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ARTICLE DESTINE A ETRE UTILISE A BASSE TEMPERATURE.
La présente invention se rapporte à des articles en acier for- gé ou autrement travaillé possédant une meilleure résistance au choc aux tem- pératures inférieures à zéro degré.
Lorsqu'on les refroidit au dessous de la température ordinai- re, la plupart des aciers deviennent moins résistants au choc. Cette résis- tance au choc ne diminue généralement pas d'une manière proportionnelle à la température.mais elle diminue rapidement dès que l'acier est refroidi au des- sous d'une température critique, qu'on désignera ici par l'expression de tempé- rature de transition. Les pièces de machine et autres soumises à des chocs aux basses températures doivent être faites en acier dont la température de transition est inférieure aux températures auxquelles elles sont exposées en fonctionnement, ou bien il convient lors de la construction de ces pièces de compenser la for- te diminution de leur résistance au choc.
On s'est efforcé antérieurement d'améliorer les propriétés aux basses températures des aciers,,, et ces efforts ont abouti à la découverte que l'addition d'aluminium à certains aciers exerçait une action favorable. C'est ainsi que l'addition d'aluminium aux aciers chrome-nickel-cuivre est consi- dérée comme abaissant leur température de transition. La présente invention est fondée sur la découverte que 19on peut fabriquer des articles possédant une meilleure résistance au choc à basse température à partir d'aciers au chrome-nickel-cuivre, additionnés de pourcentages spécifiés à la fois d'alu- minium et d9azote.
Les aciers ainsi obtenus ont une résistance au choc plus élevée et des températures de transition plus basses que les aciers ne conte- nant que de l'aluminium. en dépit de ce que l'azote est considéré en métallurgie comme un agent donnant un caractère cassant.
Suivant l'invention. la demanderesse fournit donc un article en alliage d'acier forgé ou autrement travaillé possédant une meilleure ré- sistance au choc aux températures inférieures à 0 C, contenant jusquà 0,25% de
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carbones jusqu'à 2% de manganèse, jusqu9à 1 % de silicium. 0,25 à 1,25% de cuivre, jusque 5% de nickel. 0,25à 3.25% de chrome,, 0,08 à 0,3% d'alumi- nium, 0,013% à 0,03% d'azotes le reste étant du fer.
Une composition préférée est comprise dans les gammes sui- vantes : 0,01 à 0,2% de carbone. 0,2 à 1% de manganèses 0,02 à 0,8% de sili- cium, 0,25 à 1;25% de cuivre, 0,5 à 3% de nickel, 0,5 à 1,5% de chrome, 0.08 à 0,3% d'aluminium et 0,013% à 0,03% d'azote,, le reste étant à peu près en totài- té du fer.
Les aciers fabriqués par les procédés usuels ont une teneur en azote de 0.007% environ. On n'obtient les avantages que comporte la pré- sente invention que si la teneur en azote de l'acier est supérieure à 0,013% au moins que si cette teneur en azote plus élevée que la normale est associée à une teneur en aluminium soluble d'au moins 0,08%. Des proportions quelcon- ques de ces deux matières comprises entre 0,013% et 0,03% pour l'azote et 0,08 et 0,3% pour l'aluminium communiquent aux aciers à l'aide desquels on fabrique les articles de l'invention une meilleure résistance au choc aux basses températures.
Il est intéressant de noter que, bien qu'une teneur en azote de 0,03% entre dans les limites préférées suivant l'invention, il suf- fit d'une quantité d'azote ne dépassant pas 0.02% environ pour obtenir la ma- jeure partie des améliorations des propriétés à basses températures des aciers.
Le tableau annexé donne des indications numériques faisant ressortir les améliorations obtenues grâce à l'invention. Les essais ont été effectués à l'aide de la machine de Charpy pour l'essai de la résistance au choc avec des échantillons de dimension standard. Ces échantillons sont for- més essentiellement de fer, indépendamment des éléments portés sur le tableau.
On les refroidit par immersion dans un mélange d'essence et d'éther contenu dans un récipient entouré et refroidi par de l'oxygène ou de l'azote liquide.
Après les avoir immergées dans le fluide réfrigérant pendant une heure, on place rapidement les éprouvettes dans la machine de Charpy et on procède im- médiatement à l'essai.
La plupart des échantillons essayés et indiqués dans le tableau manifestant une brusque diminution de la résistance au choc quand on les refroidit au dessous d9une certaine température. La résistance au choc des autres échantillons diminue d9une manière plus progressive entre les li- mites de température indiqués dans les essais. A titre de comparaison, on a choisi comme point de repère une valeur de choc de 2 kilogrammètres, qui cons- titue une valeur notable. La température à laquelle un acier manifeste une résistance au choc de 2 kilogrammètres est dite température de transition dans ce tableau.
On a fait varier d'un échantillon à l'autre les proportions des éléments présents dans les aciers, de façon à établir d'une manière plus claire l'effet exercé par l'association de l'azote et de l'aluminium, entre les limites spécifiées. sur la résistance au choc des aciers.
Pour faciliter les comparaisons,les résultats des essais sont groupés de manière telle que dans un groupe quelconque un seul des éléments, indépen- damment de l'aluminium et de l'azote, constitue la variable principale. On n'a pas ajouté d'azote. intentionnellement, aux alliages contenant 0,007% d'azote. qui est la teneur normale des aciers fabriqués par les procédés or- dinaires.
Les échantillons ont été également soumis à divers traitements thermiques. Les valeurs figurant dans la colonne 1 du tableau sont celles qui ont été -obtenues à l'aide d'éprouvettes normalisées à 925 C. Les valeurs de la colonne II sont celles des échantillons normalisés à 925 C. et dont les tensions internes ont été supprimées par recuit à 593 C. Les valeurs de la colonne III sont celles des échantillons normalisés à 925 G. et dont les tensions internes ont été supprimées par recuit à 650 C.
Le carbone, à part l'azote, est l'élément principal variant dans quatre des échantillons essayés o Les résultats donnés par les essais
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effectués sur ces échantillons sont indiques sur des lignes successives du tableau. Ils montrent que les échantillons ayant une teneur élevée en azote de 0, 018% et une teneur en aluminium supérieure au minimum spécifié de 0,08% sont généralement plus résistants au choc et possèdent des températures de transition plus basses que les échantillons ayant une teneur normale en azote de 0,007%. Cette relation reste vraie aussi bien quand la teneur en carbone de l'échantillon est relativement faible (de 0,04 à 0,052%) que lorsqu'elle est plus élevée (de 0,14 à 0,17%).
Dans les autres groupes d'échantillons du tableau, c'est le manganèse, le siliciums le cuivre, le nickel, le chrome ou l'aluminium qui constituent l'élément principal qui varie avec l'azote . Les résultats obtenus pour ces groupes sont analogues à ceux du groupe dans lequel c'est le carbone, indépendamment de l'azote. qui constitue Isolement principal variable. Dans chacun des groupes,,, les échantillons dont la teneur en azote et en aluminium entre dans la gamme indiquée manifestent une meilleure résistance au choc aux basses températures. La présence d'une teneur élevée en aluminium dans un échantillon ne lui confère pas les avantages de l'invention. A cet égard, le dernier groupe du tableau dans lequel l'aluminium et l'azote sont les élé- ments principaux variables présente de l'intérêt.
Ces échantillons dont les teneurs en aluminium et en azote sont toutes deux comprises entre les limi- tes spécifiées présentent une température de transition plus basse que les échantillons dont la teneur en azote est inférieure à 0,013% et ainsi en de- hors des limites de l'invention.
Les aciers à l'aide desquels on fabrique les articles sui- vant l'invention présentent une structure cristalline normale et n'exigent pas de traitement spécial au cours de la fabrication. Les autoclaves soudés fabriqués au moyen de ces aciers conformément à l'invention se comportent très bien dans leurs usages aux basses températures.
On peut appliquer à la fabrication des articles suivant l'invention les tech- niques ordinaires telles que le soudage, le forgeage et le laminage.
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ARTICLE INTENDED TO BE USED AT LOW TEMPERATURES.
The present invention relates to articles of forged or otherwise worked steel having improved impact resistance at temperatures below zero degrees.
When cooled below normal temperature, most steels become less resistant to impact. This impact resistance does not generally decrease in a manner proportional to the temperature, but it decreases rapidly as soon as the steel is cooled below a critical temperature, which will be denoted here by the expression of transition temperature. Machine parts and others subjected to impact at low temperatures must be made of steel whose transition temperature is lower than the temperatures to which they are exposed in operation, or else it is appropriate in the construction of these parts to compensate for the force. te decrease in their impact resistance.
Previous efforts have been made to improve the low temperature properties of steels, and these efforts have resulted in the discovery that the addition of aluminum to certain steels exerts a favorable action. Thus, the addition of aluminum to chromium-nickel-copper steels is considered to lower their transition temperature. The present invention is based on the discovery that articles with improved low temperature impact strength can be made from chromium-nickel-copper steels, supplemented with specified percentages of both aluminum and nitrogen.
The steels thus obtained have a higher impact strength and lower transition temperatures than steels containing only aluminum. in spite of the fact that nitrogen is considered in metallurgy as an agent giving a brittle character.
According to the invention. the Applicant therefore provides an article of forged or otherwise worked alloy steel having better impact resistance at temperatures below 0 ° C., containing up to 0.25% of
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carbons up to 2% manganese, up to 1% silicon. 0.25 to 1.25% copper, up to 5% nickel. 0.25 to 3.25% chromium, 0.08 to 0.3% aluminum, 0.013% to 0.03% nitrogen, the remainder being iron.
A preferred composition is within the following ranges: 0.01 to 0.2% carbon. 0.2 to 1% manganese 0.02 to 0.8% silicon, 0.25 to 1; 25% copper, 0.5 to 3% nickel, 0.5 to 1.5% chromium, 0.08 to 0.3% aluminum and 0.013% to 0.03% nitrogen, the remainder being roughly all iron.
The steels produced by the usual processes have a nitrogen content of approximately 0.007%. The advantages of the present invention are obtained only if the nitrogen content of the steel is greater than 0.013% at least if this higher than normal nitrogen content is associated with a soluble aluminum content d. at least 0.08%. Any proportions of these two materials between 0.013% and 0.03% for nitrogen and 0.08-0.3% for aluminum impart to the steels from which the articles of the invention are made. invention improved impact resistance at low temperatures.
It is interesting to note that although a nitrogen content of 0.03% is within the preferred limits according to the invention, an amount of nitrogen not exceeding about 0.02% is sufficient to obtain the maximum content of the invention. - part of the improvements in the low temperature properties of steels.
The appended table gives numerical indications showing the improvements obtained by virtue of the invention. The tests were carried out using the Charpy machine for the impact resistance test with samples of standard size. These samples are formed primarily of iron, independent of the items shown in the table.
They are cooled by immersion in a mixture of gasoline and ether contained in a vessel surrounded and cooled by oxygen or liquid nitrogen.
After having been immersed in the cooling fluid for one hour, the test pieces are quickly placed in the Charpy machine and the test is carried out immediately.
Most of the samples tested and shown in the table show a sharp decrease in impact resistance when cooled below a certain temperature. The impact resistance of the other samples decreases more gradually between the temperature limits indicated in the tests. For comparison, an impact value of 2 kilogrammeters was chosen as a benchmark, which is a significant value. The temperature at which a steel manifests an impact resistance of 2 kilogrammeters is called the transition temperature in this table.
The proportions of the elements present in the steels were varied from one sample to another, so as to establish more clearly the effect exerted by the association of nitrogen and aluminum, between the specified limits. on the impact resistance of steels.
To facilitate comparison, the test results are grouped in such a way that in any group only one of the elements, apart from aluminum and nitrogen, constitutes the main variable. Nitrogen was not added. intentionally, to alloys containing 0.007% nitrogen. which is the normal content of steels produced by ordinary processes.
The samples were also subjected to various heat treatments. The values appearing in column 1 of the table are those which were obtained using test pieces standardized at 925 C. The values in column II are those of samples standardized at 925 C. and for which the internal voltages have been removed by annealing at 593 C. The values in column III are those of samples normalized to 925 G. and whose internal stresses were removed by annealing at 650 C.
Carbon, apart from nitrogen, is the main element varying in four of the samples tested o The results given by the tests
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carried out on these samples are indicated on successive lines of the table. They show that samples with a high nitrogen content of 0.018% and an aluminum content above the specified minimum of 0.08% are generally more impact resistant and have lower transition temperatures than samples with an aluminum content. normal in nitrogen 0.007%. This relationship remains true both when the carbon content of the sample is relatively low (from 0.04 to 0.052%) and when it is higher (from 0.14 to 0.17%).
In the other groups of samples in the table, it is manganese, silicon, copper, nickel, chromium or aluminum which constitute the main element which varies with nitrogen. The results obtained for these groups are similar to those for the group in which it is carbon, independent of nitrogen. which constitutes variable principal isolation. In each of the groups,, the samples with nitrogen and aluminum content within the range indicated show better impact resistance at low temperatures. The presence of a high aluminum content in a sample does not give it the advantages of the invention. In this regard, the last group of the table in which aluminum and nitrogen are the main variable elements is of interest.
Those samples with both aluminum and nitrogen contents between the specified limits have a lower transition temperature than samples with a nitrogen content less than 0.013% and thus outside the limits of l 'invention.
The steels from which the articles of the invention are made exhibit a normal crystal structure and do not require special treatment during manufacture. Welded autoclaves made from these steels in accordance with the invention perform very well in their low temperature uses.
Ordinary techniques such as welding, forging and rolling can be applied in the manufacture of the articles according to the invention.