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" ACIER INOXYDJLE, MARTENSITIQUE, SOUDABLE. "
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On sait que l'on peut rendre soudables les aciers inoxydables au chrome, martensitiques, en les alliant à du nickel et en réduisant leur teneur en carbone à moins de
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0110"-- - Les acier;
.àùoeo1Bsént à l'aira La structure 3=-atCnsi= tique obtenue par durcissement sera transformée, par trempe, en une structure mixte comprenant de la martensite et de l'aus ténite fraîchement formée, la teneur en martensite étant do- minante. Des aciers de ce type sont désignes, par conséquent,
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comme aciers martensitiques-austénitiquese Les aciers ayant la structure martensitique-austé-" nitique présentent une limite d'élasticité et une résistance à la rupture par traction élevées, une bonne élongation et une résistance élevée aux chocs (résistance à l'impact) .La soudabilité est très bonne, ce qui, d'après une théorie, ré- sulte de la teneur relativement élevée en austénite.
Les
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aciers peuvent ètre soudés sans pré-ou poet-traitement ther- mique. Ils possèdent une bonne résistance à chaud.
Un acier commercial de ce type présente la composi-
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tion suivante: O,05 C , 1 12,57 Cy-- 3,8;lXi , # 0,5 Mo - 'Un autre acier a la composition suivante: 0,08% @ , 13% Cr,
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6 Ni , 1, 5 Mo La. présente invention se rapporte à un perfection" nement de ce type ci-dessua dlecier, qui peut être caraotêri- sé par l'analyse suivante : 11 - 15 0:1:', mes. 3,5/,,' Max.
8% Kh et max. 7% Ni, Mn -' Ni représentant 3- 12fi Le -type d'acier est plus étroitement défini par le fait que les élé- ments de l'alliage sont réglés l'un par rapport à l'autre,
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de sorte que 1,1.Créqu.- Ni6qu. est de 11 au maximum, avec equ. ,A tlr Ko -). 1,5 :.!i et t:!qu. Ni + or 3 1 n + 30 (. fi C + µ1 ÎI ) L'invention se caractérise par le fait que la
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teneur en carbone est inférieure à 0,02% et de 0,015% au ma- ximum, de préférence.
Les recherches et essais se trouvant à la base de cette invention ont révélé que ces teneurs extrê- nement basses en carbone de ce type d'acier mentionné condui- sent, de façon tout à fait surprenante, à un accroissement de la limite d'élasticité du produit trempé. De plus, l'acier non trempé acquiert une ténacité si bonne qu'il peut très bien être utilisé dans cet état.
Ce point est d'une importance par- ticulière, du fait que la zone traitée thermiquement par l'opé- ration de soudage consistera pratiquement en martensite non trempé* Avec des teneurs plus élevées en carbone, cette zone serait relativement cassante, exigeant par conséquent une trem- pe supplémentaire, ce qui n'est pas nécessaire avec les fai- blés -teneurs en carbone, suivant l'invention. Cette faible te- neur en carbone améliore aussi l'acier en ce qui concerne la résistance à la corrosion. Un autre avantage de cette teneur particulièrement faible en carbone consiste en ce que l'acier peut être durei à partir d'une basse température (>770 C) sans qu'il y ait préeipitatian de carbure.
De plus,il n'axin- te aucun risque de précipitation et de séparation, par jone- tion de grains, de carbures de chrome par refroidissement à l'air de pièces épaisses, ce qui peut se produire dans les aciers dont la teneur en carbone dépasse 0,03 %. Cés sépare. tiens par fonction de grains tend à abaisser la ténacité et à réduire la résistance à la corrosion.
L'acier de la présente invention peut être durci (normalisé) à partir de températures pouvant descendre jus- qu'à 77000.et il peut être recuit à température comprise en- tre 500 et 700 C.
Les éléments additionnels contenus dans ce type
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d'acier appellent les commentaires suivants :
Le chrome n'a pas d'effet observable sur les pro- priétés de résistance de la martensite, mais il doit 6tre pré- sent avec des teneurs supérieures à 11% dans un but de résis- tance à la corrosion. Des teneurs trop élevées en chrome con- ' duisent à la formation de delta-ferrite, ce que l'on doit évi- ter du fait de l'anisotropie qui en résulte dans les propriété:! des matériaux laminés ,en ce qui concerne particulièrement la résistance à l'impact.
Le nickel exerce une influence sur la teneur en austénite, principalement par son effet sur la relation Acl- température. Le nickel abaisse le Acl et quand la te- neur en nickel augmente, la teneur en austénite fraîche for- mée lors du recuit augmente. Ce fait conduit, entr'autres, à un abaissement de la limite d'élasticité.
Partant du désir d'avoir une teneur élevée en chrome (et ai possible une te- neur élevée en molybdène aussi) au point de vue de la résis- tance à la corrosion notamment, sans formation de delta-ferri- te ou d'austénite résiduelle,, la, zone de variation pratique de la teneur en nickel est limitée à 3-7%, quand d'autres. éléments formateurs d'austénite n'existent qu'en faibles te- neurs .
Le manganèse peut, dans un certain degré, rempla- cer le nickel, mais il. ne stabilise pas en même degré élevé l'austénite, au point de !vue de la formation de delta-ferrite.
D'autre part, le manganèse n'abaisse pas le Acl aussi bien que le nickelo Cependant, si les éléments formant la ferrite dans l'acier; en particulier le chrome et le molybdène, sont main- tenus à un bas niveau, on peut remplacer presque complète-' ment le nickel par du manganèse. Du fait que le Acl n'est pas
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aussi fortement abaissé dans les alliages au manganèse que dans les aciers contenant du nickel, il se forme moins d'aue- ténite fraîche aux températures normales de recuit, et, pour cette raison, on peut obtenir de meilleures propriétés de ré- sistance. le molybdène accroît a la fois la limite d'élastiei- té et la résistance à la rupture par traction quand l'acier est trempé.
Le molybdène aecroit aussi la constance du recuit, du fait que la limite d'élasticité, en particulier, diminue plus lentement avec la température de recuit quand le pourcen- tage en molybdène augmente. De plus, on a des raisons de suppo- ser qu'une certaine teneur en molybdène est requise pour dé- gager l'accroissement de résistance, difficilement explicable aux teneurs en carbone extrêmement faibles.En fait, il n'a pas été possible d'observer un effet correspondant dans des aciers que l'on savait ne pas contenir de molybdène mais qud, par ailleurs, correspondaient à l'acier de l'invention, en ce qui concerne la composition.
L'azote augmente la résistance et réduit la téna- oité de l'acier durci.
L'acier de la présente invention peut aussi conte- ; nir d'autres éléments d'alliage en teneurs modérées et qui améliorent encore l'acier d'une façon ou de l'autre.
En ajoutant du bore en une teneur de 0,001 - 0,01%, on peut obtenir une augmentation de la limite d'élasticité et de la résistance à la rupture par élongation, avec amélio- ration simultanée de la résistance aux chocs. L'acier étant à l'état durci, la limite d'élasticité et la résistance à la rupture par élongation, ainsi que les valeurs d'élongations et de oontraction, sont accrues.
Le niobium et le vanadium augmentent les propriétés .
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de résistance et on peut les ajouter à des teneurs de 0,5% max. pour chacun d'eux. Leur effet de raffinage du grain peut être exploité très efficacement, car, du fait de la très fai- ble teneur en carbone de l'acier, on peut effectuer le dur- cissement à partir d'une basse température (descendant jus- qu'à 770 C). De cette façon, on peut encore augmenter la résistance.
Des éléments tels que l'aluminium et le titane purs semblent n'avoir aucune influence ou qu'une faible influence sur les propriétés de résistance. Cependant,l'aluminium pro- duit un durcissement avec précipitation par vieillissement à 450 C
Les aciers de la présente invention doivent être exempts complètement, ou de façon pratiquement complète, de delta-ferrite et, pour cette raison, les éléments de l'alli- age doivent de préférence être répartis l'un par rapport à l'autre de façon telle que 1,1.Créqu.- Niéqu.
soit de 11 au maximum, avec Créqu.=% Cr + % Mo + 1,5 % Si et Niéqu.=% Ni + 0,3% Mn + 30 (% C + % N )
Un pourcentage total trop élevé en éléments d'al- liage Or, Ni, Mo, Mn, C ou N notamment peut oonduire à. une formation indésirable d'austénite résiduelle après durcis- sement. Afin de pouvoir choisir une composition d'acier don- nant une structure martensitique au durcissement (<10% d'austénite) , il est opportun d'employer la combinai- son suivante, donnée à titre de guide;
77 - (% Or) - 4,3(% Ni + Mn- 0,40) - 0,9(% Mo)- 72(% 0) - 53(% N)>0 où % Cr indique la teneur en chromo exprimée en pourcentage pondéral., % Ni la teneur en nickel exprimée de la même façon, etc....
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L'acier de la présente invention convient particu-
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11èmnt qunn<1. il est neenrnn-ire 0 favojr une bonne réoiotpn- ce à la corrosion et des propriétés élevées de résistance com- binées à une 'bonne aptitude au soudage. L'acier peut être pro- duit en tous types de plaques, feuilles, barres, tubes, ban- 'des ou fils .ainsi que de pièces coulées. Il convient notam- ment pour les constructions par plaques et fouilles, telles que réservoirs sous pression, cages de turbines, conteneurs pour transport et réservoirs de stockage.
Le tableau ci-dessous reprend un certain nombre d'exemples d'aciers avec différentes compositions et diffé- lents traitements. L'amélioration apportée par les faibles teneurs en carbone, suivant l'invention, sur l'amélioration de la limite d'élasticité et le caractère imprévisible de cet effet ressortent de la figure 1, qui montre sous forme
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de diagramme . .z.uonco de la teneur en carbone sur la .¯zn,-. te d'élasticité d'aciers recuits à 600 C et ayant d'autre part à peu près la même composition. La figure 2 montre, de façon correspondante, la dépendance entre la ténacité et la teneur en carbone d'aciers durcis.
Dans le tableau 1 ci-après, on donne les composi- tions de certains aciers importants, sur lesquelles l'inven- , tion est basée.
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TABLEAU 1
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<tb> Acier <SEP> Charge <SEP> Dimensions <SEP> Pourcentage <SEP> en <SEP> poids
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<tb> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> .or <SEP> Ni <SEP> Mo <SEP> N
<tb>
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Q 5567 2o mrr. 6 0,021 0,26 0,40 14,3 6,0 1,0 0,027 3 cl 5569 u 0,00 0,25 03 13,3 5,9 1,0 0,077 5 Q5596 0,065 0,32 0,42 14,0 5,8 1,0 0,099 6 Q 5572 0,091 0,20 0,42 12,6 5,8 1,0 0,018 12 Q 5583 0,007 0,36 0,45 14,5 6,0 1,0 0,069
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<tb> 13 <SEP> Q <SEP> 5585 <SEP> 0,039 <SEP> 0,08 <SEP> 0,01 <SEP> 14,4 <SEP> 6,0 <SEP> 1,0 <SEP> 0,058
<tb>
<tb> 14 <SEP> Q <SEP> 5597 <SEP> 0,041 <SEP> 0,43 <SEP> 0,78 <SEP> 15,9 <SEP> 4,9 <SEP> 1,0 <SEP> 0,035
<tb>
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21 Q5,669 z2 mn ° 0,018 0,18 2,70 13,0 3,2 1,0 0,025 A Q 5677 10 mm f 0,007 0,30 0,38 12,8 6,1 1,53 0,020 B Q 5678 " 0,008 0,34 0;
40 12,8 6,1. 1,55 0,020 0 Q 5679 fi 0,021 0,33 0,46 13,4 6,0 1,61 0,027 nLODn.mr ¯¯.u.......¯¯ ¯¯ c¯-i '-....T.t¯ -- j . ##ii -Lf. m j-mi,.T,r-frfnTi- r-.-l Arfir-m)- -.<....M!! 'l !##J.f[n.u.L-)
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On trouve, dans le tableau 2, les valeurs de la limite d'élasticité et les teneurs en austénite des aciers pour différentes températures de recuit ou de trempe, ainsi que les valeurs de résistance aux chocs des aciers non-trem- pés.
TABLEAU 2
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Acier Limite d'lastieitd et teneur en austéziite Résistance ,q à ôifférentec températures de trempe aux chocs Charly 56000 580<C 60000 Non Trempes ky/mm2 hp/tmm2 zij kp/lum2 ii kpm 0,021 75,5 4,5 69,8 13.5 5eO 32,0, 8,1 0,020 76e6 490 69,4 lOt5 58,7 26,t? 4,3 5 0,065 83,1 12,5 75,0 21,5 63,7 3?tO 4,6 12 r :.0, 017 81,6 2, 5 "16, 0 9'eO 66,1 25, 0 3 0, 6 13 0,039 8lu3 11,2 73,2 .14,0 6lt6 29,0 bzz,8 z. 0,041 81,8 13,0 73,0 21,0 62,4 33,5 7,1 21 0,018 80,2 4,0 62,7 17,0 ilyl
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<tb> A <SEP> 0,007 <SEP> 67,5 <SEP> 19,5
<tb>
<tb> B <SEP> 0,008 <SEP> 67,3 <SEP> 18,5
<tb>
<tb> C <SEP> 0,021 <SEP> 56,0 <SEP> 26,5
<tb>
<tb>
<tb>
Pour les aciers 1-14, on a étudie les propriétés de résistance après trempe de 3 heures à 500 C, 580 C et 600 C.
Tous les matériaux à tremper à une et même températu- re ont été traités thermiquement au même moment, et les éohan-' tillons ont été répartis au hasard dans le four. La résistan- ce aux chocs (Charpy-V) a été déterminée sur l'acier durci.
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Le durcissement a étéeffectué dans l'huile, à partir de 1050 Ci
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Les aciers 21 et A à 0 ont été durcis à partir de 85000 dans l'air et trempés pendant 3 heures à l'air, à 600 C et, pour l'acier 21, en plus à 580 C.Les aciers A-C ont été traités, à cet effet, en même temps, tandis que l'acier 21 l'a été à une autre occasion.
L'acier 21 a été aussi vieilli à 450 C, ce qui a donné une résistance très élevée mais aussi une faible ténacité (1,0% d'austénite)
Tous les aciers ont été soumis à un essai double en ce qui concerne la résistance, tandis que des essais tri- ples ont été utilisas pour déterminer la. résistance aux chocs Les valeurs du tableau 2 sont des valeurs moyennes. La. diffé- rence moyenne'-entre les valeurs de limite d'élasticité dans . les esseis en double pour tous les aciers indiqués dans le tableau 2, à l'état trempé, est 0,7 kp/mm .
Le diagre\amme de la figure 1 illustre la dépendance entre la limite d'élastieité et la teneur en carbone d'échan- tillens durcis et trempés à 600 C, ce traitement thermique étant le seul appliqué tous les échantillens. Du fait'de ce traitement thermique, les aciers varient de façon modérée en ce qui concerne les teneurs en austénite déterminées, qui sont toutes dans la gamme 15-40% et répondent ainsi au cri- tère antienne ci-dessous.
Le diagramme montre que la tendance une rédue- tion de résistance, en fonction de la baisse en pourcentage de carbone, est soudainement brisée pour une teneur en car- bone de 0,02% environ pour prendre ensuite, de façon surpre- nante, une nette tendance à la hausse.
La -Ligure 2, représentant sous forme de diagramme la dépendance entre la résistance aux chocs et le pourcentage en carbone pour des aciers durcis mais non trempés, montre
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que l'accroissement de résistance ne s'obtient pas aux dé- pends de la ténacité.
Tous les pourcentages concernant les éléments de l'alliage sont des pourcentages pondéraux*
RESUME
La présente invention a pour objet; I- Un acte,- inoxydable pouvant être soudé, conte- nant, en plus du fer et aes impureté 11-15% de Or, max.3,5% de Mo, max. 8% de Mn, max. 7% de Ni, Un + Ni étant 3-12%, ea- ractérisé par les points suivants, considérés ensemble ou séparément
1) la teneur en carbone est inférieure à 0,02%
2) la teneur en carbone est de 0,015% maximum
3) la teneur en carbone est d'environ 0,007%
4) les éléments d'alliage sont répartis l'un par rapport à l'autre de telle sorte que 1,1.Créqu.- Niéqu.
soit de
11 au maximum, où Créqu.= %Cr + % Mo + 1,5% Si et
Niéqu.=% Ni .. 0,3% Mn + 30(% C + % N)
5) la teneur en Ni est de 3-7%
6) la teneur en Me est de 0,5- 3% et d'au moins 1% de pré- - férence '
7) la teneur en Mn est de 2 - 8%
8) l'analyse de cet acier répond à la condition suivante: 77-3(% Or) - 4,3 ( % Ni + % Mn- 0,40) - 0,9(% Mo)-
72(% C) - 53(% N) @O, où % Or indique la teneur en chrome de l'acier, en pourcentage en poids, % Ni est la teneur en nickel de l'acier, en pourcentage pondéral, ete.
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II- Une méthode de production d 'acier suivant I, à ténacité accrue à l'état durci et limite d'élasticité accrue à l'état trempa, caractérisée par les points suivants., considérés ensemble ou séparément :
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1) l'Mier est à parti? d'une teiaFérature 5u érieure à 700 C et est trempé à température comprise entre 500 C et 700 C
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"' ;ft eo4;ve fi,a trempe environ 600 C