Acier inoxydable austénitique
La présente invention a pour objet un acier inoxydable entièrement austénitique à l'état réduit.
Comme il est bien connu de ceux du métier, on a développé des aciers inoxydables austénitiques contenant 18 0/o de Cr, 8 o/o de Ni, par l'addition d'une quantité importante de Ni afin de stabiliser la phase austénitique à la température ordinaire. Ils présentent l'avantage de propriétés mécaniques améliorées, de formabilité et de résistance à la corrosion, et présentent le désavantage de la teneur en nickel fortement élevée inévitable.
L'acier Tenelon contenant 18 o/o de Cr, 15 o/o de Mn et 0,7 O/o de N est un exemple d'acier inoxydable austénitique dans lequel on a remplacé le Ni avec Mn et N qui peuvent aussi produire une structure austénitique.
Cependant, ledit acier peut produire des soufflures au moment de la formation des lingots et nécessite un procédé de fabrication de l'acier spécial, et une pression atmosphérique élevée au moment du procédé de fusion à cause des désavantages provenant de la teneur élevée en azote inévitable, et ainsi il ne convient pas pour le formage à la presse et on ne l'a pas encore utilisé dans la pratique.
Récemment, on a développé des aciers AISI des types 201 et 202 qui sont utilisés pour remplacer des aciers AISI des types 301 et 304, où on remplace une partie du nickel par des éléments tels que Mn et N pouvant produire la structure austénitique. Ces aciers AISI de types 201 et 202 sont des aciers inoxydables contenant 3,5 à 5,5 o/o et 4 à 6 o/o de nickel respectivement, donc ces types d'aciers inoxydables ont des teneurs en nickel relativement élevées et ils sont inférieurs aux aciers AISI 301 et 304 au point de vue formabilité.
C'est parce que les teneurs relatives en C,
Si, Mn, Cr, Ni et N de la composition de l'acier AISI du type 201 sont prévues au point de vue de l'inhibition de l'occurrence d'une structure de 6-ferrite. Ce type de phase austénitique est très stable envers la transformation martensitique. Ainsi, ce type d'acier perd une des qualités supérieures des aciers inoxydables austénitiques, c'est-à-dire la formabilité par étirage qui est basée sur la propriété d'un durcissement élevé lors du travail, qui résulte d'une transformation partielle de la phase austénitique en phase martensitique lors du formage.
En outre, les aciers AISI des types 201 et 202 sont des produits qui sont durs et préférables pour l'utilisation dans une pièce d'un produit structurel mais qui sont désavantageux pour le procédé de formage à la presse à cause d'un plus grand retrait élastique et la formation de plissements qu'on observe souvent sur certains produits formés.
Il est maintenant possible, à la suite de notre étude sur des aciers inoxydables à teneur limitée en nickel, de fournir des aciers inoxydables pleinement austénitiques en remplaçant une partie de la teneur en nickel par des éléments tels que Mn, N et C pouvant produire la structure austénitique, diminuant ainsi la teneur en Cr à moins de 16 o/o et la teneur en Ni à 0,5 à 3,00/0, rompant ainsi l'idée antérieure que dans le domaine des aciers inoxydables la diminution de la teneur en chrome amène une diminution considérable de la résistance à la corrosion.
La région définie ainsi trouvée est équivalente, de par ses propriétés, aux aciers inoxydables 18-8 classiques non seulement pour ce qui est de la résistance à la corrosion, mais aussi pour ce qui est de la travaillabilité malgré la limitation de la teneur en nickel, éliminant ainsi certains désavantages dus à la teneur élevée en chrome et en nickel.
L'acier inoxydable selon la présente invention contient 0,05-0,15 o/o de C, 13,0-16,0 o/o de Cr, 0,3-1,0 0/ de
Si, 4,0-12,0O/o de Mn, 0,05-0,2 /o de N, 0,5-3,0 /o de
Ni, avec si on le désire une addition de 1,0-4,0O/o de
Cu et/ou 0,5-2,0 o/o de Mo. A l'état recuit, il est pleinement austénitique et peut produire une certaine quantité de martensite ou demeurer pleinement austénitique par déformation. Il possède des propriétés mécaniques très améliorées, des propriétés de formage et de résistance à la corrosion.
L'introduction du carbone dans la composition produit la structure austénitique, de même que l'introduction de l'azote, pour les aciers inoxydables selon la présente invention. Cependant, il est avantageux de maintenir la teneur en carbone inférieure à 0,15 /o, du moment que des quantités excessives de C causent la précipitation du carbure lors du refroidissement après le soudage et le recuit, diminuant ainsi la résistance à la corrosion intergranulaire.
La teneur en Cr doit être maintenue jusqu'à 16 O/o, parce que des quantités excessives ne peuvent pas produire la phase pleinement austénitique qui est l'objet essentiel de la présente invention. Par contre, la résistance à la corrosion diminue brusquement dans la région contenant moins que 13 /o, donc la teneur en chrome ne doit pas être inférieure à 13 /o.
Pour ce qui est de la résistance à la corrosion, une teneur en Si plus élevée est préférable, mais elle doit être maintenue à moins de 10/o, du moment qu'une teneur excessive en silicium cause la formation d'une structure de b-ferrite et la diminution de la travailliabilité à chaud.
La teneur en Mn doit être plus élevée que 4 /0, car une teneur moindre ne peut pas maintenir la phase pleinement austénitique dans les aciers. Il est avantageux de maintenir les teneurs en manganèse dans des limites inférieures telles qu'on puisse maintenir la structure austénitique, car la quantité plus élevée produit moins de phase austénitique, accélère l'oxydation à température élevée lors du travail à chaud et du recuit, et cause une diminution importante des bonnes propriétés de la surface des produits finalement obtenus.
Bien que la teneur augmentée en manganèse présente l'avantage d'une meilleure stabilité de la phase austénitique, il faut maintenir la teneur jusqu'à 12 0/o, car une teneur excessive présente certains désavantages par rapport à l'avantage cité plus haut, par exemple la diminution du retour des déchets et l'oxydation accélérée à haute température.
Le nickel est un ingrédient essentiel afin de diminuer la teneur en N, C et Mn, ceux-ci pouvant produire la structure austénitique et maintenir la phase austénitique stable. Les teneurs en nickel doivent être maintenues jusqu'à 3 o/o et ne doivent pas être inférieures à 0,5 o/o parce que l'effet du nickel n'apparaît pas pour des teneurs inférieures à 0,5 O/o, et si la teneur est supérieure à 3 lo, l'effet n'augmente pas proportionnellement à la teneur en nickel plus élevée.
Dans la présente invention, une petite teneur en nickel améliore la résistance à la corrosion et la travailliabilité à chaud du Cu ajouté aux aciers inoxydables austénitiques dans lesquels on a ajouté le cuivre pour fournir une qualité avantageuse rendant l'acier approprié pour l'utilisation dans le formage à la presse. Lorsque la teneur en nickel n'est pas dans les limites de la présente invention, le cuivre vient à la surface des aciers lors du laminage à chaud, par oxydation sélective du chrome, du manganèse ou du fer et donc il se formerait de fines fentes à la surface des aciers lors du laminage à chaud et les fines fentes susmentionnées demeureraient au cours du laminage à froid, et il faudra beaucoup meuler pour le procédé de meulage, à coques de bandes afin d'éliminer les fines fentes susmentionnées.
Les aciers inoxydables de la présente invention peuvent empêcher la fonnation de fines fentes à la surface des aciers au moment du laminage à chaud et des effets désavantageux dus à l'incorporation du cuivre, par l'addition du nickel.
L'azote introduit dans la composition permet de stabiliser la structure austénitique. Cependant, même si la teneur en azote est inférieure à la solubilité, il se produira souvent des soufflures par l'interaction entre l'azote et l'hydrogène existant dans l'acier, et on peut observer le phénomène d'exsudation du lingot.
Conformément au procédé classique de fabrication de l'acier, une teneur en hydrogène de 5 à 8 ppm est inévitable dans les aciers obtenus, ainsi, afin de fabriquer un lingot de bonne qualité avec la teneur en hydrogène indiquée plus haut, la teneur en azote doit être maintenue au-dessous de 0,2 /o.
Le cuivre a pour effet de communiquer aux aciers de la présente invention la résistance à la corrosion et de fournir une propriété avantageuse, rendant l'acier approprié pour son utilisation dans le formage à la presse, à cause de son effet d'adoucissement. Et le cuivre a pour effet de diminuer la teneur en carbone, azote, manganèse et nickel, ledit effet étant supérieur à celui du manganèse et presque équivalent à celui du nickel. La teneur en cuivre doit être maintenue entre 1 à 40/o, du moment qu'une teneur excessive en cuivre cause la fragilité à chaud et a un effet désavantageux sur l'usinabilité à chaud.
Le molybdène ajouté aux aciers selon la présente invention améliore de façon marquée la résistance à la corrosion sans diminuer les propriétés mécaniques et limite la précipitation du carbure de chrome. Cependant, des quantités excessives de molybdène gênent le maintien de la phase pleinement austénitique qui est l'objet essentiel de la présente invention, et elles sont très coûteuses comparées à leurs avantages. Donc la teneur en molybdène doit être maintenue entre 0,5 et 2 o/o.
Les aciers selon la présente invention additionnés de molybdène conviennent pour l'utilisation dans des pièces de construction par soudage, car ces aciers sont caractérisés par leur forte résistance à la contrainte.
Bien entendu, les éléments de terre rare, le Ti, B ou
Nb qui sont utilisés couramment comme métaux dits d'addition peuvent être ajoutés comme ingrédients fortuits à raison de jusqu'à 0,1 0/o pour le titane, jusqu'à 0,1 O/o pour le niobium et jusqu'à 0,005 o/o pour le bore, afin d'améliorer la travailliabilité à chaud ou d'autres propriétés.
On expliquera de façon plus détaillée les aciers selon la présente invention à l'aide des tableaux 1 à 4 suivants, où les aciers indiqués dans les tableaux illustrent les différences entre les aciers inoxydables de la présente invention et ceux dont la composition est exempte de nickel.
Le tableau 1 illustre des exemples de compositions chimiques et les quantités de martensite après une déformation à la traction de 40 o/o pour les aciers de la présente invention, les aciers indiqués et les aciers classiques. Comme on le voit d'après ces exemples, la teneur en nickel et en azote dans les aciers de la présente invention est plus basse, pourtant on peut facilement transformer ces aciers en la phase pleinement austénitique, sans augmenter leur teneur en chrome à plus que 16 /0. Ils comprennent aussi des aciers inoxydables austénitiques stables et méta-stables;
les aciers métastables étant ceux dans lesquels une partie de la phase Exemplas de composwitions chimiques et des quantiés de martensite après une défomation à la ta et les aciers classiques de 40%
Description Type N Quantité Composition chimique (%) Quantité
C Si Ma Cr Ni N Cu Mo de martensite
(%)
Y-54 14Cr-10 Mn-Ni 0.10 0,53 10,19 14,26 1,58 0,14 - 1,4
Y-57 15Cr-6 Mn-Ni 0,11 0,44 5,72 14,82 2,84 0,09 - 37
Aciers Y-2 15Cr-8 Mn-3Cu-Ni 0,11 0,47 8,11 15,11 2,51 0,09 2,91 traces
Y-3 15Cr-8 Mn-1Cu-Ni 0,12 0,55 8,20 15,23 1,62 0,14 1,23 3,5 de la présente NY-5 15Cr-7 Mn-2Cu-Ni 0,11 0,51 6,90 15.26 0,75 0,09 2,15 17
NY-7 14Cr-5 Mn-3Cu-Ni 0,08 0,54 5,41 14,20 1,42 0,12 2,89 23
NY-8 14Cr-12Mn-2Cu-Ni 0,10 0,47 11,72 13,80 1.78 0,06 2,21 traces invention Y-21 14Cr-12Mn-1Mo-Ni 0,11 0,32 12,08 13,71 2.03 0,14 - 0,97 traces
Y-27 14Cr-8 Mn-1Mo-Ni 0,10 0,61 8,38 14.02 2,52
0,16 - 1,24 traces
Y-16 14Cr-12Mn-2Cu-Mo-Ni 0,10 0,52 11,53 13,92 2,04 0,15 2,31 1,13 traces
Y-19 14Cr-10Mn-3Cu-Mo-Ni 0,08 0,42 10,29 14,31 1,33 0,18 2,91 1,42 traces
Aciers N-15 14Cr-14Mn-2Cu 0,13 0,48 13,40 14,13 - 0,19 1,98 indiqués H-37 15Cr-10Mn-2Cu 0,10 0,44 10,19 14,82 - 0,14 1,79
AISI-430 17Cr 0,17 0,47 0,25 16,60 - 0,03 - 46
Aciers AISI-301 17Cr 0,11 0,57 0,99 17,20 7,58 0,01 - traces
AISI-304 18Cr- 7 Ni 0,08 0,59 1,06 18,38 8,91 0,01 - traces classiques AISI-201 17Cr- 8 Ni 0,10 0,43 6,61 17,13 4,57 0,14 - traces
AISI-202 18Cr- 9 Mn-5,5Ni 0,07 0,51 9,13 17,92 5,59 0,14 - traces Tableau 2
Propriétés mécaniques et résultats des essais de tornaobilité pour aciers selon Pimvention.
les sciers insiqués et les aciers classiques (épaisseur d'échantillon 0,8 mm)
Dureté Essai de traxction Essai de formabilité Angle
Desctiption Type N Qualité Limite Résistance Valour Valeur de retrait
10 heures d'élasticité à la traction Allongement godet conique Efichsen élastique
(kg/mms) (kg/mms) (%) (%) (%) ( )
Y-54 14Cr-10 Mn-Ni 178 38 73 59 23,8 13,1
Y-57 15Cr-6 Mn-Ni 193 36 84 57 23,2 13,8 3,1
Y-2 15Cr-8 Mn-3 Cu-Ni 155 31 71 59 24,5 14,5 2,7
Aciers Y-3 15Cr-8 Mn-1 Cu-Ni 196 39 97 57 22,9 12.4 3,0
NY-5 15Cr-7 Mn-2 Cu-Ni 173 33 87 59 23,5 13,5 de la présente NY-7 14Cr-5 Mn-3 Cu-Ni 175 33 87 58 23,5 14,0 2,8
NY-8 14Cr-12 Mn-2 Cu-Ni 170 32 70 59 24,0 12,4 invention Y-21 14Cr-12 Mn-1 Mo-Ni 201 42 81 59 23,8 412.2 4,0
Y-27 14Cr-8 Mn-1 Mo-Ni 207 44 87 59 22,1 11,7
Y-16 14Cr-12 Mn-2 Cu-1Mo-Ni 193 39 75 60 23,8 12.1
Y-19 14Cr-10 Mn-3 Cu-1Mo-Ni 197 39 72 58 23,5 12.2-
Aciers N-15 14Cr-14 Mn-2 Cu 165 38 74 57 23,8 11,8 2,8 indiqués H-37 15Cr-10 Mn-2 Cu 197 37 72 59 23,2 12,7
AISI-430 17Cr 160 38 55 30 19,8 9,2
Aciers AISI-301 17Cr-7 Ni 160 28 81 61 24,4 14.6 3.1
AISI-304 18Cr-8 Ni 160 30 66 58 24,0 12,1 3,0 classiques AISI-201 17Cr-6,5 Mn-4,5 Ni 197 36 76 59 23,5 11,9
AISI-202 18Cr-9 Mn-5,5 Ni 176 35 70 58 23,8 11,9
Angle de retrait élastique: aprés relàchement de la plaque à angle droit.
Tableau 3
Essais de résistance à la corrosion pour les aciers selon l'invehtion, les indiqués et les sciers clssiques.
EMI5.1
<SEP> Essai <SEP> d'immersion <SEP> dans <SEP> l'eau <SEP> salée <SEP> (*1)
<tb> <SEP> Essai <SEP> avec <SEP> SO
<tb> Deseriptien <SEP> Type <SEP> N <SEP> Qualité <SEP> 24 <SEP> heures <SEP> 48 <SEP> Haures <SEP> 100 <SEP> heutes <SEP> (16 <SEP> heures)
<tb> <SEP> P.N(*3) <SEP> A.N( 4)P.N <SEP> A.N <SEP> Nombre <SEP> de <SEP> piqures( 5) <SEP> Nombre <SEP> de <SEP> piqûres
<tb> <SEP> Y-54 <SEP> 14Cr-10 <SEP> Mn-Ni <SEP> 6 <SEP> 4,1 <SEP> 6 <SEP> 5,4 <SEP> 104 <SEP> 132
<tb> <SEP> Y-57 <SEP> 15Cr-6 <SEP> Mn-Ni <SEP> 6 <SEP> 4,1 <SEP> 5 <SEP> 4,1 <SEP> 97 <SEP> 132
<tb> Aciers <SEP> Y-2 <SEP> 15Cr-8 <SEP> Mn-3 <SEP> Cu-Ni <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> 11 <SEP> 132
<tb> <SEP> Y-3 <SEP> 15Cr-8 <SEP> Mn-1 <SEP> Cu-Ni <SEP> 9 <SEP> 8,1 <SEP> 9 <SEP> 8,8 <SEP> - <SEP> 132
<tb> <SEP> NY-5 <SEP> 15Cr-7 <SEP> Mn-2 <SEP> Cu-Ni <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> 26
<SEP> 132
<tb> de <SEP> la <SEP> présente <SEP> NY-7 <SEP> 14Cr-5 <SEP> Mn-3 <SEP> Cu-Ni <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> - <SEP> 132
<tb> <SEP> NY-8 <SEP> 14Cr-12 <SEP> Mn-2 <SEP> Cu-Ni <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> - <SEP> 132
<tb> <SEP> Y-21 <SEP> 14Cr-12 <SEP> Mn-1 <SEP> Mo-Ni <SEP> 10 <SEP> 9,8 <SEP> 10 <SEP> 9,8 <SEP> 18 <SEP> 51
<tb> invention <SEP> Y-27 <SEP> 14Cr-8 <SEP> Mn-1 <SEP> Mo-Ni <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> 9 <SEP> 8,8 <SEP> - <SEP> 42
<tb> <SEP> Y-16 <SEP> 14Cr-12 <SEP> Mn-2 <SEP> Cu-1 <SEP> Mo-Ni <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> 7 <SEP> 23
<tb> <SEP> Y-19 <SEP> 14Cr-10 <SEP> Mn-3 <SEP> Cu-1 <SEP> Mo-Ni <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> 3 <SEP> 8
<tb> Aciers <SEP> N-15 <SEP> 14Cr-14 <SEP> Mn-2 <SEP> Cu <SEP> 9 <SEP> 8,4 <SEP> 10 <SEP> 9,2 <SEP> 18 <SEP> 132
<tb> indiqués <SEP> H-37 <SEP> 15Cr-10 <SEP> Mn-2 <SEP> Cu <SEP>
10 <SEP> 9,9 <SEP> 10 <SEP> 9,6 <SEP> 28 <SEP> 132
<tb> <SEP> AISI-430 <SEP> 17Cr <SEP> 4 <SEP> 2,1 <SEP> 5 <SEP> 2,4 <SEP> 131 <SEP> 132
<tb> Aciers <SEP> AISI-301 <SEP> 17Cr-7 <SEP> Ni <SEP> 5 <SEP> 4,1 <SEP> 6 <SEP> 5,0 <SEP> 45 <SEP> 132
<tb> <SEP> AISI-304 <SEP> 18Cr-8 <SEP> Ni <SEP> 6 <SEP> 4,1 <SEP> 6 <SEP> 5,4 <SEP> 33 <SEP> 132
<tb> classiques <SEP> AISI-201 <SEP> 17Cr-6,5 <SEP> Mn-4,5 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 69 <SEP>
<SEP> AISI-202 <SEP> 18Cr-9 <SEP> Mn- <SEP> 5,5 <SEP> Ni <SEP> 10 <SEP> 9,9 <SEP> 10 <SEP> 9.0 <SEP> 55 <SEP> (*1) Solution préparée en mélangeant une solution de 0,5 g de sulfate de sodium, 0.25 g de sulfite de sodium, 0,1 g de thiosulfate de chlorure de sodium et 525 ml d'eau avec une solution de 52,5 g de chlorure de calcium et 525 ml d'eau (*2) Essai dans l'air contenant 0,66% de SO2 en volume, (*3) P.N :
chiffre de protection.
(*4) A.N : chiffre d'aspect, (*5) Nombre de piqûres observées sur un échantillon de 50 mm 100 mm.
(*6) Nombre de piqûres observées sur un échantillon de 60 mm 110 mm.
pleinement austénitique a été transformée en martensite après la déformation, et les stables étant ceux dans lesquels toute la phase pleinement austénitique demeure non transformée, même après la déformation.
Le tableau 2 illustre certaines propriétés mécaniques, les formabilités et des propriétés de retrait élastique des aciers selon la présente invention, des aciers indiqués et des aciers classiques connus. D'après ces valeurs, il est clair que certains des aciers selon la présente invention sont équivalents aux aciers AISI 301 pour ce qui est de la formabilité par étirage. Ils appartiennent aux aciers inoxydables méta-stables dans lesquels une partie de la phase pleinement austénitique a été transformée en martensite après déformation. Il est aussi clair que certains des aciers selon la présente invention comprenant le cuivre possèdent l'effet adoucissant du cuivre et la limite d'élasticité diminuée, indiquée par la contrainte de rupture et la dureté. Ces aciers présentent de meilleures qualités de retrait élastique et de formabilité.
Le tableau 3 illustre les résultats des essais de résistance à la corrosion sur les aciers selon la présente invention, des aciers indiqués et les aciers classiques.
Comme on le voit d'après le tableau, même les aciers austénitiques dont la teneur en chrome est réduite sont équivalents aux aciers AISI 430 pour ce qui est de la résistance à la corrosion, en outre les aciers selon la présente invention additionnés de cuivre et/ou de mo molybdène (à la composition de base) sont bien améliorés pour ce qui est de la résistance à la corrosion, et ils sont équivalents ou supérieurs aux aciers classiques AISI 301, 304, 202 et 201. Notamment les aciers inoxydables austénitiques selon la présente invention, comprenant du molybdène, sont bien supérieurs aux aciers classiques AISI 430, 301, 304, 201 et 202 pour ce qui est de la résistance à la corrosion dans des gaz atmosphériques contenant du SQ2.
Le tableau 4 illustre la profondeur moyenne des fissures dans les coques de bandes dans le procédé de meulage, sur certains des aciers selon la présente invention contenant du cuivre et les aciers indiqués contenant du cuivre et qui sont exempts de nickel. Comme on le voit d'après le tableau, même les aciers contenant du cuivre diminuent de façon marquée la profondeur des fissures si on leur ajoute une petite quantité de nickel.
Comme cité plus haut, des aciers selon la présente invention et des aciers inoxydables austénitiques obtenus par l'addition d'une petite quantité de nickel contenant une teneur suffisante en azote pour produire des lingots robustes dans le procédé de fabrication de l'acier, et plus particulièrement ceux qui contiennent le cuivre et/ou le molybdène en plus des ingrédients précités confèrent une bonne propriété mécanique, leur résistance à la corrosion et l'avantage dû aux matières premières les rendant aussi utiles dans un domaine tout à fait vaste.
Tableau 4
Profondeur moyenne des fissures à la surface des aciers selon l'invention et des aciers indiqués
(épaisseur de l'échantillon 3,0mm)
Profondeur moyenne
Description Type No Qualité des fissures (tt)
Y- 2 15Cr- 8Mn-3Cu-Ni 5
Aciers Y- 3 15Cr- 8Mn-1Cu-Ni 6
NY- 5 15Cr- 7Mn-2Cu-Ni 8
de la présente NY- 7 14Cr- SMn-3Cu-Ni 6
NY- 8 14Cr- 12Mn-2Cu-Ni 3
invention Y - 16 14 Cr - 12 Mn - 2 Cu - 1 Mo - Ni 0 Y - 19 14Cr- 10 Mn - 3 Cu - 1 Mo -Ni 0
Aciers N - 15 14 Cr - 14 Mn - 2 Cu 60
15Cr- 8Mn-1Cu 52
indiqués H-37 - 37 15 Cr - 10 Mn - 2 Cu 63
REVEND ICATION
Acier inoxydable
entièrement austénitique à l'état recuit, caractérisé en ce qu'il contient de 0,05 à 0,15 o/o de carbone, de 0,3 à 1,0 /o de silicium, de 13,0 à 16,0 /o de chrome, de 4,0 à 12.0% de manganèse, de 0,5 à 3,0 /o de nickel, de 0,05 à 0,20 oxo d'azote.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Acier selon la revendication, caractérisé en ce qu'il contient en outre 1,0 à 4.0% de cuivre, le solde étant du fer.
2. Acier selon la revendication, caractérisé en ce qu'il contient en outre de 0,5 à 2,0 o/o de molybdène, le solde étant du fer.
3. Acier selon la revendication, caractérisé en ce qu'il contient en outre de 1,0 à 4,0O/o de cuivre et de 0,5 à 2,ouzo de molybdène, le solde étant du fer.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
Austenitic stainless steel
The present invention relates to a fully austenitic stainless steel in the reduced state.
As is well known to those skilled in the art, austenitic stainless steels have been developed containing 18 0 / o Cr, 8 o / o Ni, by the addition of a large amount of Ni in order to stabilize the austenitic phase at room temperature. They have the advantage of improved mechanical properties, formability and corrosion resistance, and have the disadvantage of the inevitable greatly high nickel content.
Tenelon steel containing 18 o / o Cr, 15 o / o Mn and 0.7 O / o N is an example of austenitic stainless steel in which Ni has been replaced with Mn and N which can also produce an austenitic structure.
However, said steel can produce blowholes at the time of ingot formation and requires a special steel manufacturing process, and high atmospheric pressure at the time of the smelting process because of the disadvantages arising from the inevitable high nitrogen content. , and thus it is not suitable for press forming and has not yet been used in practice.
Recently, AISI steels of types 201 and 202 have been developed which are used to replace AISI steels of types 301 and 304, where part of the nickel is replaced by elements such as Mn and N which can produce the austenitic structure. These AISI steels of types 201 and 202 are stainless steels containing 3.5 to 5.5 o / o and 4 to 6 o / o of nickel respectively, therefore these types of stainless steels have relatively high nickel contents and they are inferior to AISI 301 and 304 steels in formability.
This is because the relative contents of C,
Si, Mn, Cr, Ni and N of the AISI type 201 steel composition are expected from the viewpoint of inhibiting the occurrence of a 6-ferrite structure. This type of austenitic phase is very stable towards martensitic transformation. Thus, this type of steel loses one of the superior qualities of austenitic stainless steels, that is, the draw formability which is based on the property of high hardening during working, which results from partial processing. from the austenitic phase to the martensitic phase during forming.
Further, AISI steels of types 201 and 202 are products which are hard and preferable for use in a part of a structural product but which are disadvantageous for the press forming process because of a greater elastic shrinkage and the formation of wrinkles that are often observed on some formed products.
It is now possible, as a result of our study on stainless steels with limited nickel content, to provide fully austenitic stainless steels by replacing part of the nickel content with elements such as Mn, N and C which can produce the austenitic structure, thus reducing the Cr content to less than 16 o / o and the Ni content to 0.5 to 3.00 / 0, thus breaking the previous idea that in the field of stainless steels the decrease in the content in chromium leads to a considerable reduction in corrosion resistance.
The defined region thus found is equivalent in properties to conventional 18-8 stainless steels not only in terms of corrosion resistance, but also in terms of workability despite the limitation of the nickel content. , thus eliminating certain disadvantages due to the high chromium and nickel content.
The stainless steel according to the present invention contains 0.05-0.15 o / o of C, 13.0-16.0 o / o of Cr, 0.3-1.0 0 / of
Si, 4.0-12.0O / o of Mn, 0.05-0.2 / o of N, 0.5-3.0 / o of
Ni, with if desired an addition of 1.0-4.0O / o of
Cu and / or 0.5-2.0 o / o Mo. In the annealed condition, it is fully austenitic and may produce some amount of martensite or remain fully austenitic upon strain. It has greatly improved mechanical properties, forming properties and corrosion resistance.
The introduction of carbon into the composition produces the austenitic structure, as does the introduction of nitrogen, for the stainless steels according to the present invention. However, it is advantageous to keep the carbon content below 0.15 / o, as excessive amounts of C cause the carbide to precipitate during cooling after welding and annealing, thus decreasing resistance to intergranular corrosion. .
The Cr content must be maintained up to 16 O / o, because excessive amounts cannot produce the fully austenitic phase which is the essential object of the present invention. On the other hand, the corrosion resistance drops sharply in the region containing less than 13 / o, so the chromium content should not be less than 13 / o.
For corrosion resistance, a higher Si content is preferable, but should be kept below 10 / o, as long as an excessive silicon content causes the formation of a b structure. -ferrite and decrease in hot workability.
The Mn content should be higher than 4/0, as a lower content cannot maintain the fully austenitic phase in steels. It is advantageous to keep the manganese contents in lower limits such that the austenitic structure can be maintained, since the higher amount produces less austenitic phase, accelerates the oxidation at high temperature during hot working and annealing, and causes a significant decrease in the good properties of the surface of the products finally obtained.
Although the increased manganese content has the advantage of better stability of the austenitic phase, it is necessary to maintain the content up to 12 0 / o, because an excessive content has certain disadvantages compared to the advantage mentioned above. , for example reduction of waste return and accelerated oxidation at high temperature.
Nickel is an essential ingredient in order to decrease the content of N, C and Mn, which can produce the austenitic structure and keep the austenitic phase stable. The nickel contents must be maintained up to 3 o / o and must not be less than 0.5 o / o because the effect of nickel does not appear for contents lower than 0.5 O / o, and if the content is greater than 3 lo, the effect does not increase in proportion to the higher nickel content.
In the present invention, a small nickel content improves the corrosion resistance and hot workability of Cu added to austenitic stainless steels in which copper has been added to provide an advantageous quality making the steel suitable for use in press forming. When the nickel content is not within the limits of the present invention, copper comes to the surface of steels during hot rolling, by selective oxidation of chromium, manganese or iron and therefore fine slits would form. on the surface of steels during hot rolling and the aforementioned fine slots would remain during cold rolling, and a lot of grinding will be required for the grinding process, with strip shells in order to remove the above fine slots.
The stainless steels of the present invention can prevent the formation of fine slits on the surface of steels at the time of hot rolling and the disadvantageous effects due to the incorporation of copper, by the addition of nickel.
The nitrogen introduced into the composition makes it possible to stabilize the austenitic structure. However, even if the nitrogen content is lower than the solubility, there will often be blowholes due to the interaction between nitrogen and hydrogen existing in the steel, and the phenomenon of exudation of the ingot can be observed.
In accordance with the conventional steelmaking process, a hydrogen content of 5-8 ppm is unavoidable in the resulting steels, thus, in order to make a good quality ingot with the hydrogen content indicated above, the nitrogen content must be kept below 0.2 / o.
The effect of copper is to impart corrosion resistance to the steels of the present invention and to provide an advantageous property, making the steel suitable for its use in press forming, due to its softening effect. And copper has the effect of reducing the content of carbon, nitrogen, manganese and nickel, said effect being greater than that of manganese and almost equivalent to that of nickel. The copper content should be kept between 1 to 40%, as an excessive copper content causes hot brittleness and has a disadvantageous effect on hot machinability.
The molybdenum added to the steels according to the present invention markedly improves the corrosion resistance without reducing the mechanical properties and limits the precipitation of chromium carbide. However, excessive amounts of molybdenum hamper the maintenance of the fully austenitic phase which is the essential object of the present invention, and they are very expensive compared to their advantages. So the molybdenum content must be kept between 0.5 and 2 o / o.
The steels according to the present invention to which molybdenum has been added are suitable for use in construction parts by welding, since these steels are characterized by their high resistance to stress.
Of course, the rare earth elements, Ti, B or
Nb which are commonly used as so-called addition metals can be added as incidental ingredients at a rate of up to 0.1 0 / o for titanium, up to 0.1 O / o for niobium and up to 0.005 o / o for boron, to improve hot workability or other properties.
The steels according to the present invention will be explained in more detail with the aid of the following Tables 1 to 4, where the steels indicated in the tables illustrate the differences between the stainless steels of the present invention and those whose composition is free of nickel. .
Table 1 illustrates examples of chemical compositions and the amounts of martensite after tensile strain of 40% for the steels of the present invention, the steels indicated and the conventional steels. As can be seen from these examples, the content of nickel and nitrogen in the steels of the present invention is lower, yet these steels can easily be transformed into the fully austenitic phase, without increasing their chromium content to more than 16/0. They also include stable and meta-stable austenitic stainless steels;
metastable steels being those in which part of the phase Examples of chemical compositions and quantities of martensite after defomation at ta and conventional steels of 40%
Description Type N Quantity Chemical composition (%) Quantity
C Si Ma Cr Ni N Cu Mo of martensite
(%)
Y-54 14Cr-10 Mn-Ni 0.10 0.53 10.19 14.26 1.58 0.14 - 1.4
Y-57 15Cr-6 Mn-Ni 0.11 0.44 5.72 14.82 2.84 0.09 - 37
Y-2 15Cr-8 Mn-3Cu-Ni steels 0.11 0.47 8.11 15.11 2.51 0.09 2.91 traces
Y-3 15Cr-8 Mn-1Cu-Ni 0.12 0.55 8.20 15.23 1.62 0.14 1.23 3.5 of this NY-5 15Cr-7 Mn-2Cu-Ni 0 , 11 0.51 6.90 15.26 0.75 0.09 2.15 17
NY-7 14Cr-5 Mn-3Cu-Ni 0.08 0.54 5.41 14.20 1.42 0.12 2.89 23
NY-8 14Cr-12Mn-2Cu-Ni 0.10 0.47 11.72 13.80 1.78 0.06 2.21 traces invention Y-21 14Cr-12Mn-1Mo-Ni 0.11 0.32 12.08 13.71 2.03 0.14 - 0.97 traces
Y-27 14Cr-8 Mn-1Mo-Ni 0.10 0.61 8.38 14.02 2.52
0.16 - 1.24 traces
Y-16 14Cr-12Mn-2Cu-Mo-Ni 0.10 0.52 11.53 13.92 2.04 0.15 2.31 1.13 traces
Y-19 14Cr-10Mn-3Cu-Mo-Ni 0.08 0.42 10.29 14.31 1.33 0.18 2.91 1.42 traces
N-15 14Cr-14Mn-2Cu steels 0.13 0.48 13.40 14.13 - 0.19 1.98 indicated H-37 15Cr-10Mn-2Cu 0.10 0.44 10.19 14.82 - 0.14 1.79
AISI-430 17Cr 0.17 0.47 0.25 16.60 - 0.03 - 46
AISI-301 17Cr steels 0.11 0.57 0.99 17.20 7.58 0.01 - traces
AISI-304 18Cr- 7 Ni 0.08 0.59 1.06 18.38 8.91 0.01 - classical traces AISI-201 17Cr- 8 Ni 0.10 0.43 6.61 17.13 4.57 0.14 - traces
AISI-202 18Cr- 9 Mn-5.5Ni 0.07 0.51 9.13 17.92 5.59 0.14 - traces Table 2
Mechanical properties and results of tornability tests for steels according to the invention.
inserted saws and conventional steels (sample thickness 0.8 mm)
Hardness Traxction test Formability test Angle
Description Type N Quality Limit Resistance Value Shrinkage value
10 hours of tensile elasticity Elongation of elastic Efichsen conical bucket
(kg / mms) (kg / mms) (%) (%) (%) ()
Y-54 14Cr-10 Mn-Ni 178 38 73 59 23.8 13.1
Y-57 15Cr-6 Mn-Ni 193 36 84 57 23.2 13.8 3.1
Y-2 15Cr-8 Mn-3 Cu-Ni 155 31 71 59 24.5 14.5 2.7
Y-3 15Cr-8 Mn-1 Cu-Ni steels 196 39 97 57 22.9 12.4 3.0
NY-5 15Cr-7 Mn-2 Cu-Ni 173 33 87 59 23.5 13.5 hereof NY-7 14Cr-5 Mn-3 Cu-Ni 175 33 87 58 23.5 14.0 2.8
NY-8 14Cr-12 Mn-2 Cu-Ni 170 32 70 59 24.0 12.4 invention Y-21 14Cr-12 Mn-1 Mo-Ni 201 42 81 59 23.8 412.2 4.0
Y-27 14Cr-8 Mn-1 Mo-Ni 207 44 87 59 22.1 11.7
Y-16 14Cr-12 Mn-2 Cu-1Mo-Ni 193 39 75 60 23.8 12.1
Y-19 14Cr-10 Mn-3 Cu-1Mo-Ni 197 39 72 58 23.5 12.2-
N-15 14Cr-14 Mn-2 Cu steels 165 38 74 57 23.8 11.8 2.8 indicated H-37 15Cr-10 Mn-2 Cu 197 37 72 59 23.2 12.7
AISI-430 17Cr 160 38 55 30 19.8 9.2
AISI-301 17Cr-7 Ni steels 160 28 81 61 24.4 14.6 3.1
AISI-304 18Cr-8 Ni 160 30 66 58 24.0 12.1 3.0 conventional AISI-201 17Cr-6.5 Mn-4.5 Ni 197 36 76 59 23.5 11.9
AISI-202 18Cr-9 Mn-5.5 Ni 176 35 70 58 23.8 11.9
Elastic withdrawal angle: after releasing the plate at right angles.
Table 3
Corrosion resistance tests for steels according to invention, indicated and conventional saws.
EMI5.1
<SEP> <SEP> immersion test <SEP> in <SEP> salt water <SEP> <SEP> (* 1)
<tb> <SEP> Test <SEP> with <SEP> SO
<tb> Deseriptien <SEP> Type <SEP> N <SEP> Quality <SEP> 24 <SEP> hours <SEP> 48 <SEP> Haures <SEP> 100 <SEP> hours <SEP> (16 <SEP> hours)
<tb> <SEP> P.N (* 3) <SEP> A.N (4) P.N <SEP> A.N <SEP> Number <SEP> of <SEP> bites (5) <SEP> Number <SEP> of <SEP> bites
<tb> <SEP> Y-54 <SEP> 14Cr-10 <SEP> Mn-Ni <SEP> 6 <SEP> 4.1 <SEP> 6 <SEP> 5.4 <SEP> 104 <SEP> 132
<tb> <SEP> Y-57 <SEP> 15Cr-6 <SEP> Mn-Ni <SEP> 6 <SEP> 4.1 <SEP> 5 <SEP> 4.1 <SEP> 97 <SEP> 132
<tb> Steels <SEP> Y-2 <SEP> 15Cr-8 <SEP> Mn-3 <SEP> Cu-Ni <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP > 11 <SEP> 132
<tb> <SEP> Y-3 <SEP> 15Cr-8 <SEP> Mn-1 <SEP> Cu-Ni <SEP> 9 <SEP> 8.1 <SEP> 9 <SEP> 8.8 <SEP> - <SEP> 132
<tb> <SEP> NY-5 <SEP> 15Cr-7 <SEP> Mn-2 <SEP> Cu-Ni <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> 26
<SEP> 132
<tb> of <SEP> the <SEP> presents <SEP> NY-7 <SEP> 14Cr-5 <SEP> Mn-3 <SEP> Cu-Ni <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> - <SEP> 132
<tb> <SEP> NY-8 <SEP> 14Cr-12 <SEP> Mn-2 <SEP> Cu-Ni <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> - <SEP> 132
<tb> <SEP> Y-21 <SEP> 14Cr-12 <SEP> Mn-1 <SEP> Mo-Ni <SEP> 10 <SEP> 9.8 <SEP> 10 <SEP> 9.8 <SEP> 18 <SEP> 51
<tb> invention <SEP> Y-27 <SEP> 14Cr-8 <SEP> Mn-1 <SEP> Mo-Ni <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> 9 <SEP> 8.8 <SEP > - <SEP> 42
<tb> <SEP> Y-16 <SEP> 14Cr-12 <SEP> Mn-2 <SEP> Cu-1 <SEP> Mo-Ni <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> 7 <SEP> 23
<tb> <SEP> Y-19 <SEP> 14Cr-10 <SEP> Mn-3 <SEP> Cu-1 <SEP> Mo-Ni <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> 3 <SEP> 8
<tb> Steels <SEP> N-15 <SEP> 14Cr-14 <SEP> Mn-2 <SEP> Cu <SEP> 9 <SEP> 8,4 <SEP> 10 <SEP> 9,2 <SEP> 18 <SEP> 132
<tb> indicated <SEP> H-37 <SEP> 15Cr-10 <SEP> Mn-2 <SEP> Cu <SEP>
10 <SEP> 9.9 <SEP> 10 <SEP> 9.6 <SEP> 28 <SEP> 132
<tb> <SEP> AISI-430 <SEP> 17Cr <SEP> 4 <SEP> 2,1 <SEP> 5 <SEP> 2,4 <SEP> 131 <SEP> 132
<tb> Steels <SEP> AISI-301 <SEP> 17Cr-7 <SEP> Ni <SEP> 5 <SEP> 4.1 <SEP> 6 <SEP> 5.0 <SEP> 45 <SEP> 132
<tb> <SEP> AISI-304 <SEP> 18Cr-8 <SEP> Ni <SEP> 6 <SEP> 4.1 <SEP> 6 <SEP> 5.4 <SEP> 33 <SEP> 132
<tb> classic <SEP> AISI-201 <SEP> 17Cr-6,5 <SEP> Mn-4,5 <SEP> Ni <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 69 <SEP>
<SEP> AISI-202 <SEP> 18Cr-9 <SEP> Mn- <SEP> 5.5 <SEP> Ni <SEP> 10 <SEP> 9.9 <SEP> 10 <SEP> 9.0 <SEP> 55 < MS> (* 1) Solution prepared by mixing a solution of 0.5 g of sodium sulphate, 0.25 g of sodium sulphite, 0.1 g of sodium chloride thiosulphate and 525 ml of water with a solution of 52 , 5 g of calcium chloride and 525 ml of water (* 2) Test in air containing 0.66% SO2 by volume, (* 3) PN:
protection figure.
(* 4) A.N: appearance number, (* 5) Number of punctures observed on a sample of 50 mm 100 mm.
(* 6) Number of punctures observed on a sample of 60 mm 110 mm.
fully austenitic was transformed into martensite after deformation, and the stable ones being those in which the whole fully austenitic phase remains untransformed, even after deformation.
Table 2 illustrates certain mechanical properties, formabilities and elastic shrinkage properties of the steels according to the present invention, the indicated steels and known conventional steels. From these values, it is clear that some of the steels according to the present invention are equivalent to AISI 301 steels with respect to the draw formability. They belong to meta-stable stainless steels in which part of the fully austenitic phase has been transformed into martensite after deformation. It is also clear that some of the steels according to the present invention comprising copper possess the softening effect of copper and the reduced yield strength, indicated by the breaking stress and the hardness. These steels have better qualities of elastic shrinkage and formability.
Table 3 illustrates the results of corrosion resistance tests on steels according to the present invention, steels indicated and conventional steels.
As can be seen from the table, even austenitic steels with reduced chromium content are equivalent to AISI 430 steels with regard to corrosion resistance, furthermore the steels according to the present invention with the addition of copper and / or molybdenum molybdenum (in the base composition) are much improved with regard to corrosion resistance, and they are equivalent or superior to conventional steels AISI 301, 304, 202 and 201. In particular austenitic stainless steels according to The present invention, comprising molybdenum, are much superior to conventional AISI steels 430, 301, 304, 201 and 202 in terms of resistance to corrosion in atmospheric gases containing SQ2.
Table 4 illustrates the average depth of cracks in the strip shells in the grinding process, on some of the steels according to the present invention containing copper and the indicated steels containing copper and which are nickel free. As can be seen from the table, even steels containing copper markedly decrease the depth of cracks if a small amount of nickel is added to them.
As mentioned above, steels according to the present invention and austenitic stainless steels obtained by the addition of a small amount of nickel containing sufficient nitrogen content to produce strong ingots in the steelmaking process, and more particularly those which contain copper and / or molybdenum in addition to the aforementioned ingredients confer a good mechanical property, their resistance to corrosion and the advantage due to the raw materials making them also useful in a quite wide field.
Table 4
Average depth of cracks on the surface of steels according to the invention and of the steels indicated
(sample thickness 3.0mm)
Average depth
Description Type No Crack quality (tt)
Y- 2 15Cr- 8Mn-3Cu-Ni 5
Y- 3 steels 15Cr- 8Mn-1Cu-Ni 6
NY- 5 15Cr- 7Mn-2Cu-Ni 8
of this NY- 7 14Cr- SMn-3Cu-Ni 6
NY- 8 14Cr- 12Mn-2Cu-Ni 3
invention Y - 16 14 Cr - 12 Mn - 2 Cu - 1 Mo - Ni 0 Y - 19 14Cr- 10 Mn - 3 Cu - 1 Mo -Ni 0
Steels N - 15 14 Cr - 14 Mn - 2 Cu 60
15Cr- 8Mn-1Cu 52
indicated H-37 - 37 15 Cr - 10 Mn - 2 Cu 63
RESELL ICATION
Stainless steel
completely austenitic in the annealed state, characterized in that it contains 0.05 to 0.15 o / o carbon, 0.3 to 1.0 / o silicon, 13.0 to 16.0 / o chromium, 4.0 to 12.0% manganese, 0.5 to 3.0 / o nickel, 0.05 to 0.20 oxo nitrogen.
SUB-CLAIMS
1. Steel according to claim, characterized in that it further contains 1.0 to 4.0% copper, the balance being iron.
2. Steel according to claim, characterized in that it also contains 0.5 to 2.0 o / o molybdenum, the balance being iron.
3. Steel according to claim, characterized in that it further contains from 1.0 to 4.0O / o copper and 0.5 to 2, ouzo molybdenum, the balance being iron.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.