Electric Furnace Products Company, Limited, New-York (E: U. d'Am.). Alliage. La présente invention a pour objet un alliage présentant une grande résistance mé canique à température élevée.
lie développement des machines thermi ques, notamment des turbines à gaz et des réacteurs, nécessite de plus en plus la fabri cation d'éléments usinés présentant une grande résistance mécanique à température élevée. Plusieurs alliages ont été déjà proposés à cette fin; leur usage est cependant resté très limité soit parce que leur travail à chaud n'est pas possible, soit du fait qu'ils deviennent fra giles après une exposition prolongée à haute température.
En effet, une particularité des alliages ferreux fortement alliés, qui rend le problème particulièrement difficile à résou dre, est que l'addition de composants aug mentant la résistance mécanique à tempéra ture élevée entraîne une diminution de la stabilité, qui rend lesdits alliages fragiles à la suite d'une exposition prolongée à tempéra ture élevée.
Le besoin d'un alliage pouvant être tra vaillé à chaud, de grande résistance méca nique à température élevée et possédant une bonne stabilité auxdites températures, se fait donc sentir.
La présente invention vise à satisfaire ce besoin et a pour objet un alliage caractérisé en ce qu'il contient, en poids, de 15 à 25% de chrome, de 15 à 25% de nickel, de 10 à 251/o de cobalt, de 1 à 3,51/o de molybdène, de 0,5 à 7,5% de tungstène,
un métal actant une forte affinité pour le carbone en pro- portion n'excédant pas 21/o, ou plusieurs de ces métaux en proportion individuelle n'excé- dant pas 2% et en proportion globale n'excé- dant pas 3 %,
la teneur de l'alliage en le- ou en lesdits métaux étant d'au moins 0,5 0/0, du manganèse, en proportion n'excédant pas 2%, du silicium, en proportion n'excédant pas 1%, du carbone, en proportion n'excédant, pas 10/0, de l'azote,
en proportion n'excédant. pas 0,25 %, et du fer en proportion plus élevée que celle de chacun des autres éléments de l'alliage, pris individuellement.
Des métaux qui ont une forte affinité pour le carbone sont notamment le niobium, le tan tale, le titane et le vanadium. Ils peuvent être présents dans l'alliage soit isolément, soit en mélange de deux ou plus de deux. Lorsque l'alliage contient du titane, la teneur en ce métal sera de préférence inférieure à 1,5%.
Si une excellente forgeabilité est désirée, la teneur de l'alliage en carbone doit rester inférieure à 0,351W. La teneur en fer sera de préférence comprise entre 25 et 551/o. En gé néral, L'alliage selon l'invention contiendra également de faibles quantités d'impuretés inévitables.
En se tenant aux données de composition. indiquées ci-dessus, on peut obtenir des alliages pouvant être aisément forgés, soudés et usinés et dont la résistance mécanique el, la stabilité à haute température (648 C et plus) sont excellentes. Des éléments de ma chines exécutées en de tels alliages peuvent travailler sous de fortes contraintes pendant un temps prolongé à<B>815'</B> C, ou à des tempé ratures un peu plus élevées pendant de courtes périodes et sans contrainte excessive.
Pour déterminer les qualités d'un métal ou d'un alliage à haute température, on procède dans les conditions suivantes à l'essai de rup ture. Plusieurs échantillons du matériel sont soumis chacun à un effort de traction diffé rent déterminé, à une température élevée dé terminée. Le temps nécessaire pour que la rupture ait lieu dans ces conditions est relevé. Les valeurs obtenues sont reportées sur un graphique, le temps de rupture en abscisses et la contrainte appliquée en ordonnée, par exemple. On obtient ainsi pour le matériel essayé une courbe qui, pour une température déterminée, donne le temps nécessaire à la rupture en fonction de la contrainte à la quelle le matériel est soumis.
Ces courbes sont relevées pour plusieurs températures et sont reportées sur un graphique unique qui per met de déterminer de faon précise les con traintes que peut supporter le matériel en question pour une température et un temps donnés quelconques. Ces valeurs sont parti culièrement utiles pour l'établissement de pro- jets; spécialement s'il est à prévoir que le ma tériel choisi sera soumis à des surchauffes et à des surcharges. Le tableau I donne les résultats caractéris tiques d'essais obtenus avec différents alliages conformes à l'invention. Dans cette série d'es- lais, tous les échantillons, à l'exception du dernier, sont à l'état forgé.
Le dernier échan tillon, après avoir été forgé, a été recuit une demi-heure à 12040 C, trempé à l'eau, recuit quatre heures à<B>815'</B> C et refroidi à. l'air. Les valeurs indiquées pour les contraintes (eli kg/cm2) sont celles qui provoquent la rupture de l'échantillon après 1000 heures à la tempé rature indiquée, et sont obtenues à, partir de courbes relevées au cours d'essais de rupture exécutés comme décrit ci-dessus.
Le tableau IA donne les résultats d'essais d'autres alliages conformes à l'invention, essais à<B>815'</B> C sous une contrainte de 1400 kg/cm=. Le temps de rupture est indiqué en heures. Ces résultats ont été obtenus avec des échantillons à l'état forgé, sans traitement subséquent pour le premier, le second étant recuit pendant une heure à environ<B>1226'</B> C" et trempé à l'eau après avoir été forgé.
Tableau <I>I:</I>
EMI0002.0011
Tableau I.1:
EMI0003.0003
Composition: <SEP> 0,5 /" <SEP> Si, <SEP> 1,5% <SEP> Mn, <SEP> 3% <SEP> Mo, <SEP> 2% <SEP> W <SEP> Nombre <SEP> d'heures <SEP> après
<tb> et <SEP> les <SEP> constituants <SEP> indiqués <SEP> ci-dessous, <SEP> le <SEP> solde <SEP> étant <SEP> du <SEP> fer <SEP> lequel <SEP> la <SEP> rupture <SEP> se <SEP> produit
<tb> à <SEP> 815<B>1</B> <SEP> C <SEP> et <SEP> 1400 <SEP> kg/cm2
<tb> Cr <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Co <SEP> % <SEP> Nb <SEP> % <SEP> C <SEP> % <SEP> N <SEP> Autres
<tb> 20 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 0,15 <SEP> 0,12 <SEP> 1% <SEP> Ti <SEP> 1_12
<tb> 20 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 0,5 <SEP> 0,15 <SEP> 0,12 <SEP> 0,
25% <SEP> Ti <SEP> <B>1</B>60 Les valeurs indiquées par ce tableau mon trent la haute résistance mécanique aux tem pératures élevées, que possèdent les alliages définis ci-dessus conformes à l'invention. Les valeurs obtenues pour les alliages à disposi tion sur le marché et employés jusqu'à main tenant pour la construction de pièces travail lant sous des contraintes élevées et à haute température, sont de beaucoup inférieures à ces chiffres.
Par exemple, un alliage se trou vant sur le marché et de composition suivante: chrome 13,4 %, nickel 19,1%, tungstène 2,6%, molpbdène 0,7%, carbone 0,5%, le reste étant du fer, donne pour un essai de 1000 heures à 648" C une contrainte de rupture de 1470 kg/cm'.
Un alliage similaire, contenant cependant 27,4% de nickel, a montré une résistance identique à 648" C, une contrainte (le rupture de 771 kg/cm2 à 7340 C et de -121 kg/cm2 à 8150 C.
De justes proportions des éléments consti tuant les alliages conformes à l'invention sont déterminantes pour obtenir une haute résis tance; spécialement pour les éléments: car bone, azote et pour les métaux présentant une grande affinité pour le carbone: niobium, tantale, titane et vanadium. Si la teneur en carbone était trop élevée ou si l'azote man quait, la résistance de l'alliage serait compro mise.
Le fait que les alliages conformes à l'in vention sont aussi résistants à température normale qu'à haute température est, démontré par des essais à la traction effectués à tem pérature normale.
Le tableau II donne les résultats de ces essais. Différents échantillons d'alliage ont subi les essais à l'état forgé (état 1) et forgé, recuit à 1204-1259 C pendant une heure et trempé à l'eau (état 2).
Dans les essais effectués sur des éprou vettes de traction normalisées de 1,2 cm de diamètre, la, tension provoquant une d6for- mation de 0,2% est indiquée en kg/cm2, la tension de rupture à la traction en kg/cm= et l'allongement en % (% All.),
il est mesuré sur une longueur de 5 ern. Les chiffres portés dans le tableau sous /o Str> indiquent le pourcentage de la réduction de la section de l'éprouvette au point de rupture.
Tableau <I>II:</I>
EMI0003.0050
Composition: <SEP> 1,5% <SEP> Mn, <SEP> 0,5% <SEP> Si <SEP> et <SEP> les <SEP> constituants <SEP> indiqués <SEP> ci-dessous,
<tb> le <SEP> solde <SEP> étant <SEP> du <SEP> fer
<tb> Alliage <SEP> N <SEP> % <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Co <SEP> % <SEP> Mo <SEP> % <SEP> W <SEP> % <SEP> Nb <SEP> % <SEP> C <SEP> % <SEP> N
<tb> 1 <SEP> 1.5 <SEP> 16 <SEP> 13 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 1. <SEP> 0,15 <SEP> 0,10
<tb> 2 <SEP> 21 <SEP> 21 <SEP> 21 <SEP> 3,2 <SEP> 2,2 <SEP> 1 <SEP> 0,13 <SEP> 0,11.
EMI0004.0001
Une propriété particulière des alliages con formes à l'invention est leur résistance élevée à la corrosion, dans un milieu oxydant et dans Lin milieu réducteur.
Les alliages résis tant à la corrosion disponibles jusqu'à ce jour sont en général prévus pour résister soit dans un milieu oxydant, soit dans un milieu réduc teur, mais non pas indifféremment dans les deux milieux. Par exemple, les aciers inoxy- dables connus du type à 18 % de chrome, 8 % de nickel,
spécialement ceux modifiés par la présence de molybdène et de niobium, pos sèdent une grande résistance à la corrosion par oxydation, mais comparativement une beaucoup plus faible résistance à la corrosion dans un milieu réducteur. Au contraire, les alliages à base de nickel contenant du molyb- dène en quantité substantielle montrent fine remarquable résistance à la corrosion dans izri milieu réducteur, mais une résistance relative ment beaucoup plus faible à la corrosion par oxydation.
Ainsi, des objets prévus pour ré sister à une corrosion par oxydation ne peu vent être employés normalement dans le cas de corrosion dans un milieu réducteur, et vice versa. En opposition marquée aux alliages courants résistants à. la corrosion, les alliages conformes à l'invention montrent une très bonne résistance à la corrosion, que le milieu soit oxydant bu réducteur.
Le tableau III donne les résultats d'essais de eorrosion effectués dans plusieurs milieux différents sur des échantillons d'acier inoxy dable connus, d'alliage conforme à. l'invention et d'alliage au niel,:
el-tnolybdène connus. Dans le tableau, l'alliage A est un aeier connu de très bonne qualité contenant 18% de chrome, 8 % de nickel ainsi que dut moly bdène et du niobium;
l'alliage B est du type conforme ;i. l'invention, sa composition est environ: ehronre 21%, nickel 21%, cobalt 21%, molybdène 3111o, tungstène 21/o, niobium l1/0, silicium 0,51/0, manganèse 1.,5%, azote 0,1'%, carbone 0,
1% et, pour le reste, du fer; l'alliage C est un alliage connu de très bonne qualité au nickel, contenant environ 151/o de chacun des com posants molybdène et chrome.
Le résultat des essais de corrosion est donné en centimètre de pénétration par mois. Tableau <I>III:</I>
EMI0004.0072
Degré <SEP> de <SEP> corrosion <SEP> dans <SEP> les <SEP> milieux <SEP> suivants:
<tb> Alliage <SEP> Bouillant <SEP> Temp, <SEP> normale <SEP> 700 <SEP> C <SEP> 700 <SEP> C <SEP> Vapeur <SEP> saturée
<tb> 65% <SEP> HNOs <SEP> 10% <SEP> HCl <SEP> 10% <SEP> HCl <SEP> 10% <SEP> HCI <SEP> aéré <SEP> de <SEP> Cl_
<tb> A <SEP> 0,0020 <SEP> 0,0052 <SEP> dissous <SEP> dissous <SEP> 0,0g25
<tb> B <SEP> 0,0035 <SEP> 0,0023 <SEP> 0,187 <SEP> 0,1.87 <SEP> 0,175
<tb> C <SEP> 0,1650 <SEP> 0,0006 <SEP> 0,02 <SEP> 0,0375 <SEP> 0,211 Le tableau III montre que l'acier inoxy dable A a une bonne résistance à la corrosion par l'acide nitrique (milieu oxydant),
mais qu'il est attaqué par l'acide chlorhydrique chaud (milieu réducteur). L'alliagge au nickel- molybdène C, par contre, a une bonne résis tance à l'acide ehlorhydriqite. mais n'est pas aussi résistant à l'acide nitrique. L'alliage conforme à l'invention B a une bonne résis tance aux deux milieux, oxydant et réducteur. Pour obtenir une résistance élevée à la corro sion, la teneur de l'alliage en carbone et azote doit être faible.
La bonne résistance à la corrosion des alliages conformes à l'invention fait qu'ils sont particulièrement indiqués pour les cas de mandant une résistance élevée à la corrosion soit dans un milieu oxydant, soit dans un milieu réducteur, soit alternativement dans ces deux milieux, ou encore dans des condi tions où le milieu est oxydant et réducteur, comme par exemple lors de la manutention de l'anhydride acétique ou de l'acide chlor hydrique contenant. des ions ferreux.
Les alliages conformes à l'invention peu vent être forgés ou travaillés à chaud sans difficulté dans lin domaine de température de 1149 à<B>871'</B> C, ils se laissent facilement usiner. Ils possèdent de bonnes qualités de pliage et de laminage, à froid et à chaud, du fait de leur ductilité; leur bonne aptitude à être emboutis est montrée par les essais nor malisés Ericlrsen qui donnent pour des feuilles laminées et recuites (refroidies à l'air à 1150"C) un résultat de 11,4.
La feuille essayée avait une épaisseur de 0,088 cm et était formée d'un alliage contenant environ: chrome 21%, nickel 20%, cobalt 20%, molyb- dène 31/o, tungstène 21/o, niobium 10/0, man ganèse 1,511/o, silicium 0,51/o, azote 0,131/o, carbone 0,13%,
le solde étant du fer.
Pour l'essai d'Erichsen, la feuille échan tillon est pincée entre deux matrices, de faon à permettre le glissement du métal. Un poin çon, à l'extrémité arrondie, commandé par un piston contrôlé par une vis micrométrique, est appliqué sur la feuille. La profondeur en millimètres de l'empreinte nécessaire pour pro voquer la rupture de la feuille est appelée < ,,chiffre d'Erichsen .
Un autre avantage important des alliages de l'invention est qu'ils peuvent être soudés par les méthodes ordinaires de soudure compre nant les différents procédés, par l'arc élec trique ou oxyacétylénique, avec métal d'ap port et par contact.
Les soudures obtenues sont saines, résis tantes et ductiles, c'est non seulement le cas pour les soudures elles-mêmes, mais aussi pour les zones voisines de la soudure.
Le tableau IV présente les résultats d'es sais à la traction et au choc (Charpy) exé- entés sur des échantillons normalisés compo sés entièrement de métal déposé par soudure à l'arc électrique.
Le métal contenait: chrome 29_111o, nickel 19 %, cobalt 20 %, rnolybdène 3 %, tungstène 2%, niobium 1%, silicium 0,5%, manganèse 0,5%, azote 0,12%, carbone 0,
06%, pour le solde, du fer. Dans le tableau, la ten- sion provoquant une déformation de 0,2%, la limite élastique et la tension de rupture à la traction sont indiquées en kg/cm', l'allonge- ment en %, mesuré sur une longueur de 2,
5 cm (% All.), la. réduction de la section au point de rupture (% Str.) en pourcentage de la section originale de l'éprouvette; les ré sultats des essais de Charpy (résistance au choc) sont indiqués en kg/m.
La première ligne donne les résultats obtenus pour 'Lin échantillon produit par soudure, brut; la se conde pour un échantillon produit par sou dure, recuit à 11500 C pendant 15 minutes et refroidi à l'air. <I>Tableau IV:</I>
EMI0005.0087
Tension <SEP> Limite
<tb> pour <SEP> déformation <SEP> élastique <SEP> Tension <SEP> de <SEP> % <SEP> A11. <SEP> % <SEP> Str. <SEP> Choc
<tb> 0,2% <SEP> y.
<SEP> p, <SEP> rupture <SEP> Charpy
<tb> 1 <SEP> 3480 <SEP> 3790 <SEP> 7180 <SEP> 44 <SEP> 45,8 <SEP> 3,18
<tb> 2 <SEP> 3860 <SEP> 4260 <SEP> 7290 <SEP> 42 <SEP> 34,1 <SEP> 3,88 Pour obtenir les caractéristiques désirées clé ces alliages conformes à l'invention, il est des plus important que les limites des compo sitions énoncées précédemment soient bien observées et que les différents constituants soient présents clans les proportions exactes. Si la teneur en molybdène, tungstène, nio bium, tantale, titane, vanadium et carbone était plus élevée que les limites indiquées, les propriétés de l'alliage, en ce qui concerne son aptitude à se laisser travailler à chaud et sa soudabilité seraient diminuées; les soudures faites avec un tel alliage manqueraient de ré sistance et de ductilité.
Les effets nuisibles d'une trop haute teneur en ces éléments ne pourraient pas être évités d'une manière satis faisante par une augmentation de la teneur de l'alliage en cobalt et en nickel. Une trop forte teneur en carbone ou des quantités in- suffisantes de métaux ayant une forte affi nité pour le carbone tels que le niobium, l^ tantale, le titane et le vanadium, ou d'azote auraient un résultat dévaforable sur la résis tance mécanique à haute température de l'al liage. Il est donc nécessaire d'observer les limites . indiquées ci-dessus en cours de la fabrication de l'alliage.
Au cas où l'alliage est destiné à des appli cations où l a température ne dépasse pas en-- viron 7340 C, la composition peut être voisine des limites inférieures indiquées; par contre, si les températures prévues dépassent 73-1' C, la composition se rapprochera des limites supé rieures indiquées. Des applications caractéris tiques pour lesquelles l'emploi d'alliages con formes à l'invention est particulièrement indi qué, sont les aubes, disques et autres parties de turbine, ces pièces étant soit cordées, soit forgées.
Malgré que l'on ait insisté plus particu lièrement sur les propriétés de ces alliages au point de vue de leur travail à chaud et de leurs possibilités d'usinage, ils présentent également des propriétés qui les rendent très indiqués pour la fabrication de pièces coulées.
Electric Furnace Products Company, Limited, New York (E: U. d'Am.). Alloy. The present invention relates to an alloy exhibiting high mechanical strength at high temperature.
The development of thermal machines, in particular gas turbines and reactors, increasingly requires the manufacture of machined elements exhibiting great mechanical resistance at high temperature. Several alloys have already been proposed for this purpose; however, their use has remained very limited, either because they cannot be hot worked or because they become fragile after prolonged exposure to high temperature.
Indeed, a peculiarity of high-alloyed ferrous alloys, which makes the problem particularly difficult to solve, is that the addition of components increasing the mechanical strength at high temperature leads to a decrease in stability, which makes said alloys fragile at high temperature. following prolonged exposure to high temperature.
There is therefore a need for an alloy which can be hot-worked, has high mechanical strength at high temperature and has good stability at said temperatures.
The present invention aims to meet this need and relates to an alloy characterized in that it contains, by weight, from 15 to 25% of chromium, from 15 to 25% of nickel, from 10 to 251 / o of cobalt, from 1 to 3.51 / o of molybdenum, from 0.5 to 7.5% of tungsten,
a metal having a strong affinity for carbon in a proportion not exceeding 21 / o, or several of these metals in an individual proportion not exceeding 2% and in an overall proportion not exceeding 3%,
the content of the alloy in the- or said metals being at least 0.5 0/0, manganese, in a proportion not exceeding 2%, silicon, in a proportion not exceeding 1%, of carbon, in a proportion not exceeding 10/0, of nitrogen,
in proportion not exceeding. not 0.25%, and iron in a higher proportion than that of each of the other elements of the alloy, taken individually.
Metals which have a strong affinity for carbon include niobium, tan tal, titanium and vanadium. They can be present in the alloy either singly or as a mixture of two or more than two. When the alloy contains titanium, the content of this metal will preferably be less than 1.5%.
If excellent forgeability is desired, the carbon content of the alloy should be kept below 0.351W. The iron content will preferably be between 25 and 551%. In general, the alloy according to the invention will also contain small amounts of unavoidable impurities.
By sticking to the dial data. indicated above, alloys can be obtained which can be easily forged, welded and machined and whose mechanical strength and high temperature stability (648 C and above) are excellent. Machine parts made from such alloys can work under high stress for an extended time at <B> 815 '</B> C, or at somewhat higher temperatures for short periods and without undue stress.
To determine the qualities of a metal or of an alloy at high temperature, the fracture test is carried out under the following conditions. Several samples of the material are each subjected to a different determined tensile force at a determined elevated temperature. The time required for rupture to take place under these conditions is noted. The values obtained are plotted on a graph, the breaking time on the abscissa and the stress applied on the ordinate, for example. A curve is thus obtained for the tested material which, for a determined temperature, gives the time necessary for breaking as a function of the stress to which the material is subjected.
These curves are recorded for several temperatures and are plotted on a single graph which makes it possible to precisely determine the stresses that the material in question can withstand for any given temperature and time. These values are particularly useful for the establishment of projects; especially if it is expected that the selected equipment will be subject to overheating and overloading. Table I gives the characteristic results of tests obtained with various alloys in accordance with the invention. In this series of slabs, all samples except the last one are in forged condition.
The last sample, after being forged, was annealed for half an hour at 12040 C, quenched in water, annealed for four hours at <B> 815 '</B> C and cooled to. the air. The values given for the stresses (eli kg / cm2) are those which cause the sample to rupture after 1000 hours at the temperature indicated, and are obtained from curves taken during fracture tests carried out as described. above.
Table IA gives the results of tests of other alloys in accordance with the invention, tests at <B> 815 '</B> C under a stress of 1400 kg / cm =. The breaking time is indicated in hours. These results were obtained with samples in the forged state, without subsequent treatment for the first, the second being annealed for one hour at about <B> 1226 '</B> C "and quenched in water after being. forge.
Table <I> I: </I>
EMI0002.0011
Table I.1:
EMI0003.0003
Composition: <SEP> 0.5 / "<SEP> Si, <SEP> 1.5% <SEP> Mn, <SEP> 3% <SEP> Mo, <SEP> 2% <SEP> W <SEP> Number <SEP> of hours <SEP> after
<tb> and <SEP> the <SEP> constituents <SEP> indicated <SEP> below, <SEP> the <SEP> balance <SEP> being <SEP> of the <SEP> iron <SEP> which <SEP> the <SEP> break <SEP> occurs <SEP>
<tb> to <SEP> 815 <B> 1 </B> <SEP> C <SEP> and <SEP> 1400 <SEP> kg / cm2
<tb> Cr <SEP>% <SEP> Ni <SEP>% <SEP> Co <SEP>% <SEP> Nb <SEP>% <SEP> C <SEP>% <SEP> N <SEP> Others
<tb> 20 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 0.15 <SEP> 0.12 <SEP> 1% <SEP> Ti <SEP> 1_12
<tb> 20 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 0.5 <SEP> 0.15 <SEP> 0.12 <SEP> 0,
25% <SEP> Ti <SEP> <B> 1 </B> 60 The values indicated by this table show the high mechanical resistance at high temperatures, which the alloys defined above in accordance with the invention have. The values obtained for the alloys available on the market and used up to now for the construction of workpieces under high stress and at high temperature, are much lower than these figures.
For example, an alloy found on the market and of the following composition: chromium 13.4%, nickel 19.1%, tungsten 2.6%, molpbdenum 0.7%, carbon 0.5%, the remainder being iron, gives for a 1000 hour test at 648 ° C a breaking stress of 1470 kg / cm 2.
A similar alloy, however, containing 27.4% nickel, showed identical strength at 648 "C, stress (fracture of 771 kg / cm2 at 7340 C and -121 kg / cm2 at 8150 C.
The correct proportions of the elements constituting the alloys in accordance with the invention are decisive in order to obtain high strength; especially for the elements: carbon, nitrogen and for metals with a high affinity for carbon: niobium, tantalum, titanium and vanadium. If the carbon content were too high or if nitrogen was lacking, the strength of the alloy would be compromised.
The fact that the alloys according to the invention are as strong at normal temperature as at high temperature is demonstrated by tensile tests carried out at normal temperature.
Table II gives the results of these tests. Various alloy samples were tested in forged (state 1) and forged, annealed at 1204-1259 C for one hour and water quenched (state 2).
In tests carried out on standard tensile specimens 1.2 cm in diameter, the stress causing deformation of 0.2% is given in kg / cm2, the tensile breaking stress in kg / cm. = and the elongation in% (% All.),
it is measured over a length of 5 ern. The figures given in the table under / o Str> indicate the percentage reduction of the section of the test piece at the point of failure.
Table <I> II: </I>
EMI0003.0050
Composition: <SEP> 1.5% <SEP> Mn, <SEP> 0.5% <SEP> If <SEP> and <SEP> the <SEP> constituents <SEP> indicated <SEP> below,
<tb> the <SEP> balance <SEP> being <SEP> of the <SEP> iron
<tb> Alloy <SEP> N <SEP>% <SEP> Cr <SEP>% <SEP> Ni <SEP>% <SEP> Co <SEP>% <SEP> Mo <SEP>% <SEP> W <SEP >% <SEP> Nb <SEP>% <SEP> C <SEP>% <SEP> N
<tb> 1 <SEP> 1.5 <SEP> 16 <SEP> 13 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 1. <SEP> 0.15 <SEP> 0.10
<tb> 2 <SEP> 21 <SEP> 21 <SEP> 21 <SEP> 3.2 <SEP> 2.2 <SEP> 1 <SEP> 0.13 <SEP> 0.11.
EMI0004.0001
A particular property of the alloys in accordance with the invention is their high resistance to corrosion, in an oxidizing medium and in a reducing medium.
The corrosion-resistant alloys available to date are generally designed to resist either in an oxidizing medium or in a reducing medium, but not indifferently in both media. For example, the known stainless steels of the 18% chromium, 8% nickel type,
especially those modified by the presence of molybdenum and niobium, have great resistance to oxidative corrosion, but comparatively much lower resistance to corrosion in a reducing medium. In contrast, the nickel base alloys containing molybdenum in substantial amount show remarkable fine corrosion resistance in the reducing medium, but relatively much lower resistance to oxidative corrosion.
Thus, articles intended to resist corrosion by oxidation cannot normally be employed in the case of corrosion in a reducing medium, and vice versa. In marked contrast to common alloys resistant to. corrosion, the alloys according to the invention show very good resistance to corrosion, whether the medium is oxidizing or reducing.
Table III gives the results of corrosion tests carried out in several different media on samples of known stainless steel, of an alloy in accordance with. invention and alloy with niel ,:
known el-tnolybdenum. In the table, alloy A is a known very good quality aeier containing 18% chromium, 8% nickel as well as molybdenum and niobium;
alloy B is of the conforming type; i. the invention, its composition is approximately: ehronre 21%, nickel 21%, cobalt 21%, molybdenum 3111o, tungsten 21 / o, niobium l1 / 0, silicon 0.51 / 0, manganese 1., 5%, nitrogen 0 , 1 '%, carbon 0,
1% and, for the rest, iron; Alloy C is a known very good quality nickel alloy containing about 151% of each of the components molybdenum and chromium.
The result of the corrosion tests is given in centimeters of penetration per month. Table <I> III: </I>
EMI0004.0072
<SEP> degree of <SEP> corrosion <SEP> in <SEP> the following <SEP> media <SEP>:
<tb> Alloy <SEP> Boiling <SEP> Temp, <SEP> normal <SEP> 700 <SEP> C <SEP> 700 <SEP> C <SEP> Steam <SEP> saturated
<tb> 65% <SEP> HNOs <SEP> 10% <SEP> HCl <SEP> 10% <SEP> HCl <SEP> 10% <SEP> HCI <SEP> aerated <SEP> of <SEP> Cl_
<tb> A <SEP> 0.0020 <SEP> 0.0052 <SEP> dissolved <SEP> dissolved <SEP> 0.0g25
<tb> B <SEP> 0.0035 <SEP> 0.0023 <SEP> 0.187 <SEP> 0.1.87 <SEP> 0.175
<tb> C <SEP> 0.1650 <SEP> 0.0006 <SEP> 0.02 <SEP> 0.0375 <SEP> 0.211 Table III shows that stainless steel A has good corrosion resistance by nitric acid (oxidizing medium),
but that it is attacked by hot hydrochloric acid (reducing medium). The nickel-molybdenum C alloy, on the other hand, has good resistance to hydrochloric acid. but is not as resistant to nitric acid. The alloy in accordance with the invention B has good resistance to two media, oxidizing and reducing. In order to achieve high corrosion resistance, the carbon and nitrogen content of the alloy should be low.
The good corrosion resistance of the alloys in accordance with the invention makes them particularly suitable for cases requiring high corrosion resistance either in an oxidizing medium or in a reducing medium, or alternately in these two mediums, or else under conditions where the medium is oxidizing and reducing, such as, for example, when handling acetic anhydride or hydrochloric acid containing it. ferrous ions.
The alloys according to the invention can be forged or hot worked without difficulty in the temperature range of 1149 to <B> 871 '</B> C, they can easily be machined. They have good bending and rolling qualities, cold and hot, due to their ductility; their good stampability is shown by the standard Ericlrsen tests which give for rolled and annealed sheets (air-cooled to 1150 "C) a result of 11.4.
The tested foil was 0.088 cm thick and was formed of an alloy containing approximately: chromium 21%, nickel 20%, cobalt 20%, molybdenum 31 / o, tungsten 21 / o, niobium 10/0, man ganese 1.511 / o, silicon 0.51 / o, nitrogen 0.131 / o, carbon 0.13%,
the balance being iron.
For the Erichsen test, the sample sheet is pinched between two dies, so as to allow the metal to slide. A punch, at the rounded end, controlled by a piston controlled by a micrometric screw, is applied to the sheet. The depth in millimeters of the indentation required to cause the sheet to break is called the <,, Erichsen figure.
Another important advantage of the alloys of the invention is that they can be welded by ordinary welding methods comprising the different methods, by electric or oxyacetylene arc, with load metal and by contact.
The welds obtained are sound, strong and ductile. This is not only the case for the welds themselves, but also for the areas adjacent to the weld.
Table IV presents the results of tensile and impact tests (Charpy) carried out on standard samples composed entirely of metal deposited by electric arc welding.
The metal contained: chromium 29_111o, nickel 19%, cobalt 20%, molybdenum 3%, tungsten 2%, niobium 1%, silicon 0.5%, manganese 0.5%, nitrogen 0.12%, carbon 0,
06%, for the balance, iron. In the table, the tension causing a deformation of 0.2%, the elastic limit and the tensile breaking stress are given in kg / cm ', the elongation in%, measured over a length of 2 ,
5 cm (% All.), La. reduction of the section at the breaking point (% Str.) as a percentage of the original section of the test piece; the results of the Charpy tests (impact resistance) are indicated in kg / m.
The first row gives the results obtained for 'Lin weld-produced sample, raw; the second is for a sample produced by hard solder, annealed at 11500 C for 15 minutes and cooled in air. <I> Table IV: </I>
EMI0005.0087
Voltage <SEP> Limit
<tb> for <SEP> elastic <SEP> deformation <SEP> Tension <SEP> of <SEP>% <SEP> A11. <SEP>% <SEP> Str. <SEP> Shock
<tb> 0.2% <SEP> y.
<SEP> p, <SEP> break <SEP> Charpy
<tb> 1 <SEP> 3480 <SEP> 3790 <SEP> 7180 <SEP> 44 <SEP> 45.8 <SEP> 3.18
<tb> 2 <SEP> 3860 <SEP> 4260 <SEP> 7290 <SEP> 42 <SEP> 34.1 <SEP> 3.88 To obtain the desired characteristics of these alloys in accordance with the invention, it is most It is important that the limits of the compositions set out above are well observed and that the various constituents are present in the exact proportions. If the content of molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, vanadium and carbon were higher than the stated limits, the properties of the alloy, in terms of its ability to be hot-worked and its weldability would be reduced. ; welds made with such an alloy would lack strength and ductility.
The detrimental effects of too high a content of these elements could not be satisfactorily avoided by increasing the content of the alloy of cobalt and nickel. Too high a carbon content or insufficient quantities of metals having a high affinity for carbon such as niobium, tantalum, titanium and vanadium, or nitrogen would have a devastating result on the mechanical resistance. at high temperature of the alloy. It is therefore necessary to observe the limits. indicated above during the manufacture of the alloy.
In case the alloy is intended for applications where the temperature does not exceed about 7340 ° C, the composition may be near the lower limits indicated; however, if the predicted temperatures exceed 73-1 ° C, the composition will approach the upper limits indicated. Typical applications for which the use of alloys in accordance with the invention is particularly indicated are blades, disks and other turbine parts, these parts being either corded or forged.
Although more particular emphasis has been placed on the properties of these alloys from the point of view of their hot working and their machining possibilities, they also have properties which make them very suitable for the manufacture of castings.