BE541008A - - Google Patents

Description

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  " Alliage faiblement   austénitique ' ¯     La.   présente invention se rapporte au domaine de la métallurgie et concerne plus particulièrement une série d'allia. ges ferreux établis en vue d'offrir d'excellentes propriétés physiques aux températures élevées, sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à des quantités de matériaux hautement "straté -   giques"   et afin de permettre la production de tels alliages ferreux, sans que l'on fasse appel à un quelconque des éléments qu'il est convenu d'appeler *super-critiques , 
Les alliages ferrétiques   courants   deviennent sans valeur à des températures, voisines de 1200  F.

   Lorsqu'il s'agit d'un fonctionnement à des températures dépassant 1200  F, on a recoure 

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 à des alliages à predominance austé nitique, tels que   représentas   par exemple par les alliages classiques d'acier inoxydable du type 18-8. Ces alliages à prédominance   austnitique   possèdent d'excellentes propriétés physiques au-dessus de 1200  F. mais leur emploi est limité par suite de l'inclusion de quantités importantes d'éléments rares, coûteux et critiques. 



   La présente invention a particulièrement pour objet d'établir une famille/d'alliages pouvant être réalises d'une façon   économi-   que et être utilisés dans la gamne de températures, allant jusque 1500  F. Cette gamme est suffisamment étendue pour permettre l'emploi de matériaux: de ce type dans de nombreuses applica- tions qui exigent actuellement des alliages à prédominance aus- tenitique, plus coûteux. 



   Cette famille d'alliages est   évidemment   basée sur   @  fer et comporte, à titre d'adjuvants nécessaires$, les âgents   généra-   teurs d'austénite, à savoir le manganèse et l'azote. Tout en res- tant dans les limites qui apparaîtront clairement à tout métal-   lurgiste   expérimentée les additions d'alliage, que l'on utilise communement dans le domaine ferreux, telles que le carbone, le silicium, le nickel, le molybdène, le tungstène, le vanadium, le niobium, le titanium, etc.., peuvent être employées aussi longtemps que l'équilibre de base établi dans 1'alliage initial fer-manganè es-chrome-azote n'est pas détruit. 



   L'industrie métallurgique a fait, au cours des deux der- nières décades, un usage considérable d'azote en tant qu'élément d'alliage, afin de tirer parti de l'intense pouvoir générateur d'austénite, de la facilité d'acquisition et du coût peu élevé de ce gaz. L'azote est en outre avantageux par le fait qu'il procure une résistance aux hautes températures et une résistance au choc et parce qu'il constitue un agent d'affinage puissant des grains, Les brevets américains ci-après ont été relevés pour mettre en évidence l'intérêt marqué dont jouit l'alliage de ce type. 

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  1.990.589 <SEP> 2.191.790 <SEP> 2.294.412.
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  2.056.766 <SEP> 2.197.955 <SEP> 2.302.607
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<tb> 2.071.740 <SEP> 2.198.598 <SEP> .657.130
<tb> 2.120.554 <SEP> 2.199.096 <SEP> 2.671.726
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<tb> 2.140.905 <SEP> 2.212.496 <SEP> 2.686.116.
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   Les inventeurs ont constaté que des alliages à base de fer, qui contiennent 10 à 30 pour-cent de chrome et   10   à 20 pour cent de manganèse, peuvent   être notablement   améliorés par l'ad-    dition de 0,3 à 1 pour cent. le rapport chrome/azote. étant inférieur à 70/1 et pouvant descendre jusque 26/1.'Pour   pouvoir obtenir un rapport chrome/àzote de cet ordre,il est nécessaire que l'incorporation de l'azote s'opère sous une pres- sion supérieure à la pression atmosphérique. La fixation de l'azote est accrue si l'on provoque une solidification rapide du moulage. 



  Le métal en fusion doit-être maintenu sous une pression supérieure de une atmosphère tout au moins à la pression ambiante. Une telle pression peut être obtenue à l'aide d'une amtosphè re comprimée d'azote ou d'un autre gaz inerte   vis-à-vis   du métal èn fusion, ou bien, elle peut ê tre réalisée en imprimant au métal en fusion une rotation suffisamment rapide pour multiplier les effets de la gravité dans 'la mesure voulue. Lorsque le bain est animé d'une rotation, un anneau intérieur de scorie inerte contribue avantageusement à appliquer une pression au métal   sous-jacent.   



  On peut appliquer de cette façon une pression   suffisant   pour permettre une solidification directe,sans transfert dans un autre moule, ainsi que l'obtention d'un moulage sain. 11 est préférable que'les dimensions des lingots ainsi coulés soient limitées, afin de permettre une solidification rapide et que ceux-ci soient au besoin coulés dans des moules refroidis, tou jours en vue d'accélérer la solidification. Il est évident qu' après avoir atteint le rapport chrome-azote élevé voulu, le métal en fusion doit ê tre maintenu continuellement sous une près- 

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 sion supérieure à la   pression     atmosphérique,   jusqu'a ce que la solidification S'accomplisse.

   En calculant 10 rapport chrome/azote. il convient de ne pas tenir   compta   de l'azote   combina   avec   des   éléments tels que le zirconium et le titanium, qui forment des nitrures très stables, é tant donné que cet azote est fortement combiné et n'entre pas en ligne de compte en tant qu'agent gé né ra- teur d'austénite. 



   C'est seulement en observant ces précautions que l'on pourra obtenir un lingot qui réponde aux spécifications commer- ciales en ce qui concerne l'absence de défauts dus aux gaz. 



   Lorsqu'il   s'agit   de satisfaire certains desiderata commer- ciaux donnés, l'alliage fer-chrome-manganè se-azote de base peut être modifié par n'importe quelle quantité voulue de carbone, par l'addition de silicium jusque 3 pour-cent, par   l'addition   de nickel jusque 8 pour-cent, par l'addition de molybdène ou de tungstène jusque 6 pour-cent ou de vanadium jusque 1/2 ou 1   pour-cent*   Comme il apparaîtra aisément aux techniciens de la branche, l'alliage initial fer-chrome-mangaè se-azote sera modi- fie par ces additions, soit vers la forme alpha, soit vers la forme   gamma..   L'addition de carbone et de nickel, qui sont tous deux des agents générateurs d'austénite, tend à rendre la nature austénitique de l'alliage plus stable et permet une modification de l'alliage initial,

   qui se rapproche ainsi vers le côté des faibles teneurs en manganèse, étant donne que le carbone ou   le   nickel peut remplacer une partie du manganèse. De même, l'addition d'un puissant agent générateur de ferrite, tel que le silicium, ou les agents générateurs de ferrite équivalents, tels que le tungstène ou le molybdène, exige une augmentation concomitante des additions de certains ou de tous les agents générateurs d'aus-   ténite,   tels que le carbone, le manganè se, le nickel et l'azote. 



   Le tableau' ci-après indiqueà titre d'exemples, des alliages préparés lors de la mise au point de   la.   présente   invention.   

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   Tableau 111. 



   Composition des alliages. 



  Composition, pour-cent de poids. 
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<tb> Element
<tb> N  <SEP> de
<tb> 
 
 EMI5.2 
 l'allime Or Mn Mo Ni N Si 
 EMI5.3 
 
<tb> 46 <SEP> 17, <SEP> 0 <SEP> 11,8 <SEP> 1,90 <SEP> 0,30 <SEP> 0,01 <SEP> 0,01
<tb> 
 
 EMI5.4 
 47 15,9 la93 ù,02 0,46 0,5 0, 03 
 EMI5.5 
 
<tb> 48 <SEP> 17,0 <SEP> la,7 <SEP> 2,50 <SEP> 0,44 <SEP> 0,22 <SEP> 0,04
<tb> 
<tb> 49 <SEP> 15,9 <SEP> 13,7 <SEP> 1,79 <SEP> 0,44 <SEP> 0,26 <SEP> 0,04
<tb> 
<tb> 75 <SEP> 15,7 <SEP> 15,4 <SEP> 1,94 <SEP> 1,45 <SEP> 0,40 <SEP> 1,42. <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> 
<tb> 
 
 EMI5.6 
 76 15,6 15,2 1,94 .,45 0,39 1,08 0,07 90 16,7 lao,7 S, 8 - 0,6S O,3 0, 06 
 EMI5.7 
 
<tb> va <SEP> 0 <SEP> 0,36 <SEP> 
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Les alliages 46, 48 et 75 contenaient de faibles quantités de fer alpha. Les alliages restants étaient complètement austéni- tiques. 



   Il convient de considérer plus particulièrement les alliages 47 et 49,   A   une température de 1250  F, ces alliages offraient des propriétés physiques égales 1 celles des meilleurs alliages      à base de fer dits   *super-alliages**   Ces alliages ont été comparés avec un alliage portant la désignation 316 et qui était un allia- 
 EMI5.8 
 ge du type 188, èomportant 2 pour-cent de molybdène, ainsi qu'avec un alliage désigné par 16-25-6 et qui contenait 16 pour- cent de chrome, 25 pourcent de nickel et 6 pour-cent de molybdène. 



  A 1250  F, les alliages 47 et 49 étaient complètement équivalents à ces alliages standard et hautement critiques. 



   On remarquera que le brevet américain Jennings N  2.657.130 indique dans la colonne 5, échantillon P, un alliage contenant   0,530   pour-cent d'azote, et   20,43     pour ,cent   de chrome. Il pourrait paraître à première vue que cet alliage tombe directement dans les      limites du rapport chrome/azote indiquées dans la présente demande. 

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  Toutefois, l'expérience constante des inventeurs démontre que toute tentative visant à préparer un tel alliage ayant un rapport chrome/azote inférieur à   70/1   aboutit à un lingot malsain, qui présente des défauts dûs aux gaz, s'il n'est pas maintenu et coulé sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, et rapidement   refroidi.   



   La manière dont l'azote est incorporé à l'alliage n'est pas critique et l'on peut utiliser à cet effet n'importe quelle forme avantageuse de cet élément. Par exemple, l'azote peut être intro- duit sous la forme d'un azote moléculaire ou peut être dérivé de substances telles que les cyanures, les cyanamides, l'ammoniaque ou des alliages contenant de l'azote, tels que le fer à haute teneur ou le ferro-chrome à haute teneur d'azote.. 



    REVENDICATIONS. 



  @   
1) Moulage à base de fer, effectivement exempt de gaz et sain, qui contient; à titre d'éléments d'alliage essentiels le chrome en une proportion de 10 à. 30 pour-cent, le manganèse de 10 à 20 pour-cent et l'azote de 0,3 à   1,0   pour-cent, le rapport   chrome.   azote allant de 70/1 à 25/1. ce moulage présentant une structure complètement austénitique en substance. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. 2) Moulage à base de fer, effectivement exempte de gaz et sain, qui contient, à titre d'éléments d'alliage essentiels, le chrome en une proportion de 10 à 30 pour-cent, le manganèse de 10 à 20 pour-cent et l'azote de 0,3 à 1,0 pour-cent, le rapport chrome/azote allânt de 70/1 à 25/1, cet alliage offrant une résistance accrue à l'oxydation grâce à la présence du nickel en une proportion jusque 8 pour-cent, la limite élastique et la résistance à l'oxydation de ce moulage étant améliorées par le silicium présent dans une proportion allant jusque 3 pour-cent, tandis que la résistance du moulage aux hautes températures est <Desc/Clms Page number 7> améliorée par le molybdène ou le tungstène, présent dans une proportion allant jusque 6 pour-cent,

   les quantités relatives d'agents générateurs d'austénite et d'agents générateurs de ferrite étant ajustées de façon à réaliser une structure complètement austénitique en substance..

   3) Moulage à base de fer, exempt de gaz et sain, qui contient, à titre d'éléments d'alliage essentiels du chrome en une proportion de 10 à 30 pour-cent, du manganèse de 10 à 20 pour- cent, de l'azote non combiné avec des agents générateurs de nitrures stables, dans une proportion de 0,3 à 1,0 pour-cent, le rapport entre le chrome et l'azote non combiné allant de 70/1 à 25/1, ce moulage présentant une structure complètement austénitique 4) Procédé pour préparer un moulage à base de fer, effec- tivement exempt de gaz, ce procédé comprenant les opérations qui consistent:

   à préparer un bain de fusion à base de fer, qui con- tient, à titre d'ingrédients d'alliage essentiels, du chrome dans une proportion de 10 à 30 pour-cent et du manganèse dans une pro- portion de 10 à 20 pour-cent; à soumettre ce bain de fusion à une pression plus élevée que la pression atmosphérique et supé- rieure d'une atmosphère au moins à la pression ambiante; à allier le bain de fusion, soumis à ladite pression d'au moins deux atmos- phères, avec de l'azote introduit dans une proportion de 0,3 à 1 pour-cent, jusqu'à ce que le rapport chrome/azote se situe entre 70/1 et 25/1: à couler le métal en fusion azoté dans un moule, sans interrompre l'application de la pression; et, à évacuer de la chaleur du métal en fusion avec une rapidité suffisante pour produire la solidification sans un bouillonnement important de gaz.

   5) Procédé pour préparer un moulage à base de fer, effecti- vement exempt de gaz, ce procédé comprenant les opérations qui consistent: à préparer un bain de fusion à base de fer, contenant, à titre d'ingrédients d'alliage essentiels, du chrome en une pro- portion de 10 à 30 pour-cent et du mangé nè se dans une proportion <Desc/Clms Page number 8> de 10 à 20 pour-cent? à soumettre ce bain de fusion à une près- sion, supérieure à la pression atmosphérique, de la part d'une atmosphère inerte, cette pression étant supérieure d'une atmosphère au moins à la pression ambiante;

   à allier le bain de fusion, soumis à ladite pression supérieure d'au moins une atmosphère à la pression ambiante, avec de l'azote dans une proportion de 0,3 à 1 pour-cent, jusqu'à ce que le rapport chrome/azote se situe .entre 70/1 et 25/1; à couler le bain de fusion azoté dans un moule, sans interrompre l'application de la pression, et à évacuer la chaleur du bain de fusion avec une rapidité suffisante pour provoquer la solidification sans donner lieu à un bouillonnement important de gaz.

   6) Procédé pour préparer un moulage à base de fer, effec- tivement exempt de gaz, ce procédé comprenant les opérations qui consistent: à préparer un bain de fusion à base de fer contenant, à titre d'ingrédients d'alliage essentiels, 10 à 30 pour-cent de chrome et 10 à 20 pour-cent de manganèse; à soumettre ce bain de fusion à une pression plus élevée que la pression atmosphéri- que,supérieure d'une atmosphère au moins à la pression ambiante, en utilisant la force centrifuge= à allier le bain de fusion, sous cette pression, avec l'azote dans une proportion de 0,3 à 1,0 pour-cent, jusqu'à ce que le rapport chrome/azote se situe entre 70/1 et 25/1; et, à permettre la solidification du métal azoté en fusion sous une pression centrifuge suffisante pour empêcher un bouillonnement important des gaz.