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La présente invention concerne les aciers ferritiques au chrome .
De tels aciers ont été largement employés ces dernière années pour les applications devant présenter de le. résistance au fluage, telles que disques de turbine et de compresseur dans les turbines à gaz. La procédure normale a été de tremper et adoucir l'alliage, et de nombreux expérimentateurs ont montré que la composition de l'acier est critique si l'on doit obtenir les proportions optimum, car il est en général admis que si
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la composition de l'acier est telle u'il n'est pas compiètement austénique à la température de trempe ou de solution, la structure finale de l'acier sera une martensite adoucie avec des surfaces de "ferrite libre" et si ces surfaces de "ferrite libre" sont étendues,
elles auront un effet nuisible sur la résistance au fluage et sur la ductilité transversale de la matière.
L'un des objets de la présente invention est de rendre inutile un contrôle étroit de la composition.
Suivant la présente invention, les aciers au chrome qui sont essentiellement ferritiques (par exemple contenant au moins 60 % de ferrite) à des températures normales de solution ou températures de trempe (par exemple 1000 - 1300 C et par conséquent ne durcissent pas par refroidissement, sont ensuite traités pour améliorer la résistance au fluage ou créer cette résistance au fluage ou créer cette résistance au fluage.
Le traitement mentionné ci-dessus peut consister en un travail à chaud de l'acier ferritique mou, ou en une combi- naison de trempe en solution et trempe par précipitation de la matière ou par les trois moyens.
Le travail-à chaud peut comprendre le chauffage de la ma- tière traitée par une solution à la température désirée endéans des limites appropriées, par exemple 20 -700 C; et en la travail lant ensuite par laminage, estampage, pressage ou par tous moyen jusqu'à obtenir une réduction de l'épaisseur ou du diamètre de par exemple 1% à 10%.
Une trempe par solution ou' par précipitation peut être affectée par l'emploi d'additions de trempe par précipitation, telles que par-exemple du molybdène, tungstène, niobium, tantale, titane, ou autres matières appropriées connues.
J'autres traits caractéristiques de la présente.inven- tion seront apparents de la description qui suit de méthodes
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détaillées, données à titre d'exemple de réalisation, de l'invention.
Des aciers aptes au travail à chaud comme décrit ci- dessus peuvent avoir n'importe quelle composition endéans la spécification donnée ci-après, mais l'équilibre de compo- sition peut être tel que l'acier soit essentiellement ferriti-
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que (par exemple au moins 60%) à 1000 -1300 C.
EMI3.2
Carbone' 0,05 - 0,3% Manganèse 0,05 - 2,0% Nickel 0 - 4 % Silicium 0,05 - 1,0% Cobalt 0 - 4% Chrome 9 -20% Tungstène 0 - 3% ) au moins 0,7'% du ) total de ces éléMolybdène 0 - 3, ments pour des résistances au fluage Niobium & Tantale 0 - 2% ) appropriées Titane 0 - 2 Vanadium 0 - 2% Azote 0,001- 0,2% Bore 0 - 0,05%
En plus, jusque 0,5% total de n'importe lequel' des, désoxydants plus puissants, tels que l'aluminium, cérium, magnésium, pourront être présents si on le désire, mais cela n'est pas indispensable.
Exemple d'alliages entre ces limites sont :
EMI3.3
C% Mn% Si% Cr% Moto Nb% 1% Tlfo r B%, W216 0,09 0,37 0,51 10,4 0,37 0,32 0,77 - 'o,001 - W226 o,o6 0,6 0,35 10,5 0,45 0,3 0,06 0,001 0,005 rr3 . 0,09 0, $ 0,3 11 0,5 0,4 0,2 - 0,001 0,00 W354 0,05 018 0,4 13 1 1,5 0,25 - 0,1 0,13
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Les alliages ci-dessus essayés à 30 tonnes par pouce carré à 500 C ont donné les chiffres suivants :
EMI4.1
<tb> Effort <SEP> en <SEP> pour <SEP> cents <SEP> pour <SEP> loo <SEP> heures
<tb> (a) <SEP> (b).
<tb>
EMI4.2
O.Q. 12000C adoucis à 500 C. O.Q.12000C travaillé à chaud 5
EMI4.3
<tb> à <SEP> 500 C
<tb>
<tb> W216 <SEP> 0,27 <SEP> 0,09
<tb>
EMI4.4
W226 O28 0108
EMI4.5
<tb> W318 <SEP> 0,23 <SEP> 0,09
<tb>
<tb> W354 <SEP> plus <SEP> grand <SEP> que <SEP> 1 <SEP> % <SEP> 0,05
<tb>
Pour des matières de trempe par solution et trempe par préci- pitation, la spécification est comme décrit ci-dessus, à l'exception de :
EMI4.6
Molybdène z0 - 6% ) )Addition de trempa par solution, Tungstène 0 - 6% ) )au total au moins 1,5% Vanadium 0 - 2% ) Niobium et) p - 2r; ) Tantale ).Addition pour trempe par précipi Titane 0 - 2% '} dation.
Ces aciers peuvent également être travaillés à chaud mais une résistance satisfaisante au fluage peut être obtenue sans ce procédé. Exemples :
EMI4.7
C% Mn% Si% Cr% M9% W% V% Nb% N%. B% X352 0, 05 0, 0,3 13 1 1 0,2 0,5 0,1 0,001
EMI4.8
<tb> WEX409 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> 0,8 <SEP> 0,3 <SEP> 13 <SEP> 2' <SEP> 2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,5 <SEP> 0,1 <SEP> 0,01
<tb>
EMI4.9
v X651 0,05 0,0 0,3 13 2 2 0,2 0,25 0,1 0,01
Les alliages sont normalement traités en solution à 1000- 1300 C, et trempés à l'air, dans l'huile ou dans l'eau. Ils sont ensuite mûris entre les limites de température de 500-700 C.
Les exemples ci-dessus, lorsque la trempe se fait à l'huile à 1200 C, mûris pendant 20 heures à 650 C, et essayés à 30 tonnes par pouce carré à 500 C, ont donné les chiffres sui- vants :
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<tb> Matière <SEP> % <SEP> de <SEP> ferrite <SEP> à <SEP> 1200 C <SEP> Effort <SEP> après <SEP> 100 <SEP> heures
<tb>
<tb>
<tb> WEX <SEP> 352 <SEP> 80% <SEP> 0,065%
<tb>
<tb> WEX409 <SEP> 95% <SEP> 0,035%
<tb>
EMI5.2
VJEX651 z o, 096J
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The present invention relates to ferritic chromium steels.
Such steels have been widely used in recent years for applications requiring. creep resistance, such as turbine and compressor discs in gas turbines. The normal procedure has been to quench and soften the alloy, and many experimenters have shown that the composition of the steel is critical if the optimum proportions are to be obtained, since it is generally accepted that if
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the composition of the steel is such that it is not completely austenic at the quenching or solution temperature, the final structure of the steel will be a martensite softened with "free ferrite" surfaces and if these surfaces of "free ferrite" are extended,
they will have a detrimental effect on the creep resistance and on the transverse ductility of the material.
One of the objects of the present invention is to make close control of the composition unnecessary.
According to the present invention, chromium steels which are essentially ferritic (eg containing at least 60% ferrite) at normal solution temperatures or quench temperatures (eg 1000 - 1300 C and therefore do not harden on cooling, are then treated to improve creep resistance or create that creep resistance or create that creep resistance.
The above-mentioned treatment may consist of hot working of the soft ferritic steel, or of a combination of solution quenching and material precipitation quenching or by all three means.
Hot work may include heating the treated material with a solution to the desired temperature within suitable limits, for example 20 -700 ° C; and then working it by rolling, stamping, pressing or by any means until a reduction in thickness or diameter of for example 1% to 10% is obtained.
Solution quench or precipitation quench can be affected by the use of precipitation quench additions, such as, for example, molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, or other suitable known materials.
Other characteristic features of the present invention will be apparent from the following description of methods
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details, given as an exemplary embodiment, of the invention.
Hot-workable steels as described above can have any composition within the specification given below, but the compositional balance can be such that the steel is essentially ferriti-.
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that (eg at least 60%) at 1000 -1300 C.
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Carbon '0.05 - 0.3% Manganese 0.05 - 2.0% Nickel 0 - 4% Silicon 0.05 - 1.0% Cobalt 0 - 4% Chromium 9 -20% Tungsten 0 - 3%) at minus 0.7% of the) total of these 0 - 3 eleMolybdenum, for creep strengths Niobium & Tantalum 0 - 2%) appropriate Titanium 0 - 2 Vanadium 0 - 2% Nitrogen 0.001 - 0.2% Boron 0 - 0.05%
In addition, up to 0.5% total of any of the more potent deoxidizers, such as aluminum, cerium, magnesium, may be present if desired, but this is not essential.
Example of alloys between these limits are:
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C% Mn% Si% Cr% Moto Nb% 1% Tlfo r B%, W216 0.09 0.37 0.51 10.4 0.37 0.32 0.77 - 'o, 001 - W226 o, o6 0.6 0.35 10.5 0.45 0.3 0.06 0.001 0.005 rr3. 0.09 $ 0 0.3 11 0.5 0.4 0.2 - 0.001 0.00 W354 0.05 018 0.4 13 1 1.5 0.25 - 0.1 0.13
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The above alloys tested at 30 tons per square inch at 500 C gave the following figures:
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<tb> Effort <SEP> in <SEP> for <SEP> cents <SEP> for <SEP> loo <SEP> hours
<tb> (a) <SEP> (b).
<tb>
EMI4.2
O.Q. 12000C softened at 500 C.O.Q. 12000C hot worked 5
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<tb> to <SEP> 500 C
<tb>
<tb> W216 <SEP> 0.27 <SEP> 0.09
<tb>
EMI4.4
W226 O28 0108
EMI4.5
<tb> W318 <SEP> 0.23 <SEP> 0.09
<tb>
<tb> W354 <SEP> larger <SEP> large <SEP> than <SEP> 1 <SEP>% <SEP> 0.05
<tb>
For solution quench and precipitation quench materials, the specification is as described above, except for:
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Molybdenum z0 - 6%)) Addition of solution quenching, Tungsten 0 - 6%)) in total at least 1.5% Vanadium 0 - 2%) Niobium and) p - 2r; ) Tantalum) Addition for precipitation quenching Titanium 0 - 2% '} dation.
These steels can also be hot worked but satisfactory creep resistance can be obtained without this process. Examples:
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C% Mn% Si% Cr% M9% W% V% Nb% N%. B% X352 0.05 0, 0.3 13 1 1 0.2 0.5 0.1 0.001
EMI4.8
<tb> WEX409 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP> 0.8 <SEP> 0.3 <SEP> 13 <SEP> 2 '<SEP> 2 <SEP> 0.2 <SEP> 0.5 <SEP> 0.1 <SEP> 0.01
<tb>
EMI4.9
v X651 0.05 0.0 0.3 13 2 2 0.2 0.25 0.1 0.01
Alloys are normally treated in solution at 1000-1300 C, and quenched in air, oil or water. They are then matured between the temperature limits of 500-700 C.
The above examples, when quenched in oil at 1200 C, cured for 20 hours at 650 C, and tested at 30 tons per square inch at 500 C, gave the following figures:
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<tb> Material <SEP>% <SEP> of <SEP> ferrite <SEP> to <SEP> 1200 C <SEP> Force <SEP> after <SEP> 100 <SEP> hours
<tb>
<tb>
<tb> WEX <SEP> 352 <SEP> 80% <SEP> 0.065%
<tb>
<tb> WEX409 <SEP> 95% <SEP> 0.035%
<tb>
EMI5.2
VJEX651 z o, 096J