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La présente invention est relative à un acier inoxydable austénitique qui, par durcissement ou vieillissement, acquiert une résistance élevée et convient particulièrement bien pour l'emploi à la fois aux températures ambiantes et à. températures élevées, par exemple 700 C.
L'invention a pour but de fournir un acier du caractère indiqué qui puisse être fabriqué facilement et qui ne demande pas @ beaucoup de nickel, pas de cobalt, niobium, tantale, ou tungstène- métaux dont l'approvisionnement peut être limité. dans -des circons- tances critiques ou bien du titane qui ne convient pas du fait qu' il donne naissance à des filets lacets préjudiciables aux qualités
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et à l'apparence des articles fabriques.
Les aciers inoxydables à haute résistance durcissait au vieillissement utilisés jusqu'ici dépendent, pour une partie de leur dureté, de la transformation de l'austénite en martensite mais les tolérances de la composition de tels aciers sont si faibles que les qualités commerciales satisfaisantes ne peuvent être obtenuesqu'avec difficulté. De tels aciers en outre, ne peuvent être utilisés à des températures supérieures à 600 C environ. Les aciers inoxydables aus- ténitiques stables possédant-une résistance élevée et susceptibles d'être employés à haute température sont connus, mais ils exigent de grandes quantités de nickel (plus de 25%) et au moins un peu de titane.
L'acier suivant l'invention comprend une base ou matrice de fer, carbone, azote, manganèse, chrome et, éventuellement, une quantité relativement faible de nickel. Ce type de base ou matrice garantit que l'acier sera austénitique après le traitement thermique et plus résistant à température élevée que les aciers inoxydables à haute teneur en nickel. En plus de la base ou matrice indiquée ci- dessus, l'acier suivant l'invention contient de petites quantités de molybdène et de vanadium et, dans le cas de compositions compor- tant du nickel, de préférence une petite quantité de bore. Ces élé- ments d'addition rendent l'acier durcissable au vieillissement. Les quantités d'éléments pour la formation d'austénite (carbone, azote, nickel et manganèse) peuvent varier dans des limites extrêmement larges.
Les quantités d'éléments de durcissement (molyhdène, vanadium et bore) peuvent aussi varier considérablement.
D'une façon générale . la composition de l'acier suivant l'invention est donnée par le tableau suivant, au point de vue des teneurs limites des différents éléments : TABLEAU 1
EMI2.1
<tb> Elérent <SEP> C <SEP> N <SEP> Ni <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> V <SEP> Mo <SEP> B
<tb>
<tb> % <SEP> 0,03-0,30 <SEP> 0,10-0,60 <SEP> 0-10 <SEP> 5-20 <SEP> 12-20 <SEP> 0,5-2,0 <SEP> 1-5 <SEP> 0,001-0,10
<tb>
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le reste est du fer aux impuretés habituelles près.
Dans les exemples spécifiques, le carbone, l'azote, le ni- ckel et le manganèse doivent être présents dans des proportions telle que l'acier reste austénitique lorsque les éléments de durcissement son.t ajoutés. Le bore peut être omis, si l'on ne désire pas une du- reté très élevée à des températures élevées.
Dans les larges limites données dans le tableau I, les intervalles donnés dans le tableau II sont préférés pour une fa- brication industrielle ordinaire.
TABLEAU II
EMI3.1
<tb> C <SEP> N <SEP> Ni <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> V <SEP> Mo <SEP> B
<tb>
<tb> 0,15-0,25 <SEP> 0,20-0,60 <SEP> --- <SEP> 12-20 <SEP> 16-18 <SEP> 0,8-1,2 <SEP> 2,5-3,5 <SEP> -----
<tb>
EMI3.2
0,15-0,25 0,20-0,40 2,2-2,8 12-20 16-18 0,8-1,2 2,5-3,5 ----- 6,15-0,25 0,20-0,40 4,5-5,5 12-20 16-18 0,8-1,2 2,5-3,5 ----- 0,15-0,25 0,20-0,/.0 45-55 12-20 16-18 0,8-1,2 2,5-3,5 004-006 0,15-0,25 0,20-0,40 4,5-5,5 12-20 16-18 0,8-1,2 2,5-3,5 0,002 - 0,(Xi le reste est, dans chaque cas, du fer aux impuretés habituelles près.
Le fait que l'on peut utiliser l'acier à. température éle-
EMI3.3
vée après traitement thermique convenable, c'est-.-dire un refroidis- sèment rapide ou trempe à partir d'une température comprise entre 1100 et 1200 C, est mis en évidence par les valeurs de la résistance à la rupture par déformation données dans le tableau III ci-après pour différents exemples spécifiques chacun étant typique d'un des essais ci-dessus:
TABLEAU III @ Résistance
EMI3.4
" J in au iiuage en Exe?ipJ-e C N Ni Un Cr V Ho B l0o h à 7oo C en 1- 0,2 0, ' 17 17 1 3 ----- icg/cm2¯¯¯
EMI3.5
<tb> 2.180
<tb>
<tb> 2 <SEP> 0,2 <SEP> 0,55 <SEP> --- <SEP> 17 <SEP> 17 <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> --- <SEP> 2.250
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 0,2, <SEP> 0,3 <SEP> 2,5 <SEP> 17 <SEP> 17' <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> --- <SEP> 2.355
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 0,2 <SEP> 0,3 <SEP> 5 <SEP> 17 <SEP> 17 <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> --- <SEP> 2.775
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 0,2 <SEP> 0,3 <SEP> 9 <SEP> 17 <SEP> 17 <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> --- <SEP> 2.285
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 0,2 <SEP> 0,3 <SEP> 5 <SEP> 17 <SEP> 17 <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> 0,05 <SEP> 3.60
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> 0,2 <SEP> 0,3 <SEP> 5 <SEP> 17 <SEP> 17 <SEP> 1 <SEP> 3 <SEP> 0,004 <SEP> 3.650
<tb>
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le reste est,
dans chaque cas, du fer aux impuretés habi- tuelles près.
Les valeurs de la résistance données ci-dessus sont à com- parer avec celles de 1.050 à 1.550 kg/cm2 pour les aciers austéni- tiques connus tels que les types AISI, 304, 309, 310, 316, 321 et 347. En fait, les valeurs données dans le tableau III sont les ca- ractéristiques correspondant à ce que l'on appelle les "Super al- liages", contenant.du cobalt, niobium, tungstène, titane, et des quantités de nickel essentiellement plus grandes que celles qui sont présentes dans les exemples donnés ci-dessus.
Les propriétés de résistinces à la : l'action à température ambiante et les valeurs de la dureté de l'e ;'le 4 du tableau III après recuit de remise en solution des carbures et recuit avec re- mise en solution plus vieillissement à des températures de 1'ordre de 530-820 C sont données dans le tableau IV ci-dessous.
TABLEAU IV
EMI4.1
<tb> Temp. <SEP> de <SEP> Dureté <SEP> Limite <SEP> d' <SEP> Résistance <SEP> Allonge- <SEP> Striction
<tb>
EMI4.2
traitement Rockwell élasti r.i té 8. la ment % C C 0,02% z traction ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯ lc c<.12 kg/cm2 ¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯
EMI4.3
<tb> recuit
<tb>
<tb> 1100 C <SEP> 24 <SEP> 4600 <SEP> 5440 <SEP> 9600 <SEP> 48,0 <SEP> 56,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> recuit <SEP> 1100
<tb>
<tb>
<tb> plus <SEP> vieillis-
<tb>
<tb>
<tb> sement <SEP> 24 <SEP> h.
<SEP> à <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> 700 C <SEP> 36 <SEP> 5775 <SEP> 7520 <SEP> 10790 <SEP> 21,5 <SEP> 36,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Recuit <SEP> 1200 C <SEP> 27 <SEP> 4740 <SEP> 5400 <SEP> 9500 <SEP> 48,0 <SEP> 62,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Recuit <SEP> 1200
<tb>
<tb>
<tb> plus <SEP> vieil-
<tb>
<tb>
<tb> lissement <SEP> 4 <SEP> IL <SEP> 41 <SEP> 8020 <SEP> 9880 <SEP> 12075 <SEP> 17,5 <SEP> 25,5
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> 700 <SEP> C
<tb>
Ces chiffres montrent un accroissement mardué de la dure- té à la température ambiante, de la limite d'élasticité et de la résistance à la traction obtenues par le,traitement de vieillisse- ment comparé avec l'état recuit. L'allongement et la striction sont en outre supérieurs aux valeurs correspondantes des aciers inoxyda- bles non austénit iques connus.
Le même comportement général est caractéristique de chacun des aciers du tableau III. L'acier de l'e-
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xemple IV de même oue tous les autres aciers du tableau III est aus- ténitique à la fois à. l'état recuit et à l'état recuit et vieilli., c'est-à-dire que la résistance accrue ne dépend pas de la transfor- mation en martensite. En fait, des essais de perméabilité montrent que les échantillons essayés restent austénitiques même après la déformation jusou'à rupture.
Il est bien évident d'brès ce qui précède que l'invention donne un acier inoxydable austénitique qui est doux et ductile lors- qu'il est recuit de telle sorte qu'il peut être facilement travaillé mais il peut être rendu dur et résistant par un traitement de vieil- lissement subséquent. Etant donné qu'il n'implique pas une transfor- mation en martensite, les tolérances pour les pourcentages des dif- férents éléments présents sont moins strictes et les propriétés phy- siques spécifiées peuvent être obtenues plus facilement dans la pra- tique industrielle qu'avec les aciers inoxydables connus, durcissant au vieillissement sujets à transformation.
L'acier amélioré présen- te une résistance exceptionnelle aux températures élevées telles que 700 C, mais n'exige pas de nickel, ou n'en exige qu'une quantité faible ne demande ni cobalt, ni niobium, ni tantale, ni tungstène, ni titane. Les défauts de surface imputables au titane sont ainsi évités. Il ne se forme pas de ferrite delta comme dans .les aciers inoxydables durcissant .au vieillissement bien connus et on évite l'anisotropie qui en résulte.
Naturellement l'invention n'est nullement limitée aux mo- 'des d'exécution décrits qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple.