EP0467756A1 - Acier austénitique ayant une résistance améliorée à haute température et procédé pour son obtention et la réalisation de pièces mécaniques, en particulier de soupapes - Google Patents
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- EP0467756A1 EP0467756A1 EP91401918A EP91401918A EP0467756A1 EP 0467756 A1 EP0467756 A1 EP 0467756A1 EP 91401918 A EP91401918 A EP 91401918A EP 91401918 A EP91401918 A EP 91401918A EP 0467756 A1 EP0467756 A1 EP 0467756A1
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- C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
Definitions
- the present invention relates to an austenitic steel having improved resistance to high temperature, useful in particular for the manufacture of valves. It also relates to a process for obtaining such steel.
- a typical example is that of valves for an automobile engine.
- the choice of a material for the realization of these must take into account a large number of often contradictory factors directly related to the very specific operating conditions to which they are subjected.
- compositions and characteristics of these steels appear in many French and foreign standards (AFNOR - DIN, etc ).
- NIMONIC alloys have the disadvantage of being very expensive because of their high nickel content and the precautions that must be taken during their development as well as the subsequent essential heat treatment.
- the objective of the present invention is to remedy the drawbacks of the materials known hitherto.
- the objective of the invention is to provide a steel which can be used at high temperature and in a corrosive atmosphere.
- Another objective is to provide a steel having both suitable mechanical characteristics associated with better resistance to corrosive agents.
- a third objective is to provide a method for obtaining said steel and producing mechanical parts such as for example valves, leading to a compromise between mechanical characteristics suitable for their use at high temperature in a corrosive atmosphere and a moderate cost. .
- the balance of all the constituents being such that the austenitic structure obtained is completely single-phase.
- the invention also relates to a process for obtaining said austenitic steel, characterized in that it consists in carrying out on the steel according to the invention, a dissolution of the constituents to a temperature between 1000 ° C and 1230 ° C followed by rapid cooling.
- the method also consists in carrying out a treatment for stabilizing the structure at a temperature between 720 and 860 ° C. for 1 to 50 hours.
- the steel according to the invention meets the above requirements.
- the austenitic steel according to the invention contains chromium in an amount greater than 22% by weight and preferably between 24 and 26% by weight. This higher chromium content than that of the usual austenitic steels, makes it possible to improve the resistance to oxidation and to corrosive agents.
- the austenitic steel according to the invention also comprises carburogenic elements such as molybdenum, tungsten, vanadium, niobium and titanium. Their content is preferably less than 2.5% by weight. These elements lead to the formation of stable carbides, at least in the temperature range considered and prevents the formation of chromium carbides.
- the phases formed by these elements (“primary” carbides) harden the matrix, which ensures good rigidity when hot.
- these "primary” carbides trap part of the carbon, which advantageously restricts the amount of carbon available to form “secondary” chromium carbides, of the M23C6 type. Their limited content is advantageous because these "secondary" carbides weaken structure and reduces resistance to oxidation and corrosion.
- the austenitic steel according to the invention comprises a low carbon content. This is less than 0.4% and preferably between 0.2 and 0.4%. This low content is advantageous in that it makes it possible to further restrict the amount of carbide precipitation.
- the austenitic steel according to the invention contains a high nitrogen content, preferably between 0.40 and 0.60% by weight.
- the nickel content is, for its part, between 4 and 15% by weight, preferably between 8.5 and 12%.
- composition of the steel according to the invention also comprises manganese, between 2 and 10% by weight.
- the high nitrogen content and the adjustment of the nickel and manganese contents contribute to the stability of the austenite.
- Silicon, sulfur and phosphorus are also present in very small amounts, respectively up to 0.25%, 0.025% and 0.030% by weight. Finally, iron and conventional impurities complete the composition 100%.
- the mechanical characteristics as well as the resistance to oxidation and to corrosive agents are also linked to the treatment which the steel undergoes. Indeed, to obtain the optimal characteristics of the steel according to the invention, it is necessary to subject it to specific heat treatments.
- the process according to the invention consists in carrying out two or three operations subsequent to the own production of the steel of the above-mentioned composition.
- the different constituents are dissolved in the steel obtained according to a conventional method.
- This step is followed by rapid cooling consisting of a treatment of hyper quenching in air or faster depending on the size of the product.
- Table I indicates examples (A to G) of steel compositions according to the invention analyzed and tested, example T (known high temperature refractory steel) being taken as a reference.
- the grain size begins to increase in the least fueled spaces.
- a relatively fine microstructure is retained. Not only is the grain size fine, but there is also a certain refinement of the crystalline facies of primary carbides.
- the grain grows.
- the constituents' solution temperature is between 1000 and 1230 ° C. This advantageously lies in the range 1080-1150 ° C. According to a preferred embodiment, the dissolution is carried out at 1120 ° C for one hour or less.
- the second heat treatment of the process according to the invention consists in carrying out a "stabilization” treatment, also called an “aging” treatment at a temperature between 720 and 860 ° C. and the duration of which varies from 1 to 50 hours. It is preferably carried out at a temperature between 750 and 860 ° C for 5 to 20 hours.
- This treatment contributes to the refinement of the micrographic structure, by providing a certain homogeneity in the distribution and the size of the precipitates. It also allows to complete the evolution of the structure obtained by the previous heat treatment.
- the effect of this treatment is all the more favorable since the preceding solution treatment is carried out at temperatures located in the lower range of the abovementioned range, namely at temperatures below 1150 ° C.
- the solution treatment is carried out at a temperature of 1120 ° C for one hour and the stabilization treatment is carried out at a temperature between 750 and 860 ° C for 5 to 20 hours.
- the thermal operations described above are preferably carried out after the shaping of the part to be manufactured so that the latter does not affect the efficiency of said thermal operations which are closely linked the final characteristics of the piece. Nevertheless, the person skilled in the art may choose to carry out the shaping of the part after one or all of these operations according to the conditions of preparation of said part. This shaping is carried out using any metallurgical method such as for example forming, rolling, stamping, extrusion, etc.
- valves having mechanical characteristics as well as improved resistance to corrosive agents and more economical than the solutions currently used.
- the fluidity tests are carried out at 815 ° C. temperature which corresponds substantially to the operating temperature of a high performance engine and therefore to which, for example, exhaust valves are subjected.
- the carbon content has no significant effect on the creep limit.
- the high nitrogen content and the adjustment of the nickel content guarantee the stability of the austenite.
- the test was carried out on steels according to the invention after dissolving at 1080 or 1120 ° C.
- the experimental method used is that of ASTM G1 and ASTM G54 standards,
- the ASTM test requires an exposure time of 100 hours.
- the weight loss is determined by dissolving the scale formed up to the healthy metal in the stripping solution based on nitric acid and hydrofluoric acid in the following proportions: HN03 25% + HF 7% + H2O 68% (% by weight)
- the measured weight loss is that which corresponds to the meeting point of the two curves, one relating to the removal of the scale layer, the second to the dissolution of the underlying metal layer, rich in reducing elements such as chromium, silicon, molybdenum, ...
- the pickling solution used is therefore a solution of ferric sulfate.
- the austenitic steel according to the invention exhibits highly improved mechanical characteristics at high temperature, in particular of creep resistance in comparison with the reference steel (T) of the type W.1.4882. This steel also has very good resistance to oxidation and to corrosive agents under very severe conditions of use.
- the method according to the invention makes it possible to reach the optimal values of the aforementioned characteristics.
- the invention allows the manufacture of parts that can be used under very severe conditions of temperature and corrosive environment.
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Abstract
Description
- La présente invention concerne un acier austénitique possédant une résistance améliorée à haute température, utile en particulier pour la fabrication de soupapes. Elle concerne également un procédé pour l'obtention d'un tel acier.
- Bien que les aciers austénitiques classiques présentent d'intéressantes propriétés mécaniques associées à une bonne résistance à la corrosion et à l'oxydation, ces propriétés ne sont pas entièrement satisfaisantes dans certaines conditions d'utilisation très drastiques. C'est le cas de nombreuses pièces de machines destinées à fonctionner à des températures très élevées soumises à d'importants efforts mécaniques et actions corrosives, telles que :
- outils pour déformation à chaud,
- éléments de fixation (vis, écrous,...),
- organes de commandes.
- Un exemple caractéristique est celui des soupapes pour moteur automobile. Le choix d'un matériau pour la réalisation de celles-ci doit tenir compte d'un grand nombre de facteurs souvent contradictoires directement rattachés aux conditions très particulières de fonctionnement auxquelles elles sont soumises.
- Les compositions des aciers généralement utilisés pour la fabrication de soupapes comprennent les teneurs suivantes (% en poids) :
- 0,4 à 0,9 % de carbone
- 8,0 à 22 % de chrome
- jusqu'à 10 % de nickel
- jusqu'à 10 % de manganèse
- jusqu'à 0,6 % d'azote
- Différentes améliorations ont été apportées en particulier par des additions éventuelles de niobium, tungstène et molybdène.
- Les compositions et les caractéristiques de ces aciers figurent dans de nombreuses normes françaises et étrangères (AFNOR - DIN, etc...).
- Si tous ces aciers donnent satisfaction quand la température d'utilisation reste inférieure à 700°C, aucun ne convient réellement pour les pièces mécaniques destinées à fonctionner à des températures supérieures ou égales à 800°C, surtout quand elles sont exposées à des phénomènes d'oxydation et/ou de corrosion importants.
- Aussi, pour des pièces soumises à ces conditions très sévères, il est nécessaire d'employer soit des alliages à base de nickel du type NIMONIC, soit des "artifices" permettant de refroidir les pièces.
- Les alliages NIMONIC présentent l'inconvénient d'être très onéreux du fait de leur teneur élevée en nickel et des précautions que l'on doit prendre lors de leur élaboration ainsi que du traitement thermique ultérieur indispensable.
- Quand aux "artifices" permettant de refroidir les pièces en cours de fonctionnement, ils conduisent toujours à des solutions mécaniques complexes et, par conséquent, également très onéreuses.
- Tout récemment, il a été proposé dans la demande de brevet français n°2 595 717, un acier austénitique comprenant les éléments suivants (% en poids) :
- 0,40 à 0,65 % de carbone
- 0,35 à 0,60 % d'azote
- 2,0 à 3,0 % de manganèse
- 22,0 à 24,0 % de chrome
- 7,5 à 8,5 % de nickel
- 0,7 à 1,3 % de molybdène
- 0,6 à 1,2 % de vanadium
- 0,7 à 1,5 % de niobium
- jusqu'à 0,3 % de silicium
- jusqu'à 0,03 % de soufre
- jusqu'à 0,025 % de phosphore
- Cette nuance, dans des conditions sévères de fonctionnement (haute température supérieure à 800° et alternances nombreuses dans le domaine des précipitations des carbures entre 600 et 850°), sera sujette à des précipitations importantes de carbonitrures secondaires type M₂₃ (C,N)₆ qui affecteront la résistance à l'oxydation, à la corrosion, en générant des zones déchromisées inter ou ultragranulaires, ainsi que ténacité et ductilité du matériau.
- En conséquence, pour des pièces mécaniques soumises à des efforts mécaniques ainsi qu'à des températures et gradients de températures importants, dans une atmosphère particulièrement corrosive, on ne dispose que de matériau plus ou moins convenables mais surtout très onéreux quand leurs caractéristiques techniques sont meilleures.
- Il apparaît donc qu'il existe un besoin pour un acier présentant à la fois une bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion et de bonnes caractéristiques mécaniques, à des températures supérieures à 800°C, en particulier dans l'intervalle 800-900°C. Outre son aspect technique, l'acier doit également satisfaire à des critères économiques. Il est en effet nécessaire que le prix et la mise en oeuvre de l'acier précité conduisent à une solution dont le coût global soit moins élevé que celui des aciers actuellement disponibles.
- L'objectif de la présente invention est de remédier aux inconvénients des matériaux connus jusqu'alors.
- A cette fin, l'objectif de l'invention est de fournir un acier pouvant être employé à haute température et dans une atmosphère corrosive.
- Un autre objectif est de fournir un acier présentant à la fois des caractéristiques mécaniques convenables associées à une meilleure résistance aux agents corrosifs.
- Un troisième objectif est de fournir un procédé pour l'obtention dudit acier et la réalisation de pièces mécaniques telles que par exemple des soupapes, conduisant à un compromis entre des caractéristiques mécaniques adaptées à leur utilisation à haute température dans une atmosphère corrosive et un coût modéré.
- Ces objectifs ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteints à l'aide d'un acier austénitique caractérisé en ce qu'il comprend notamment (% en poids) :
- une teneur en carbone inférieure à 0,4%,
- une teneur en chrome supérieure à 22%,
- un ou plusieurs éléments carburigènes choisis parmi le groupe constitué du niobium, du titane, du tungstène, du molybdène et du vanadium, dont la teneur est inférieure à 2,5%,
- 4 à 15% de nickel,
- 2 à 10 de manganèse,
- 0,40 à 0,60% d'azote,
- l'équilibre de l'ensemble des constituants étant tel que la structure austénitique obtenue soit totalement monophasée.
- L'invention a également pour objet un procédé pour l'obtention dudit acier austénitique, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser sur l'acier selon l'invention, une mise en solution des constituants à une température comprise 1000°C et 1230°C suivie d'un refroidissement rapide.
- Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le procédé consiste de plus à réaliser un traitement de stabilisation de la structure à une température comprise entre 720 et 860°C pendant 1 à 50 heures.
- Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel donné à titre d'exemple illustratif mais non limitatif.
- Etant donné le domaine de températures élevé dans lequel est destiné à être employé cet acier austénitique, la structure de celui-ci doit être aussi stable que possible. De plus, cette stabilité doit être conservée même lorsque l'acier est soumis à des gradients de températures importants comme précités.
- Dans les aciers austénitiques réfractaires contenant du carbone et du chrome, on observe fréquemment la précipitation de carbures de chrome, intra ou intergranulaires parallèlement à des variations de températures importantes. Ainsi, pour atteindre notre objectif, à savoir obtenir un acier présentant une structure stable à haute température, la précipitation des carbures de chrome doit être limitée au maximum ; celle-ci engendre en effet une certaine fragilisation de l'acier par abaissement de la ductilité et une certaine détérioration de la résistance à la corrosion et à l'oxydation.
- On constate les mêmes effets pour les précipitations des phases intermétalliques telles que la phase sigma. Cette phase est très riche en éléments alphagènes tels que le chrome et le molybdène. Ces précipitations peuvent être à l'origine d'une détérioriation très conséquente au niveau de la résistance aux agents corrosifs dans les zones contigües aux précipités en appauvrissant ces zones en éléments d'alliages. Or, ces derniers permettent d'assurer une bonne résistance mécanique.
- En outre, la présence de phases intermétalliques dures détériorent ductilité et ténacité du matériau ainsi que la résistance à l'oxydation et aux agents corrosifs.
- Toutes ces contraintes liées aux conditions d'utilisation limitent considérablement le nombre de compositions métallurgiques possibles et il n'était donc pas évident de déterminer la nature et les proportions des constituants permettant de satisfaire aux objectifs de l'invention et résoudre le problème de résistance à haute température.
- L'acier conforme à l'invention répond aux exigences précitées.
- L'acier austénitique selon l'invention contient du chrome en une quantité supérieure à 22% en poids et comprise de préférence entre 24 et 26% en poids. Cette teneur en chrome plus importante que celle des aciers austénitiques usuels, permet d'améliorer la résistance à l'oxydation et aux agents corrosifs.
- L'acier austénitique conforme à l'invention comprend également des éléments carburigènes tels que le molybdène, le tungstène, le vanadium le niobium et le titane. Leur teneur est de préférence inférieure à 2,5% en poids. Ces éléments conduisent à la formation de carbures stables, tout au moins dans le domaine des températures considéré et évite la formation de carbures de chrome. Les phases que forment ces éléments (carbures "primaires") durcissent la matrice, ce qui permet d'assurer une bonne rigidité à chaud. De plus, ces carbures "primaires" piègent une partie du carbone ce qui restreint avantageusement la quantité de carbone disponible pour former des carbures "secondaires" au chrome, de type M₂₃C₆. Leur teneur limitée est avantageuse car ces carbures "secondaires" fragilisent la structure et diminue les résistances à l'oxydation et à la corrosion.
- De surcroît, l'acier austénitique selon l'invention comprend une faible teneur en carbone. Celle-ci est inférieure à 0,4% et comprise de préférence entre 0,2 et 0,4%. Cette faible teneur est avantageuse en ce sens qu'elle permet de restreindre encore la quantité de précipitations de carbures.
- Il résulte du piégeage du carbone par les carbures "primaires" et de la faible teneur en carbone de l'acier austénitique selon l'invention, une amélioration importante des caractéristiques mécaniques et de résistances à l'oxydation et à la corrosion.
- L'acier austénitique selon l'invention contient une teneur en azote élevée, comprise de préférence entre 0,40 et 0,60 % en poids.
- La teneur en nickel est, quant à elle, comprise entre 4 et 15% en poids, de préférence entre 8,5 et 12%.
- La composition de l'acier selon l'invention comprend également du manganèse, entre 2 et 10% en poids.
- La teneur en azote élevée et l'ajustement des teneurs en nickel et en manganèse contribuent à la stabilité de l'austénite.
- Du silicium, du soufre et du phosphore sont également présents en quantités très faibles, respectivement jusqu'à 0,25%, 0,025% et 0,030% en poids. Enfin, le fer et les impuretés classiques complètent à 100% la composition.
- Une composition typique d'un acier selon l'invention peut être la suivante (% en poids) :
- 0,20 à 0,40 % de carbone
- 24 à 26 % de chrome
- 0,2 à 1,2 % de niobium
- 0,2 à 1,2 % de tungstène
- 0,2 à 1,2 % de molybdène
- 0,2 à 1,2 % de vanadium
- 0,40 à 0,60 % d'azote
- 4 à 8 % de manganèse
- 8,5 à 12 % de nickel
- jusqu'à 0,25 % de silicium
- jusqu'à 0,025 % de soufre
- jusqu'à 0,030 % de phosphore
- le fer et les impuretés traditionnelles constituant le complément à 100 %.
- Selon une variante préférentielle, un acier austénitique conforme à l'invention comprend (% en poids) :
- 0,35 à 0,38 % de carbone
- 24 à 26 % de chrome
- 0,40 à 0,60 % de niobium
- 0,65 à 0,80 % de tungstène
- 0,65 à 0,80 % de molybdène
- 0,40 à 0,60 % de vanadium
- 0,45 à 0,55 % d'azote
- 4 à 6 % de manganèse
- 8,5 à 11 % de nickel
- jusqu'à 0,25 % de silicium
- jusqu'à 0,010 % de soufre
- jusqu'à 0,030 % de phosphore
- Les caractéristiques mécaniques ainsi que la résistance à l'oxydation et aux agents corrosifs sont également liées au traitement que subit l'acier. En effet, pour obtenir les caractéristiques optimales de l'acier conforme à l'invention, il est nécessaire de le soumettre à des traitements thermiques spécifiques.
- Ainsi, le procédé conforme à l'invention consiste à réaliser deux ou trois opérations subséquentes à la fabrication propre de l'acier de composition précitée.
- Au cours de la première étape, on réalise sur l'acier obtenu selon une méthode classique, la mise en solution des différents constituants.
- Cette étape est suivie d'un refroidissement rapide consistant en un traitement d'hypertrempe à l'air ou plus rapide selon la taille du produit.
- Enfin, d'une manière optionnelle, on effectue un traitement de stabilisation.
-
- Toutes ces compositions, après hypertrempe depuis 1000° ou température supérieure, conduisent à des structures austénitiques totalement monophasée, sans trace de ferrite delta, quelle que soit la température de traitement tout au moins jusqu'à 1200°C.
- L'influence de la température de mise en solution sur la microstructure des aciers selon l'invention ainsi que sur les caractéristiques mécaniques a été étudiée. Les résultats sont donnés dans le tableau II pour les caractéristiques à température ambiante et dans le tableau III pour les caractéristiques à haute température.
- Par chauffage à 1070/1080°C, la totalité des carbures ou carbonitrures de chrome, de type M₂₃(C,N)₆ est solubilisée. En outre, il subsiste au sein de la matrice hypertrempée un squelette de carbures primaires insolubles à ces températures.
- Lorsque la mise en solution des constituants est réalisée vers 1120°C on observe que, pour l'acier de référence T, qui possède une teneur en carbone plus importante que celle des aciers selon l'invention, la taille du grain commence à croître dans les espaces les moins carburés. Au contraire, dans les exemples à faible teneur en carbone, une microstructure relativement fine est conservée. Non seulement la taille du grain est fine mais l'on note également un certain affinage du faciès cristallin des carbures primaires.
- A des températures plus élevées, supérieures à 1150°C par exemple, le grain grossit.
- Enfin, au-delà de 1230°C, il apparaît un risque de brûlure.
- En conséquence, la température de mise en solution des constituants est comprise entre 1000 et 1230°C. Celle-ci se situe avantageusement dans l'intervalle 1080-1150°C. Selon un mode de réalisation préférentiel, la mise en solution est effectuée à 1120°C pendant une heure ou moins.
- Le second traitement thermique du procédé selon l'invention consiste à effectuer un traitement de "stabilisation", appelé encore traitement de "vieillissement" à une température comprise entre 720 et 860°C et dont la durée varie de 1 à 50 heures. Il est de préférence réalisé à une température comprise entre 750 et 860°C pendant 5 à 20 heures.
- Ce traitement contribue à l'affinage de la structure micrographique, en apportant une homogénéité certaine dans la répartition et la taille des précipités. Il permet également de parachever l'évolution de la structure obtenue par le traitement thermique précédent.
- L'effet de ce traitement est d'autant plus favorable que le traitement de mise en solution précédent est réalisé à des températures situées dans le domaine inférieur de l'intervalle précité, à savoir à des températures inférieures à 1150°C. Ainsi, selon un mode de réalisation préférentiel, le traitement de mise en solution est réalisé à une température de 1120°C pendant une heure et le traitement de stabilisation est réalisé à une température comprise entre 750 et 860°C pendant 5 à 20 heures. Ces conditions permettent de ne pas affecter la ductilité du métal par une chute brutale de l'allongement et de la striction. En tout état de cause, cet effet est nettement moins marqué pour les aciers selon l'invention que pour les aciers classiques plus carburés.
- Selon le mode de réalisation préférentiel précité, dans lequel la mise en solution des constituants est réalisée à environ 1120°C, on obtient la solubilisation quasi complète des carbures ou carbonitrures secondaires de chrome de type M₂₃(C,N)₆ conjointement à une stabilisation des carbures primaires formés à partir des éléments carburigènes.
- Ces effets combinés de solubilisation complète des carbures secondaires et de stabilisation des carbures primaires sont particulièrement avantageux car la structure à grains fins engendrée permet de retarder la précipitation des carbures ou carbonitrures secondaires lorsque l'acier est soumis à des températures élevées en cours d'utilisation. Or, cette précipitation intergranulaire est fragilisante. De surcroît, le choix délibéré d'une basse teneur en carbone contribue à diminuer la densité des précipitations, qui se trouvent ainsi réparties sur une surface de joints très importante.
- Pour obtenir des pièces mécaniques à base de l'acier selon l'invention, les opérations thermiques décrites précédemment sont de préférence effectuées après la mise en forme de la pièce à fabriquer afin que cette dernière ne vienne affecter l'efficacité desdites opérations thermiques auxquelles sont étroitement liées les caractéristiques finales de la pièce. Néanmoins, l'homme de métier pourra choisir de réaliser la mise en forme de la pièce postérieurement à l'une ou à l'ensemble de ces opérations selon les conditions d'élaboration de ladite pièce. Cette mise en forme est effectuée à l'aide de toute méthode métallurgique telle que par exemple formage, laminage, matriçage, extrusion, etc...
- Selon ce procédé, on peut par exemple obtenir des soupapes présentant des caractéristiques mécaniques ainsi qu'une résistance aux agents corrosifs améliorée et plus économiques que les solutions actuellement employées.
- Afin de mettre en évidence les avantages des aciers austénitiques conformes à l'invention et de leur procédé de fabrication, des tests mécaniques et de résistance à l'oxydation et à la corrosion ont été effectués.
- Les essais de fluages sont réalisés à 815°C température qui correspond sensiblement à la température de fonctionnement d'un moteur à hautes performances et donc à laquelle sont soumises par exemple des soupapes d'échappement.
-
- Ce tableau montre qu'en fonction de la température de mise en solution, 1080 ou 1120°C, les valeurs σ donnant 1% de déformation en 100 heures augmentent. Cette augmentation est d'autant plus nette que la teneur en chrome dans la composition de l'acier selon l'invention augmente, les teneurs en éléments carburigènes étant fixes.
- Par ailleurs, on remarque que la teneur en carbone n'a pas d'effet important sur la limite de fluage. En outre, la teneur en azote élevée et l'ajustement des teneur en nickel (ex : E, F, G) garantissent la stabilité de l'austénite.
- Le test a été réalisé sur des aciers selon l'invention après mise en solution à 1080 ou 1120°C.
- La méthode expérimentale utilisée est celle des normes ASTM G1 et ASTM G54,
- A 872°C, l'essai ASTM impose une durée d'exposition de 100 heures.
- La perte de poids est déterminée en dissolvant la calamine formée jusqu'au métal sain dans la solution décapante à base d'acide nitrique et d'acide fluorhydrique dans les proportions suivantes :
HN0₃ 25% + HF 7% + H₂O 68% (% en poids)
- La perte de poids mesurée est celle qui correspond au point de rencontre des deux courbes relatives l'une à l'enlèvement de la couche de calamine, la seconde à la dissolution de la couche métallique sous-jacente, riche en éléments réducteurs tels que le chrome, le silicium, le molybdène, ...
-
- Ces résultats montrent que le comportement des aciers austénitiques selon l'invention est très différent de celui de l'acier de référence (T). En effet, la couche de calamine adhère fortement à l'acier pour les compositions selon l'invention alors qu'au contraire, pour l'acier de référence, elle est très friable.
- De plus, l'acier de référence est violemment attaqué par la solution nitro-fluorhydrique. Dans ce cas témoin, la solution décapante employée est donc une solution au sulfate ferrique.
- Les conditions choisies sont les suivantes :
- a) oxyde de plomb PbO à 917°C pendant 1 heure
- b) mélange sulfate de sodium Na₂SO₄ 90% et chlorure de sodium NaCl 10% pendant 1 heure.
- Ces conditions correspondent à des environnements caractéristiques de moteur ; essence contenant des additifs plombifères dans le premier cas, et moteur diesel en milieu marin dans le deuxième cas.
-
- Ces tableaux montrent le très bon comportement de tous les aciers testés.
- L'acier austénitique selon l'invention présente des caractéristiques mécaniques à haute température fortement améliorées, en particulier de résistance au fluage en comparaison de l'acier de référence (T) du type W.1.4882. Cet acier présente également une très bonne résistance à l'oxydation et aux agents corrosifs dans des conditions d'utilisation très sévères.
- En outre, ces caractéristiques sont obtenues parallèlement à une faible augmentation du coût.
- Le procédé selon l'invention permet quant à lui d'atteindre les valeurs optimales des caractéristiques précitées.
- Enfin, l'invention permet la fabrication de pièces pouvant être utilisées dans des conditions très sévères de température et de milieu corrosif.
- Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation ci-dessus décrit pour lequel on pourra prévoir des variantes sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
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