FR2485040A1 - Acier inoxydable austenitique resistant a l'abrasion - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN ACIER INOXYDABLE AUSTENITIQUE POSSEDANT UN TRES GRAND TAUX D'ECROUISSAGE, UNE EXCELLENTE RESISTANCE A L'ABRASION, UNE RESISTANCE ELEVEE AVEC UNE BONNE DUCTILITE ET UNE BONNE USINABILITE A CHAUD, CONSTITUE ESSENTIELLEMENT, EN POURCENTAGES EN POIDS, DE 0,015 A ENVIRON 0,10 DE CARBONE, 5,5 A ENVIRON 10,0 DE MANGANESE, ENVIRON 0,06 AU MAXIMUM DE PHOSPHORE, ENVIRON 0,06 AU MAXIMUM DE SOUFRE, ENVIRON 2,0 AU MAXIMUM DE SILICIUM, ENVIRON 12,5 A 20,0 DE CHROME, ENVIRON 1,0 A 3,5 DE NICKEL, 0,85 AU MAXIMUM DU CUIVRE, 0,15 A ENVIRON 0,30 D'AZOTE, LE RESTE ETANT ESSENTIELLEMENT DU FER, LEDIT ACIER AYANT UN FACTEUR D'INSTABILITE COMPRIS ENTRE 2,5 ET 8,5, CALCULE D'APRES L'EQUATION:FACTEUR D'INSTABILITE 37,2 - 51,25(C) - 2,59(NI) - 1,02(MN) - 0,47(CR) - 34,4(N) - 3(CU). L'ACIER S'AVERE PARTICULIEREMENT UTILE POUR LES CONVOYEURS DANS LES MINES OU POUR LES MATERIAUX, LES CHASSIS AUTOMOBILES ET DES PRODUITS SEMBLABLES EXIGEANT UNE GRANDE RESISTANCE A L'USURE ET UNE RESISTANCE RAISONNABLE A LA CORROSION.

Description

1. 2485040

La présente invention concerne un acier inoxydable austénitique d'un coût relativement faible, qui montre un taux d'écrouissage très élevé, une excellente résistance à l'abrasion, une grande solidité associée à une bonne ductilité et à une bonne usinabilité à chaud. De façon non limitative, l'acier selon l'invention est utilisable pour les convoyeurs dans les mines ou pour les matériaux, pour les structures de chassis d'automobiles et pour des applications semblables exigeant une grande résistance à l'usure et à l'abrasion avec

1o une résistance raisonnable à la corrosion.

La nouvelle combinaison de propriétés dans l'acier selon l'invention est obtenue par un équilibre critique des

proportions des éléments essentiels pour faire en sorte -

d'obtenir une stabilité austénitique dans un matériau laminé à chaud qui, par réduction drastique à froid,se transforme en une quantité déterminée de martensite de déformation avec pour

résultat une dureté, une solidité et une résistance à l'abra-

sion élevées. Les deux gammes de composition des éléments essentiels et la stabilité austénitique (telle que définie

ci-après) sont critiques dans l'acier selon l'invention.

Le brevet US 3.940.266 décrit un acier inoxydable austénitique possédant un taux d'écrouissage élevé} une bonne ténacité cryogénique et une bonne résistance à la corrosion sous tension, constitué essentiellement d'environ 0,01 à 0,06 % de carbone, d'environ Il à 14 % de manganèse, de 0,06 % au maximum de phosphore, de 0,04 % au maximum de soufre, de 1 % aurmaximum de-silicium, de 15,5 à 20 % de chrome, de 2,50 à 3,75 % de nickel, de 0,20 à 0,38 % d'azote, le reste étant du fer, à l'exception d'impuretés accidentelles. L'acier décrit dans ce brevet possède une stabilité austénitique élevée, résistant ainsi à une transformation en martensite

pendant la déformation.

Le brevet US 3.989.474 qui est une division de la demande US dont est issu le brevet US 3.940.266 revendique des articles constitués de barres, de baguettes, de fils étirés à froid et d'articles analogues à des torons ou brins, en acier inoxydable laminé à chaud, constitué essentiellement

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de 0,06 à 0,12 5 de carbone, 11 à 14 % de manganèse, jusqu'à 0,06 % de phosphore, jusqu'à'0,0-4 % de soufre, jusqu'à 1 % de silicium, de 15,5'à 20 % de chrome, 1,1 à 2,5 % de nickel, 0,20 à 0,38 d'azote, le reste étant du fer à l'exception d'impuretés accidentelles. Ces produits tels que revendiqués sont également totalement austénitiques et ont une faible

perméabilité magnétique sous la forme réduite à froid.

Le brevet US 2.778.731 décrit un acier austénitique constitué de 0,06 à 0, 15 % de carbone, 14 à 20 % de manganèse, 0,25 à 1,0 % de silicium, 17 à 18,5 % de chrome, 0,05 à 1,00 X

de nickel, 0,25 à 1,0 % d'azote, le reste étant du fer.

Le brevet GB.995.068 décrit un acier inoxydable austénitique, constitué d'une trace à 0,12 % de carbone, 5 à 8,5 % de manganèse, 2,0 % au maximum de silicium, 15,0 à 17,5 % de chrome, 3,0 à 6,5 % de nickel, 0,75 à 2,5 % de cuivre, une trace à 0,10 % d'azote, le reste étant du fer, les constituants étant ajustés pour faire en sorte que la caractéristique de formation de martensite soit inférieure à 10 % selon une formule et que la caractéristique formant la ferrite delta soit inférieure à 10 % selon une formule. La teneur en cuivre dépend de la teneur en manganèse. L'acier de ce brevet est considéré comme ayant une stabilité austénitique élevée et un

faible taux d'écrouissage en raison de l'absence de transfor-

mation en martensite pendant le travail à froid.

L'acier connu sous la dénomination "Allegheny type 211" est un acier inoxydable austénitique possédant un faible taux d'écrouissage utilisé pour les applications d'emboutissage profond. Sa composition nominale est de 0,05 % de carbone, 6,0 % de manganèse, 17,0 % de chrome, 5,5 % de

nickel, 1,5 % de cuivre, le reste étant du fer.

L'acier connu sous la dénomination "Allegheny type 205" est un acier inoxydable austénitique contenant de 0,12 à 0,25 % de carbone, 14,0 à 16, 0 % de manganèse, 0,2 à 0.,7 X de silicium, 16 à 18 % de chrome, 1,1 à 2, 0 % de nickel, 0,32 à 0,40 % d'azote, le reste étant principalement

du fer.

On trouvera d'autres descriptions d'aciers inoxy-

3 248S04 '

dàbles austénitiques ayant des teneurs en nickel relativement faibles dans les brevets US 2'.820.7'25, 3.151.979, 3.192.041

et dans le brevet GB.882.893.

Tel qu'il ressort de la technique antérieure ci-

dessus, le désir de minimiser la quantité de nickel dans des aciers inoxydables austénittques, du fait de son prix élevé, a conduit les spécialistes de la technique à le remplacer' par des quantités relativement élevées de manganèse, de cuivre, de carbone et/ou d'azote. Bien que moins coûteux que le nickel, le manganèse et le cuivre sont euxmêmes des éléments alliants relativement chers et des quantités excessives de ces éléments, particulièrement dans une combinaison, posent des problèmes de travail à chaud. A l'exception des brevetsUS 3.940.266 et 3.989.470, les aciers de la technique antérieure mentionnés ci-dessus ont généralement une faible résistance et montrent un faible taux d'écrouissage. En plus du prix, le principal problème concerne l'obtention d'une stabilité austénitique

et le maintien de la résistance à la corrosion.

L'invention a pour principal objet un acier austé-

nitique ayant des taux relativement faibles en ingrédients alliants coûteux, qui possède en même temps une grande résistance, une excellente résistance..à l'abrasion, une bonne

ductilité et une bonne usinabilité à chaud, avec une résis-

tance adéquate à la corrosion.

L'invention a encore pour objet un acier inoxy-

dable ayant une structure austénitique à la température de laminage à chaud, d'une stabilité telle qu'une très faible proportion, éventuellement,(généralement 1 % au maximum) se transforme en martensite (martensite thermique) pendant le refroidissement, mais qui par réduction à froid forme de la

martenÉite de déformation.

Les buts ci-dessus sont atteints dans l'acier selon l'invention par un équilibre critique des gammes de pourcentages des éléments essentiels, manganèse, chrome, nickel, cuivre et azote, et par un ajustage de la stabilité austénitique par un facteur d'instabilité (IF) compris entre 2, 5 et 8,5 selon l'équation:

4 248S0 40 -

IF = 37,2 - 51,25 (%C) - 2,59(%Ni)

- 1,02 (%Mn) -

- 0,47 (%Cr) - 34,4i(%N) - 3(%Cu).

En se reportant aux dessins annexés, la figure 1 représente un diagramme de constitu-

tion montrant les gammes de composition en termes d'équiva-

lent nickel par rapport à l'équivalent chrome; et la figure 2 est une représentation graphique du rapport entre le facteur d'instabilité et le pourcentage

de ferrite et/ou de martensite.

Conformément à l'invention, on fournit un acier inoxydable austénitique possédant une grande résistance, une résistance supérieure à l'abrasion, une bonne usinabilité à chaud, une bonne ductilité et un taux d'écrouissage élevé, constitué essentiellement, en pourcentages en poids, de 0,015 à 0,10 % de carbone, 5,5 à 10,0 % de manganèse, 0,06 % au maximum de phosphore, 0,06 % au maximum de soufre, 2,0 % au maximum de silicium, 12,5 à 20,0 % de chrome, 1,0 à 3,5 % de nickel, 0,85 % au maximum de cuivre, 0,15 à 0,30 % d'azote, le reste étant essentiellement du fer, ledit acier ayant un facteur d'instabilité compris entre 2,5 et 8, 5, selon l'équation:

Facteur d'instabilité = 37,2 - 51,25 (%C) -

2,59 (%Ni) - 1,02 (%Mn) - 0,47 (%Cr) - 34,4 (%N)-

3(%Cu).

Les gammes de pourcentages et les proportions des éléments essentiels, manganèse, chrome, nickel, cuivre et azote, sont critiques à tous points de vue, et tout écart d'avec ces valeurs résulte en une perte 'd'une ou plusieurs

des propriétés désirées.

Bien que moins critiques, les gammes de carbone et de silicium sont néanmoins importantes pour obtenir la

combinaison désirée des propriétés.

Le manganèse est essentiel pour remplacer partiel-

lement le nickel comme formateur et stabilisant d'austénite.

Un minimum de 5,5 % de préférence de 6,0 % et avantageusement dé 7,0 % est nécessaire à cet effet. Un maximum de 10 %, de

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préférence de 9,0 % et avantageusement de 8,5 % de manganèse doit être maintenu, car des teneurs plus élevées réduisent

le taux d'écrouissage et par conséquent les taux de résistan-

ce.,'De plus une haute teneur en manganèse associée à des teneurs en cuivre relativement élevées crée des problèmes

de travail à chaud.

Le chrome est essentiel pour son rôle usuel d'impartir la résistance à la corrosion et un minimum de 12,5 % de préférence de 13,0 % et avantageusement de 14,75 %

1o est essentiel à cet effet. Un maximum de 20,0 %, de préfé-

rence de 17,0 % et avantageusement de 15,50 %,doit être maintenu pour équilibrer le potentiel de formation de ferrite par rapport au potentiel de formation d'austénite

des éléments carbone, manganèse, nickel, cuivre et azote.

De plus, le chrome au-delà du maximum préféré de 17,0 % et certainement au-delà du maximum très large de 20,0 %, abaisse le taux d'écrouissage et la résistance qui peuvent

être obtenus dans les conditions de travail à froid.

Le nickel est essentiel comme formateur d'austénite, et un minimum large et préféré de 1i0 % et un minimum

avantageux de 1,5 % sont nécessaires pour cette action.

Un maximum de 3,5 %, de préférence inférieur à 3,0 % et avantageusement de 2,5 % ne doit pas être dépassé, par suite de l'effet contraire des taux de nickel plus élevés sur les taux d'écrouissage et de résistance. Il est en outre souhaitable de maintenir la teneur maximale en nickel au plus

faible niveau possible en raison de son prix élevé.

Le cuivre est essentiel pour le remplacement

partiel du nickel et un minimum préféré de 0,5 % et avanta-

geusement de 0,6 % doit être maintenu. Cependant, un maximum

de 0,85 % doit être observé, car le cuivre réduit considéra-

blement le taux d'écrouissage et pose des problèmes de travail

à chaud lorsqu'il est associé à de hautes teneurs en manganèse.

De plus, pour les produits fabriqués utilisables dans l'indus-

trie laitière, on pense généralement que des teneurs en cuivre supérieures à environ 0,85 % contaminent le lait.,

L'azote est essentiel pour son potentiel de forma-

6 248564Q

tion d'austénite élevé, et un-.minimum large et préféré de 0,15 %, avantageusement de 0,18:%, est nécessaire à cet égard. En outre, un minimum de 0,15 % d'azote fournit une résistance améliorée à la corrosion par piqûre. Un maximum de 0,30 %, de préférence de 0,25 % et avantageusement de 0,22 %, doit être observé pour maintenir l'équilibre entre

les éléments équivalents du nickel et les éléments équiva-

lents du chrome quant aux tendances à former de l'austénite

et de la ferrite.

Le carbone est également un puissant formateur d'austénite, et un minimum de 0,015 %-, de préférence et avantageusement de 0,02 %, est souhaitable à cet égard. Un

maximum de 0,10 %, de préférence de 0,06.;% et avantageuse-

ment de 0,05 %, doit être observé, car le carbone à une teneur dépassant ces taux nuit à la résistance à la corrosion

intergranulaire et par piqûre.

Le silicium est un puissant formateur de ferrite, et un large maximum de 2,0 %, de préférence de 1,0 % et avantageusement de 0,75 %,doit être observé afin d'éviter

la rupture de l'équilibre austénite-ferrite.

Le phosphore et le soufre sont présents en. tant qu'impuretés normales, et un maximum large et préféré de 0,06 % de chacun de ces éléments, et avantageusement de

0,04 %, peut être toléré sans effets contraires.

En conséquence, un acier préféré selon l'invention est constitué essentiellement, en pourcentages en poids, de 0,02 à 0,06 % de carbone, 6, 0 à 9,0 % de manganèse, 0,06 % au maximum de phosphore, 0,06 % au maximum de soufre, 1,0.% au maximum de silicium, 13,0 à 17,0 de chrome, 1,0 à moins de 3,0 % de nickel, 0,5 à 0,85 X de cuivre, 0,15 à 0,25 % d'azote, le reste étant essentiellement du fer, l'acier ayant un facteur d'instabilité compris entre 2,5 et 8,5 calculé d'après l'équation du facteur d'instabilité indiquée ci-dessus. Un acier spécialement préféré selon l'invention est constitué essentiellement, en pourcentages en poids, de 0,02 à 0,05 % de carbone, 7,0 à' 8,5 % de manganèse, 0,04 % au maximum de phosphore, 0,04 % au maximum de soufre, 0,4 à a

7 2485040

0,75 % de silicium, 14,75 à 15,50 % de chrome, 1,5 à 2,5 % de nickel, 0,6à 0,75 % de cuivre, 0,18 à 0,22 % d'azote,

le reste étant essentiellement du fer, l'acier ayant un fac-

teur d'instabilité compris entre 2,5 et 8,5 calculé d'après l'équation du facteur d'instabilité indiquée ci-dessus, et ayant un équivalent de nickel compris entre 12 et 15 calculé

d'après l'équation: -

Equivalent de nickel = %Ni + 30(%C) 0,5(%Mn) + 30(%N) + 0,5(%Cu), et un équivalent de chrome compris entre 14 et 17 calculé d'après l'équation: Equivalent de chrome = %Cr + %Mo +

1,5(%Si) + 0,5(%Cb).

Le facteur d'instabilité est un calcul quantitatif qui indique la tendance des microstructures austénitiques à se transformer en martensite de déformation avec un travail à froid. A cet égard,il est évident qu'une microstructure ferritique ne se transforme pas en martensite par travail à froid. Comme on le verra ci-après grâce aux résultats des tests, le facteur d'instabilité doit être compris entre 2,5 et 8,5 pour obtenir un taux d'écrouissage élevé. Il existe une corrélation entre le facteur d'instabilité et la quantité de ferrite et de martensite thermique à l'état laminé et

recuit à chaud, désignée ici par l'indice de ferrite (FN).

On peut également quantifier la stabilité austénitique au moyen d'un diagramme de Schaeffler modifié dans lequel l'équivalent nickel est porté en fonction de l'équivalent chrome, de façon à prédire au moins qualitativement les

phases présentes.

La figure 1 des dessins annexés est un diagramme

de constitution qui est un diagramme de SUhaeffler modifié.

Bien que le diagramme de Schaeffler ait été développé pour prédire-les micro-structures de soudures, on a trouvé qu'il existait une bonne corrélation dans l'acier selon l'invention quant aux micro-structures à l'état forgé et recuit. Les compositions préférées et particulièrement préférées des aciers selon l'invention sont incluses dans la surface ABCD de la figure l, et sont donc soit une phase totalement

8 2485040

austénitique, soit des phases austénitiques et martensitiques mixtes.

La figure 2 des dessins annexés est une représen-

tation graphique de la relation entre le facteur d'instabili-

té calculé d'après l'équation ci-dessus et l'indice de ferrite (ferrite plus martensite thermique) à l'état forgé et recuit. On notera que l'indice de ferrite augmente

vivement pour un facteur d'instabilité d'environ 8,2,indi-

quant ainsi une micro-structure double d'austénite et de martensite. On a trouvé qu'un travail à froid drastique avec des réductions supérieures à 50 % et inférieures à 60 % ne donne pas des taux de résistance substantiellement plus

élevés pour un taux relativement élevé de martensite ther-

mique. Un'indice de fertite supérieur à l'état forgé et

recuit n'entraîne pas un écrouissage plus rapide de l'austé-

nite, mais la plus grande proportion de martensite dans la condition recuite réduit la ductilité de l'acier, rendant ainsi difficile un travail à froid. C'est pourquoi on doit observer un facteur d'instabilité maximum de 8,5. Comme on peut s'y attendre,un indice de ferrite plus élevé à l'état forgé et recuit donne un taux de résistance supérieur, mais seulement aux dépens de la ductilité. Pour obtenir un meilleur équilibre de la résistance et de la ductilité à l'état forgé et recuit, le facteur d'instabilité doit-être de préférence

compris entre 5,0 et 8,2 et l'indice de ferrite entre 1 et 2.

On a trouvé que des augmentations des teneurs en nickel, chrome, manganèse plus azote, ou cuivre ont tendance

à abaisser le taux de résistance et à améliorer la ductilité.

On pense que ceci serait du à un facteur d'instabilité plus faible (et par conséquent un indice de ferrite plus faible également), avec une diminution correspondante d'écrouissage. Le nickel et le manganèse plus l'azote exercent le plus grand effet quant à la diminution de la résistance. En ce qui concerne le taux d'écrouissage, sur une base de pourcentage en poids, le cuivre exerce le plus grand effet quant à la diminution du taux d'écrouissage, suivi dans un ordre décroissant du nickel, du chrome et du

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manganèse. Une addition de 0,5--% de cuivre est à peu près aussi efficace que 1,5 % de nickel, 3 % de chrome ou 4 % de manganèse pour réduire les taux de résistance et le degré

de déformation martensitique produite au travail à froid.

Les observations ci-dessus sont confirmées par une série de lots d'essais qu'on a préparés, réalisés et examinés. On a étudié l'effet des variations des teneurs en nickel, chrome, manganèse plus azote, et cuivre, dans et en dehors des gammes prévues pour ces éléments dans l'acier selon l'invention. Les compositions de lots d'essais sont indiquées dans le Tableau I avec les calculs du facteur d'instabilité, de l'équivalent chrome et de l'équivalent nickel selon les équations ci-dessus. Les propriétés des lots d'essais du Tableau I à l'état laminé à froid et recuit sont résumées dans le Tableau Il. Dans un but de comparaison, on a examiné simultanément des échantillons commerciaux d'aciers AISI types 301 et 304, c'est-à-dire selon l'Institut Américain du fer et des aciers (dénommés ci-après aciers AISI)

dans des conditions identiques.

On a fondu les lots d'essais et versé dans des lingots, puis laminé à chaud à partir de 12600C jusqu'à une

épaisseur de 2,5 mm et recuit à 10930C. on a réduit l'épais-

seur des échantillons par laminage à froid de 50 % jusqu'à 1,3 mm et recuit à 1093oC. Les résultats des tests sont rapportés dans le Tableau Il pour des échantillons recuits de 1,3 mm d'épaisseur. On a àlors soumis des échantillons de matériau laminé et recuit de 2,5 rmm à différents degrés de réduction à froid. Plus spécifiquement, on a réduit une série à froid de 50 % jusqu'à une épaisseur de 1,3 mm, recuit

à 10930C, décapé, puis de nouveau réduit à froid de 20 % jus-

qu'à une épaisseur de 1,0 mm. On a réduit à froid de % une autre série d'échantillons jusqu'à une épaisseur de 1,7 mm, recuit à 10930C, décapé, puis de nouveau réduit à froid de 40 % jusqu'à une épaisseur de 1,0 mm. On a enfin réduit à froid de 60 % une autre série d'échantillons jusqu'à

une épaisseur de 1,0 mut.

On a soumis des échantillons réduits à froid de 20,

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et 60 % à des essais d'écrouissage, alors qu'on a soumis des échantillons recuits, réduits à froid de 50% à des essais de traction, des essais d'aptitude au formage en coupe Olsen

et à des évaluations de résistance à la soudure à l'électro-

de réfractaire dénommée ci-après soudure GTA et d'aptitude au formage. Dans un but de comparaison,on a également soumis des échantillons d'aciers AISI types 301 et 304 à des essais

d'écrouissage dans les mêmes conditions. Les essais d'écrouis-

sage sont résumés dans le tableau III et les propriétés méca-

niques des soudures GTA sont rapportées dans le tableau IV.

D'après les données du Tableau II, il est évident que les aciers selon l'invention ayant un indice de ferrite

de 1,0 montrent des résistances supérieures à celles des a-

ciers de types 301 et 304 et font preuve d'une aptitude au

formage dans l'essai à la coupe Olsen pratiquement équiva-

lente à celle des aciers des types 301 et 304. Dans le cas d'indices de ferrite supérieurs à 1, la résistance augmente,

mais la ductilité et la formabilité diminuent.

Les essais d'écrouissage du tableau III montrent que le taux d'écrouissage des aciers selon l'invention est substantiellement supérieur à celui des types 301 et 304,

Dans certains cas, on observe des duretés Rockwell C voisi-

nes de 50 pour les aciers selon l'invention, après une réduc-

tion à froid de 60% environ. Les aciers selon l'invention qui ont un indice de ferrite égal à 1 dans l'état réduit à froid et recuit atteignent des taux de résistance bien supérieurs à ceux des alliages classiques, approchant les taux d'aciers durcissables par précipitation, traités à chaud, lorsqu'ils

sont soumis à une réduction à froid supérieure à 50%.

Les soudures autogènes GTA rapportées dans le

tableau IV ont des indices de ferrite tout à fait compara-

bles à ceux du métal de base recuit.Les lots d'essais avec

des indices de ferrite élevés montrent des taux de résistan-

ce élevés et une faible ductilité et aptitude au formage.Mê-

me certains lots d'essais avec des indices de ferrite faibles

montrent des pertes de ductilité lorsque le facteur d'insta-

il 2485040 bilité est supérieur à 8,0. Avec. un faible indice de ferrite et un facteur d'instabilité inférieur à 8, les soudures faites sur des aciers selon l'invention ont des résistances et des aptitudes au formage comparables aux valeurs du métal de base. On a en outre préparé des lots d'essais d'aciers selon l'invention qu'on a ensuite soumis à des essais de résistance à l'abrasion. Dans un but de comparaison, on a soumis aux mêmes essais des échantillons d'acier au carbone,

des aciers AISI de types 301 et 304, et un acier correspon-

dant au brevet US.3.940.266 mentionné ci-dessus (commercialisé sous la dénomination "Nitronic 331"). Les compositions de ces aciers sont rapportées dans le Tableau V. On a effectué plusieurs séries d'essais d'abrasion dont les résultats sont rapportés dans les Tableaux VI à IX. Dans le tableau VI, les aciers selon l'invention sont dans l'état laminé à froid, alors que dans les Tableaux VII à IX, les aciers selon

l'invention sont dans l'état laminé à chaud et recuit.

L'essai rapporté dans le Tableau VI utilisant un gravier de la taille d'un petit pois (séries 1 et 2) était un essai très abrasif avec des effets de corrosion seulement légers. Les essais du Tableau VI (série 3) et des Tableaux VII et VIII, utilisant un minerai de phosphate, associaient des effets d'abrasion et de corrosion. L'essai au malaxeur du Tableau IX, utilisant une suspension humide de phosphate, simulait des conditions de service dans untube de drague en raison de la vitesse:élevée de la suspension et du système ouvert. Dans le tableau VI, la résistance relative à l'usure desaciers selon l'invention est de 2,8 à 3,9 fois

celle de l'acier au carbone et est substantiellem nt supé-

rieure à celle du Nitronic 33 dans les essais au gravier de la taille d'un petit pois. Dans l'essai avec la suspension de phosphate du Tableau VI, les aciers selon l'invention sont au moins 4 fois meilleurs que l'acier au carbone et montrent

une supériorité de 78 % par rapport au Nitrontc 33.

Dans l'état recuit tel que rapporté dans le

12 2485040

Tableau VII, on observe une diminution de la résistance relative à-l 'usure, des aciers selon l'invention par rapport à l'acier au carbone. Malgré cela, l'acier selon l'invention a une résistance relative à l'usure trois fois supérieure à celle de l'acier du carbone et de 60 % supérieure à celle du Nitronic 33. Il est possible que le nouvel état recuit ait subi pendant ces essais un processus d'usure supérieur

à la vitesse d'usure à l'état stable.

Dans le tableau VIII, des essais comparatifs

directs ont été faits avec des aciers inoxydables seulement.

L'acier selon l'invention montre une légère supériorité sur l'acier type 304 et le Nitronic 33. Dans le Tableau VIII, on a également examiné un alliage à hautes teneurs en cuivre et en nickel à titre de comparaison, et on l'a utilisé en lui donnant la valeur de référence 1,0. A la fin de l'essai, l'acier selon l'invention montrait une résistance à l'abrasion de 17 X supérieure à celle dé l'alliage de référence à

hautes teneurs en nickel et en cuivre.

Dans l'essai du Tableau IX, les conditions se montraient beaucoup plus érosives pour l'acier au carbone dans toutes les séries, o les essais étaient effectués dans des conditions sévères, de Configurations de palettes, de vitesses et de temps de malaxage. Alors que l'acier selon l'invention se montre inférieur au Nitronic 33 et à l'alliage à hautes teneurs en nickel et en cuivre, dans deux séries, les résultats cumulatifs des 5 séries indiquent que l'acier selon l'invention est supérieur au Nitronic 33 et pratiquement

égal à l'alliage à hautes teneurs en nickel et en cuivre.

L'importante supériorité des trois aciers inoxydables sur

l'acier au carbone dans le tableau IX est tout à fait évidente.-

Il est évident que l'acier selon l'invention a donc une résistance relativ'e à l'usure, aussi bien dans l'état laminé à chaud que dans l'état laminé à chaud et recuit, au moins 2,5-fois supérieure à celle de l'acier au carbone et qu'il se montre supérieur en tout à l'ensemble

des aciers examinés.

Pour un taux de ductilité donné (mesuré en

13 2485040

pourcentage d'allongement), les aciers selon l'invention montrent à l'état écroui une dureté bien supérieure à celle

des aciers classiques de la série 300.

La présente invention fournit donc un acier possédant une résistance élevée, une résistance à l'abrasion supérieure, une bonne ductilité et une grande vitesse de durcissement à la trempe à l'état laminé à chaud et laminé

à chaud et recuit, et une limite élastique à 0,2 %. supé-

rieure à 1379 MPa lorsqu'il est réduit à froid de plus de

50 %. Tout en étant utilisable dans une large gamme d'appli-

cations, l'acier est particulièrement utile dans la fabri-

cation des tubes de drague par soudure d'un feuillard laminé à chaud, formé en une structure cylindrique, par suite de sa résistance à l'abrasion bien supérieure à celle de l'acier au carbone actuellement utilisé pour b fabrication

des tubes de drague.

De plus, l'acier selon l'invention peut être fourni sous forme de barre, de tige et de fil ayant les compositions générales et préférées. La grande solidité et

la bonne ductilité obtenues dans l'étirage des fils fournis-

sent une nouvelle combinaison de propriétés qu!il n'était pas concevable de pouvoir atteindre dans un acier de la technique antérieure, en particulier avec des réductions

dans les surfaces transversales de plus de 50 %.

TABLEAU I

Echantillon C

1 0,025

2 0,025

3 0,025

4 0,028

* 0,028

6 0,043

7* 0,043

8 0,028

9* 0,028

0,030

11 0,030

COMPOSITIONS - POURCENTAGES EN POIDS Equiva-

lent %Mn.P Xs %si %Cr %Ni % N %Cu IF Cr

4,01 0,020 0,018 0,51 17,26 0,96 0,18 0,73 +12,8 18,2 3,95 0,020 0,018 0,48 17,21 1,75 0,18 0,71 +10,9 18,1

3,60 0,020 0,018 0,42 16,88 3,35 0,18 0,71 + 7,3 17,7

6,92 0,019 0,013 0,36 13,27 1,71 0,21 0,86 + 8,2 14,'0

6,38 0,018 0,013 0,30 16,23 1,68 0,21 0,85 + 7,5 16,9

4,70 0,020 0,015 0,39 15,35 1,71 0,.20 0,76 + 9,7 16,2

8,89 0,020 0,015 0,35 14,92 1,72 0,20 0,71 + 5,4 15,6

4,.56 0,018 0,015 0,31 14,79 1,72 0,16 0,75 +12,0 15,5

8,75 0,018 0,015 0,28 14,32 1,72 0,16 0,72 + 8,0 15,0

7,10 0,019 0,014 0,40 15,24 1,73 0,21 0;21 + 9,0 16,1

7,00 0,021 0,014 0,39 14,90 1,92 0,21 2,20 + 5,0 15,7

Equiva-

lent Ni 9,5 ,2 11,6 12,7 12,4 11,7 13,8 ,0 12,1 12,6 13,7 j-à * Adiers de l'invention 1: IF = facteur d'instabilité cc ut.. 4o o>

PROPRIETES

TABLEAU II

A L'ETAT LAMINE A CHAUD ET RECUIT

Echan- Indice de tillon ferrite * 7* 9E il 7,5 1,0 2,5 1,0 1,0 >30 1,0 1, 0 1,0 T-301 T-304 Limite élastique à 0,2 % MPa Charge limite Allongement de rupture MPa % 50,8 mm 16,0 ,0 34,0 ,0 ,5 14,0 57,0 ,0 52,0 49,5 ,5 Dureté Coupe Olsen RB/C hauteur (mm) C27,5 C21,0 B91,5 B94,5 B92,0 C42,5 B93,5 C41,0 B88,5 B96,5 B89,5 B85 B80 ,4 6,8 11,2 8,8 11,8 6,3 12,3 7,1 12,3 11,7 11,7 12,2 12,1 * Aciers de l'invention ru o ul - Travail à froid % o 19,2 ,3 56,9 o 19,2 38,9 56,6 17,6 39,.7 ,9 O- 19,2 ,3 59,1 o 18,8 ,6 56,5 o ,2 ,0 58,8 PRC

Limite élasti-

aue à 0,2% MPa 129o

TABLEAU III

)PRIETES MECANIQUES A L'ECROUISSAGE

Charge limite Allongement Dureté de rupture MPa % 50,8 mm RB/C lS00 16,0 9,.5 4,0 3,0 ,0 12,0 >5 2,5 34,0 17,0 13,5 7,0 ,0 18,0 9,0 3,5 ,5 ,0 14,0 4,0 14,0 12,0 ,0 7,0 C27,5 C48,0

C49, 0

C49,0 C21,0 C47,0 C49,5 C50,5 B91,5 C43,0 C48,5 C50,5 B94,5 C40,0 C47,0 C48,5

B92, 0

C39,5 C47,0 C48,0 C42,5 C49,5 C52,5 C53,0 Indice de ferrite >30 >30 >30 7, 5 >30 >30 >30 1,0 16,5 >30 >30 2,5 >30 >30 1,.0 11,5 >30 >30 >30 >30 >30 * Aciers de l'invention

Echan-

tillon O" a,% Nb 4% o o 4N CD TABLEAU III (page 2)

PROPRIETES MECANIQUES A L'ECROUISSAGE

Echan- Travail tillon à froid

7* 0

22,9 ,9 58,4

8 0

*17,6 39,8 57,9

9* 0

19,2 ,0 56,6

0

16,3 39,5 58,4

11 0

,8 34,8 56,8

T-301 0

T-304 * Aciers

Limite elasti-

gue à 0,2% MPa

0 201

18,5 627

,3 903

59,5 1078

de l'invention Charge limite de rupture MPa l Allongement % 50,8 mm 57,0 23,0 17,0 4,0 ,0 3,5 3;O 2,5 52,0 22,0 13,0 3,5 49,5 21,5 13,0 3,5 ,5 ,0 , 0 ,0 63,0 ,0 ,5 4,5 68,0 32,0 9,0 ,0 Dureté B93,5 C43,0 C47,5 C51,0 C41, 0 C45,0 C48,0 C48,0 B88,5 C38,5 C46,0 C47,0 B96,5 C44,5 C51,5 C53,5 B89,5 C38,0 C44,0 C48,0 B88, o C37,5 C45,0 C44,5 B70,0 C23,0 C34,5 C38,0 Indice de f errite 1,0 7,5 12,5 19,5 >30 >30 >30 >30 1,0 12,5 29,5 >30 1,0 12,5 > 30 >30 1,0 4,0 8,0 11,0 F- co o o

TABLEAU IV

PROPRIETES MECANIQUES DES SOUDURES GTA

I1, IF Echan- Limite élastique tillon à 0,2 % MPa

12,8 * 1 448

,9 2 404

7,3 3 362

8,2 4 326

7,5 5* 350

9,7 6 734

,4 7* 348

12,0 8 533

8,0 9* 302

9,0 10 372

,0 il 348 Charge ultime de rupture MPa *738 o1089 1di7 Allongement % 50,8 mm 4,0 8,5 21,0 7,0 43,5 7,0 54,5 3,0 46,0 37,0 53,0 Coupe Olsen Dauteur (mm) 3,4 4,5 ,0 7,4 ,2 4,0 11,9 4,4 11,9 9,2 12,0 Indice de ferrite 26,5 6,5 1,0 1,5 1,0 >30 1,0 >30 1,0 1,0 1,0 Aciers de l'invention 1IF = Facteur d'instabilité 0o

ECHANTILLON

Acier au carbone

(AISI 1030)

C Mn 0,34 1,14

TABLEAU V

COMPOSITIONS - POURCENTAGES EN POIDS

Si CE Ni N

0,17 - -

NITRONIC 33 0,053

Type 304 0,068

12* 0,058

13* 0,059

14* 0,056

(hautes 0,035 teneurs en Ni et en Cu) X Acier de l'invention Cu 12,93 1, 66 7,36 7,34 7,18 1,76 0,67 0,48 0,40 0,38 0,35 0,45 17,47 18,45 14,99 14, 95 14,93 17,05 3,45 8,9 0,99 1,50 1,96 4,56 0,28 0, 01 0,18 0,18 0,18 0, 14 0,56 0,55 0,56 2,48 %o 4% Co r% N

TABLEAU VI

ESSAIS D'ABRASION DANS UNE SUSPENSION HUMIDE DANS UN BROYEUR A BILLES

Conditions: 2000 ml d'eau + 200 ml de gravier de la grosseur d'un petit pois,+ 100 ml de SiO2, 42,38 m/mn, une heure, essai en double, température ambiante Résistance relative à l'usure, (acier au carbone de référence 1,0) Série 1 Période Cumulative Acier au carbone 1,0 1,0 1,0 Echantillon 12 ,4 2,9 3,9 Echantillon 13 3,8 3,0 3,4 Echahtillon 14 3,9 3, 0 3,5 Echantillon 12 3,1 Echantillon 13 2,8 Echantillon 14 2,9 Série 3 - 1800 ml d'eau + 1000 ml de minerai de phosphate - 2 heures Période Cumulative Acier au carbone 1,0 1,0 1,0 Nitronic 2,4 2,1 2,3 Echantillon 12 Echantillon 13 Echantillon 14 4,8' 4,0 4,3 4,8 3,6 4,1 4,7 3,5 4:, 0 Série 2 Période Acier au carbone 1,0 Nitronic 2,1 o. ru 4- o1' C> c%

TABLEAU VII

ESSAIS D'ABRASION DANS UNE SUSPENSION HUMIDE DANS UN BROYEUR A BILLES

Conditions : 1800 ml d'eau + 1000 ml de minerai de phosphate, 42,38 m/mn, 2 heures, essai en double, température ambiante Résistance relative à l'usure (acier au carbone de référence 1,0) Série 1 Période Climulative Acier au carbone 1,0 1,.0 1,0 Nitronic 33 19g 1,8 1,8 Echantillon 12 3,0 2,.6 2,8 Echantillon 13 2,7 2,5 2,6 Echantillon 14 2,8 2,6 2,7 Série 2 Période Acier au carbone Nitronió 33

1 1,0 2,2

2 1,0 1,8

3 1,0 1,6

Cumulative 1,0 1,86 Echantillon 12 3>7 2,-5 3,00 Echantillon 13 3,5 3,0 ' 2,93 Echantillon 14 3,4 3,2 2,5 2,91 o c) 8% CD

TABLEAU VIII

ESSAI D'ABRASION DANS UNE SUSPENSION HUMIDE DANS UN BROYEUR A BILLES

Conditions : 1800 ml d'eau + 1000 ml de minerai de phosphate, 42,38 m/mn, 2 heures, essai en double, température ambiante Résistance relative à l'usure (exemple 15 de référence 1,0) Série '1 Période Cumulative Type 304 1,4 1,2 1,2 1,25

NITRONIC 33

1,4 1,3 1,0 1,23 Echantillon 15 1,0 1,0 1,0 1,0 Echantillon 13 1,2 1,3 1, 25 Nouvelle suspension 6 heures 1,08 1,05 Série 2 Période 1,0 1,17 on C> 4%

TABLEAU IX

ESSAI AU MALAXEUR - EROSION AVEC UNE SUSPENSION HUMIDE DE PHOSPHATE

Conditions: 1000 ml de minerai de phosphate dilué à une solution de 3000 ml, essai en double, température ambiante Résistance relative à l'usure (acier au carbone de référence 1,0)

Série 1 - 18 heures..

Acier au carbone Nitronic 33 Echantillon 12 Echantillon 15

1,0 47,6 37,9 31,4

Série 2 - 2 heures, même suspension + 300 ml de Si02

1,0 20,5 10,1 14,3

Série 3 - 23 heures

1,0 62,3 63,9 117,7

Série 4 - 5 heures - nouvelle suspension - 1500 ml de minerai de phosphate, sans Si02 02 w

1,0 30,1 35,9 46,1

Série 5 - 20 heures - 1500 mi de minerai de phosphate + 300 ml Si02

1,0 26,0 61,0 50,3

Composé 1,0 34,6 44,5 45,5 %n o 4c o>

Claims (9)

REVENIYICATIONS

1. Acier inoxydable austénitique ayant une solidité élevée, une résistance à l'abrasion supérieure, une bonne

usinabilité à chaud, une bonne ductilité et un taux d'écrouis-

sage élevé, caractérisé en ce qu'il est constitué essentiel- lement, en pourcentages en poids, de 0,015 à 0,10 % de carbone, 5,5 à 10,0 % de manganèse, 0,06 % au maximum de phosphore, 0,06 % au maximum de soufre, 2, 0 % au maximum de silicium, 12,5 à 20,0 % de chrome, 1,0 à 3,5 % de nickel, 0,85 % au maximum de cuivre, 0,15 à 0,30 % d'azote, le reste étant essentiellement du fer, ledit acier ayant un facteur d'instabilité compris entre 2,5 et 8,5, calculé d'après l'équation:

Facteur d'instabilité = 37,2 - 51,25(%C) -

2,59(%Ni) - 1,02(%Mn) - 0,47(%Cr) -

34,4(%N) - 3(%Cu).

2. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement, en pourcentages en poids, de 0,02 à 0,06 % de carbone, 6, 0 à 9,0 % de manganèse, 0,06 % au maximum de phosphore, 0,06 % au maximum de soufre, 1,0 % au maximum de silicium, -13,0 à 17,0 % de chrome, 1,0 à moins de 3,0 % de nickel, 0,5 à 0,85 % de cuivre, 0,15 à

0,25 % d'azote, le reste étant essentiellement du fer.

3. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué essentiellement, en pourcentages en poids, de 0,02 à 0,05 % de carbone, 7, 0 à 8,5 % de manganèse, 0,04 % au maximum de phosphore, 0,04 % au maximum de soufre, 0,4 à 0,75 % de silicium, 14,75 à 15,50 % de chrome, 1,5 à 2,5 % de nickel, 0,6 à 0,75 % de cuivre, 0,18 à 0,22 % d'azote, le reste étant essentiellement du fer, ledit acier ayant un équivalent nickel compris entre 12 et 15, calculé d'après l'équation: Equivalent nickel = %Ni + 30(%C) + 0,5(%Mn) + 30(%N) + 0,5(%Cu), et un équivalent chrome compris entre 14 et 17, calculé d'après l'équation: Equivalent chrome = %Cr +%Mo +

1,5(%Si) + 0,5(%Cb).

24835040

4. Acier selon lV.une des revendications 2 ou 3,

caractérisé par une résistance relative à l'usure, là l'état laminé à chaud et à l'état laminé à chaud et recuit, au moins 2,5 fois supérieure à celle de l'acier au carbone

selon les tests décrits dans la description.

5. Acier selon la revendication 2 sous la forme d'un feuillard laminé à chaud et recuit, caractérisé en ce qu'il possède une microstructure austénitique, une grande résistance, une résistance à l'abrasion supérieure, une

bonne ductilité et un taux d'écrouissage élevé.

6. Acier selon la revendication 2 sous la forme

d'une tôle et d'une bande réduites à froid et recuites, -

caractérisé en ce qu'il possède une limite élastique à 0,2 % supérieure à 1379 MPa lorsqu'il est réduit de plus de 50 %

à froid, et une résistance à l'abrasion supérieure.

7. Acier selon l'une des revendications 1 ou 2,

sous la forme d'un produit fabriqué, caractérise en ce-qu'il possède une grande solidité, une résistance à l'abrasion

supérieure et une bonne ductilité.

8. Tube de drague fabriqué par soudure d'un feuillard d'acier inoxydable austénitique laminé à chaud et

formé selon la revendication 2, ayant une résistance à l'abra-

sion supérieure à celle d'un acier au carbone.

9. Acier selon l'une des revendicatiôns 1 ou 2, sous la forme d'une barre, d'une tige et d'un fil en acier inoxydable, ayant une grande solidité, une résistance à

l'abrasion supérieure et une bonne ductilité.