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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX ACIERS AUSTENITIQUES.
L'invention est relative aux aciers austénitiques.
Il est connu que les aciers austénitiques sont, en majorité, caractérisés par une limite élastique et une charge de rupture relativement basses et que dans les cas où une limite élastique élevée est requise en même temps que des propriétés non magnétiques, il a été d'usage courant de tra- vailler les aciers austénitiques à froid pour satisfaire ces exigences. On sait également que lorsqùe de grandes dimensions sont en jeu, le travail à froid est une opération difficile et dispendieuse, nécessitant une habileté et une expérience considérables, et qu'en outre une grande incertitude existe en ce qui concerne le résultat final.
La spécification du brevet n 507.473 du 29 Novembre 1951 de la demanderesse (ci-après désigné brevet antérieur), a trait à un moyen é- liminant la nécessité d'une opération de travail à froid et substituant à celle-ci un traitement thermique pour donner les résistances élastiques requises.
Ce résultat est atteint, selon le brevet antérieur, en utilisant un acier austénitique de composition équilibrée spécialement sélectionnée qui répond à un traitement pratique de dissolution et de précipitation, la composition sélectionnée comprenant :
EMI1.1
<tb>
<tb> Gamme <SEP> limite <SEP> Gamme <SEP> préférée
<tb> Carbone <SEP> 0,2 <SEP> - <SEP> 0,7 <SEP> % <SEP> 0,35 <SEP> - <SEP> 0,55 <SEP> % <SEP>
<tb> Manganèse <SEP> 2,0-8,0% <SEP> 3,0 <SEP> - <SEP> 5,0 <SEP> %
<tb> Nickel <SEP> 8,0 <SEP> - <SEP> 15,0 <SEP> % <SEP> 10,0- <SEP> 13,0 <SEP> % <SEP>
<tb> Chrome <SEP> 2,0 <SEP> - <SEP> 12,0 <SEP> % <SEP> 2,5 <SEP> - <SEP> 5,5
<tb> Vanadium <SEP> 0,3- <SEP> 1,0% <SEP> 0,35 <SEP> - <SEP> 0,75 <SEP> % <SEP>
<tb> Fer <SEP> en <SEP> substance <SEP> en <SEP> substance
<tb>
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Le brevet antérieur décrit,
comme traitement thermique convenable pour les aciers ci-dessus, les opérations de chauffage (mettons pendant 1 heure) de 1100 à 1200 C et de refroidissement dans l'air, l'huile ou 11--'eau (c'est-à-dire le traitement de dissolution) suivi d'un traitement de précipitation de 6500 à 750 C, par exemple par chauffage pendant 16 heures à 700 G et refroidissement par l'air depuis cette température.
La présente invention comprend des perfectionnements ou modifications de l'invention décrite plus haut, objet du brevet antérieur.
On a constaté que la gamme de compositions donnée dans le brevet antérieur peut être étendue pour admettre des teneurs plus élevées en chrome d'une part, et des teneurs plus élevées en nickel d'autre part.
On a constaté que la teneur en chrome peut utilement être étendue jusque, approximativement, 18%, procurant ainsi de la résistance supplémentaire à la corrosion, mais que lorsque la teneur en chrome est augmentée à partir de 5,5 % (limite supérieure de la gamme préférée) il est important d'accroître le rapport du vanadium au carbone pour réaliser des effets de durcissement optimum. Avec 12-18 % de chrome, pour atteindre une dureté optimum, un rapport d'environ 4:1 est essentiel pour éviter la formation préférentielle de carbures de chrome qui ne contribuent pas matériellement au processus de durcissement ou trempe. Un durcissement ou trempe partiel, qui peut être désirable dans quelques cas, peut être obtenu en affaiblissant le rapport Vanadium : Carbone donné plus haut.
La limite supérieure de la- gamme des teneurs en vanadium donnée dans le brevet antérieur peut être portée à 2,2 %.
Pour autant qu'il s'agit de la modification de la teneur en chrome, la gamme préférée du brevet antérieur peut, selon la présente invention, être étendue pour englober des alliages comprenant :
Carbone 0,35 à 0,55 %
Manganèse 3,0 à 5,0 %
Nickel 10,0 à 13,0 %
Chrome 12,0 à 18,0 %
Vanadium 0,35 à 2,2 %
Fer en substance le reste
On a également constaté que la.,.teneur en nickel peut être accrue jusque au moins 40% et mené jusqu'à 50% sans influencer sérieusement le processus de précipitation.
Par l'inclusion de teneurs plus élevées en n i- ckel, il devient possible de former des alliages possédant une gamme étendue de propriétés d'expansion, par exemple :
EMI2.1
<tb>
<tb> Coefficient <SEP> de <SEP> diG <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> V <SEP> latation <SEP> en <SEP> mm <SEP> par
<tb> cm <SEP> par <SEP> C <SEP> entre
<tb> O C <SEP> et <SEP> 100 C.
<tb>
Alliage <SEP> A <SEP> 0,45 <SEP> 4,5 <SEP> 11,5 <SEP> 5,0 <SEP> 0,50 <SEP> 0,00020
<tb> Alliage <SEP> B <SEP> 0,45 <SEP> 4,5 <SEP> 11,5 <SEP> 15,0 <SEP> 1,2 <SEP> 0,00018
<tb> Alliage <SEP> C <SEP> 0,45 <SEP> 4,5 <SEP> 30, <SEP> 0 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 0,50 <SEP> 0,000135
<tb> Alliage <SEP> D <SEP> 0,45 <SEP> 4,5 <SEP> 40,0 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 1,2 <SEP> 0,00009
<tb> Alliage <SEP> E <SEP> 0,45 <SEP> 4,5 <SEP> 40,0 <SEP> . <SEP> 15,0 <SEP> 1,2 <SEP> 0,000145
<tb>
Pour les alliages ci-dessus des résistances élastiques élevées peuvent également s'obtenir après le traitement approprié de dissolution et de précipitation tel que celui décrit dans le brevet antérieur.
D'autres compositions que les exemples donnés plus haut, mais dans les gammes générales spécifiées, sont possibles pour fournir des matériaux ayant différents degrés de résistance à la corrosion, des résistances élastiques variables et des propriétés d'expansion variables.
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En outre on a constaté, et c'est une caractéristique de l'in- ventîon, que le nickel et le manganèse sont interchangeables dans une certaine mesure, comme illustré par les résultats ci-après :
EMI3.1
<tb>
<tb> C <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> V <SEP> Limite <SEP> élastique
<tb> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> Kgs/mm2
<tb> Alliage <SEP> F <SEP> 0,45 <SEP> 1,0 <SEP> 15,0 <SEP> 5,0 <SEP> 0,50 <SEP> 86,78.
<tb>
Alliage <SEP> G <SEP> 0,45 <SEP> 4,5 <SEP> 11,5 <SEP> 5,0 <SEP> 0,50 <SEP> 98,12
<tb> Alliage <SEP> H <SEP> 0,45 <SEP> 8,0 <SEP> 8,0 <SEP> 5,0 <SEP> 0,50 <SEP> 87,41
<tb>
L'invention comprend également l'extension de la limite inférieure de la gamme du nickel jusqu'à 7 %, et l'extension de la gamme du mangan.èse à 0,5 à 10,0%, le nickel et le manganèse étant dans une certaine mesure interchangeables comme illustré ci-dessus.
REVENDICATIONS.
1. - Une méthode de production de composants d'aciers austénitiques à haute résistance élastique, sans travail à froid, selon le brevet principal, mais modifiée en ce que la gamme du chrome dans la composition est étendue à une limite supérieure d'approximativement 18%.
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IMPROVEMENTS FOR AUSTENITIC STEELS.
The invention relates to austenitic steels.
It is known that austenitic steels are, for the most part, characterized by a relatively low elastic limit and breaking load and that in cases where a high elastic limit is required along with non-magnetic properties, it has been necessary to common practice for cold working austenitic steels to meet these requirements. It is also known that when large dimensions are involved, cold working is a difficult and expensive operation, requiring considerable skill and experience, and that furthermore great uncertainty exists as to the final result.
The specification of the Applicant's Patent No. 507,473 of November 29, 1951 (hereinafter referred to as the prior patent), relates to a means of eliminating the need for a cold working operation and substituting therefor a heat treatment for give the required elastic resistances.
This result is achieved, according to the prior patent, by using an austenitic steel of specially selected balanced composition which responds to practical dissolution and precipitation treatment, the selected composition comprising:
EMI1.1
<tb>
<tb> Range <SEP> limit <SEP> Preferred range <SEP>
<tb> Carbon <SEP> 0.2 <SEP> - <SEP> 0.7 <SEP>% <SEP> 0.35 <SEP> - <SEP> 0.55 <SEP>% <SEP>
<tb> Manganese <SEP> 2.0-8.0% <SEP> 3.0 <SEP> - <SEP> 5.0 <SEP>%
<tb> Nickel <SEP> 8.0 <SEP> - <SEP> 15.0 <SEP>% <SEP> 10.0- <SEP> 13.0 <SEP>% <SEP>
<tb> Chrome <SEP> 2.0 <SEP> - <SEP> 12.0 <SEP>% <SEP> 2.5 <SEP> - <SEP> 5.5
<tb> Vanadium <SEP> 0.3- <SEP> 1.0% <SEP> 0.35 <SEP> - <SEP> 0.75 <SEP>% <SEP>
<tb> Iron <SEP> in <SEP> substance <SEP> in <SEP> substance
<tb>
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The earlier patent describes,
as a suitable heat treatment for the above steels, the operations of heating (say for 1 hour) from 1100 to 1200 C and cooling in air, oil or water (i.e. say the dissolution treatment) followed by a precipitation treatment from 6500 to 750 C, for example by heating for 16 hours at 700 G and cooling by air from this temperature.
The present invention comprises improvements or modifications of the invention described above, which is the subject of the prior patent.
It has been found that the range of compositions given in the prior patent can be extended to allow higher chromium contents on the one hand, and higher nickel contents on the other hand.
It has been found that the chromium content can usefully be extended to approximately 18%, thus providing additional corrosion resistance, but when the chromium content is increased from 5.5% (upper limit of the preferred range) It is important to increase the ratio of vanadium to carbon to achieve optimum hardening effects. With 12-18% chromium, to achieve optimum hardness, a ratio of around 4: 1 is essential to avoid the preferential formation of chromium carbides which do not materially contribute to the hardening or quenching process. Partial hardening or quenching, which may be desirable in some cases, can be achieved by weakening the Vanadium: Carbon ratio given above.
The upper limit of the range of vanadium contents given in the prior patent can be increased to 2.2%.
As far as the modification of the chromium content is concerned, the preferred range of the prior patent may, according to the present invention, be extended to encompass alloys comprising:
Carbon 0.35 to 0.55%
Manganese 3.0 to 5.0%
Nickel 10.0 to 13.0%
Chromium 12.0 to 18.0%
Vanadium 0.35 to 2.2%
Iron in substance the rest
It has also been found that the nickel content can be increased to at least 40% and carried up to 50% without seriously influencing the precipitation process.
By the inclusion of higher nickel contents, it becomes possible to form alloys having a wide range of expansion properties, for example:
EMI2.1
<tb>
<tb> Coefficient <SEP> of <SEP> diG <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> V <SEP> latation <SEP> in <SEP> mm <SEP> by
<tb> cm <SEP> by <SEP> C <SEP> between
<tb> O C <SEP> and <SEP> 100 C.
<tb>
Alloy <SEP> A <SEP> 0.45 <SEP> 4.5 <SEP> 11.5 <SEP> 5.0 <SEP> 0.50 <SEP> 0.00020
<tb> Alloy <SEP> B <SEP> 0.45 <SEP> 4.5 <SEP> 11.5 <SEP> 15.0 <SEP> 1.2 <SEP> 0.00018
<tb> Alloy <SEP> C <SEP> 0.45 <SEP> 4.5 <SEP> 30, <SEP> 0 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 0.50 <SEP> 0.000135
<tb> Alloy <SEP> D <SEP> 0.45 <SEP> 4.5 <SEP> 40.0 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> 1.2 <SEP> 0.00009
<tb> Alloy <SEP> E <SEP> 0.45 <SEP> 4.5 <SEP> 40.0 <SEP>. <SEP> 15.0 <SEP> 1.2 <SEP> 0.000145
<tb>
For the above alloys, high elastic strengths can also be obtained after the appropriate dissolution and precipitation treatment such as that described in the prior patent.
Compositions other than the examples given above, but within the general ranges specified, are possible to provide materials having different degrees of corrosion resistance, varying elastic strengths and varying expansion properties.
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In addition, it has been found, and this is a feature of the invention, that nickel and manganese are interchangeable to some extent, as illustrated by the following results:
EMI3.1
<tb>
<tb> C <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> V <SEP> Elastic <SEP> limit
<tb>% <SEP>% <SEP>% <SEP>% <SEP>% <SEP> Kgs / mm2
<tb> Alloy <SEP> F <SEP> 0.45 <SEP> 1.0 <SEP> 15.0 <SEP> 5.0 <SEP> 0.50 <SEP> 86.78.
<tb>
Alloy <SEP> G <SEP> 0.45 <SEP> 4.5 <SEP> 11.5 <SEP> 5.0 <SEP> 0.50 <SEP> 98.12
<tb> Alloy <SEP> H <SEP> 0.45 <SEP> 8.0 <SEP> 8.0 <SEP> 5.0 <SEP> 0.50 <SEP> 87.41
<tb>
The invention also includes extending the lower limit of the range of nickel to 7%, and extending the range of manganese to 0.5 to 10.0%, nickel and manganese being to some extent interchangeable as shown above.
CLAIMS.
1. - A method of producing high elastic strength austenitic steel components, without cold working, according to the main patent, but modified in that the range of chromium in the composition is extended to an upper limit of approximately 18 %.