BE497780A - - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  ACIERS AU CUIVRE ET AU NICKEL RESISTANT A LA CHALEUR ET PRCCEDE POUR
LEUR TRAITEMENT 
L'invention se rapporte à des aciers au cuivre et au nickel, qui sont particulièrement propres à la construction d'organes tels que des bal- lons de chaudières soumis à des contraintes mécaniques à des températures élevées allant jusqu'à   4000   environ.

   En particulier, l'invention concerne la composition de tels aciers au cuivre et au nickel, un procédé pour leur traitement thermique, et le procédé approprié à l'augmentation de leur   résis-   tance aux contraintes aux températures élevéeso 
Comme mesure pour la résistance aux contraintes à chaud, on choi- sit la limite d'écoulement à   350 C   (la température de service des ballons de chaudières à haute pression est au voisinage de cette valeur), ainsi que le rapport de cette limite d'écoulement à la résistance à la traction à la tem- pérature ordinaire   (20 C)o   
L'invention découle de la constatation nouvelle que la limite d'écoulement à chaud, pour une température de 350  des aciers, est considéra- blement accrue par une faible addition de Tantale-Niobium, (lors de la fusion)

   et que le rapport de la limite d'écoulement à chaud à la résistance à la trac- tion augmente de même. On obtient ce résultat avec des additions tellement faibles qu'il suffit généralement dans l'acier fini de simples traces de Tan- tale-Niobium. Pratiquement il n'y a pas lieu de dépasser une teneur en Tan- tale-Niobium de 0,06 %.      



   Selon l'invention, on propose par suite, pour la construction d'objets résistant à la chaleur, en particulier de ballons de chaudières, des aciers au cuivre et au nickel avec des teneurs en Tantale-Niobium allant des , traces décelables jusqu'à une 'valeur d'environ 0,06 %. Le rapport du nickel au cuivre doit être de préférence de 1 : 1,5 à 2. 



   La composition de tels aciers est de préférence la suivantes 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 environ 
 EMI2.1 
 
<tb> 0,1 <SEP> à <SEP> 0,3 <SEP> % <SEP> Carbone
<tb> 
<tb> 
<tb> 0, <SEP> 6 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Manganèse
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,6 <SEP> à <SEP> 1,2 <SEP> % <SEP> Cuivre
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,5 <SEP> à <SEP> 1,2 <SEP> % <SEP> Nickel
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,3 <SEP> à <SEP> 0,5 <SEP> % <SEP> Silicium
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,0 <SEP> à <SEP> 0,3 <SEP> % <SEP> Molybdène
<tb> 
<tb> 
<tb> Traces <SEP> à <SEP> 0,06 <SEP> % <SEP> Tantale-Niobium
<tb> 
 
Le reste Fer avec les faibles teneurs usuelles en Phosphore et Soufre. 



   De tels aciers permettent de réaliser, par exemple, des ballons de chaudières, en particulier soudés, avec une augmentation correspondante de la limite d'écoulement à chaud, et avec une épaisseur de paroi réduite, ou, à épaisseur égale, avec une résistance accrue aux contraintes appliquéeso 
On obtiendra des résultats particulièrement bons avec des aciers de ce genre, contenant de 0,15 à 0,25 % de molybdène, les autres teneurs étant, avantageusement, environ les suivantes:

   
 EMI2.2 
 
<tb> 0,12 <SEP> à <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> Carbone
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,7 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Manganèse
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,35 <SEP> à <SEP> 0,45 <SEP> % <SEP> Silicium
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,8 <SEP> à <SEP> 1,2 <SEP> % <SEP> Cuivre
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,5 <SEP> à <SEP> 0,9 <SEP> % <SEP> Nickel
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Traces <SEP> à <SEP> 0,06 <SEP> % <SEP> Tantale-Niobium
<tb> 
 Le reste fer et faibles teneurs en phosphore et soufre. , Les teneurs particulièrement préférées sont d'environ. 
 EMI2.3 
 
<tb> 



  0,14 <SEP> à <SEP> 0,18 <SEP> % <SEP> Carbone
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,8 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Manganèse
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,35 <SEP> à <SEP> 0,45 <SEP> % <SEP> Silicium
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,9 <SEP> à <SEP> 1,1 <SEP> % <SEP> Cuivre
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,5 <SEP> à <SEP> 0,7 <SEP> % <SEP> Nickel
<tb> 
<tb> 
<tb> 0,15 <SEP> à <SEP> 0,25 <SEP> % <SEP> Molybdène
<tb> 
<tb> 
<tb> Traces <SEP> à <SEP> 0,06 <SEP> % <SEP> Tantale-Niobium
<tb> 
 
De tels aciers, recuits jusqu'à l'état stable, présentent une li- mite d'écoulement à chaud à   350 C   de 35 à 60   %   de la résistance à la traction à la température ordinaire.

   En dehors de la limite élevée d'écoulement à chaud et de la possibilité corrélative de réduire en conséquence les épaisseurs de parois, les aciers décrits présentent une bonne tenue à la soudure, ce qui ce remarque en particulier par l'absence de phénomènes de trempe et par l'ab- sence de criques. Ils constituent, par conséquent une matière particulière- ment appropriée pour les ballons à haute pression soudés avec une épaisseur de paroi favorable pour la soudure. 



   Il est possible, pour des objets résistant à la chaleur, par exem- ple des ballons à haute pression et des électrodes, de garantir une limite d'écoulement à   350 G   de 30   kg/mm2   et au-dessus. Les aciers selon l'invention surpassant donc les aciers au chrome-molybdène utilisés pour les ballons sans joint traités, cependant, contrairement à ces derniers, ils ne demandent aucu- ne trempe et ne sont pas influencés par la soudure, (par exemple, suivant la norme de matériaux 600 de l'Association des métallurgistes allemands - (Ve- rein Deutscher Eisenhütten leute) - pour les ballons sans joint traités en acier au chrome-molybdène, est garantie, à   350 G,   une limite   d'écoulement   de 25   kg/mm2   pour une limite de rupture de 53 à 65   kg/mm2)

  .   

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   Ce résultat représente un progrès   considéré   jusqu'à présent com- me impossible dans le domaine des propriétés de résistance à la chaleur, en particulier pour les objets soudéso   @   
Dans les aciers au carbone utilisables pour les ballons de chau- dière, la résistance à chaud à 350 C atteignait environ 18   kg/mm2,   et le rap- port de cette limite d'écoulement à la résistance à la traction était en chiffres ronds de 38 %, et, dans le cas des aciers au carbone et au manganèse du type St 52, d'environ 40 %. 



   Dans les aciers au cuivre-nickel connus, sans tantale-niobium, le rapport de la limite d'écoulement à chaud à 350 ,   à   la résistance à la traction était d'environ 45%. 



   Il y a encore lieu de remarquer qu'il est avantageux que les aciers mentionnés ci-dessus renferment jusqu'à environ 0,4 % de chrome. Cela est avantageux par exemple en ce qu'il est possible d'ajouter aux aciers, le tantale-niobium, sous forme de mitrailles contenant du tantale-niobium, qui généralement, renferment aussi du chrome. 



   De plus, il est possible, dans les aciers au cuivre-nickel, ou au   cuivre-nickel-molybdène   de la composition donnée ci-dessus, de remplacer le tantale-niobium en partie ou en totalité par du bore, du zirconium ou du titane, isolément ou en mélange. La quantité totale de ces éléments ne doit pas dépasser environ   0,06%.   Avec ces éléments, l'effet est également parti- culièrement marqué, si les aciers renferment de petites teneurs en molybdè- ne, par exemple 0,15 à 0,25   %   de molybdène. 



   Le reste de la composition doit correspondre à celle des aciers au cuivre-nickel mentionnés au début. Les aciers peuvent cependant renfermer de même jusqu'à 0,4 % environ de chrome. 



   Les aciers au cuivre-nickel résistant à la chaleur pour objets stables aux températures élevées sont usuellement stabilisés par recuit à environ 650 C. Les aciers selon l'invention doivent également être utilisés à l'état stable par recuit. Il peut être avantageux d'exécuter ce recuit de stabilisation à des températures inférieures à la température usuelle de stabilisation par recuit, et de déterminer la durée du recuit de façon que l'état stable soit atteint directement Les propriétés de l'acier peuvent également être adaptée aux diverses exigences posées, par variation de la rapidité de refroidissement entre le refroidissement au four et le refroidis- sement à l'air. 



   Un traitement thermique des aciers, en particulier des aciers au cuivre-nickel (ou au cuivre-nickel-chrome) avec addition de molybdène, sui- vant l'invention et particulièrement actif, est le suivant. 



   On constate que les aciers présentent une limite particulièrement élevée d'écoulement à chaud, et un rapport particulièrement favorable de la limite d'écoulement à chaud (à 350 ) à la résistance à la traction (à la tem- pérature ordinaire) bien qu'ils soient refroidis lentement (par exemple de 7 /mino environ jusqu'à 2 /mino environ) de la température de normalisation jusqu'à des températures inférieures à   300 C,   par exemple   150 C,   puis ré- chauffés jusqu'à la température de stabilisation par recuit, soit environ 600 C à 675 C,et stabilisés à ces températureso La durée du recuit est alors d'autant plus courte que la température de stabilisation est plus élevée. 



  Exemple. 



   Un acier suivant l'invention, ayant la composition   suivantes     0,16 %   C. 



   0,93 % Ou 
1 % Mn 

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   0,7 %   Ni   0,24   % Mo et 0,015 %   Ta-Nb.   
 EMI4.1 
 est traité thermiquement comme suit, e'i? présente les propriétés indiquées dans le tableau suivants 
 EMI4.2 
 
<tb> Traitement <SEP> Normalisé <SEP> Refroidi <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> re- <SEP> Recuit <SEP> de <SEP> Refroidisse-
<tb> 
<tb> jusque <SEP> froidissement <SEP> stabilisa- <SEP> menta
<tb> 
<tb> 
<tb> tion
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 1 <SEP> 880  <SEP> 150  <SEP> 2,5 /mino <SEP> 675 4 <SEP> h <SEP> Four
<tb> 
 
 EMI4.3 
 II 880  500  2250/inin.

   625 8 h Four 
 EMI4.4 
 
<tb> puis <SEP> Air
<tb> 
<tb> 
<tb> 20 /
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> III <SEP> 880  <SEP> 600  <SEP> 7 / <SEP> min <SEP> 625 8 <SEP> h <SEP> Four
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> puis
<tb> 
<tb> 
<tb> 20 / <SEP> Air
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> IV <SEP> 880  <SEP> 150  <SEP> 2,5 /min <SEP> 675 4 <SEP> h <SEP> Air <SEP> , <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> V <SEP> 880  <SEP> 150  <SEP> 2,

  5 /min <SEP> 4 <SEP> h <SEP> Four
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Traitement <SEP> Tempo <SEP> Limite <SEP> Résistance <SEP> Limite <SEP> Allonge- <SEP> Striction
<tb> 
<tb> 
<tb> d'essai <SEP> d'écoule- <SEP> traction <SEP> d'écoule- <SEP> ment
<tb> 
<tb> 
<tb>  C <SEP> ment <SEP> kg/mm2 <SEP> kg/mm2 <SEP> ment
<tb> 
<tb> 
<tb> Résistance
<tb> 
 
 EMI4.5 
 ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯%¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ 
 EMI4.6 
 
<tb> 1 <SEP> 20 <SEP> 49,3 <SEP> 67 <SEP> 73,3 <SEP> 22,5 <SEP> 37,5
<tb> 350 <SEP> 45,7 <SEP> 64,7 <SEP> 68,1 <SEP> 21,9 <SEP> 45
<tb> 
<tb> 
<tb> II <SEP> 20 <SEP> 47,5 <SEP> 65,2 <SEP> 73 <SEP> 21,2 <SEP> 55,5
<tb> 350 <SEP> 38,2 <SEP> 59,1 <SEP> 58,6 <SEP> 18,8 <SEP> 42
<tb> 
<tb> 
<tb> 111 <SEP> 20 <SEP> 46,3 <SEP> 68,4 <SEP> 67,8 <SEP> 23,1 <SEP> 57,8
<tb> 350 <SEP> 41,3 <SEP> 64 <SEP> 60,5 <SEP> 21,9 <SEP> 45,

  7
<tb> 
<tb> 
<tb> IV <SEP> 20 <SEP> 53,9 <SEP> 69,8 <SEP> 77,2 <SEP> 20,6 <SEP> 58,5
<tb> 350 <SEP> 45,5 <SEP> 64,0 <SEP> 65 <SEP> 19,4 <SEP> 43,6
<tb> 
<tb> 
<tb> V <SEP> 30 <SEP> 49,3 <SEP> 67 <SEP> 73,3 <SEP> 22,5 <SEP> 37,5
<tb> 350 <SEP> 45,7 <SEP> 64,7 <SEP> 68,1 <SEP> 21,9 <SEP> 45
<tb> 

Claims (1)

1. On spécifie enfin, que les aciers selon l'invention peuvent être préparés dans des fours Siemens-Martin à sole basiqueo RESUME.

   L'invention a pour objet des aciers résistant aux températures éle- vées à haute limite d'écoulement à chaud (350 C) et présentant un rapport par- ticulièrement favorable de cette limite d'écoulement à chaud à la résistance à la traction à la température ordinaire, en particulier pour ballons de chau- dières soudés, et ballons non soudés, caractérisés par les points suivants, <Desc/Clms Page number 5> pris isolément ou combinaisons 1 ) La composition de ces aciers est sensiblement EMI5.1 <tb> 0,1 <SEP> à <SEP> 0,3% <SEP> Carbone <tb> <tb> 0,6 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Manganèse <tb> <tb> 0,6 <SEP> à <SEP> 1,2 <SEP> % <SEP> Cuivre <tb> <tb> 0,5 <SEP> à <SEP> 1,2 <SEP> % <SEP> Nickel <tb> <tb> 0,3 <SEP> à <SEP> 0,5 <SEP> % <SEP> Silicium <tb> <tb> 0 <SEP> à <SEP> 0,

   3 <SEP> % <SEP> Molybdène <tb> <tb> 0 <SEP> à <SEP> 0,4 <SEP> % <SEP> Chrome <tb> EMI5.2 Traces à 0, 06 % Tantale-Niobiun Reste; fer avec les faibles teneurs usuelles en phosphore et soufre.

   2 ) La composition de ces aciers est sensiblement: EMI5.3 <tb> 0,12 <SEP> à <SEP> Q,2 <SEP> % <SEP> Carbone <tb> <tb> <tb> 0,7 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Manganèse <tb> <tb> <tb> 0,35 <SEP> à <SEP> 0,45 <SEP> % <SEP> Silicium <tb> <tb> <tb> 0,8 <SEP> à <SEP> 1,2 <SEP> % <SEP> Cuivre <tb> <tb> <tb> - <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 0,9 <SEP> % <SEP> Nickel <tb> <tb> <tb> 0,15 <SEP> à <SEP> 0,25 <SEP> % <SEP> Molybdène <tb> <tb> <tb> 0 <SEP> à <SEP> 0,4 <SEP> % <SEP> Chrome <tb> <tb> <tb> Traces <SEP> à <SEP> 0,06 <SEP> % <SEP> Tantale-Niobium <tb> Restes Fer avec les faibles teneurs usuelles en phosphore et soufre.

   3 ) La composition de ces aciers est sensiblement: EMI5.4 <tb> 0,14 <SEP> à <SEP> 0,18 <SEP> % <SEP> Carbone <tb> <tb> <tb> <tb> 0,8 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Manganèse <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> 0,35 <SEP> à <SEP> 0,45 <SEP> % <SEP> Silicium <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> 0,9 <SEP> à <SEP> 1,1 <SEP> % <SEP> Cuivre <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> 0,5 <SEP> à <SEP> 0,7 <SEP> % <SEP> Nickel <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> 0,15 <SEP> à <SEP> 0,25 <SEP> % <SEP> Molybdène <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> 0 <SEP> à <SEP> 0,4 <SEP> % <SEP> Chrome <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> Traces <SEP> à <SEP> 0,06 <SEP> % <SEP> Tantale-Niobium <tb> Reste: Fer avec les faibles teneurs usuelles en Phosphore.

   4 ) Ces aciers renferment, en dehors ou à la place de la teneur indiquée en tantale-niobium, du zirconium, du bore ou du titane, isolément ou en mélange, jusqu'à une teneur de 0,06 %; L'invention comprend également un procédé pour la préparation des aciers précités, caractérisé par le fait que, au lieu du recuit de stabilisation à des températures de l'ordre de 650 C, usuel pour la réalisation de l'état d'équilibre dans les aciers au cuivre, on opère un recuit de stabilisation à une température inférieure à la température usuelle, et que dans ce traitement, la durée du recuit est déterminée de façon à atteindre directement l'état stable L'invention comprend enfin un traitement thermique en vue d'obtenir une limite d'écoulement à chaud à 350 C particulièrement élevée,

   et un rapport particulièrement favorable de cette limite d'écoulement à la résis- tance à la traction à la température ordinaire des aciers précités caractérisé par le fait que les aciers ou les objets exécutés en ces aciers, sont refroidis lentement, par exemple avec un taux de refroidissement de 7 /min environ à 2 /min environ, des températures appropriées à la normalisation jusqu'à des températures inférieures à 200 C, par exemple 150 C, et ensuite réchauffés jusqu'à une température appropriée au recuit de stabilisation (environ 600 C et 675 G), et maintenus à cette température pendant une durée <Desc/Clms Page number 6> d'autant plus longue que la température est plus basse dans le domaine con- sidéré .