FR2634221A1 - Cast articles made of alloys based on Fe-Mn-Al-Cr-Si-C - Google Patents
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Abstract
Description
PIECES COULEES EN ALLIAGES A BASE DE Fe-Mn-Al-Cr-Si-C
La présente invention concerne des pièces coulées en alliages à base de Fe, Mn, Al, Cr, Si, C.ALLOY-CAST PIECES BASED ON Fe-Mn-Al-Cr-Si-C
The present invention relates to castings made of alloys based on Fe, Mn, Al, Cr, Si, C.
Les pièces coulées pouvant résister aux températures élevées sont souhaitables pour des applications telles que les incinérateurs, les fours, les réacteurs et les affineurs d'acier. Les températures dans ces applications peuvent atteindre 1 100'C. a conception des pièces coulées appropriées à de telles applications est soumise aux exigences essentielles de
(1) maintien d'excellentes performances mécaniques ; et
(2) maintien d'une résistance à la corrosion à chaud aux températures élevées.Castings that can withstand high temperatures are desirable for applications such as incinerators, furnaces, reactors and steel refiners. The temperatures in these applications can reach 1100 ° C. design of castings suitable for such applications is subject to the essential requirements of
(1) maintaining excellent mechanical performance; and
(2) maintaining resistance to hot corrosion at elevated temperatures.
De plus, le coût, la régularité de l'approvisionnement ou même la possibilité d'approvisionnement en les composants d'addition des pièces coulées sont également des facteurs primordiaux. In addition, the cost, the regularity of the supply or even the possibility of supplying the addition components of the castings are also essential factors.
Les défaillances mécaniques des pièces coulées aux températures élevées sont principalement dues à un ramollissement et à un fluage des pièces coulées à ces températures. De plus, la réaction de corrosion à chaud amorcée par l'atmosphère hostile accélère encore la défaillance mécanique. Mechanical failures of castings at elevated temperatures are mainly due to softening and creep of the castings at these temperatures. In addition, the hot corrosion reaction initiated by the hostile atmosphere further accelerates the mechanical failure.
La nécessité d'excellentes performances mécaniques des pièces coulées aux températures élevées varie beaucoup en fonction du râle et de l'emplacement de l'application désirée. Par exemple, il est essentiel que les piècesvcoulées utilisées comme ailettes des turbines à gaz satisfassent à des normes extrêmement strictes de propriétés mécaniques, telles que la contrainte, l'érosion et l'abrasion. D'autre part, les normes ne sont pas aussi sévères dans des applications "statiques telles que les corps et chemises de chaudières. Cependant, quelle que soit la variation des performances mécaniques requises d'une application à l'autre, la capacité de résister à la corrosion à chaud des pièces coulées dans une atmosphère hostile est toujours rigoureusement essentielle. The need for excellent mechanical performance of castings at elevated temperatures varies greatly depending on the rattle and location of the desired application. For example, it is essential that the impeller parts used as the blades of gas turbines satisfy extremely stringent standards of mechanical properties, such as stress, erosion and abrasion. On the other hand, the standards are not as severe in "static" applications as boiler bodies and jackets, however, whatever the variation in mechanical performance required from one application to another, the ability to withstand Hot corrosion of castings in a hostile atmosphere is always rigorously essential.
Comme il et bien connu dans l'art, l'aluminium, le chrome et/ou le silicium sont souvent utilisés comme composés d'addition afin d'améliorer la résistance à la corrosion à chaud des alliages pour les applications aux températures élevées. L'efficacité de ces éléments dérive de leur capacité à former des pellicules protectrices d'oxydes constitués respectivement d'oxyde d'aluminium (A1203), d'oxyde de chrome (Cr203) et/ou d'oxyde de silicium (SiO2) . Pour certaines applications à des températures plus basses, le nickel peut également être utilisé pour assurer une protection relativement plus faible contre la corrosion à chaud par formation d'une pellicule d'oxyde de nickel (NiO) sur la surface du matériau protégé.La pellicule d'oxyde de nickel n'assure pas le même taux de résistance à la corrosion à chaud que celles d'aluminium, de chrome et de silicium. As is well known in the art, aluminum, chromium and / or silicon are often used as adducts to improve the hot corrosion resistance of alloys for high temperature applications. The effectiveness of these elements derives from their ability to form protective films of oxides consisting respectively of aluminum oxide (Al 2 O 3), chromium oxide (Cr 2 O 3) and / or silicon oxide (SiO 2). For some applications at lower temperatures, nickel can also be used to provide relatively lower protection against hot corrosion by forming a film of nickel oxide (NiO) on the surface of the protected material. nickel oxide does not provide the same rate of resistance to hot corrosion as those of aluminum, chromium and silicon.
Cependant, le nickel peut présenter l'avantage complémentaire de favoriser les performances mécaniques des matériaux protégés et on considère donc souvent qu'il est un élément d'addition important dans la conception des alliages pour les applications aux températures élevées.However, nickel may have the added advantage of promoting the mechanical performance of protected materials and is therefore often considered to be an important addition element in alloy design for high temperature applications.
Au cours des années 1920 et 1930, on a principalement préféré les alliages Fe-Cr-Al pour les applications aux températures élevées. During the 1920s and 1930s, Fe-Cr-Al alloys were mainly preferred for high temperature applications.
Cependant, en raison de leurs performances mécaniques inférieures, propres à leur structure de ferrite ou structure cubique centrée, ces alliages sont rarement utilisés à ce jour.However, because of their lower mechanical performance, specific to their ferrite structure or centered cubic structure, these alloys are rarely used to date.
Les alliages récents commercialisés pour les applications aux températures élevées sont principalement caractérisés par une teneur en chrome de 10 à 30 % en poids. Comme précédemment mentionné, le chrome forme une couche protectrice de Cr203 par réaction avec l'oxygène atmosphérique. Recent commercialized alloys for high temperature applications are primarily characterized by a chromium content of 10 to 30% by weight. As previously mentioned, chromium forms a protective layer of Cr 2 O 3 by reaction with atmospheric oxygen.
Cependant, aux températures supérieures à 1 000'C, Cr203 subit une oxydation complémentaire en CrO3 qui se volatilise lors de la réaction, si bien que la couche d'oxyde devient plus lâche. Pour cette raison, les utilisations de ce type d'alliage sont généralement limitées aux températures inférieures à 1 000-C. D'autre part, avec une telle teneur élevée en chrome, une phase sigma précipite dans l'alliage et rend l'alliage fragile. Pour résoudre cette difficulté, il faut ajouter certains ingrédients inhibant la formation de la phase sigma.Cependant, bien que le carbone, relativement peu coûteux, soit souvent utilisé à cet effet dans d'autres types d'alliages, le carbone ne peut pas être utilisés dans les alliages Fe-Cr de ce type car l'alliage serait sensibilisé pour une teneur en carbone supérieure à environ 0,04 t en poids. On peut sinon utiliser le nickel qui peut inhiber la formation de la phase sigma tout en stabilisant une phase d'austénite pour améliorer la ténacité et d'autres propriétés mécaniques des alliages. Selon cette stratégie, on a mis au point de nombreuses espèces d'alliages à base de Fe-Cr-Ni.Par exemple, les alliages actuellement commercialisés pour les applications aux températures élevées comprennent des alliages travaillés, tels que'le superalliage à base de nickel Inconel-718 et l'acier inoxydable à base de Fe-Ni AISI 310, un alliage coulé tel que le superalliage à base de nickél Inconel-738, les alliages à base de Fe-Cr tels que SAE 60410 (JIS SCH-1) et SAE 60446 (JIS
SCH-2) et des alliages à base de Fe-Ni tels que SAE 60442 (JIS SCH-ll), SAE 60316 (JIS SCH-12), SAE 60312 (JIS SCH-13), SAE 60309 (JIS SCH-14) et SAE 60310 (JIS SCH-15). Le tableau I résume la composition des alliages précités.However, at temperatures above 1000 ° C, Cr 2 O 3 undergoes additional CrO 3 oxidation which volatilizes upon reaction, so that the oxide layer becomes looser. For this reason, uses of this type of alloy are generally limited to temperatures below 1000-C. On the other hand, with such a high chromium content, a sigma phase precipitates in the alloy and renders the alloy brittle. To solve this problem, it is necessary to add some ingredients inhibiting the formation of the sigma phase. However, although the carbon, relatively inexpensive, is often used for this purpose in other types of alloys, the carbon can not be used in Fe-Cr alloys of this type because the alloy would be sensitized to a carbon content greater than about 0.04 wt. Alternatively, nickel can be used, which can inhibit the formation of the sigma phase while stabilizing an austenite phase to improve the toughness and other mechanical properties of the alloys. According to this strategy, many species of Fe-Cr-Ni-based alloys have been developed. For example, currently marketed alloys for high temperature applications include worked alloys, such as carbon-based superalloys. Inconel-718 nickel and stainless steel based on Fe-Ni AISI 310, a cast alloy such as nickel-based superalloy Inconel-738, Fe-Cr-based alloys such as SAE 60410 (JIS SCH-1 ) and SAE 60446 (JIS
SCH-2) and Fe-Ni-based alloys such as SAE 60442 (JIS SCH-11), SAE 60316 (JIS SCH-12), SAE 60312 (JIS SCH-13), SAE 60309 (JIS SCH-14) and SAE 60310 (JIS SCH-15). Table I summarizes the composition of the aforementioned alloys.
Comme le montre clairement le tableau, tous ces alliages contiennent une proportion relativement élevée de nickel et/ou de chrome. As the table clearly shows, all these alloys contain a relatively high proportion of nickel and / or chromium.
Comme ie nickel et le chrome sont des éléments rares et coûteux, ces alliages sont tous très coûteux. Surtout, comme le nickel et le chrome sont considérés comme des matériaux stratégiques par la plupart des pays, les pays qui ne disposent pas de telles ressources peuvent difficilement se les procurer. Par conséquent, ces alliages sont extrêmement coûteux, leur prix étant supérieur de plusieurs dizaines ou même centaines de fois à celui de l'acier au carbone. C'est pourquoi ces alliages sont tarifés au kilogramme et non à la tonne. Cela empêche évidemment l'utilisation en masse de ces alliages. De plus, la teneur élevée en nickel ou en chrome aggrave également les difficultés de soudage, ce qui augmente encore les couts de construction. Since nickel and chromium are rare and expensive, these alloys are all very expensive. Above all, as nickel and chromium are considered strategic materials by most countries, countries that do not have such resources can hardly afford them. Consequently, these alloys are extremely expensive, their price being several dozen or even hundreds of times higher than that of carbon steel. This is why these alloys are priced per kilogram and not per ton. This obviously prevents the mass use of these alloys. In addition, the high content of nickel or chromium also aggravates the welding difficulties, which further increases the construction costs.
TABLEAU I
Alliages commercialisés pour les applications aux. températures
élevées
Nom
Désignation Ni Cr C Al no JIS
Inconel-718 53,0 18,6 0,04 0,4 3,1
Inconel-718 61,0 16,0 0,17 3,4 1,7
AISI 310 19-22 24-26 < 0,08
SAE 60410 < 1,0 12-15- 0,2-0,4 SCH-1
SAE 60446 - 25-28 < 0,5 SCH-2
SAE 60442 4-6 24-28 0,1-0,3 SCH-11
5AE 60316 8-12 18-23 0,2-0,4 SCH-12
SAE 60312 4 24-29 0,2-0,5 SCH-13
SAE 60309 18-22 24-28 0,3-0,6 SCE-14
SAE 60310 33-37 13-17 0,35-0,75 SCH-15
Confronté à ces problèmes économiques et d'approvisionnement, l'art attenté de trouver des substituts au chrome et au nickel. L'aluminium a ainsi été utilisé pour remplacer ie chrome afin d'assurer la résistance requise à la corrosion à chaud.Le manganèse et le carbone ont été utilisés ensemble pour remplacer le nickel afin de stabiliser la phase austénitique pour qu une ténacité élevée puisse être obtenue. En particulier, la capacité de la combinaison du manganèse et du carbone à stabiliser la phase austénitique s'est révélée être plus efficace que celle du nickel.TABLE I
Alloys marketed for applications to. temperatures
high
Name
Designation Ni Cr C Al no JIS
Inconel-718 53.0 18.6 0.04 0.4 3.1
Inconel-718 61.0 16.0 0.17 3.4 1.7
AISI 310 19-22 24-26 <0.08
SAE 60410 <1.0 12-15-0.2-0.4 SCH-1
SAE 60446 - 25-28 <0.5 SCH-2
SAE 60442 4-6 24-28 0.1-0.3 SCH-11
5AE 60316 8-12 18-23 0.2-0.4 SCH-12
SAE 60312 4 24-29 0.2-0.5 SCH-13
SAE 60309 18-22 24-28 0.3-0.6 SCE-14
SAE 60310 33-37 13-17 0.35-0.75 SCH-15
Faced with these economic and supply problems, the art attempted to find substitutes for chromium and nickel. Aluminum has thus been used to replace chromium to provide the required resistance to hot corrosion. Manganese and carbon have been used together to replace nickel to stabilize the austenitic phase so that high toughness can be achieved. obtained. In particular, the ability of the combination of manganese and carbon to stabilize the austenitic phase has been shown to be more effective than that of nickel.
Cependant, ces deux stratégies sont contradictoires. Si les alliages de ce type contiennent trop de carbone ou de manganèse, la résistance à la corrosion à chaud de l'oxyde d'aluminium est fortement réduite. Dans de nombreux cas, la résistance à la corrosion à chaud peut être cinquante fois inférieure. On n'a mentionné aucun procédé efficace pour résoudre cette incompatibilité entre les performances chimiques et les performances mécaniques. Un autre problème que pose ce type d'alliage est que l'oxyde d'aluminium est moins efficace que l'oxyde de chrome pour assurer une protection contre la corrosion à chaud. Pour remédier à ce défaut, on a ajouté du silicium pour accroitre la formation d' -Al203 qui contribue en majorité à la résistance à la corrosion à chaud. Cependant, le silicium n'agit qu'aux températures voisines de 1 100 C.Aux températures plus basses, l'addition de silicium ne provoque aucun effet notable. En conclusion, aucun alliage ayant simultanément une résistance satisfaisante à la corrosion à chaud et des performances mécaniques satisfaisantes dans la gamme des températures comprise entre la température ambiante et 1 100-C tout en étant relativement peu coûteux n'a été décrit dans l'art antérieur.However, these two strategies are contradictory. If alloys of this type contain too much carbon or manganese, the resistance to hot corrosion of aluminum oxide is greatly reduced. In many cases, the resistance to hot corrosion can be fifty times lower. No effective method has been mentioned to resolve this incompatibility between chemical performance and mechanical performance. Another problem with this type of alloy is that aluminum oxide is less effective than chromium oxide in providing protection against hot corrosion. To remedy this defect, silicon has been added to increase the formation of Al 2 O 3, which contributes most of the resistance to hot corrosion. However, silicon only acts at temperatures around 1100 C. At lower temperatures, the addition of silicon does not cause any significant effect. In conclusion, no alloy simultaneously having a satisfactory resistance to hot corrosion and satisfactory mechanical performance in the temperature range between room temperature and 1100-C while being relatively inexpensive has been described in the art prior.
Au cours des recherches antérieures sur les alliages à base de Fe-Mn-Al, une portion du diagramme de phase à trois éléments de Fe-nn-Al a été construite par Koster et Tonn en 1934 (W. Koster et W. Tonn, Arc
Eisenhuettenw, 7, 365 (1933)) puis modifiée par Schmartz en 1959 (D.J.In previous research on Fe-Mn-Al-based alloys, a portion of the Fe-nn-Al three-element phase diagram was constructed by Koster and Tonn in 1934 (W. Koster and W. Tonn, Bow
Eisenhuettenw, 7, 365 (1933)) and modified by Schmartz in 1959 (DJ
Schmatz, Trans. AINE, 215, 112-114 (1959)), Chakrabartic en 1977 CD.J. Schmatz, Trans. AINE, 215, 112-114 (1959)), Chakrabartic in 1977 CD.J.
Chakrabarti'c, Metall. Trans., 8B, 121-123 (1977) et V.G. Rivlin en 1983 (V.G. Rivlin, International Metal Reviews, 28, n 6, 309-337 (1983)). Chakrabarti'c, Metall. Trans., 8B, 121-123 (1977) and V.G. Rivlin in 1983 (V.G. Rivlin, International Metal Reviews, 28, No. 6, 309-337 (1983)).
Cependant, ces travaux étaient limités à quelques températures voisines de 1 000 C et de nombreuses régions du diagramme de phase demeurent incertaines. Par exemple, la ligne de solidus de la surface de phase autour de Mn 20 % en poids et Al 6 % en poids demeure indéterminée. On ne dispose pas dru diagramme de phase à quatre éléments de Fe-Mn-Al-C. However, this work was limited to temperatures close to 1000 C and many regions of the phase diagram remain uncertain. For example, the solidus line of the phase surface around Mn 20% by weight and Al 6% by weight remains undetermined. There is no four-element phase diagram of Fe-Mn-Al-C.
Le brevet US n 3 201 230 délivré à Mitchell et coll. en 1965 décrit un alliage constitué essentiellement de 14 à 35 t en poids de manganèse, 3,5 à 8,75 % en poids d'aluminium, 4,5 à 8,75 % en poids de chrome, 0,25 à 1,0 % en poids de silicium, 0,25 à 1,0 t en poids de carbone, le reste étant du fer. L'alliage de ce brevet contient une quantité relativement élevée de chrome et serait donc relativement coûteux à commercialiser. En fait, ce brevet n'a jamais reçu d'application pratique même après sa date d'expiration. On considère que la teneur du brevet est en contradiction avec certaines théories métallurgiques et que les alliages décrits ne présentent pas l'efficacité désirée, en particulier lorsqu'ils sont conçus pour des applications aux températures entre 400 et 1 000 C. U.S. Patent No. 3,201,230 issued to Mitchell et al. in 1965 discloses an alloy consisting essentially of 14 to 35 wt.% of manganese, 3.5 to 8.75 wt.% of aluminum, 4.5 to 8.75 wt.% of chromium, 0.25 to 1, 0% by weight of silicon, 0.25 to 1.0% by weight of carbon, the balance being iron. The alloy of this patent contains a relatively high amount of chromium and would therefore be relatively expensive to market. In fact, this patent has never received any practical application even after its expiry date. It is considered that the content of the patent is in contradiction with certain metallurgical theories and that the alloys described do not have the desired efficiency, in particular when they are designed for applications at temperatures between 400 and 1000 C.
Les raisons en sont que :
(1) La teneur en manganèse de 14 à 35 8 en poids dudit brevet est trop
étendue car, comme l'ont indiqué Koster et Tonn en 1934 (W. Koster et
W. Tonn, Arc Eisenhuettenw, 7, 365 (1933)), lorsque la teneur en
manganèse de l'alliage breveté est supérieure à 31 t en poids, du ss-Mn
précipite autour des joints de grain de l'alliage entre 300 et
1 000 C. D'autre part, si la teneur en manganèse est inférieure à
20 % en poids, de gros carbures Fe3AlCx se forment, ce qui fragilise
les alliages et consomme l'aluminium qu'ils contiennent.Il est
évident que la résistance à la corrosion est réduite, ce qui rend les
alliages impropres aux applications aux températures élevées lorsque
l'aluminium est consommé par la formation de carbures Fe3AlCx.The reasons are:
(1) The manganese content of 14 to 35% by weight of said patent is too
because, as Koster and Tonn indicated in 1934 (W. Koster and
W. Tonn, Arc Eisenhuettenw, 7, 365 (1933)), when the content of
manganese of the patented alloy is greater than 31 t by weight, from ss-Mn
precipitates around the grain boundaries of the alloy between 300 and
1,000 C. On the other hand, if the manganese content is less than
20% by weight, large carbides Fe3AlCx are formed, which weakens
alloys and consumes the aluminum they contain.
obvious that the corrosion resistance is reduced, which makes the
alloys unsuitable for applications at high temperatures when
aluminum is consumed by the formation of Fe3AlCx carbides.
(2) Le chrome présent à une teneur élevée réagit facilement avec le
carbone pour former du carbure de chrome (Cr23C6 ou Cr7C3) aux
températures d'application. L'alliage est ainsi sensibilisé et ses
propriétés mécaniques sont réduites. De plus, si la température est
supérieure à 800 C et que la teneur en chrome s'abaisse entre 5 et
8,75 t en poids, le chrome contenu dans l'alliage réagit rapidement et
massivement avec l'azote atmosphérique pour former du nitrure
d'aluminium en forme d'aiguilles (A1N). Cela rend la teneur en
aluminium insuffisante pour former une couche protectrice d'oxyde.(2) Chromium present at a high level reacts easily with the
carbon to form chromium carbide (Cr23C6 or Cr7C3) at
application temperatures. The alloy is thus sensitized and its
mechanical properties are reduced. Moreover, if the temperature is
above 800 C and that the chromium content falls between 5 and
8.75 t by weight, the chromium contained in the alloy reacts quickly and
massively with atmospheric nitrogen to form nitride
of aluminum in the form of needles (A1N). This makes the content
insufficient aluminum to form a protective layer of oxide.
Cependant, le brevet de Mitchell n'indique pas comment ce problème
pourrait être résolu. Dans le passé, le nitrure d'aluminium était
considéré par erreur comme le produit de l'oxydation interne de
l'aluminium jusqu'à ce que l'étude de Wang et coll. du Katerial
Science Research Institute of National Chin-hwa University, Taiwan,
effectuée avec un microscope électronique à balayage pour l'examen par
transmission, ait révélé cette erreur en 1987. Les découvertes de Wang
et coll. ont été publiées dans Journal of Material Science of Great
Britain en mai 1988.However, Mitchell's patent does not indicate how this problem
could be solved. In the past, aluminum nitride was
erroneously considered as the product of the internal oxidation of
aluminum until the study of Wang et al. from Katerial
Science Research Institute of National Chin-hwa University, Taiwan,
performed with a scanning electron microscope for examination by
transmission, revealed this error in 1987. Wang's discoveries
et al. have been published in Journal of Material Science of Great
Britain in May 1988.
L'invention est supérieure à tous les arts antérieurs précités en ce que
(1) La teneur en manganèse est limitée dans une gamme spécifique qui s'est
révélée convenir à toute la gamme des températures d'application
désirées. Pour empêcher la formation de ss-manganèse ou de Fe3AlCx au
voisinage des limites de la teneur en manganèse, d'autres éléments
d'addition sont ajoutés pour déterminer la morphologie et
l'emplacement des précipités.The invention is superior to all the aforementioned prior arts in that
(1) The manganese content is limited in a specific range which has
proved to suit the full range of application temperatures
desired. To prevent the formation of ss-manganese or Fe3AlCx
boundary of the manganese content, other elements
of addition are added to determine the morphology and
the location of the precipitates.
(2) Du silicium est ajouté pour accroitre la résistance à la corrosion à
chaud.(2) Silicon is added to increase the resistance to corrosion at
hot.
(3) Des éléments auxiliaires sont ajoutés pour accroître encore les
performances mécaniques des pièces coulées selon le mécanisme de
durcissement à précipitation à des températures élevées.(3) Auxiliary elements are added to further increase the
mechanical performance of castings according to the mechanism of
precipitation hardening at elevated temperatures.
(4) Grâce à un ajustement approprié des rapports relatifs des éléments
d'addition, l'addition de chrome est facultative ou même totalement
inutile pour certaines applications. Cela réduit beaucoup le coût des
pièces coulées de l'invention.(4) Through an appropriate adjustment of the relative ratios of the elements
addition, the addition of chromium is optional or even totally
unnecessary for some applications. This greatly reduces the cost of
cast parts of the invention.
(5) Les pièces coulées de l'invention ont un gain de poids par oxydation
moindre aux températures élevées que l'un quelconque des arts
antérieurs précités.(5) The castings of the invention have an oxidation weight gain
lower at high temperatures than any of the arts
aforementioned.
L'invention a pour buts de fournir des pièces coulées pretes à l'emploi
qui ont une excellente résistance à la corrosion à chaud et
d'excellentes performances mécaniques dans la gamme des températures
allant de la température ambiante à 1 100'C
qui répondent aux exigences ci-dessus sans qu'il soit absolument
nécessaire d'incorporer des éléments coûteux ou rares, tels que le
chrome ou le nickel et
que l'on peut modifier pour répondre à des besoins particuliers de
certaines applications spécifiques par addition d'éléments
auxiliaires.The invention aims to provide castings ready for use
which have excellent resistance to hot corrosion and
excellent mechanical performance in the temperature range
ranging from room temperature to 1100 ° C
that meet the above requirements without it being absolutely
necessary to incorporate expensive or rare elements, such as
chrome or nickel and
that can be modified to meet particular needs of
some specific applications by addition of elements
Auxiliary.
L'invention concerne de nouvelles pièces coulées prêtes à l'emploi faites d'alliages à base de Fe-Mn-Al-Cr-Si-C et un procédé pour leur préparation. Plus particulièrement, l'invention concerne de nouvelles pièces coulées pretes à l'emploi constituées essentiellement de 20 à 30 X en poids de manganèse, 5 à 13 t en poids d'aluminium, 0 à 5 t en poids de chrome, 0 à 2,5 t en poids de silicium et 0,5 à 1,4 t en poids de carbone, le reste étant du fer. Ces pièces coulées peuvent etre utilisées à des températures atteignant des valeurs aussi élevées que 1 îOO.C sans diminution de leurs excellentes performances mécaniques. Les pièces coulées de l'invention peuvent de plus entre alliées avec une petite quantité d'autres éléments, tels que bore, le tungstène, le molybdène, le niobium, le titane, le vanadium, l'azote, le cuivre, le nickel, l'yttrium, le scandium, l'hafnium et le tantale pour satisfaire à des besoins particuliers pour diverses applications spécifiques. The invention relates to novel ready-to-use castings made of Fe-Mn-Al-Cr-Si-C-based alloys and a process for their preparation. More particularly, the invention relates to new ready-to-use castings consisting essentially of 20 to 30% by weight of manganese, 5 to 13% by weight of aluminum, 0 to 5% by weight of chromium, 0 to 2% by weight of aluminum. 5% by weight of silicon and 0.5 to 1.4% by weight of carbon, the remainder being iron. These castings can be used at temperatures as high as 1000.degree. C. without diminishing their excellent mechanical performance. The castings of the invention may furthermore be in allied with a small amount of other elements, such as boron, tungsten, molybdenum, niobium, titanium, vanadium, nitrogen, copper, nickel, yttrium, scandium, hafnium and tantalum to meet specific needs for various specific applications.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée et des exemples annexés. The invention will be better understood on reading the detailed description and the appended examples.
Les pièces coulées pretes à l'emploi de l'invention comprennent principalement cinq éléments d'addition en plus du fer. Les éléments individuels sont décrits en détail ci-dessous. The castings ready for use of the invention mainly comprise five addition elements in addition to the iron. The individual elements are described in detail below.
Manganèse
Dans l'invention, on utilise le manganèse comme stabilisant de l'austénite pour améliorer la ténacité de l'alliage par stabilisation de la structure austénitique de l'alliage. Le manganèse est facilement oxydable aux températures supérieures à 750'C. Ce problème est résolu par l'addition de silicium, comme décrit ci-dessous.Manganese
In the invention, manganese is used as stabilizer of austenite to improve the toughness of the alloy by stabilizing the austenitic structure of the alloy. Manganese is readily oxidizable at temperatures above 750 ° C. This problem is solved by the addition of silicon, as described below.
Comme précédemment mentionné, la résistance à la corrosion est réduite dans les alliages antérieurs lorsque la teneur en manganèse est trop élevée. Ce problème a été résolu dans l'invention par ajustement des rapports relatifs du manganèse, du carbone et de l'aluminium. As previously mentioned, the corrosion resistance is reduced in the earlier alloys when the manganese content is too high. This problem has been solved in the invention by adjusting the relative ratios of manganese, carbon and aluminum.
Les pièces coulées prêtes à l'emploi de l'invention comprennent de 20 à 35 % en poids, de préférence de 20 à 32 t en poids et tout préférablement de 24 à 30 % en poids, de manganèse. The ready-to-use castings of the invention comprise from 20 to 35% by weight, preferably from 20 to 32% by weight and most preferably from 24 to 30% by weight, of manganese.
Carbone
Le carbone est également utilisé dans les alliages de l'invention comme stabilisant de l'austénite pour améliorer les performances mécaniques des alliages. Dans le cas où l'on ajoute un formateur de carbure tel que le niobium et le molybdène, la teneur en carbone doit être proportionnellement accrue.Carbon
Carbon is also used in the alloys of the invention as a stabilizer for austenite to improve the mechanical performance of alloys. In the case where a carbide former such as niobium and molybdenum is added, the carbon content must be proportionately increased.
Comme précédemment mentionné, la résistance à la corrosion est réduite dans les alliages antérieurs lorsque la teneur en carbone est trop élevée. Ce problème a été résolu par ajustement des rapports relatifs du manganèse, du carbone et de l'aluminium. Les pièces coulées prêtes à l'emploi de l'invention comprennent de 0,5 à 1,4 t en poids, de préférence de 0,5 à 1,2 % en poids et tout préférablement de 0,5 à 1,1 t en poids, de carbone. As previously mentioned, the corrosion resistance is reduced in the earlier alloys when the carbon content is too high. This problem was solved by adjusting the relative ratios of manganese, carbon and aluminum. The ready-to-use castings of the invention comprise from 0.5 to 1.4 wt.%, Preferably from 0.5 to 1.2 wt.%, And most preferably from 0.5 to 1.1 t. by weight, carbon.
Aluminium
L'aluminium peut être oxydé aux températures élevées pour former une couche d'oxyde d'aluminium assurant la majorité de la résistance à la corrosion à chaud. L'aluminium est également utilisé dans les alliages de l'invention comme formateur de ferrite et par conséquent, les rapports relatifs de l'aluminium, du manganèse et des autres éléments d'additions doivent etre convenablement équilibrés; Des rapports relatifs convenablement choisis des autres éléments peuvent assurer une couche protectrice d'oxyde d'aluminium d'efficacité maximale et former des carbures Fe3AlCx ordonnés dans la matrice pour renforcer encore l'alliage.Aluminum
Aluminum can be oxidized at elevated temperatures to form an aluminum oxide layer that provides the majority of the corrosion resistance when hot. Aluminum is also used in the alloys of the invention as a ferrite former and therefore, the relative ratios of aluminum, manganese and other additive elements must be suitably balanced; Properly selected ratios of the other elements can provide a protective layer of maximum efficiency aluminum oxide and form ordered Fe3AlCx carbides in the matrix to further enhance the alloy.
Les pièces coulées prêtes à l'emploi de l'invention comprennent de 5 à 13 t en poids, de préférence de 8 à 12 t'en poids et tout préférablement de 8 à 11 % en poids d'aluminium. The ready-to-use castings of the invention comprise 5 to 13% by weight, preferably 8 to 12% by weight and most preferably 8 to 11% by weight of aluminum.
Chrome
Le chrome peut être oxydé aux températures élevées pour former une couche d'oxyde de chrome assurant une résistance complémentaire à la corrosion à chaud. La résistance à la corrosion qu'assure l'oxyde de chrome est plus efficace à la température ambiante. Le chrome est un formateur de ferrite et c'est également un formateur efficace de carbure. Pour éviter l'effet indésirable du chrome sur les performances mécaniques des alliages, il faut veiller à ajuster le rapport relatif du chrome.Chromium
Chromium can be oxidized at elevated temperatures to form a chromium oxide layer providing complementary resistance to hot corrosion. The corrosion resistance of chromium oxide is more effective at room temperature. Chromium is a ferrite trainer and it is also an effective carbide formator. To avoid the undesirable effect of chromium on the mechanical performance of alloys, care must be taken to adjust the relative ratio of chromium.
Les pièces coulées prêtes à l'emploi de l'invention comprennent de 0 à 5 t en poids, de préférence de 1 à 5 t en poids et tout préférablement de 2 à 4 % en poids de chrome. The ready-to-use castings of the invention comprise from 0 to 5% by weight, preferably from 1 to 5% by weight and most preferably from 2 to 4% by weight of chromium.
Silicium
Le silicium peut former spontanément une couche protectrice d'oxyde de silicium. Comme la vitesse d'oxydation et la pression de dissociation d'oxydation du silicium sont inférieures à celles de l'oxyde de manganèse (nô), le silicium est utilisé dans l'alliage de l'invention principalement comme inhibiteur de l'oxydation du manganèse et des nucléation et croissance de l'oxyde de manganèse. De ce fait, la possibilité de formation d'oxyde d'aluminium est fortement accrue. Cependant, le silicium est un puissant formateur de ferrite qui réduit fortement la soudabilité des pièces coulées, si bien que son rapport relatif doit être à cet égard soigneusement déterminé.Silicon
Silicon can spontaneously form a protective layer of silicon oxide. Since the oxidation rate and the oxidation dissociation pressure of the silicon are lower than those of the manganese oxide (no), the silicon is used in the alloy of the invention mainly as an inhibitor of the oxidation of the manganese and nucleation and growth of manganese oxide. As a result, the possibility of formation of aluminum oxide is greatly increased. However, silicon is a powerful ferrite former which greatly reduces the weldability of castings, so that its relative ratio must be carefully determined in this respect.
Les pièces coulées prêtes à l'emploi de l'invention comprennent de
O à 2,5 t en poids, de préférence de 0,5 à 2 t en poids et tout préférablement de 0,5 à 1,5 % en poids de silicium.The ready-to-use castings of the invention comprise
0 to 2.5% by weight, preferably from 0.5 to 2% by weight and most preferably from 0.5 to 1.5% by weight of silicon.
Eléments auxiliaires
En plus des éléments d'addition essentiels ci-dessus, les pièces coulées de l'invention peuvent de plus être alliées avec une petite quantité d'autres éléments, tels que le bore, le tungstène, le molybdène, le niobium, le titane, le vanadium, l'azote, le cuivre, le nickel, l'yttrium, le scandium, l'hafnium et le tantale, pour répondre à des besoins particuliers pour diverses applications spécifiques. L'addition d'éléments auxiliaires est bien-connue dans l'art et est exposée ci-après pour illustrer d'autres aspects de l'invention. Les éléments auxiliaires individuels sont décrits ci-dessous.Auxiliary elements
In addition to the above essential addition elements, the castings of the invention may further be combined with a small amount of other elements, such as boron, tungsten, molybdenum, niobium, titanium, vanadium, nitrogen, copper, nickel, yttrium, scandium, hafnium and tantalum, to meet specific needs for various specific applications. Addition of auxiliary elements is well known in the art and is discussed below to illustrate other aspects of the invention. The individual auxiliary elements are described below.
Bore
L'addition de bore réduit l'énergie superficielle libre des joints de grain, ce qui réduit encore la précipitation de carbures sur les joints de grain. L'addition de bore produit une précipitation homogène dans la matrice qui assure de meilleures propriétés mécaniques.Boron
The addition of boron reduces the free surface energy of the grain boundaries, further reducing the precipitation of carbides on the grain boundaries. The addition of boron produces a homogeneous precipitation in the matrix which ensures better mechanical properties.
Les pièces coulées de l'invention peuvent facultativement contenir de 50 à 200 ppm de bore. The castings of the invention may optionally contain from 50 to 200 ppm boron.
Tungstène, molybdène et niobium
On utilise ces éléments dans les alliages de l'invention pour former un alliage fin de renforcement de type carbure afin d'accroitre la résistance .'érosion, de gêner la diffusion du carbone et d'éviter l'altération par décarburation de la couche protectrice d'oxyde.Tungsten, molybdenum and niobium
These elements are used in the alloys of the invention to form a fine carbide-type reinforcing alloy in order to increase the resistance to erosion, to hinder the diffusion of carbon and to avoid deterioration by decarburization of the protective layer. oxide.
Les pièces coulées de l'invention peuvent facultativement comprendre de 0,1 à 1,0 % en poids de tungstène. Castings of the invention may optionally comprise 0.1 to 1.0 wt.% Tungsten.
Les pièces coulées de l'invention peuvent facultativement comprendre de 0,1 à 2,1 % en poids de molybdène. Castings of the invention may optionally comprise from 0.1 to 2.1% by weight of molybdenum.
Les pièces coulées de l'invention peuvent facultativement comprendre de 0,1 à 1,0 % en poids de niobium. Castings of the invention may optionally comprise from 0.1 to 1.0% by weight of niobium.
Titane et vanadium
Le râle du titane et du vanadium est le meme que celui du tungstène, du molybdène et du niobium. De plus, le titane et le vanadium peuvent former une petite quantité de nitrures empêchant les dégâts provoqués par la nitruration et détournent la nitruration pour contribuer au durcissement superficiel.Titanium and vanadium
The rattle of titanium and vanadium is the same as that of tungsten, molybdenum and niobium. In addition, titanium and vanadium can form a small amount of nitrides to prevent damage caused by nitriding and divert nitriding to contribute to surface hardening.
Les pièces coulées de l'invention peuvent facultativement comprendre de 0,1 à 2,0 X en poids de titane. Castings of the invention may optionally comprise from 0.1 to 2.0 weight percent titanium.
Les pièces coulées de l'invention peuvent facultativement comprendre de 0,1 à 1,0 % en poids de vanadium. Castings of the invention may optionally comprise from 0.1 to 1.0% by weight of vanadium.
Azote
L'azote est également un puissant formateur d'austénite. L'addition d'azote stabilise la phase austénitique avec une quantité moindre de carbone, ce qui permet d'obtenir une meilleure résistance à la corrosion à chaud.Nitrogen
Nitrogen is also a powerful austenite formator. The addition of nitrogen stabilizes the austenitic phase with a lesser amount of carbon, resulting in improved resistance to hot corrosion.
Les pièces coulées de l'invention peuvent facultativement comprendre de 0,05 à 0,2 t en poids d'azote. The castings of the invention may optionally comprise from 0.05 to 0.2 weight percent nitrogen.
Cuivre
Le cuivre peut être utilisé pour accroître la résistance à la corrosion aux températures basses. Le cuivre peut également etre utilisé pour former un composé avec le phosphore résiduel dans les pièces coulées afin d'éviter la fragilité à chaud provoquée par le phosphore résiduel.Copper
Copper can be used to increase corrosion resistance at low temperatures. Copper can also be used to form a compound with residual phosphorus in castings to avoid hot brittleness caused by residual phosphorus.
Les pièces coulées de l'invention peuvent facultativement comprendre de 0,5 à 1,5 % en poids de cuivre. The castings of the invention may optionally comprise from 0.5 to 1.5% by weight of copper.
Nickel
Le composé de phosphore et de cuivre comme décrit ci-dessus provoque malgré tout une fragilité à chaud aux températures. Le nickel peut être utilisé pour éviter ce problème. De plus, le nickel peut etre utilisé pour améliorer le brillant de l'alliage. Un excès de nickel forme une phase gamma prime de composés métalliques avec l'aluminium qui est nuisible à l'alliage. La quantité ajoutée de nickel et de cuivre doit être soigneusement ajustée selon la teneur. résiduelle en phosphore.Nickel
The phosphorus and copper compound as described above still causes heat brittleness at temperatures. Nickel can be used to avoid this problem. In addition, nickel can be used to improve the gloss of the alloy. Excess nickel forms a gamma prime phase of metal compounds with aluminum that is harmful to the alloy. The amount of nickel and copper added must be carefully adjusted according to the grade. residual phosphorus.
Les pièces coulées de l'invention peuvent facultativement comprendre de 0,5 à 2,5 t en poids de nickel. Castings of the invention may optionally comprise from 0.5 to 2.5 weight percent nickel.
Yttrium, scandium, hafnium et tantale
Par suite de leur fort potentiel d'oxydation, ces éléments rares peuvent etre ajoutés pour amorcer l'oxydation interne dans l'alliage afin d'absorber le vide produit pendant la formation de la pellicule d'oxyde, pour établir un mécanisme clé et pour accroître l'adhésion de la pellicule d'oxyde par établissement d'un mécanisme-d'intercouches, si bien que la pellicule d'oxyde n'est pas facilement pelée lors de rincages répétés et d'une baisse de la température.Yttrium, scandium, hafnium and tantalum
Due to their high oxidation potential, these rare elements can be added to initiate internal oxidation in the alloy to absorb the vacuum produced during oxide film formation, to establish a key mechanism and to increase the adhesion of the oxide film by establishing a mechanism-interlayer, so that the oxide film is not easily peeled during repeated rinsing and a drop in temperature.
Les pièces coulées de l'invention peuvent facultativement comprendre de 0,01 à 1,0 X en poids d'yttrium. The castings of the invention may optionally comprise from 0.01 to 1.0% by weight of yttrium.
Les pièces coulées de l'invention- peuvent facultativement comprendre de 0,01 à 1,0 % en poids de scandium. The castings of the invention may optionally comprise from 0.01 to 1.0% by weight of scandium.
Les pièces coulées de l'invention peuvent facultativement comprendre de 0,01 à 0,5 t en poids d'hafnium. The castings of the invention may optionally comprise from 0.01 to 0.5 weight percent hafnium.
Les pièces coulées de l'invention peuvent facultativement comprendre de 0,01 à 0,8 t en poids de tantale. The castings of the invention may optionally comprise from 0.01 to 0.8 weight percent tantalum.
Les exemples suivants sont présentés pour permettre une meilleure compréhension de l'invention et ne sont pas conçus pour en limiter la portée. Sauf indication contraire, toutes les parties et pourcentages sont en poids. The following examples are presented to provide a better understanding of the invention and are not designed to limit its scope. Unless otherwise indicated, all parts and percentages are by weight.
EXEMPLE 1
Cet exemple illustre le procédé de préparation des pièces coulées de l'invention
On fond avec un four à induction haute fréquence un mélange de fer, de manganèse, d'aluminium, de silicium et de carbone pour produire un bain de composition connue. On coule ensuite le bain avec des moules en matériaux différents pour produire des pièces coulées ayant des états de surface différents.EXAMPLE 1
This example illustrates the process for preparing castings of the invention
A mixture of iron, manganese, aluminum, silicon and carbon is melted with a high-frequency induction furnace to produce a bath of known composition. The bath is then cast with molds of different materials to produce castings having different surface conditions.
On effectue la fusion avec un four à induction haute fréquence ayant une capacité de 20 kg. La composition, la forme et le poids des éléments d'addition figurent dans le tableau Il. The melting is carried out with a high frequency induction furnace having a capacity of 20 kg. The composition, shape and weight of the additive elements are shown in Table II.
TABLEAU II
Composition Poids
E;ément % en poids kg Forme
Manganèse 30 4,5 Manganèse pur du commerce
Aluminium 10 1,5 Aluminium pur du commerce
Chrome 3 0,45 Chrome pur du commerce
Silicium 1 0,3 Ferrosilicium contenant
50 t de silicium
Carbone 1 0,15 Poudre de charbon actif
Fer Complément 8,1 Fil à bobiner 1008 avec
0,08 t de carbone
On introduit le fer et le ferrosilicium dans le four froid. On règle la puissance du four à 20 kW et on la maintient pendant 10 minutes, après quoi on ajuste la puissance à 40 kW. Sept minutes plus tard, le fer et le ferrosilicium sont complètement fondus à environ 1 550 C. On ajuste ensuite la puissance à 20 kw, on ajoute 2,25 kg de manganèse et tout le chrome, puis on réajuste la puissance à 40 kW.Après fusion du manganèse et du chrome ajoutés, on rajoute 2,25 kg de manganèse et on ajoute 0,15 kg de carbone. Dix minutes plus tard, on enlève le laitier. On ajoute 1,5 kg d'aluminium. On effectue la formation de laitier et l'opération d'élimination du laitier après la fusion de l'aluminium. On décante'le bain dans une poche ayant une capacité de 30 kg après que la température ait atteint 1 580'C; puis on coule dans quatre moules séparés en matériaux différents après que la température se soit abaissée à 1 480'C. Les quatre moules sont respectivement un moule carapace, un moule en sable, un moule en céramique et un moule d'acier ayant des capacites de 4 kilogrammes.TABLE II
Composition Weight
E% weight% kg Form
Manganese 30 4.5 Pure Manganese Trade
Aluminum 10 1.5 Pure Aluminum Commercial
Chrome 3 0.45 Pure Chromium Trade
Silicon 1 0.3 ferrosilicon containing
50 t of silicon
Carbon 1 0.15 Activated carbon powder
Iron Complement 8.1 Wire to wind 1008 with
0.08 t of carbon
Iron and ferrosilicon are introduced into the cold furnace. The furnace power is set at 20 kW and maintained for 10 minutes, after which the power is adjusted to 40 kW. Seven minutes later, the iron and ferrosilicon are completely melted at about 1 550 C. The power is then adjusted to 20 kW, 2.25 kg of manganese and all the chromium are added, and then the power is readjusted to 40 kW. After melting of the added manganese and chromium, 2.25 kg of manganese are added and 0.15 kg of carbon are added. Ten minutes later, the slag is removed. 1.5 kg of aluminum are added. The slag formation and the slag removal operation are carried out after the aluminum melting. The bath was decanted into a ladle having a capacity of 30 kg after the temperature reached 1580 ° C; then poured into four separate molds of different materials after the temperature has dropped to 1480 ° C. The four molds are respectively a shell mold, a sand mold, a ceramic mold and a steel mold with capacities of 4 kilograms.
On observe les états de surface des pièces coulées obtenues. En ce qui concerne les formes des produits, on observe les meilleurs résultats avec le moule caparace puis le moule en sable, le moule en céramique et le moule d'acier dans l'ordre indiqué. En ce qui concerne l'état lisse de la surface, on observe les meilleurs résultats avec le moule d'acier et le moule carapace, le moule en céramique et le moule de sable dans l'ordre indiqué. Cependant, toutes les pièces coulées sont considérées comme convenant à l'emploi. The surface conditions of the castings obtained are observed. Regarding the product shapes, the best results are observed with the caparace mold and the sand mold, the ceramic mold and the steel mold in the order indicated. Regarding the smooth state of the surface, the best results are observed with the steel mold and the shell mold, the ceramic mold and the sand mold in the order indicated. However, all castings are considered suitable for use.
On homogénéise à 1 200'C pendant 4 heures la pièce coulée avec le moule de céramique et on prélève un échantillon par perçage pour l'analyse chimique. Les résultats de l'analyse figurent dans le tableau III. The cast piece is homogenized at 1200 ° C. for 4 hours with the ceramic mold and a sample is taken by drilling for chemical analysis. The results of the analysis are shown in Table III.
TABLEAU III
Composition des pièces coulées du tableau II analysées
selon un procédé chimique
Mn Al Cr Si C Fe
28,67 9,33 3,14 1,12 0,94 Complément
EXEMPLE 2
On produit dans le contexte de l'invention une série de pièces coulées selon un procédé semblable à celui de l'exemple 1 et on détermine les propriétés mécaniques (résistance à la traction, allongement et dureté) des alliages et on les compares à celles de pièces coulées classiques pour application aux températures élevées.TABLE III
Composition of the analyzed table II castings
according to a chemical process
Mn Al Cr Si C Fe
28.67 9.33 3.14 1.12 0.94 Supplement
EXAMPLE 2
In the context of the invention, a series of castings is produced according to a process similar to that of Example 1 and the mechanical properties (tensile strength, elongation and hardness) of the alloys are determined and compared with those of conventional castings for application at high temperatures.
On prépare, selon le même mode opératoire que décrit dans l'exemple 1, 17 pièces coulées faites d'alliages à base de Fe-Mn-Al-C facultativement additionnés d'autres éléments d'addition tels que le niobium, le molybdène et l'azote. 17 cast parts made from Fe-Mn-Al-C alloys optionally containing other additive elements such as niobium, molybdenum and the like are prepared according to the same procedure as described in Example 1. nitrogen.
On coule ensuite le bain dans un moule de ceramique pour obtenir des lingots cylindriques de 80 mm de diamètre et 250 mm de longueur pesant environ 15 kg. On découpe les lingots en un cylindre haut de 4 cm puis on les forge à 1 200'C jusqu'à ce que la.hauteur soit réduite à 2 cm. On refroidit ensuite les lingots forgés à la température ambiante et on les découpe en éprouvettes ayant une longueur de référence -de 2,5 cm (1 inch) pour les essais de traction. On détermine la résistance à la traction, l'allongement et la dureté des échantillons et les valeurs figurent dans le tableau IV. Lors de l'essai, on observe des déformations uniformes de tous les échantillons. Les taux de striction sont relativement faibles. The bath is then cast in a ceramic mold to obtain cylindrical ingots of 80 mm in diameter and 250 mm in length weighing about 15 kg. The ingots are cut into a 4 cm high cylinder and then forged at 1200.degree. C. until the height is reduced to 2 cm. The forged ingots are then cooled to room temperature and cut into test pieces having a reference length of 1 inch for tensile tests. The tensile strength, elongation and hardness of the samples are determined and the values are shown in Table IV. During the test, uniform deformations of all the samples are observed. Necking rates are relatively low.
Certaines propriétés mécaniques typiques des pièces coulées classiques pour application à températures élevées indiquées dans le tableau I figurent dans le tableau V à titre comparatif. Comme le montre la comparaison entre les tableaux IV et V, les performances mécaniques des pièces coulées de la présente invention sont supérieures à celles des pièces coulées classiques du commerce pour les applications aux températures élevées. En particulier, les pièces coulées de l'invention présentent un allongement et une ténacité plus élevés que ceux de la norme de spécification de 1'AISI 310 qui est un acier à forger pour application aux températures élevées. Some typical mechanical properties of conventional high temperature castings shown in Table I are shown in Table V for comparison. As shown by the comparison between Tables IV and V, the mechanical performance of the castings of the present invention is greater than that of conventional commercial castings for high temperature applications. In particular, the castings of the invention have a higher elongation and toughness than those of the specification standard of IAIS 310 which is a forging steel for application at elevated temperatures.
TABLEAU IV Résistance à Allon
Composition (% en poids) la traction gement
N Mn Al C Cr Nb Mo Autres Fe MPa (ksi) (%) Dureté #1 33,04 7,45 0,72 - - - - Complément 808,3 (117,2) 45,6 56,9Rb #2 33,13 7,54 0,58 - - - - " 776,9 (111,2) 46,6 64,7Rb #3 28,78 7,83 0,6 - - - - " 812,4 (117,8) 48,2 59,5Rb #4 25,6 11,24 1,24 - - - - " 1175,2 (170,4) 6,35 44,5Rb #5 25,3 6,72 0,46 5,52 - - - " 724,2 (105,0) 33,85 #6 27,2 7,22 0,79 5,92 - - 2,0Ni " 875,9 (127,0) 43,33 98,6Rb #7 27,8 7,24 0,41 5,89 - - - " 893,8 (129,6) 40,34 96,0Rb #8 32,7 7,36 0,88 5,73 - - - " 845,5 (122,6) 45,9 96,5Rb #9 25,1 8,1 0,74 5,54 - - - " 838,6 (121,6) 42.2 #10 30,51 10,99 0,78 - - - 1,40Si " 749,6 (108,7) 41,4 98,0Rb #11 30,3 7,6 1,08 - - 0,46 - " 990,0 (144,85) 29,85 30,4Rc #12 25,2 8,02 1,02 - - 0,66 - " 1084,8 (157,3) 26,5 32,8Rc #;13 29,4 10,9 1,14 - 0,05 - - " 1224,1 (177,5) 13,3 36,4Rc #14 30,2 11,1 1,13 - 0,1 - - " 1110,3 (161,0) 15 36,2Rc #15 33,9 11,0 1,19 - 0,3 0,76 - " 1139,3 (165,2) 19,3 39,3Rc #16 30,7 10,9 1,09 - 0,1 - 0,004N " 1089,6 (158,0) 12,9 36,5Rc #17 28,87 10,22 0,72 - - - 0,002B " 849,6 (123,2) 23,7
2,0Ni "
Nota : 1. ksi x 0,70325 = kg/mm
2. ksi x 6,8965 = MPa
TABLEAU V
Valeurs typiques des propriétés mécaniques d'alliages du commerce
résistant aux températures élevées
Résistance à
la traction Allongement
Désignation MPa (ksi) b Utilité
AISI 310 > 483 ( > 70) )45 transformation
JIS SCH-ll > 586 ( > 85) non déterminé coulée
JIS SCH-;2 > 483 (,70)
JIS SCH-13 > 483 ( > 70,
JIS SCH-14 > 448 ( > 65)
JIS SCE-15 > 393 (,57)
EXEMPLE 3
On lamine à froid, avec une réduction de 90 % de la dimension pour obtenir une épaisseur de 0,2 cm six lingots forgés de l'alliage n' 10 de l'exemple précédent préparés selon le même mode opératoire.On soumet ensuite les pièces laminées a un traitement de mise en solution pendant 1 heure à 1 050 C et on trempe dans de l'huile pour engrenage à la température ambiante. On soumet cinq des six pièces laminées à un traitement de vieillissement à 550'C pendant des temps différents. On détermine la résistance à la traction, l'allongement et la dureté des six pièces laminées, les résultats obtenus figurant dans le tableau VI. Comme le montre le tableau VI, la résistance à la traction est remarquablement accrue, l'allongement est réduit de façon limitée et la dureté est accrue.TABLE IV Resistance to Allon
Composition (% by weight) traction
N Mn Al C Cr Nb Mo Other Fe MPa (ksi) (%) Hardness 1 33.04 7.45 0.72 - - - - Supplement 808.3 (117.2) 45.6 56.9Rb # 2 33.13 7.54 0.58 - - - - "776.9 (111.2) 46.6 64.7Rb # 3 28.78 7.83 0.6 - - - -" 812.4 ( 117.8) 48.2 59.5Rb # 4 25.6 11.24 1.24 - - - - "1175.2 (170.4) 6.35 44.5Rb # 5 25.3 6.72 0.46 5.52 - - - "724.2 (105.0) 33.85 # 6 27.2 7.22 0.79 5.92 - - 2.0 Ni" 875.9 (127.0) 43.33 98.6Rb # 7 27.8 7.24 0.41 5.89 - - - "893.8 (129.6) 40.34 96.0Rb # 8 32.7 7.36 0, 88 5.73 - - - "845.5 (122.6) 45.9 96.5Rb # 9 25.1 8.1 0.74 5.54 - - -" 838.6 (121.6) 42.2 # 10 30.51 10.99 0.78 - - - 1.40Si "749.6 (108.7) 41.4 98.0Rb # 11 30.3 7.6 1.08 - - 0.46 - "990.0 (144.85) 29.85 30.4Rc # 12 25.2 8.02 1.02 - - 0.66 -" 1084.8 (157.3) 26.5 32.8Rc #; 13 29.4 10.9 1.14 - 0.05 - - "1224.1 (177.5) 13.3 36.4 Rc # 14 30.2 11.1 1.13 - 0.1 - - "1110.3 (161.0) 15 36.2Rc # 15 33.9 11.0 1.19 - 0.3 0.76 -" 1139.3 (165.2) 19.3 39.3Rc # 16 30.7 10.9 1.09 - 0.1 - 0.004N "1089.6 (158.0) 12.9 36.5Rc # 17 28.87 10.22 0.72 - - - 0.002B" 849.6 (123.2) 23.7
2.0Ni "
Note: 1. ksi x 0.70325 = kg / mm
2. ksi x 6.8965 = MPa
TABLE V
Typical values of mechanical properties of commercial alloys
resistant to high temperatures
Resistance to
traction Elongation
Designation MPa (ksi) b Utility
AISI 310> 483 (> 70)) 45 transformation
JIS SCH-ll> 586 (> 85) not determined casting
JIS SCH-; 2> 483 (, 70)
JIS SCH-13> 483 (> 70,
JIS SCH-14> 448 (> 65)
JIS SCE-15> 393 (, 57)
EXAMPLE 3
A six-inch forged ingot of the No. 10 alloy of the preceding example prepared under the same procedure is cold rolled with a 90% reduction in size to obtain a thickness of 0.2 cm. The parts are then subjected to These were laminated to a solution treatment for 1 hour at 1050 ° C. and quenched in gear oil at room temperature. Five of the six rolled pieces were subjected to aging treatment at 550 ° C for different times. The tensile strength, elongation and hardness of the six rolled parts are determined, the results obtained shown in Table VI. As shown in Table VI, the tensile strength is remarkably increased, the elongation is reduced to a limited extent and the hardness is increased.
On observe les pièces laminées avec un microscope optique. L'analyse de la microstructure révèle que l'amélioration des performances mécaniques résulte de la formation de petits carbures de Fe-Al-C (Fe3AlCx). On a donc prouvé que les performances mécaniques des pièces coulées de l'invention sont améliorées par l'ajustement de la morphologie des précipités aux températures élevées. The laminated pieces are observed with an optical microscope. The analysis of the microstructure reveals that the improvement of the mechanical performances results from the formation of Fe-Al-C (Fe3AlCx) small carbides. It has therefore been proved that the mechanical performance of the castings of the invention is improved by adjusting the morphology of the precipitates at high temperatures.
TABLEAU VI
Propriétés mécaniques de l'alliage n 10 après traitement de
vieillissement
Résistance à
la traction Allongement
Mode de traitement Temps MPa(ksi) % Dureté
Pas de vieillissement - 880,7(127,7) 51,4 54,8 Ra
Vieillissement à 550 C 1 h 955,2(138,5) 39,6 64,5 Ra
Vieillissement à 550 C 4 h 1 060,0(153,7) 39,6 63,0 Ra
Vieillissement à 550 C 8 h 1 091,7(158,3) 37,4 64,9 Ra
Vieillissement à 550'C 16 h 1 046,2(151,7) 44,0 65,0 Ra
EXEMPLE 4
Cet exemple illustre la résistance à la corrosion à chaud des alliages de l'invention.TABLE VI
Mechanical properties of the alloy n 10 after treatment of
aging
Resistance to
traction Elongation
Processing Mode Time MPa (ksi)% Hardness
No aging - 880.7 (127.7) 51.4 54.8 Ra
Aging at 550 C 1 hr 955.2 (138.5) 39.6 64.5 Ra
Aging at 550 C 4 hr 1 060.0 (153.7) 39.6 63.0 Ra
Aging at 550C 8h 1 091.7 (158.3) 37.4 64.9 Ra
Aging at 550 ° C 16 hrs 1,046.2 (151.7) 44.0 65.0 Ra
EXAMPLE 4
This example illustrates the resistance to hot corrosion of the alloys of the invention.
On prépare une série de pièces coulées ayant la composition indiquée dans le tableau VII par fusion et forgeage à 1 220 C et homogénéisation à 1 050'C pendant 8 heures comme décrit dans les exemples 1, 2 et 3. On découpe ensuite les pièces obtenues en échantillons d'essai de 2 x 4 x 8 mm. On abrase la surface des échantillons avec du papier abrasif au SiC n 1200. On place ensuite les échantillons abrasés dans un analyseur thermogravimétrique pour déterminer leur gain de poids par oxydation. On règle le débit d'air sec de l'analyseur thermogravimétrique à 100 cm3/min, les températures à 760, 900 et 1 100-C et la durée de l'expérience à 24 heures. Les gains de poids par oxydation de ces échantillons figurent dans le tableau VIII. A series of castings having the composition indicated in Table VII is prepared by melting and forging at 1220 ° C. and homogenizing at 1050 ° C. for 8 hours, as described in Examples 1, 2 and 3. The pieces obtained are then cut away. in test samples of 2 x 4 x 8 mm. The surface of the samples is abraded with # 1200 SiC abrasive paper. The abraded samples are then placed in a thermogravimetric analyzer to determine their weight gain by oxidation. The dry air flow rate of the thermogravimetric analyzer was set at 100 cm3 / min, the temperatures at 760, 900 and 1100-C and the duration of the experiment at 24 hours. The oxidation weight gains of these samples are shown in Table VIII.
TABLEAU VII
Composition des alliages de l'exemple 4 (* en poids)
N' Al C Fe
f18 5,5 0,55 Complément
f19 8,5 0,65 Complément
t20 10,0 0,52 Complément
TABLEAU VIII
Gain de poids par oxydation des alliages de l'exemple 4 après
24 d'heures d'oxydation à 700, 900 et 1 100'C (mg/cm2)
N 700 C 900 C 1 100'C
f18 1,71 5,68 10,76
t19 1,19 0,46 0,89
t20 < 0,05 0,29 1,22
Comme le montrent les tableaux VII et VIII, l'addition d'aluminium peut inhiber l'effet indésirable du carbone sur la résistance à la corrosion des pièces coulées de l'invention.Ces exemples confirment que, selon l'invention, la résistance à la corrosion d'alliages contenant du carbone peut être ajustée par addition d'aluminium.TABLE VII
Composition of the alloys of Example 4 (* by weight)
N 'Al C Fe
f18 5.5 0.55 Supplement
f19 8.5 0.65 Supplement
t20 10.0 0.52 Supplement
TABLE VIII
Weight gain by oxidation of the alloys of Example 4 after
24 hours of oxidation at 700, 900 and 1100 ° C (mg / cm 2)
N 700 C 900 C 1 100C
f18 1.71 5.68 10.76
t19 1.19 0.46 0.89
t20 <0.05 0.29 1.22
As shown in Tables VII and VIII, the addition of aluminum can inhibit the undesirable effect of carbon on the corrosion resistance of the castings of the invention. These examples confirm that, according to the invention, the resistance to the corrosion of carbon-containing alloys can be adjusted by the addition of aluminum.
EXEMPLE 5
On prépare une série de pièces coulées ayant la composition indiquée dans le tableau IX selon le mode opératoire décrit dans les exemples 1 et 2. On traite ensuite ces pièces coulées comme décrit dans l'exemple 4 et on les place dans un four tubulaire réglé à 400 à 750'C avec une pièce coulée d'AISI 304. On introduit de l'air sec dans le four tubulaire à un débit de 200 cm3/min pour oxyder les échantillons. Après 24 heures d'oxydation, on refroidit ces échantillons à l'air jusqu'à la température ambiante et on observe l'état de surface des échantillons.On constate que la couleur de 1'AISI 304 devient de plus en plus sombre lorsque la température s'élève et est totalement noire lorsque la température est supérieure à 600'C. En revanche, les pièces coulées de l'invention demeurent brillantes bien que quelque peu jaunes aux températures élevées. Lorsque la température s'élève, la couleur des pièces coulées de l'invention passe du jaune au brun. On n'observe pas de pelage des pièces coulées de l'invention ni de l'AISI 304.EXAMPLE 5
A series of castings having the composition indicated in Table IX is prepared according to the procedure described in Examples 1 and 2. These castings are then treated as described in Example 4 and placed in a tubular furnace set to 400 to 750 ° C with a cast piece of AISI 304. Dry air is introduced into the tubular furnace at a rate of 200 cm 3 / min to oxidize the samples. After 24 hours of oxidation, these samples are cooled in air to room temperature and the surface condition of the samples is observed. It is observed that the color of the IAIS 304 becomes increasingly dark when the temperature rises and is totally black when the temperature is above 600 ° C. In contrast, the castings of the invention remain bright although somewhat yellow at high temperatures. When the temperature rises, the color of the castings of the invention changes from yellow to brown. The castings of the invention and AISI 304 are not peeled.
On reprend le même mode opératoire, si ce n'est qu'on règle la température à 1 100:C. On n'observe pas de pelage ni de formation apparente d'oxyde sur la surface des pièces coulées de l'invention. La couleur des pièces coulées de l'invention est brun brillant. En revanche, on observe une couche noire homogène d'oxyde sur la surface de l'AISI 304 et, après refroidissement à la température ambiante, on observe également des fissures. Cet exemple prouve que l'ajustement de la composition des alliages, même lorsque la teneur en carbone ou en manganèse est très élevée, permet d'obtenir une excellente résistance à la corrosion. The same procedure is repeated, except that the temperature is set at 1100 ° C. No peeling or apparent formation of oxide is observed on the surface of castings of the invention. The color of the castings of the invention is bright brown. On the other hand, a homogeneous black layer of oxide is observed on the surface of AISI 304 and, after cooling to room temperature, cracks are also observed. This example proves that the adjustment of the composition of the alloys, even when the carbon or manganese content is very high, makes it possible to obtain excellent resistance to corrosion.
TABLEAU IX
Mn Al C Fe
28,3 11,3 0,5 Complément
EXEMPLE 6
On prépare comme dans les exemples 1 et 2 une série de pièces coulées contenant du chrome ayant la composition indiquée dans le tableau X, puis on lamine à froid avec une réduction de 90 t de l'épaisseur jusqu'à 2 mn. On homogénéise ensuite les pièces obtenues à 1 150 C pendant 50 heures pour éliminer totalement les contraintes de travail et assurer une croissance complète des grains cristallins. On découpe les pièces laminées, on les meule et on les polit.avec de la poudre d'oxyde d'aluminium jusqu'à 0,05 Fm pour obtenir des échantillons pour l'essai d'oxydation.On utilise le même mode opératoire et le même appareil pour effectuer l'essai d'oxydation, si ce n'est que la température d'oxydation est fixée à 1 050 C et que la vitesse d'élévation de la température à partir de la température ambiante est de 100 C/min. On effectue l'analyse thermogravimétrique pendant 48 heures à 1 050'C. On constate que le gain total de poids par oxydation n'est que de 0,42 mg/cm3.Il faut noter que l'accroissement du gain de poids par oxydation ne s'observe que dans les trois premières heures et que l'on n'observe plus ensuite d'accroissement du gain de poids par oxydation; L'analyse avec un analyseur à rayons X et une microsonde électronique révèle que la croissance des cristaux d'oxyde d'aluminium a été complète pendant les trois premières heures dans les conditions d'essai ci-dessus. On refroidit es échantillons à l'air jusqu'à la température ambiante et les résultats montrent qu'il n'y a pas de pelage des oxydes et que la couleur des échantillons étudiés est passée à l'argent brunâtre. TABLE IX
Mn Al C Fe
28.3 11.3 0.5 Supplement
EXAMPLE 6
As in Examples 1 and 2, a series of castings containing chromium having the composition shown in Table X were prepared, followed by cold rolling with a reduction of 90 t in thickness up to 2 minutes. The parts obtained are then homogenized at 1150 ° C. for 50 hours in order to completely eliminate the working stresses and ensure complete growth of the crystalline grains. The rolled pieces are cut, ground and polished with aluminum oxide powder to 0.05 μm to obtain samples for the oxidation test. The same procedure is used. the same apparatus for carrying out the oxidation test, except that the oxidation temperature is fixed at 1050 ° C and the rate of rise of the temperature from the ambient temperature is 100 ° C / min. The thermogravimetric analysis is carried out for 48 hours at 1050 ° C. It is found that the total weight gain by oxidation is only 0.42 mg / cm3. It should be noted that the increase in weight gain by oxidation is observed only in the first three hours and that one no longer observes an increase in the weight gain by oxidation; Analysis with an X-ray analyzer and an electron microprobe reveals that the growth of the aluminum oxide crystals was complete during the first three hours under the above test conditions. The samples are cooled in air to room temperature and the results show that there is no peeling of the oxides and that the color of the samples studied is changed to brownish silver.
Cet exemple prouve que l'addition appropriée de chrome aux pièces coulées de l'invention avec un ajustement approprié de la vitesse d'élévation de la température assure une couche protectrice intacte d'oxyde d'aluminium qui n'est pas pelée après refroidissement. This example demonstrates that the proper addition of chromium to the castings of the invention with an appropriate adjustment of the rate of temperature rise provides an intact protective layer of aluminum oxide which is not peeled after cooling.
TABLEAU X
Composition de l'alliage Fe-Mn-Al-Cr-C de l'exemple 6
N Mn Al Cr C Fe
f21 30,95 8,87 2,98 0,87 Complément
EXEMPLE 7
On prépare une série d'alliages à base de Fe-Mn-Al ayant les compositions indiquées dans le tableau XI selon le même mode opératoire que celui décrit dans l'exemple 1. On homogénéise ensuite les pièces coulées obtenues à 1 200 C pendant 4 heures puis on lamine à chaud à 900-1 000 C.PAINTINGS
Composition of the Fe-Mn-Al-Cr-C alloy of Example 6
Mn Al Cr C Fe
f21 30.95 8.87 2.98 0.87 Supplement
EXAMPLE 7
A series of alloys based on Fe-Mn-Al having the compositions indicated in Table XI are prepared according to the same procedure as that described in Example 1. The castings obtained are then homogenized at 1200 ° C for 4 hours. hours and then hot rolled at 900-1000 C.
On soumet les pièces laminées à un traitement de mise en solution à 1 050'C pendant 1 heure puis on trempe à l'huile. On découpe les pièces obtenues à des dimensions de 8 x 8 x 10 mn et on abrase avec un papier abrasif au SiC n' 1200 pour obtenir des échantillons pour l'essai de corrosion -à chaud.The rolled pieces were subjected to solution treatment at 1050 ° C. for 1 hour and then quenched with oil. The resultant pieces were cut to 8 x 8 x 10 min and abraded with SiC 1200 sandpaper to obtain samples for the hot-corrosion test.
Pour effectuer l'essai de corrosion à chaud, on plonge ces échantillons coulés dans une solution saline de traitement thermique Q-6 du commerce contenant essentiellement BaCl2, KCl et LiCl pendant 268 heures.To carry out the hot corrosion test, these cast samples are immersed in commercial Q-6 heat treatment salt solution containing mainly BaCl 2, KCl and LiCl for 268 hours.
L'épaisseur du produit de corrosion sur le n' 24 n'est que de 30 > 2 et on observe que la corrosion s'est effectuée le long de la phase de ferrite.The thickness of the corrosion product on # 24 is only 30> 2 and it is observed that corrosion occurred along the ferrite phase.
Cet exemple montre que les pièces coulées de l'invention présentent une résistance à la corrosion à chaud. This example shows that castings of the invention exhibit resistance to hot corrosion.
TABLEAU XI
Composition d'alliages à base de Fe-Mn-Al-C de l'exemple 7
N Mn Al C Fe
22 32,3 9,7 0,03 Complément
23 30,4 9,8 0,1 Complément
24 30,8 9,8 1,0 Complément
EXEMPLE 8
Dans les régions où le tri des ordures n'est pas effectué, tous les types d'ordures contenant des déchets acides et basiques sont conduits à un incinérateur d'ordures. La analyse d'échantillons prélevés dans un incinérateur d'ordures à Taiwan révèle que les ordures conduites à un incinérateur contiennent en moyenne 56 t d'eau, 15 % de poussières, 15 % de carbone, 11 t d'oxygène, 0,1 t de soufre et d'autres matières non identifiées.Par suite de leur teneur élevée en eau, les ordures dans ces régions ne peuvent pas brûler spontanément et on pulvérise donc souvent un combustible sur les ordures pour faciliter-l'incinération. On considère que l'environnement intérieur d'un tel incinérateur est tout particulièrement agressif pour les alliages pour les applications aux températures élevées.TABLE XI
Composition of alloys based on Fe-Mn-Al-C of Example 7
N Mn Al C Fe
22 32.3 9.7 0.03 Supplement
23 30.4 9.8 0.1 Supplement
24 30.8 9.8 1.0 Supplement
EXAMPLE 8
In areas where garbage sorting is not performed, all types of garbage containing acidic and basic wastes are taken to a garbage incinerator. Analysis of samples taken from a garbage incinerator in Taiwan reveals that garbage sent to an incinerator contains an average of 56 t of water, 15% of dust, 15% of carbon, 11 t of oxygen, 0.1 With their high water content, garbage in these areas can not burn spontaneously, so a fuel is often sprayed on garbage to facilitate incineration. It is considered that the internal environment of such an incinerator is particularly aggressive for alloys for applications at high temperatures.
On prépare une série de pièces coulées constituant des grilles d incinérateur faites en alliage à base de Fe-Mn-Al-C-Cr-Si ayant les compositions indiquées dans le tableau XII par fusion de matières premières de pureté électrolytique dans un four à induction haute fréquence ayant une capacité de 500 kg et coulée du bain obtenu dans un moule de sable pour obtenir les plaques de base désirées. On prepare deux types de grilles d'incinérateurs, des grilles fixes pour porter le résidu de l'incinérateur et des grilles mobiles pour porter les déchets en combustion et permettre la ventilation à air chaud. Les deux types de grilles supportent une lourde charge dans une atmosphère corrosive à la température de combustion. De plus, ces grilles doivent résister à une érosion prolongée provoquée par le transport des ordures.Les grilles mobiles, qui pèsent environ 12,5 kg, ont une longueur de 398 mn et une largeur de 245 mm. Des trous carrés de 60 mm x 12 nm sont régulièrement répartis sur l'ensemble des grilles pour permettre la chute du résidu de l'incinérateur au cours de l'incinération et la ventilation à air chaud. Les grilles fixes, qui ont une forme semblable à celle des grilles mobiles, ont une longueur de 398 mm et une largeur de 289 mn. La température de travail de ces grilles se situe dans la gamme de 700 à 950'C. On soumet ces grilles à un essai dans un incinérateur d'ordures pendant 60 jours et 1,5 an pendant lesquels l'incinérateur est alimenté par une charge constante de 200 tonnes d'ordures par jour. L'épaisseur de la couche de réaction après l'essai est indiquée dans le tableau XIII. Comme le montre le tableau XIII, les grilles
d'incinérateurs faites d'alliages à base de Fe-Mn-Al-C de l'invention
satisfont à la norme de qualité des grilles d'incinérateurs faites d'acier
coulé à haute teneur en chrome. Si l'on ajoute de plus du chrome, du
silicium ou du titane, les performances des grilles sont encore acrues.A series of castings constituting incinerator grids made of Fe-Mn-Al-C-Cr-Si alloy having the compositions indicated in Table XII are prepared by melting electrolytically pure raw materials in an induction furnace. high frequency having a capacity of 500 kg and bath casting obtained in a sand mold to obtain the desired base plates. Two types of incinerator grates are being prepared, fixed grates to carry the incinerator residue and mobile grates to carry burning waste and to allow ventilation with hot air. Both types of grids support a heavy load in an atmosphere corrosive to the combustion temperature. In addition, these grids must withstand prolonged erosion caused by the transport of garbage. The movable grids, which weigh about 12.5 kg, have a length of 398 minutes and a width of 245 mm. Square holes of 60 mm x 12 nm are evenly distributed across all grids to allow the incinerator residue to fall during incineration and hot air ventilation. Fixed grids, which have a shape similar to that of movable grates, have a length of 398 mm and a width of 289 min. The working temperature of these grids is in the range of 700 to 950 ° C. These grids are tested in a garbage incinerator for 60 days and 1.5 years during which the incinerator is fed with a constant load of 200 tons of garbage per day. The thickness of the reaction layer after the test is shown in Table XIII. As Table XIII shows, grids
incinerators made from Fe-Mn-Al-C based alloys of the invention
meet the quality standard for steel incinerator grates
cast with high chromium content. If you add more chromium,
silicon or titanium, the performances of the grids are still acrues.
TABLEAU XII
Compositions d'alliages à base de Fe-Mn-Al-C de l'exemple 8
N Mn Al C Cr Si Ti Fe
t24 Comme dans l'exemple 7
f25 29,53 9,5 1,31 3,0 0,8 - Complément
#26 30,12 9,4 ,24 5,96 0,7
#27 29,45 10,2 ',28 2,98 1,02 0,3
TABLEAU XIII
Epaisseur de la couche de réaction des grilles
dans les incinérateurs
Premier Second
échantillonnage échantillonnage
N (2 mois) (18 mois)
JIS SCH-ll 150 tcm 240 m
#24 70 m 125 m
*25 25 trm 35 m
#;26 320 m endommagé
t27 18 m 26 Wm
EXEMPLE 9
On prépare une série de lingots de 15 kg faits d'alliages à base de
Fe-Mn-Al-C ayant les compositions indiquées dans le tableau XIV par fusion des matières premières dans un four à induction haute fréquence et coulée dans des moules de céramique. Les matières premières du bain sont toutes sous forme de matières de pureté électrolytique, à l'exception du manganèse qui peut être apporté par du ferromanganèse à faible teneur en carbone (comme indiqué par * dans le tableau XIV). On découpe ces lingots et on mesure la dureté des faces coupées. On découpe de plus une partie des lingots en éprouvettes de traction, comme dans l'exemple 2. Les valeurs obtenues de la dureté et de la resistance à la traction figurent dans le tableau XV.TABLE XII
Compositions of alloys based on Fe-Mn-Al-C of Example 8
Mn Al C Cr Si Ti Fe
t24 As in example 7
f25 29.53 9.5 1.31 3.0 0.8 - Complement
# 26 30.12 9.4, 24 5.96 0.7
# 27 29.45 10.2 ', 28 2.98 1.02 0.3
TABLE XIII
Thickness of the reaction layer of grids
in the incinerators
First Second
sampling sampling
N (2 months) (18 months)
JIS SCH-ll 150 tcm 240 m
24 70 m 125 m
* 25 25 trm 35 m
#; 26,320 m damaged
t27 18 m 26 Wm
EXAMPLE 9
A series of 15 kg ingots made of alloys based on
Fe-Mn-Al-C having the compositions shown in Table XIV by melting raw materials in a high frequency induction furnace and casting in ceramic molds. The bath raw materials are all in the form of electrolytically pure materials, with the exception of manganese which can be supplied by low carbon ferromanganese (as shown in Table XIV). These ingots are cut and the hardness of the cut faces is measured. In addition, a portion of the ingots are cut into tensile test pieces, as in Example 2. The values obtained for hardness and tensile strength are given in Table XV.
Comme le montre le tableau XV, les pièces coulées de l'invention présentent une résistance à la traction et une dureté supérieures à celles de l'acier inoxydable de la série AISI du commerce, meme sous forme d'un lingot. Dans les opérations de travail, les pièces coulées de l'invention ont également une excellente ténacité. Par exemple, une combinaison appropriée d'une tête de foret au carbure de tungstène, d'une perceuse puissante et d'une huile de perçage-est nécessaire pour percer les pièces coulées de l'invention. Dans un essai, on utilise une scie faite d'un alliage de. la série JIS SK pour scier l'alliage n 31 de cet exemple et la scie est érodée après qu'elle n'ait scié que sur une profondeur de 5 mm. As shown in Table XV, castings of the invention have higher tensile strength and toughness than commercial AISI series stainless steel, even in the form of an ingot. In working operations, the castings of the invention also have excellent toughness. For example, a suitable combination of a tungsten carbide drill head, a powerful drill and a drilling oil is required to drill the castings of the invention. In one test, a saw made of an alloy of. the JIS SK series for sawing the No. 31 alloy of this example and the saw is eroded after sawing only to a depth of 5 mm.
Ces phénomères révèlent que les pièces coulées de l'invention peuvent difficilement être travaillées ulterieurement.These phenomena reveal that the castings of the invention can hardly be worked on later.
TABLEAU XIV
Compositions d'alliages à base de Fe-Mn-Al-C de l'exemple 9
N' Mn Al C Cr Mo Nb. Ni B V Fe
t28 31,92 10,44 1,10 - - - - - - Complément
f29 32,66 10,53 1,07 - 0,36 - - -
t30 32,81 10,53 0,98 - 0,72 - - - - I'
#31 32,27 10,53 1,03 - 0,35 0,097 - -
#32 32,99 10,67 1,03 - - 0,16 - - 0,298
t33 31,45fi11,45 1,10 - - - - -
t34 31,64 11,14 1,11 - - - 1,9 -
*35 26,78 9,34 1,11 - - - - 0,026
f36 33,79 10,39 1,07 - - - - - 0,0284
#37 28,43 10,45 1,17 - - - - -
#38 26,52 10,52 1,12 2,76 - 0,26 1,8 -
#;39 27,64 10,31 1,05 3,15 - 0,3 1,8 0,0167
#40* 28,18 9,89 0,96 3,06 - 0,29 1,9 - -
* : le manganèse est apporté par du ferromanganèse
TABLEAU XV
Dureté et résistance à la traction des alliages indiqués
dans le tableau XIV sous forme d'un lingot
Résistance à la traction
N' Dureté (Rc) MPa (ksi)
#28 32,9 + 0,9
#29 31,2 + 0,8
#30 30,5 t 0,7
#31 30,4 + 1,0
#32 31,4 t 0,4
#33 30,4 + 1,0
#34 30,1 + 2,3
#35 37,5 + 0,8
#36 35,7 t 0,9
#37 36,2 + 2,1 793 t 21 (115 + 3)
#38 38,0 t 1,4 552 t 34 ( 80 + 5)
# ;39 36,7 t 0,8 579 t 28 ( 84 + 4)
#40 31,1 + 1,2 807 + 41 (117 t 6)
Bien que l'invention ait été décrite relativement à certains exemples et modes de réalisation préférés, la portée de l'invention n'est limitée que par les revendications annexées. TABLE XIV
Compositions of alloys based on Fe-Mn-Al-C of Example 9
N 'Mn Al C Cr Mo Nb. Neither BV Fe
t28 31.92 10.44 1.10 - - - - - - Supplement
f29 32.66 10.53 1.07 - 0.36 - - -
t30 32.81 10.53 0.98 - 0.72 - - - - I '
# 31 32.27 10.53 1.03 - 0.35 0.097 - -
# 32 32.99 10.67 1.03 - - 0.16 - - 0.298
t33 31,45fi11,45 1,10 - - - - -
t34 31.64 11.14 1.11 - - - 1.9 -
* 35 26.78 9.34 1.11 - - - - 0.026
f36 33.79 10.39 1.07 - - - - - 0.0284
# 37 28.43 10.45 1.17 - - - - -
# 38 26.52 10.52 1.12 2.76 - 0.26 1.8 -
#; 39 27.64 10.31 1.05 3.15 - 0.3 1.8 0.0167
# 40 * 28.18 9.89 0.96 3.06 - 0.29 1.9 - -
*: the manganese is brought by ferromanganese
TABLE XV
Hardness and tensile strength of the indicated alloys
in table XIV in the form of an ingot
Tensile strength
N 'Hardness (Rc) MPa (ksi)
# 28 32.9 + 0.9
29 31.2 + 0.8
# 30 30.5 t 0.7
# 31 30.4 + 1.0
# 32 31.4 t 0.4
# 33 30.4 + 1.0
# 34 30.1 + 2.3
35 37.5 + 0.8
# 36 35.7 t 0.9
# 37 36.2 + 2.1 793 t 21 (115 + 3)
# 38 38.0 t 1.4 552 t 34 (80 + 5)
&Num; 39 36.7 t 0.8 579 t 28 (84 + 4)
40 31.1 + 1.2 807 + 41 (117 t 6)
Although the invention has been described with respect to certain preferred examples and embodiments, the scope of the invention is limited only by the appended claims.
Claims (16)
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- 1988-07-13 FR FR8809565A patent/FR2634221A1/en active Pending
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