FR2518578A1 - WELDING COPPER ALLOY, CORROSION RESISTANT - Google Patents

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Abstract

A weldable, corrosion-resistant copper/nickel alloy having good hot workability and high tensile strength is composed of 4 to 22% nickel, up to 3% manganese, up to 3% iron, up to 0.3% silicon, up to 4% chromium, 0.005 to 0.2% carbon and 0.1 to 4% of at least one of the elements titanium, vanadium, zirconium, niobium, tantalum or hafnium, the remainder, including unavoidable impurities, being copper. This corrosion-resistant alloy is remarkable for an improved weldability and hot workability, and also a weld additive which is suitable for this purpose.

Description

La présente invention concerne un alliage cuivre-nickel, apte au soudage, résistant à la corrosion,et présentant une aptitude au soudage améliorée, un procédé pour traiter à chaud un tel alliage, ainsi qu'un métal d'apport de soudure pour ledit alliage.The present invention relates to a copper-nickel alloy, suitable for welding, resistant to corrosion, and having improved weldability, a method for heat treating such an alloy, as well as a solder filler metal for said alloy. .

Des alliages cuivre-nickel comportant environ 90 % de cuivre, et 10 % de nickel sont connus. Ils se distinguent par leur bonne résistance à la corrosion dans les milieux liquides.Copper-nickel alloys comprising about 90% copper, and 10% nickel are known. They are distinguished by their good resistance to corrosion in liquid media.

Pour l'usage en eau de mer, on ajoute du fer dans une proportion de l'ordre de 1,5 %. On exige de ces alliages une bonne aptitude au soudage. Cependant, on note toujours que ces alliages présentent une tendance à se fissurer à chaud. En outre, ils produisent parfois des déviations d'arc électrique, qui peuvent rendre inutilisables les cordons de soudure.For use in seawater, iron is added in a proportion of the order of 1.5%. These alloys are required to have good weldability. However, it is always noted that these alloys have a tendency to crack when hot. In addition, they sometimes produce arcing deviations, which can render the weld beads unusable.

On a cherché, en réduisant la proportion des éléments additionnels, en particulier le carbone, le plomb, le soufre, l'antimoine, le bismuth, le tellure, et le cadmium, à améliorer les propriétés de l'alliage, ce qui se révèle cependant très coûteux et ne donne pas toujours les résultats escomptés.Attempts have been made, by reducing the proportion of additional elements, in particular carbon, lead, sulfur, antimony, bismuth, tellurium, and cadmium, to improve the properties of the alloy, which appears to be however very expensive and does not always give the expected results.

La présente invention concerne un alliage résistant à la corrosion, comportant environ 9Q % de cuivre et de 10 % de nickel, dont la tendance à la fissuration à chaud est diminuée et présentant une aptitude au soudage et une déformabilité à chaud améliorées, ainsi qu'un métal d'apport de soudage y approprié.The present invention relates to a corrosion-resistant alloy, comprising approximately 9% copper and 10% nickel, the tendency to hot cracking is reduced and having improved weldability and hot deformability, as well as a suitable welding filler metal.

A cette fin, selon l'invention, l'alliage cuivre-nickel apte au soudage et résistant à la corrosion, est composé de 4 à 22 % de nickel, jusqu'à 3 % de manganèse, jusqu'à 3 % de fer, jusqu'à 0,3 % de silice, jusqu'à 4 % de chrome de 0,005 % à 0,2 % de carbone et au moins l'un des éléments titane, vanadium, zirconium, niobium, tantale ou hafnium dans la proportion de 0,1 à 4 %, des résidus de cuivre y compris des impuretés inséparables.To this end, according to the invention, the copper-nickel alloy suitable for welding and resistant to corrosion, is composed of 4 to 22% of nickel, up to 3% of manganese, up to 3% of iron, up to 0.3% silica, up to 4% chromium from 0.005% to 0.2% carbon and at least one of the elements titanium, vanadium, zirconium, niobium, tantalum or hafnium in the proportion of 0.1 to 4%, copper residues including inseparable impurities.

De préférence, l'alliage a la composition suivante: de 4 % à 12 % de nickel de 0,2 % à 2 % de manganèse de 1 % à 2,2 % de fer et de0,005%à 0,1 t de carbone.Preferably, the alloy has the following composition: from 4% to 12% of nickel from 0.2% to 2% of manganese from 1% to 2.2% of iron and from 0.005% to 0.1 t of carbon.

Avantageusement, la teneur en titane correspond à entre quatre et cinq fois la teneur en carbone, et le titane est entièrement ou en partie remplacé par la même quantité de vanadium, ou la double quantité de niobium ou encore par quatre fois la quantité de tantale ou d'hafnium
Egalement, la teneur en zirconium correspond à dix fois la teneur en carbone, et le zirconium est remplacé,totale- ment ou en partie, par la quantité moitié de titane ou de vanadium, la même quantité de niobium, ou encore la quantité double de tantale ou d'hafnium.Advantageously, the titanium content corresponds to between four and five times the carbon content, and the titanium is entirely or partly replaced by the same amount of vanadium, or the double amount of niobium or again by four times the amount of tantalum or hafnium
Also, the zirconium content corresponds to ten times the carbon content, and the zirconium is replaced, wholly or in part, by the half amount of titanium or vanadium, the same amount of niobium, or even the double amount of tantalum or hafnium.

L'invention concerne également un procécé pour le traitement à chaud d'un alliage, remarquable en ce que l'on réalise un recuit d'homogénéisation une témpérature comprise entre7000C et 1050 c C pendant plusieurs heures. The invention also relates to a process for the hot treatment of an alloy, remarkable in that an annealing of homogenization is carried out at a temperature between 7000C and 1050 c C for several hours.

De préférence, le recuit d'homogénéisation est effectué entre 8000c et 1000 Oc. Preferably, the homogenization annealing is carried out between 8000c and 1000 Oc.

Selon une variante,le recuit d'homogénéisation est réalisé immédiatement après la coulée ou après l'usinage à chaud.According to one variant, the homogenization annealing is carried out immediately after casting or after hot machining.

De manière avantageuse,après le recuit d'homogénéisation, la température est abaissée rapidement de 800 c C à 350 C par refroidissement. Advantageously, after the homogenization annealing, the temperature is rapidly lowered from 800 ° C. to 350 ° C. by cooling.

Préférentiellement, le refroidissement accéléré est réalisé au moyen d'air pulsé ou par trempage dans l'eau.Preferably, the accelerated cooling is carried out by means of forced air or by soaking in water.

On réalise, en vue de l'augmentationxde la résistance, une déformation à froid consécutive de plus de 10 %.In order to increase the resistance, a consecutive cold deformation of more than 10% is carried out.

Plus spécialement, la déformation est de 30 à 40 %.More specifically, the deformation is 30 to 40%.

L'invention concerne également l'utilisation de l'alliage comme métal d'apport de soudage.The invention also relates to the use of the alloy as a welding filler metal.

Selon cette utilisation, le métal d'apport de soudage -est remarquable en ce qu'il est ajouté, au delà de la quantité de métal de base, des quantités additionnelles d'agents de désoxydation pour le processus de soudage.According to this use, the welding filler metal is remarkable in that it is added, beyond the amount of base metal, additional amounts of deoxidizing agents for the welding process.

Les opérations mentionnées dans le procédé ci-dessus améliorent, en dehors des mesures liées purement à la technique des alliages, l'aptitude au soudage, la déformabilité à chaud et la résistance.The operations mentioned in the above process improve, apart from the measurements purely related to the alloy technique, the weldability, the hot deformability and the resistance.

L'aptitude au soudage amélioré est prouvée par des tests modernes de résistance a la fissuration à chaud, tels que par exemple le test Varestraint (voir K.Wilken, DVS-Bericht,
Bad. 52, S 224-228,3. Intern. Kolloquium 28 u. 29.11.1978: "Schweissen in der Kerntechnik")
EXEMPLE 1:
Cet exemple se réfère à un alliage connu avec le traitement à chaud usuel.The improved weldability is proven by modern tests for resistance to hot cracking, such as for example the Varestraint test (see K. Wilken, DVS-Bericht,
Bad. 52, S 224-228.3. Intern. Kolloquium 28 u. 11/29/1978: "Schweissen in der Kerntechnik")
EXAMPLE 1:
This example refers to a known alloy with the usual heat treatment.

Un alliage comportant 10,5 % nickel, 1,4 % de fer, 1,1 % de manganèse, 0,02 % de carbone, 0,01 % de phosphore, 0,005 % de soufre, 0,025 % de zinc, ainsi que d'autres impuretés résultant de l'élaboration dans la proportion de 0,09 % et des résidus de cuivre, est, de manière connue en soi, laminé à chaud et soumis ensuite à un recuit doux. Il résulte du test Varestraint les dimensions de fissures sui vantes en fonction de l'extension:
extension longueur de la fissure
jusqu'à 0,4 % 1,4 mm
de 1 % 10 mm
de 1,8 % 35,4 mm pour une extension supérieure à 20 % : rupture du matériau.An alloy comprising 10.5% nickel, 1.4% iron, 1.1% manganese, 0.02% carbon, 0.01% phosphorus, 0.005% sulfur, 0.025% zinc, as well as 'Other impurities resulting from the development in the proportion of 0.09% and copper residues, is, in known manner, hot rolled and then subjected to a gentle annealing. It results from the Varestraint test the following crack dimensions according to the extension:
crack length extension
up to 0.4% 1.4 mm
1% 10 mm
1.8% 35.4 mm for an extension greater than 20%: material rupture.

EXEMPLE 2
Un alliage conforme à l'invention avec 11 % de nickel, 1,6 % de fer, 0,9 % de manganèse, 0,008 % de carbone, 0,005 % de phosphore, 0,002 % de soufre, 0,01 % de zinc, et d'autres eléments additionnels résultant de l'élaboration dans la proportion de 0,05 %, 0,02 % de titane et 0l2 % de zirconium, des résidus de cuivre, est homogénéisé par recuit à 980 0C pendant sixXheures à l'état de coulée. Par laminage et traitement à chaud usuels, on constate déjà, pour la soudabilité, une déviation d'arc électrique très faible.EXAMPLE 2
An alloy in accordance with the invention with 11% nickel, 1.6% iron, 0.9% manganese, 0.008% carbon, 0.005% phosphorus, 0.002% sulfur, 0.01% zinc, and other additional elements resulting from the production in the proportion of 0.05%, 0.02% of titanium and 012% of zirconium, copper residues, is homogenized by annealing at 980 0C for six hours in the state of casting. By usual rolling and heat treatment, there is already, for the weldability, a very small deflection of electric arc.

Une partie de l'alliage ainsi traité, après la déformation à chaud, subit un refroidissement accéléré de 850 C à 350 C par air pulsé. Le matériau ainsi traité est soumis au test Varestraint qui donne les valeurs suivantes: pour une extension de 3,5 % : pas de fissure pour une extension de 4 % : la longueur de la fissure est inférieure à 1 mm. Part of the alloy thus treated, after the hot deformation, undergoes an accelerated cooling from 850 C to 350 C by forced air. The material thus treated is subjected to the Varestraint test which gives the following values: for an extension of 3.5%: no crack for an extension of 4%: the length of the crack is less than 1 mm.

Par une déformation à froid immédiatement postérieure de 30 %, la résistance R augmente en passant de 217 N/mm2 à 235 N/mm2, et la limite R passe de 128 N/mm2 à 160 N/mm2. By an immediate cold distortion of 30%, the resistance R increases from 217 N / mm2 to 235 N / mm2, and the limit R goes from 128 N / mm2 to 160 N / mm2.

Claims (13)

REVENDICATIONS 1- Alliage cuivre-nickel apte au soudage, résistant à la corrosion, et présentant une bonne déformabilité à chaud et une grande résistance à la traction, caractérisé en ce qu'il comporte: 4 à 22 % de nickel, jusqu'à 3 % de manganèse jusqu'à 3 % de fer jusqu'à 0,3 % de silice jusqu'à 4 % de chrome, de 0,005 % à 0,2 % de carbone, et au moins l'un des éléments titane, vanadium, zirconium, niobium, tantale ou hafnium dans la proportion de 0,1 à 4 %, des résidus de cuivre y compris des impuretés inséparables.1- Copper-nickel alloy suitable for welding, resistant to corrosion, and having good hot deformability and high tensile strength, characterized in that it comprises: 4 to 22% of nickel, up to 3% manganese up to 3% iron up to 0.3% silica up to 4% chromium, 0.005% to 0.2% carbon, and at least one of the elements titanium, vanadium, zirconium , niobium, tantalum or hafnium in the proportion of 0.1 to 4%, copper residues including inseparable impurities. 2- Alliage selon la revendication 1, caractérisé par la composition suivante: de 4 % à 12 % de nickel de 0,2 % à 2 % de manganèse de 1 % à 2,2 % de fer et de 0,005 % à 0,1 % de carbone.2- An alloy according to claim 1, characterized by the following composition: from 4% to 12% of nickel from 0.2% to 2% of manganese from 1% to 2.2% of iron and from 0.005% to 0.1 % of carbon. 3- Alliage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la teneur en titane correspond à entre quatre et cinq fois la teneur en carbone, et en ce que le titane est entièrement ou en partie remplacé par la même quantité de vanadium, ou la double quantité de niobium ou encore par quatre fois la quantité de tantale ou d'hafnium.3- An alloy according to one of claims 1 or 2, characterized in that the titanium content corresponds to between four and five times the carbon content, and in that the titanium is entirely or partly replaced by the same amount of vanadium, or the double amount of niobium or even four times the amount of tantalum or hafnium. 4- Alliage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la teneur en zirconium correspond à dix fois la teneur en carbone et le zirconium est remplacé, totalement ou en partie, par la quantité moitié de titane ou de vanadium, la même quantité de niobium, ou encore la quantité double de tantale ou d'hafnium.4- Alloy according to one of claims 1 or 2, characterized in that the zirconium content corresponds to ten times the carbon content and the zirconium is replaced, totally or in part, by the amount of half titanium or vanadium, the same amount of niobium, or the double amount of tantalum or hafnium. 5- Procédé pour le traitement à chaudtd'un alliage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on réalise-un recuit d'homogénéisation à une température comprise entre 700 C et 1050 C pendant plusieurs heures.5- A method for the hot treatment of an alloy according to one of claims 1 to 4, characterized in that an annealing of homogenization is carried out at a temperature between 700 C and 1050 C for several hours. 6- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le recuit d'homogénéisation est effectué entre 800 C et 1000 C.6- A method according to claim 5, characterized in that the homogenization annealing is carried out between 800 C and 1000 C. 7- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le recuit d'homogénéisation est réalisé immédiatement après la coulée ou après l'usinage à chaud.7- Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the annealing of homogenization is carried out immediately after casting or after hot machining. 8- Procédé selon l'une des revendications 5 ou 7, caractérisé en ce que, après le recuit d'homogénéisation, la température est abaissée rapidement de 800 9 C à 350 C par refroidissement.8- Method according to one of claims 5 or 7, characterized in that, after the annealing of homogenization, the temperature is lowered quickly from 800 9 C to 350 C by cooling. 9- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le refroidissement accéléré est réalisé au moyen d'air pulsé ou par trempage dans l'eau. 9- A method according to claim 8, characterized in that the accelerated cooling is achieved by means of forced air or by soaking in water. 10- Procédé selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que l'on réalise, en-vue de l'augmentation de la résistance, une déformation à froid consécutive de plus de 10 %.10- Method according to one of claims 5 to 9, characterized in that one carries out, in view of the increase in resistance, a consecutive cold deformation of more than 10%. 11- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le déformation est de 30 à 60 %.11- Method according to claim 9, characterized in that the deformation is 30 to 60%. 12- Application de l'alliage selon l'une des revendications 1 à 4, à la réalisation d'un métal d'apport pour soudure.12- Application of the alloy according to one of claims 1 to 4, to the production of a filler metal for welding. 13- Métal d'apport pour soudure selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est ajouté, au delà de la quantité de métal de base, des quantités additionnelles d'agents de désoxydation pour le processus de soudage. 13- Welding filler metal according to claim 12, characterized in that it is added, beyond the amount of base metal, additional amounts of deoxidizing agents for the welding process.
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