Procédé de durcissement en surface d'alliages d'acier inoxydables et alliage d'acier inoxydable, durci en surface par ce procédé. La présente invention comprend un pro cédé de durcissement en surface d'alliages d'acier inoxydables, par nitration et un al liage d'acier inoxydable, durci en surface par ce procédé.
L'invention s'applique aux alliages d'acier inoxydables, c'est-à-dire ne rouillant pas ou ne se tachant pas, en particulier aux alliages austénitiques, à ceux à forte teneur en chrome et à cëux austénitiques â forte teneur en chrome et en nickel, auxquels on fait subir une nitruration pour les durcir en surface, cette nitruration pouvant consister à soumettre l'acier à l'action d'un gaz contenant de l'azote sous forme combinée (de préférence de l'am moniac), à une température voisine de 500 C, ou tant soit peu supérieure à 500 C.
On a rencontré des difficultés lors de la nitruration de certains alliages d'acier parmi lesquels ceux de structure austénitique et en particulier ceux ne rouillant pas ou ne se tachant pas du type à forte teneur en chrome et du type austénitique à forte teneur en chrome et en nickel.
Il est actuellement reconnu que les pro priétés anticorrosives des alliages d'acier des types ci-dessus, sont dues à la présence d'un film d'oxyde, habituellement désigné comme film passif. On est conduit à croire que la difficulté rencontrée jusqu'ici pour exécuter la nitruration des alliages d'acier indiqués ci-dessus, est. due à l'action de ce film-passif, empêchant ou restreignant sensiblement la pénétration de l'azote et son absorption par les couches de surface de l'alliage.
Les difficultés ci-dessus sont surmontées, selon la présente invention, en traitant les surfaces des alliages d'acier inoxydables avec un agent réducteur en vue d'en réduire le film d'oxyde qu'elles présentent, sans modi- fier la composition des alliages, et en ce que l'on soumet ensuite les surfaces ainsi traitées à la nitruration, avant qu'elles aient subi une transformation quelconque de leur surface.
Cette transformation quelconque peut être une oxydation ou un revêtement avec n'im porte quelle matière.
Le traitement de l'alliage avec un agent réducteur est de préférence effectué en atta quant les surfaces avec un acide dégageant de l'hydrogène, tel que l'acide chlorhydrique. D'autres méthodes de traitement peuvent ce pendant également être appliquées. Ainsi l'acier peut constituer la cathode d'un bain électrolytique. Une simple réduction par chauf fage dans un courant d'hydrogène ou en con tact avec d'autres agents réducteurs connus, aura le même effet, si elle est praticable et pour autant qu'elle ne modifie pas sensible ment la composition de l'alliage, comme ce la pourrait être le cas en chauffant avec du charbon.
En exécutant l'invention, il est avantageux de s'assurer qu'au début de la nitruration, les surfaces de l'alliage avec lesquelles le gaz nitrurant est mis en contact, soient encore sous l'action de l'agent réducteur, par exemple en étant encore humectées de l'acide corrosif. Ce résultat peut facilement être obtenu en faisant commencer là, nitruration immédiate ment après que les surfaces de l'alliage ont été attaquées ou traitées et pendant qu'elles sont encore sous l'influence de l'agent réduc teur.
Exemple: Soit un acier inoxydable (vendu sous la marque de fabrique enregistrée "Staybrite") contenant 18 % de chrome et 8 % de nickel. On soumet cet alliage en premier lieu à l'action d'un bain à 50 % d'acide chlorhydrique.
On le lave ensuite dans de l'eau, on le sèche et on le place dans un four de nitruration en observant les conditions normales selon lesquelles le procédé de ni truration est effectué, la température étant de 5000 C. A la fin du procédé, des échan tillons de cet alliage traité ont été com parés avec d'autres échantillons du même acier soumis à la même nitruration, mais qui n'avaient pas été traités préalablement avec un acide corrosif dégageant de l'hydrogène. On a trouvé qu'une augmentation essentielle de la dureté en surface est obtenue en exé cutant le procédé selon la présente invention.
D'autres exemples d'aciers donnant des résultats semblables par l'emploi de ce pro cédé, sont: (a) un acier inoxydable contenant 14% de chrome, 0,2% de nickel, 0,3% de carbone;
(b) un acier à 22 0% de chrome, 12 % de nickel, 3 % de tungstène, 0,3 % de carbone;
(c) un acier à 12 % de nickel, 4 % de chrome, 50 /o de manganèse, 0,5% de carbone.
.L'application du procédé n'est pas limitée aux aciers des compositions particulières in diquées ci-dessus, mais est d'une application générale aux aciers ne rouillant pas ou ne se tachant pas, qui peuvent contenir une forte proportion de chrome, ou qui sont de structure austénitique et contiennent une quantité totale relativement forte de nickel et de chrome.
A process for surface hardening alloys of stainless steel and stainless steel alloy, surface hardened by this process. The present invention includes a process for surface hardening stainless steel alloys, by nitration, and an alloy of stainless steel, surface hardened by this process.
The invention applies to stainless steel alloys, that is to say non-rusting or not staining, in particular to austenitic alloys, to those with a high chromium content and to those with a high content austenitic. chromium and nickel, which are subjected to nitriding to harden them on the surface, this nitriding possibly consisting in subjecting the steel to the action of a gas containing nitrogen in combined form (preferably ammonia ), at a temperature close to 500 C, or somewhat higher than 500 C.
Difficulties have been encountered during the nitriding of certain steel alloys including those of austenitic structure and in particular those not rusting or staining of the high chromium type and the austenitic type with high chromium content and in nickel.
It is currently recognized that the anticorrosive properties of steel alloys of the above types are due to the presence of an oxide film, usually referred to as a passive film. It is led to believe that the difficulty encountered so far in carrying out the nitriding of the steel alloys indicated above is. due to the action of this passive film, preventing or significantly restricting the penetration of nitrogen and its absorption by the surface layers of the alloy.
The above difficulties are overcome, according to the present invention, by treating the surfaces of stainless steel alloys with a reducing agent in order to reduce the oxide film they present, without changing the composition of the compounds. alloys, and in that the surfaces thus treated are then subjected to nitriding, before they have undergone any transformation of their surface.
Any such transformation can be oxidation or coating with any material.
The treatment of the alloy with a reducing agent is preferably carried out by etching the surfaces with a hydrogen-releasing acid, such as hydrochloric acid. Other treatment methods can however also be applied. Thus steel can constitute the cathode of an electrolytic bath. Simple reduction by heating in a stream of hydrogen or in contact with other known reducing agents will have the same effect, if it is practicable and provided that it does not appreciably modify the composition of the alloy. , as could be the case when heating with charcoal.
In carrying out the invention, it is advantageous to ensure that at the start of nitriding, the surfaces of the alloy with which the nitriding gas is brought into contact are still under the action of the reducing agent, by example by still being moistened with corrosive acid. This result can easily be achieved by starting there nitriding immediately after the surfaces of the alloy have been etched or treated and while they are still under the influence of the reducing agent.
Example: Consider a stainless steel (sold under the registered trademark "Staybrite") containing 18% chromium and 8% nickel. This alloy is first subjected to the action of a 50% hydrochloric acid bath.
It is then washed in water, dried and placed in a nitriding furnace observing the normal conditions under which the nitriding process is carried out, the temperature being 5000 C. At the end of the process, samples of this treated alloy were compared with other samples of the same steel subjected to the same nitriding, but which had not been previously treated with a corrosive acid which liberates hydrogen. It has been found that an essential increase in surface hardness is obtained by carrying out the process according to the present invention.
Other examples of steels giving similar results using this process are: (a) stainless steel containing 14% chromium, 0.2% nickel, 0.3% carbon;
(b) steel of 220% chromium, 12% nickel, 3% tungsten, 0.3% carbon;
(c) a steel with 12% nickel, 4% chromium, 50% manganese, 0.5% carbon.
The application of the process is not limited to steels of the particular compositions indicated above, but is of general application to steels which do not rust or stain, which may contain a high proportion of chromium, or which are austenitic in structure and contain a relatively large total amount of nickel and chromium.