ..-. L'1:; "t:; ne and si- 7.C1.Llïiî in quantities vi :: l: .l1t C11Sc ;;:. 101st to i ':' S. 3: iillli ..: ±,. Ir 1 ron 3, ..
4.- iuC alloy: '' ¯1l.Uy: the following: ^ VG: i: .. iC.'10 ':', - 1 to j,
EMI6.4
characterized by an addition of one or more of the metals
EMI6.5
barium, L: r?.;: 1'SlUrR, ca1cit1i '::', zircov.iu-.i, U¯r ;; llul¯, S,: r0c: 'ltll: 2, thoriuu, c6riu.l' In small amounts, eg 0.03-0.5 in the case of isolated addition, it is obtained [UT. 55J
EMI6.6
when they, jC.i-iG 'together.