BE544046A - - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   La présente invention concerne un procédé pour la prépara- tion d'alliages austénitiques sains, riches   en   azote, qui soient d'un caractère austénitique parfait et stable et qui ne   nécessi-   tent que l'emploi de quantités fortement réduites de nickel, tout en permettant, dans certaines conditions, l'omission complète de ce dernier élément. 



   Il est connu depuis longtemps d'incorporer des quantités importantes d'azote a des alliages de fer, afin de tirer parti du puissant effet générateur d'austénite de cet élément et du coût infime de ce dernier. Ce remplacement a permis de réali- 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 ser des économies importantes dans. l'emploi du nickel qui, comme on le sait, est coûteux et, à certains moments, difficile a   obte   nir.

   En dépit des avantages économiques et techniques inhérents à ce remplacement.,   l'azote   n'est pas utilisé sur une grande échelle cans l'industrie, étant donne les difficultés que présente la fa-   brication   de lingots ayant   la   teneur voulue en cet élément fugace. un ne rencontre aucune difficulté lorsqu'il s'agit d'introdui- re de l'azote, pratiquement en toute proportion voulue, dans le bain de fusion. Toutefois, la solubilité de l'azote dans une austénite qui vient d'être séparée de la masse liquide est nota- blement moindre que sa solubilité dans le bain de fusion.

   Ceci pour résultat un dégagement tumultueux ou bouillonnement de azote à partir de l'alliage en cours de solidification, de sort que, dans le lingot ainsi produit, la teneur en azote est inférieure a ce qu'elle devrait être pour que   l'on   puisse tirer tout le parti des possibilités offertes par l'azote. On a dejà eu recours à l'application d'une pression supérieure à la preacion atmosphérique au-dessus du métal lors de la coulée et de la soli-   dification ;   toutefois, ceci complique le procédé et amène à réduire les   dimensions   d'un lingot facile a manipuler, jusque un point où ce procede n'offre plus d'intérêt économique, sauf dans des   conditions   exceptionnelles. 



   La présente invention est basée sur la découverte que cette   précipitation   ou ce   dégagement   tumultueux de l'azote, généralement indésirable ,   peut     désormais   être autorise,   l'azote   ainsi   dégagé   étant   emprisonne-   dans   .Le     lingot     en   voie de solidification et étant ensuite re-dissous, avec   intention   d'un lingot sain.

   Ceci est rendu possible par le fait que la solubilité de l'azote dans l'austenite solide croît a mesure que le   métal   se refroidit à par- tir du point de   solidification..   L'azore est   beaucoup   plus   solublo   aux tangeratures   auxquelles   le métal de ce   type   ast gèneralement traveallè a chgud   qu'il  ne   l'est   au point desolidification de ce   frétai.   

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



   La composition chimique-exacte du métal auquel se rapporte la présente invention n'est pas critique, mais devrait se situer dans les limites de tolérance   ci-après :   
 EMI3.1 
 
<tb> Chroma <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 50 <SEP> %
<tb> 
<tb> 
<tb> Manganèse <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 20%
<tb> 
<tb> 
<tb> Azote <SEP> 0,3 <SEP> à <SEP> 1,0 <SEP> % <SEP> 
<tb> 
<tb> Carbone <SEP> 0,0 <SEP> à <SEP> 0,4%
<tb> 
 
 EMI3.2 
 Molybdène 0, 0 à 3,0 % 
 EMI3.3 
 
<tb> Phosphore <SEP> 0,0 <SEP> à <SEP> 0,2%
<tb> 
 
 EMI3.4 
 Tungstène 0,0 à 6,0 % , 
 EMI3.5 
 
<tb> Silicium <SEP> 0,0 <SEP> à. <SEP> 3,0 <SEP> %
<tb> 
<tb> Nickel <SEP> 0,0 <SEP> a <SEP> 10,0%
<tb> Vanadium <SEP> 0,0 <SEP> à <SEP> 0,5 <SEP> % <SEP> 
<tb> 
 
Bien que la composition exacte' de cet alliage ne soit pas critique, les éléments générateurs d'austénite, tels que le carl.

   ne, l'azote, le manganèse et le nickel, doivent être équilibrés avec les agents générateurs de ferrite, tels que le chrome, le silicium, le molybdène et le tungstène, de façon.à fournir un alliage qui possède un caractère austénitique stable. Cette mé- thode sera bien comprise des métallurgistes expérimentés et n'exige pas d'autres explications. 



   11 convient en outre de considérer avec attention les élé- monts qui tendent à rendre l'azote insoluble dans l'austénite. 



  Le premier élément à cet égard est le silicium, bien que le nickel et, dans une mesure beaucoup moindre, le molybdène, le tungstène et le   phosphore   tendent également à rendre l'azote moins soluble dans l'austénite. Ainsi, il convient d'établir un équilibre entre les profits ou avantages que l'emploi de ces éléments est   suscep-   tible de procurer, d'une part, et leur tendance à rendre l'azote moina soluble dans l'alliage. Les hommes de métier savent par- faitement que l'azote peut être incorporé sous la forme gazeuse, ou sous la forme d'un cyanure, d'une cyanamide, ou encore, sous 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 celle de nitrures de   métaux   appropriés, tels que   'le  vanadium, le chrome ou le manganèse.. 



   Lors de la mise en oeuvre de la présente invention, on . prépare un bain de fusion ayant la composition voulue, et conte- nant au moins autant d'azote que doit en contenir l'alliage fi- nal, mais, de préférenceun excès considérable de ce gaz. Cet   alliage   azoté en fusion est coulé dans une lingotière où la solidification   s'amorce.   Cette solidification aura pour effet qu'une partiede l'azote sera expulsée hors du métal et se dégage- ra de celui-ci d'une façon tumultueuse, vu la diminution de la solubilité de l'azote dans le métal lorsque ce dernier passe de la phase liquide à la phase solide.

   Après que le lingot en voie de solidification a acquis une croûte ou peau solide de l'épais- seur voulue, on coiffe ce lingot, de préférence en plaçant sur sa face supérieure une plaque de métal relativement froide, de façon à solidifier le métal voisin et à emprisonner l'azote de- dans meurant 1'intérieur du lingot. Après que le lingot a été coiffé le dégagement de l'azote se poursuit, au fur et à mesure de la solidification du lingot, l'azote ainsi libéré étant emprisonné dans le lingot sous la forme d'ampoules   ou' de   poches remplies de gaz. Généralement, un lingot contenant une grande quantité de gaz occlus est considéré comme sans valeur et malsain. 



   Toutefois, un lingot souffleux produit selon la présente .invention est travaillé à chaud dans les limites de température ordinaires, avec ceci que la combinaison du chauffage et du tra- vail à chaud provoque la dissolution de l'azote dans l'austénite et, par conséquent, permet une mise en valeur de toutes les pro- priétés avantageuses de cet élément. Ce travail a. chaud est ef- fectué a une température favorable à la dissolution de l'azote dans une opération de laminage courante.   L'opération   que repré- sente le travail a chaud tend a déformer chaque poche de gaz in- dividuelle et fait en sorte qu'un même volume de gaz dispose désor- mais d'un espace moindre.

   Ceci a pour résultat une élévation enorm 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 de la pression du   gaz,.   ce qui accélère la dissolution de celui-ci dans le métal solide.Le résultat final de ce laminage à chaud est que; pratiquement, la totalité de l'azote occlu dans le lingot. est re-dissoute dans le métal solide, cependant que les parois des poches d'azote 'se soudent entre elles, de manière à produire un lingot sain et exempt de soufflures. Le rendement de n'importe quel lingot est ainsi amélioré, parce que l'azote libéré tend à réduire le retrait naturel du métal lors de la solidifcation, de sorte que la retassure produite dans le lingot est plus petite      et d'un effet moins.nuisible. Ceci permet d'accroître le rendement de chaque lingot.

   Ce rendement accru présente un avantage économique important et permet à un   tel.açier   de concur- rencer les aciers austénitiques courants. 



   Le tableau ci-après vise à illustrer les alliages préparés en mettant en pratique la présente invention. 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 
 EMI6.1 
 



  Alliée Or Un iyio ÏÏ C Ni Si P Remarques, A. B fI 
 EMI6.2 
 
<tb> N 49 <SEP> 15.9 <SEP> 13.7 <SEP> 1.79 <SEP> 0.44 <SEP> 0. <SEP> 04 <SEP> - <SEP> 0.26 <SEP> - <SEP> non <SEP> souffleux <SEP> 100 <SEP> 117,000 <SEP> 76,000 <SEP> 40
<tb> 162 <SEP> 13.9 <SEP> 12.7 <SEP> 1. <SEP> 80 <SEP> 0.50 <SEP> 0.03 <SEP> - <SEP> 0. <SEP> 27 <SEP> - <SEP> souffleux <SEP> 180 <SEP> . <SEP> 115,000 <SEP> 70,000 <SEP> 45
<tb> 69 <SEP> 14.6 <SEP> 16. <SEP> 0 <SEP> 4. <SEP> 39 <SEP> 0. <SEP> 49 <SEP> 0. <SEP> 06 <SEP> - <SEP> 0. <SEP> 28 <SEP> - <SEP> souffleur <SEP> 574 <SEP> 140,000 <SEP> 99,000 <SEP> 35
<tb> 73 <SEP> 15.6 <SEP> 15. <SEP> 0 <SEP> 2. <SEP> 88 <SEP> 0. <SEP> 46 <SEP> 0. <SEP> 07 <SEP> 1.15 <SEP> 1.32 <SEP> - <SEP> souffler <SEP> 512 <SEP> 130,000 <SEP> 70,000 <SEP> 65
<tb> 155 <SEP> 16.5 <SEP> 16. <SEP> 0 <SEP> 2. <SEP> 00 <SEP> 0. <SEP> 81 <SEP> 0.

   <SEP> 18 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> souffleux <SEP> 150 <SEP> 140,000 <SEP> 73,000 <SEP> 50
<tb> 167 <SEP> 15.0 <SEP> 12. <SEP> 0 <SEP> 1.60 <SEP> 0.46 <SEP> 0.03 <SEP> - <SEP> 0. <SEP> 25 <SEP> 0.21 <SEP> souffleux <SEP> 1000 <SEP> 126.,000 <SEP> 65,000 <SEP> 60
<tb> 
   Remarque: La colonne A indique, en heures.la durée de fluage avant rupture à la température de 1200  F et sous une charge de 40,000 lbs par pouce carre - La colonne B indique la résistance à la traction en lbs par pouce carré.La colonne C indique la limite d'élasticité en lbs par pouce carré - (allongement permanent de 0,2 pouce sur éprouvette de 100 pouces entre repères) La colonne 37 indique l'allongement en pour-cent (1 pouce) -   

 <Desc/Clms Page number 7> 

 
Il convient de considérer plus particulièrement les alliages 49 et 162.

   Bien que   l'un.(162)   de ces alliages soit souffleux à l'état brut de coulée, cela en raison des niveaux moindres d'éléments absorbant l'azote, tels que le chrome et le manganèse, tandis que l'autre (49), ne l'est pas, il n'en est pas moins vrai que le lingot souffleux à l'état initial présente, après un travail à chaud, des propriétés physiques supérieures aux hautes températures. Dans les limites de température de 1200 à 1400 degrés F, ces alliages présentent une résistance mécanique comparable aux meilleurs alliages à base de fer, tels que l'alliage 16-25-6, lequel constitue un alliage normal pour hautes températures et contient 16 pour-cent de chrome, 25 pour-cent de nickel et 6 pour-cent de molybdène. 



   L'effet de hautes   teneurs,en   molybdène, en nickel, en silicium et en phosphore sur le dégagement' gazeux d'aciers austénitiques est représenté par les alliages 69,   73   et 167. 



  Bien que'les teneurs en azote de ces alliages soient analogues à celles de l'alliage 49, tous ces alliages montraient, après la coulée, une porosité due à la présence de gaz. 



     @   La présente invention a été décrite particulièrement à propos d'alliages austénitiques à base de fer, de chrome et de manganèse, mais n'est nullement limitée à ceux-ci. Elle est également applicable à n'importe quel alliage ferreux qui présente un caractère austénitique stable à   latempérature,   ambiante et dans lequel l'azote est moins soluble à la   tempéra-   ture de solidification qu'aux températures de travail à chaud.

Claims (1)

1. EMI8.1

   V'h'I?ICTIOfS.- 1. Procédé pour obtenir un alliage sain à base de fer, présentant un caractère austénitique stable, cet alliage contenant, à titre d'éléments nécessaires, de dix à trente pour-cent de chrome, de cinq à vingt pour-cent de manganèse et de trois dixièmes à un pour-cent d'azote, et dans lequel les éléments générateurs d'austénite et les éléments générateurs de ferrite sont proportionnés de manière à permettre l'obtention d'un alliage d'un caractère austénitique stable, avec la teneur désirée en azote, ce procédé comportant les opérations qui consistent: à produire un bain de fusion ayant la composition voulue ; à couler le métal en fusion dans une lingotière ; à permettre la formation d'une croûte de solidification sur le lingot avec, simultanément, un dégagement tumultueux d'azote ;

   à coiffer le lingot, de manière à emprisonner une quantité importante d'azote sous la forme gazeuse, en tant qu'ampoules ; à permettre'la solidification complète du lingot et à soumettre celui-ci à un travail à chaud intensif, à la suite duquel l'azote gazeux contenu dans le lingot se dissout à nouveau, tandis que les parois des cavités d'azote se soudent complètement les unes aux autres, de manière à produire un métal sain et d'une résistance mécanique élevée.

   2. Procédé pour la production d'un alliage sain à base de fer, .présentant un caractère austénitique stable, cet alliage contenant de trois dixièmes de pour-cent à un pour-cent d'azote et dans, lequel les éléments d'alliage qui déterminent la formation de la ferrite et les éléments d'alliage qui déterminent la formation de l'austénite sont équilibrés, de manière à produire un alliage qui présente un caractère austénitique stable à la température ambiante et ayant la teneur voulue en azote, ce procédé comportant.les opérations qui consistent : à préparer un bain de fusion ayant la <Desc/Clms Page number 9> composition voulue ; à couler le métal en fusion dans une lingotière ; à pennettre la formation d'une croûte de solidification sur le lingot avec, simultanément, un dégagement tumultueux d'azote ;

   à coiffer le lingot, de manière à emprisonner une quantité importante d'azote sous la, forme gazeuse, en tant qu'ampoules ; à pennettre la solidification complète du lingot et à soumettre celui-ci à un travail à chaud intense, à la suite duquel l'azote gazeux contenu dans le lingot se dissout à nouveau, tandis que les parois des cavités d'azote se soudent complètement les unes aux autres, de manière à produire un métal sain et d'une résistance mécanique élevée.