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BREVET D'INVENTION.
Alliages d'acier.
La présente invention-est relative aux alliages d'acier et aux articles fabriqués au moyen de ces alliages qui ont une bonne résistance à l'allongement à hautes températures. A titre d'exemple de l'expression "bonne résistance à l'allongement" employée dans la présente spécification, on peut mentionner un taux minimum d'allongement de 1.6 x 10-5 par heure à 7000 C sous un effort de 10 tonnes par pouce carré. Ainsi qu'il apparaîtra plus tard, des aciers peuvent être produits suivant la présente invention ayant une résistance à l'allongement beaucoup meilleure que le chiffre donné ci-dessus.
Suivant la présente invention, des alliages d'acier comprennent des éléments entre les limites suivantes exprimées en poids :
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EMI2.1
<tb>
<tb> Carbone <SEP> de <SEP> 0.05 <SEP> à <SEP> 0.60%
<tb>
EMI2.2
Manganèse " 0,1 à 2.0% Silicium " ol à bzz
EMI2.3
<tb>
<tb> Nickel <SEP> " <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 40%
<tb>
EMI2.4
Chrome ' 10 à 50%
EMI2.5
<tb>
<tb> Cobalt <SEP> " <SEP> 20 <SEP> à <SEP> 60%
<tb> Molybdène <SEP> et/ou <SEP> )
<tb>
EMI2.6
Tungstène " O05 à 6% Total Niobium " 0 à 6% Vanadium Il 0.05 à 6% 3 à 15 %
EMI2.7
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> " <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 25%
<tb>
Des alliages d'acier préférables suivant l'invention ont une composition entre les limites suivantes exprimées en poids:
EMI2.8
<tb>
<tb> Carbone <SEP> de <SEP> 0025 <SEP> à <SEP> 0.40%
<tb>
EMI2.9
Manganèse T 0.4 à lo0µ Silicium in 0.3 à 1.0% Nickel fui 5 à 20% Chrome fui 15 à 25% Cobalt re 25 à 50%
EMI2.10
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> et/ou
<tb>
EMI2.11
Tungstène tu- à 4% Total Niobium " 1 à 4% Vanadium " 1 à 4j ) 5 à 11%
EMI2.12
<tb>
<tb> )
<tb>
EMI2.13
Fer Il z5 à 20 ô le cobalt et le nickel étant présents en proportions telles
EMI2.14
que leur poids total se trouve compris entre 30% et 70%)) et de préférence environ 585.
En plus, une certaine proportion de l'un ou de plusieurs des éléments titane, zirconium et aluminium, peut être présente, de préférence ne dépassant pas environ 4% au total.
Un exemple d'acier suivant la présente invention comprend les éléments suivants exprimés en parties en poids
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EMI3.1
<tb>
<tb> Carbone <SEP> 0.28%
<tb> Manganèse <SEP> 0.79%
<tb> Silicium <SEP> 0.70%
<tb> Nickel <SEP> 16.2%
<tb> Chrome <SEP> 19.7%
<tb> Cobalt <SEP> 4202%
<tb> Molybdène <SEP> 2.20%
<tb> Niobium <SEP> 2.31%
<tb> Vanadium <SEP> 2.67%
<tb>
le reste étant du fer et les impuretés usuelles.
Des aciers examinés, la composition ci-dessus s'est montrée la plus avantageuse pour le travail à chaud, qui implique un traitement par la chaleur de fusion de 20 à 150 C. en dessous du point de fusion initial de l'alliage suivi par quelques pourcents de déformation plastique à une température comprise entre 650 et 8000 C.
Un alliage de cette composition a été traité pour fusion à 1280 Ce pendant 15 minutes, suivi de trempe à l'huile. Après ce traitement, des barres ont été laminées à une température de 700 C. pour donner une réduction de 4%, et un essai typique a donné les résultats suivants. Sous une tension de 16 tonnes par pouoe carré à une température d'essai de 750 C. on a obte- nu un allongement de 1% en 480 heures et la rupture s'est produite en 665 heures avec un taux d'allongement minimum de 9 x 10-6 par heure, et un allongement final à la rupture de 10%.
D'autres échantillons furent travaillés à chaud par martelage à une température de 700 C. entre des outils, et un essai typique après ce traitement a donné les résultats suivants.Avec un effort de 10 tonnes par pouce carré à une température de 8000 C. on a obtenu une tension d'allongement de 1% en 300 heures. et la rupture s'est produite en 704 heures avec un taux d'allongement minimum de 1.3 x 10-5 et un allongement à la rupture de 9%.
L'importance de travail à chaud impàsé peut être modifiée
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pour donner le meilleur équilibre de propriétés à une température donnée. En d'autres mots, si la température de service peut être prédite avec précision, l'importance du travail à chaud et la température du travail à chaud peuvent être choisies pour donner les résultats optimum à cette température particu- lière.
Un autre exemple d'acier endéans la portée de la présente invention qui a été trouvé jusqu'ici être très avantageux pour un traitement de fusion par la chaleur entre 20 et 1500 C. endessous du point de fusion initial suivi de refroidissement par l'air, l'huile ou l'eau, avec ou sans un traitement de mûrissement à une température de 600 à 8000 C., est la composition
EMI4.1
<tb>
<tb> suivante <SEP> : <SEP>
<tb> Carbone <SEP> 0.3%
<tb> Manganèse <SEP> 0.8%
<tb> Silicium <SEP> 0.5%
<tb> Nickel <SEP> 12.5%
<tb> Chrome <SEP> 19.0%
<tb> Cobalt <SEP> 45.5%
<tb> Molybdène <SEP> 2.0%
<tb> Niobium <SEP> 1.3%
<tb> Vanadium <SEP> 2¯eg
<tb>
le reste étant du fer et les impuretés usuelles.
Un alliage de cette composition a été traité pour fusion à 1280 C. pendant 15 minutes suivi de mûrissement pendant 46 heures à 7500 C.La tension d'épreuve de 0,1% après le traitement de mûrissement a été de 49.3 tonnes par pouce carré, ce qui est une valeur exceptionnellement élevée pour un acier austénitique. 'Un essai d'allongement typique réalisé dans l'état mûri sous une tension de 14 tonnes par pouce carré à une température de 7500 C. a montré une tension de 1% après 1340 heures et un temps de rupture de 1636 heures avec un taux d'allongement minimum de 4.7 x 10-6 par heure et un allongement à la rupture de 3%.
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Un autre exemple d'acier endéans la présente invention, notamment d'un acier ne contenant pas de nickel, avait la
EMI5.1
<tb>
<tb> composition <SEP> suivante <SEP> : <SEP>
<tb> Carbone <SEP> 0.35%
<tb> Manganèse <SEP> 0.98%
<tb> Silicium <SEP> 0.27%
<tb> Chrome <SEP> 19.6%
<tb> Cobalt <SEP> 57.3%
<tb> Molybdène <SEP> 1.06%
<tb> Niobium <SEP> 1.31%
<tb> Vanadium <SEP> 3.46%
<tb>
le reste étant du fer et les impuretés usuelles.
Un essai d'allongement sur cette matière après traitement de fusion à 12800 C. suivi de trempe dans l'huile, a donné les chiffres suivants sous une tension de 16 tonnes par pouce carré à une température de 750 C ; une tension d'allongement de 1% fut atteinte en 100 heures, et la rupture ne s'est pas produite après 3. 000 heures, le taux de l'allongement minimum étant de 1.8 x 10-6.
Le soi-disant traitement de travail à chaud mentionné cidessus a pour effet d'élever la tension d'épreuve de l'acier aux températures plus basses et d'augmenter la résistance à l'allongement de l'acier aux hautes températures, par exemple, entre les limites de 600 et 950 C.
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PATENT.
Steel alloys.
The present invention relates to steel alloys and to articles made from such alloys which have good resistance to elongation at high temperatures. As an example of the expression "good resistance to elongation" used in the present specification, there may be mentioned a minimum rate of elongation of 1.6 x 10-5 per hour at 7000 C under a stress of 10 tonnes per hour. square inch. As will become apparent later, steels can be produced according to the present invention having a much better resistance to elongation than the figure given above.
According to the present invention, steel alloys comprise elements between the following limits expressed by weight:
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EMI2.1
<tb>
<tb> Carbon <SEP> from <SEP> 0.05 <SEP> to <SEP> 0.60%
<tb>
EMI2.2
Manganese "0.1 to 2.0% Silicium" ol to bzz
EMI2.3
<tb>
<tb> Nickel <SEP> "<SEP> 0 <SEP> to <SEP> 40%
<tb>
EMI2.4
Chromium '10 to 50%
EMI2.5
<tb>
<tb> Cobalt <SEP> "<SEP> 20 <SEP> to <SEP> 60%
<tb> Molybdenum <SEP> and / or <SEP>)
<tb>
EMI2.6
Tungsten "O05 to 6% Total Niobium" 0 to 6% Vanadium Il 0.05 to 6% 3 to 15%
EMI2.7
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> "<SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 25%
<tb>
Preferable steel alloys according to the invention have a composition between the following limits expressed by weight:
EMI2.8
<tb>
<tb> Carbon <SEP> from <SEP> 0025 <SEP> to <SEP> 0.40%
<tb>
EMI2.9
Manganese T 0.4 to lo0µ Silicium in 0.3 to 1.0% Nickel leaked 5 to 20% Chrome leaked 15 to 25% Cobalt re 25 to 50%
EMI2.10
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> and / or
<tb>
EMI2.11
Tungsten tu- 4% Total Niobium "1 to 4% Vanadium" 1 to 4j) 5 to 11%
EMI2.12
<tb>
<tb>)
<tb>
EMI2.13
Iron Il z5 to 20 ô the cobalt and the nickel being present in such proportions
EMI2.14
that their total weight is between 30% and 70%)) and preferably about 585.
In addition, some proportion of one or more of the elements titanium, zirconium and aluminum may be present, preferably not exceeding about 4% in total.
An example of steel according to the present invention comprises the following elements expressed in parts by weight
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EMI3.1
<tb>
<tb> Carbon <SEP> 0.28%
<tb> Manganese <SEP> 0.79%
<tb> Silicon <SEP> 0.70%
<tb> Nickel <SEP> 16.2%
<tb> Chrome <SEP> 19.7%
<tb> Cobalt <SEP> 4202%
<tb> Molybdenum <SEP> 2.20%
<tb> Niobium <SEP> 2.31%
<tb> Vanadium <SEP> 2.67%
<tb>
the remainder being iron and the usual impurities.
Of the steels examined, the above composition has been shown to be the most advantageous for hot work, which involves heat of fusion treatment at 20 to 150 ° C. below the initial melting point of the alloy followed by a few percent of plastic deformation at a temperature between 650 and 8000 C.
An alloy of this composition was melt-treated at 1280 Ce for 15 minutes, followed by oil quenching. After this treatment, bars were rolled at a temperature of 700 ° C. to give a reduction of 4%, and a typical test gave the following results. Under a tension of 16 tons per square inch at a test temperature of 750 ° C. an elongation of 1% was obtained in 480 hours and failure occurred in 665 hours with a minimum rate of elongation of 9 x 10-6 per hour, and a final elongation at break of 10%.
Other samples were hot worked by hammering at a temperature of 700 C. between tools, and a typical test after this treatment gave the following results: with a stress of 10 tons per square inch at a temperature of 8000 C. an elongation tension of 1% was obtained in 300 hours. and rupture occurred in 704 hours with a minimum elongation rate of 1.3 x 10-5 and an elongation at break of 9%.
Importance of impassed hot work can be changed
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to give the best balance of properties at a given temperature. In other words, if the operating temperature can be accurately predicted, the extent of hot work and the temperature of hot work can be chosen to give optimum results at that particular temperature.
Another example of steel within the scope of the present invention which has heretofore been found to be very advantageous for heat melting treatment between 20 and 1500 ° C. below initial melting point followed by air cooling. , oil or water, with or without a ripening treatment at a temperature of 600 to 8000 C., is the composition
EMI4.1
<tb>
<tb> next <SEP>: <SEP>
<tb> Carbon <SEP> 0.3%
<tb> Manganese <SEP> 0.8%
<tb> Silicon <SEP> 0.5%
<tb> Nickel <SEP> 12.5%
<tb> Chrome <SEP> 19.0%
<tb> Cobalt <SEP> 45.5%
<tb> Molybdenum <SEP> 2.0%
<tb> Niobium <SEP> 1.3%
<tb> Vanadium <SEP> 2¯eg
<tb>
the remainder being iron and the usual impurities.
An alloy of this composition was melt-treated at 1280 C. for 15 minutes followed by curing for 46 hours at 7500 C. The proof voltage of 0.1% after the curing treatment was 49.3 tons per square inch. , which is an exceptionally high value for an austenitic steel. 'A typical elongation test carried out in the cured state at a tension of 14 tons per square inch at a temperature of 7500 C. showed a tension of 1% after 1340 hours and a rupture time of 1636 hours with a rate minimum elongation of 4.7 x 10-6 per hour and an elongation at break of 3%.
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Another example of steel within the present invention, in particular of a steel not containing nickel, had the
EMI5.1
<tb>
<tb> following <SEP> composition <SEP>: <SEP>
<tb> Carbon <SEP> 0.35%
<tb> Manganese <SEP> 0.98%
<tb> Silicon <SEP> 0.27%
<tb> Chrome <SEP> 19.6%
<tb> Cobalt <SEP> 57.3%
<tb> Molybdenum <SEP> 1.06%
<tb> Niobium <SEP> 1.31%
<tb> Vanadium <SEP> 3.46%
<tb>
the remainder being iron and the usual impurities.
An elongation test on this material after melt treatment at 12800 C. followed by quenching in oil, gave the following figures under a tension of 16 tons per square inch at a temperature of 750 C; an elongation stress of 1% was reached in 100 hours, and rupture did not occur after 3,000 hours, the minimum elongation rate being 1.8 x 10-6.
The so-called hot work treatment mentioned above has the effect of raising the proof stress of the steel at lower temperatures and increasing the tensile strength of the steel at high temperatures, for example. , between the limits of 600 and 950 C.