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Aciers inoxydable austénitiques.
La présente invention a pour objet des aciers inc- hydables austénitiques et en particulier dea aciers appropriés à la fabrication des soupapes et pièces similaires pour moteurs à combustion interne. les propriétés les plus Importantes pour un acier servant à la fabrication des soupapes sont la résistance au fluage et la résistance à la corrosion par l'oxyde de plomb..
D'autres propriétés importantes sont l'usinabilité et l'aptitude au façonnage à chaud, ainsi que l'aptitude à former des lingots laina.
La demanderesse a découvert un nouvel acier pour soupapes qui équivaut ou surpasse les meilleure aciers pour soupapes connus actuellement, eu ce qui concerne les deux . premières propriétés et leur est nettement supérieur dans
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au moins une des trois propriétés précitées, tout en pouvant être fabriqué à des prix identiques ou inférieurs.
Le meilleur acier actuellement connu pour la fabri- cation courante des soupapes d'échappement pour moteurs auto-
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mobiles, est celui désigné sous la dénomination "21-41f" et dé- crit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 2.657.130.
Cet acier comporte normalement 21 % de chrome, 4 f de nickel, 9" de manganèse, Ot5O % de carbone, 0,40 % d'azote, 0,07 % de loutre, le reste étant constitué par des fers et les impuretés éventuelles* Cet acier a une bonne résistance à la corrosion, par l'oxyde de plomb aise en évidence par une perte en poids
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de 17 g/da2 dans l'essai d'une heure à 91300.
Il a également une bonne résistance au fluage, subissant une déformation perma- t1ente de 0,56 " Bous urne contrainte de 10#9 kg/=2 pendant 100 heurta à 732*0 ln ce qui concerne l'ueinab:Ll1té, elle laisse beaucoup % désirer, les outils étant mis hors d'usage, dans
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les mémon conditions de travail dans lesquelles l'acier de la présente invention permet au contraire d'effectuer environ
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30 passes avant que l'outil soit use. De plue 1* acier précité est inférieur aux aciers de la présente. invention, en ce qui concerne la tendance à former des lingots sains ainsi que la
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facilite du façonnage à chaud.
La demanderesse a découvert qu'en préparant un allia- ge dont la composition est conforme en ce qui concerne le fer, le chrome, le nickel et le manganèse et qui de plus comporta
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den quantités appropriées de niobium, de carbone et et on le désire de bore, on peut obtenir certains avantages. On amélio- re la résistance à la corrosion due à l'oxyda de plomb tout
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en Maintenant pratiquement la résistance au fluaga.
Il est 6 a- laient envisagé de fabriquer des aciers dont les caractéristi-
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que. ont été décrites sommairement ei-deasus ayant une teneur en azote déterminée permettant l'obtention d'avantages oupplé-
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mentairas définie plus loin. A titre d'exemple spécifique on cite un acier contenant environ 20 % de chrome, 6 % de nickel,,
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6 % de manganèse, t, 35 G de carbone, 0,07 % au maximum d'azote, 0,25 z au maximum de silicium, 0,1 % de niobium, 0,002 j6 de bore, le reste, à part les impuretés, étant constitué par du
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fer.
Un tel acier présente de bonnes propriétés et en partiou- lier
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- une perte en poids de 9 /dm2 dans l'essai précité contre 15 g/dm2 pourl'acier "21-4N".
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z- une déformation plastique de 0*36 % dana les con- ditions précitées, contre 0,56 % pour l'acier
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921-4Nwo - un meilleur comportement à l'usinage et au façon- nage à chaud comme indiqué ci-dessous.
Les gammes de la composition générale, de la compost- tien plus précise et de la composition préférée de l'acier se Ion l'invention, sont indiquées dans le tableau I, sur lequel les pourcentages sont mentionnés en poids.
TABLEAUI
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Compositions chimiques des aciers conformes à l'invention
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Clément Gamme générale % Gamme étroite jet Gamme préférée i>
EMI3.8
<tb> Carbone <SEP> 0,15 <SEP> à <SEP> 1,00 <SEP> 0,15 <SEP> à <SEP> 0,40 <SEP> 0,25 <SEP> à <SEP> 0,40
<tb>
<tb> Silicium <SEP> jusqu'à <SEP> 3 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0,4 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0,25
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 15 <SEP> à <SEP> 25 <SEP> 15 <SEP> à <SEP> 25 <SEP> 17 <SEP> à <SEP> 22 <SEP>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> jusque <SEP> 20 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 15
<tb>
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HanganeM jusque 20 " 3 à 10 4 à 8 Niobium 0,1 à 1 0,02 à 1,0 0905 à 0,25 Bore jusqu'à o,1 .
0,00005 à 0,04 0,001 à 0,03
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<tb> Azote <SEP> jusqu'à <SEP> 0,1 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0,1 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 0,10
<tb>
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hanganèse +
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<tb> Nickel <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> 7 <SEP> à <SEP> 20 <SEP>
<tb>
Fer complément à l'exception des impuretés.
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On peut remplacer le niobium par des quantités équi- ftlente. en sk>1 # dt mtr métaux ayant une forte tendance à former des carbure tels que le zircon1um, la tungstène le va- JW11.- et le fI017bd'ne.
EMI4.2
On peut remplacer le tantale complètement ou en par- tie par le niobium au!* la base d'une partie en poids de nio- bium pour deux parties en poids de tantale.
EMI4.3
x,1a1l1a&e peut contenir jusqu'à 0,3 de $outre en vue 49*Mliorer l'aptitude a l1 usinage sans influencer défavo- rablement les autres caractéristiques as l'acier.
Le tableau If et III Indiquent à titre d'exemple les caractéristiques de certains aciers conformes à Illaveu- ti:#. Le u* 3103 représente un exemple d'acior à basse teneur en .i8e conforma h l'invention, tandis que les n. 1604j 1716 ruz 1716 z. représentent des exemples d'aciers préférés du* lesquels le niokel est remplacé en partie pur da iianga- aaae le* ooapositions et caractéristiques des autres aciers
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étant mentionnées à titre comparatif
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fXBMS 11 gqú,1tto. pn" e" don acier$
EMI4.6
Mier 0 Un S SI u.
¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯ 3103 0,36 1,35 ND** 0,10 1604 0,33 620 0,016 0,06 1716 0,34- 5 95 0,061 0,07 1716 A 0438 5,83 0,051 0,06 3230 Oe2C 1.33 1Q) 0,08 3229 0929 1*41 ND 0#10 3168 0,45 1,29 UD 0,OT 3169 0,71 0,06 ND 0,0fi 3170 Je 1,00 1,33 ND 0,05 3260 0,36 1,27 ND 0,10 3261 0,36 lut30 Nid 0,00 1578 0,34 10,00 0,014 0,10 1714 A 0,30 5,83 0,052 0,08 1715 0,33 6,11 0,055 0,09 171ÛA 0,36 5,83 0,046 0,09 1719 A 0,36 5,a., 0,056 0,10 1720 0,36 5,73 0,048 0,10 1648 0,56 5,80 0,056 0,08 21-40 0,55 9,00 0,07 0,15
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** Non d'terminé
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:&1BLEAU :t;;t (Suite) Compositions chimiQues et identification des aciers
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<tb> Acier <SEP> Or <SEP> Ni <SEP> Nb <SEP> B <SEP> N
<tb>
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no ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ l.r 1If' 17' .
EMI5.4
<tb>
3103 <SEP> 20,32 <SEP> 15,80 <SEP> 0,09 <SEP> 0,001 <SEP> 0,005
<tb>
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1604 20,06 6,30 fl,08 0,002 0,020
EMI5.6
<tb> 1716 <SEP> 20,00 <SEP> . <SEP> 5,87 <SEP> 0,11 <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP> 0,030
<tb> 1716 <SEP> A <SEP> 20,25 <SEP> . <SEP> 5,90 <SEP> 0,32 <SEP> 0,001 <SEP> 0,050
<tb>
<tb> 3230 <SEP> 20,15 <SEP> 15,85 <SEP> 0,13 <SEP> 0,001 <SEP> 0,004
<tb> 3229 <SEP> 20,15 <SEP> 15,95 <SEP> 0,12 <SEP> 0,001 <SEP> 0,007
<tb> 3168 <SEP> 19,92 <SEP> 15,58 <SEP> 0,10 <SEP> 0,002 <SEP> 0,005
<tb> 3169 <SEP> 19,97 <SEP> 15,52 <SEP> 0,11 <SEP> 0,001 <SEP> 0,003
<tb>
EMI5.7
3170 A 20,02 15,94 0 12 0,001 0,005
EMI5.8
<tb> 3260 <SEP> 20,28 <SEP> 15,95 <SEP> 0,13 <SEP> Ni* <SEP> 0,005
<tb>
EMI5.9
3261 20,10 - 16,10 KA NA 0,004
EMI5.10
<tb> 1578 <SEP> 19,96 <SEP> 6,88 <SEP> 0,08 <SEP> 0,001 <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP>
<tb>
<tb> 1714 <SEP> A <SEP> 20,
25 <SEP> 5, <SEP> 90 <SEP> 0,01 <SEP> * <SEP> 0,0005 <SEP> * <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP>
<tb>
EMI5.11
1715 19,98 5,71 0,02 t3, 04. 0,03
EMI5.12
<tb> 1718 <SEP> A <SEP> 20,20 <SEP> 5,90 <SEP> 0,11 <SEP> 0,005 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP>
<tb>
<tb> 1719 <SEP> 20,25 <SEP> 5,93 <SEP> 0,12 <SEP> 0,003 <SEP> 0,05
<tb> 1720 <SEP> 20,25 <SEP> 5,90 <SEP> 0,11 <SEP> 0,029 <SEP> 0,05
<tb>
EMI5.13
1648 20,34 5,80 0,11 0,001 0,03
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<tb> 21-4N <SEP> 21, <SEP> 00 <SEP> 4,00 <SEP> NÄ <SEP> NA <SEP> * <SEP> 0,40
<tb> * <SEP> Non <SEP> ajouté.
<tb>
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** Non déte1't1l1M.
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TABLER III Résultats de l'essai de corrosion par l'oxyde
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de ylocib et de l'essai de rupture par fluage
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<tb> Acier <SEP> n <SEP> Perte <SEP> de <SEP> poids <SEP> après <SEP> Déformation <SEP> plastique
<tb>
<tb> immersion <SEP> d'une <SEP> heure <SEP> après <SEP> 100 <SEP> heures <SEP> à
<tb>
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à 91300 dans du PbO ' 732 C sous une confondu (g/dm2) trainte de 10,9 kg 111m2
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<tb> 3103 <SEP> 9,83 <SEP> O,66a
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1604 <SEP> il <SEP> 79 <SEP> 0,36
<tb>
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1716 9,60 0 38 ?3.6 A 9Î3O O,f45 3230 l2r85 21.a 3229 3.3,18 1,,85 3168 12 09 1 34a 5169 13,62 1Î59
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<tb> 3170 <SEP> A <SEP> 14,88 <SEP> . <SEP> 2,03
<tb> 3260 <SEP> 11,17 <SEP> . <SEP> 1,96a
<tb>
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3261 12,70 8,eOa.
1578 lOt93 oe50 1714 A 7,75 2870 1718 A 9,30 . 0,46 1719 A 11,49 G) 34 1720 A 15,80 0,31 1648 17,65 ** 3,54 21*4 . 15,50 0,56 * Tous les échantillons ont été traités pour la mise en
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solution à. 11 '11 C pendant une heure puis refroidis brus- quement z l'eau et vieille pendant a heures 760 0 sauf pour l'acier "21-4N" qui a été vielli pendant i6 heures..
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Eati!, a) Moyenne de deux ou plusieurs essai individuels.
Il résulte des essais ci-dessus que les aciers con-
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formes présentent après, immersion d'une heu- re à 91300 dans du FbO fondu, ione perte de poids inférieure aux deux tiers de celle présentée par l'acier "21-4N" ser- vant de comparaison, Le tableau III indique 1* influence de la teneur en carbone sur la résistance à la corrosion
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par PbOo le D8x1mum de résistance se produisant pour une teneur en carbone de 0,32 à Oo4 , D'autre part les résul- 1716,
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tais obtenus pour les aciers 1718 A, /L719 A et 1720 A indi- quant qu'une teneur en bore plus élevée influence défavo-
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rablement la résistance au PbO.
Le tableau III indique par ailleurs d'une façon inattendue que la résistance à l'essai de rupture par fluage atteint un maximum pour environ la mime teneur en carbone, de façon qu'il est possible d'obtenir pour une telle teneur en carbone, un acier ayant une résistance à la rupture par fluage très proche de celle de l'acier "21-4N* tout en lui étant supé- rieure en ce qui concerna la résistance à la corrosion par les produits de combustion des combustibles contenant du plomb* Ceci est particulièrement remarquable car, comme indiqué ci- dessus, l'acier "21-4N" n'a jamais été surpassé jusqu'à main- tenant en ce qui concerne la résistance à la* corrosion par PbO,
par aucun matériau à base de fer ayant une résistance suffisante à l'oxydation périphérique et à la rupture par fluage à chaud pour pouvoir être utilisé dans la fabrication des soupapes de moteurs d'automobiles et d'autres moteurs à combustion interne. En comparant les échantillons 1714 A avec les échantillons 1715 et 1716 A on constate qu'il est pos- sible d'obtenir une bonne résistance à la rupture par fluage sans addition de bore, mais les essais 1719 A et 1720 A montrent que l'addition de bore améliore encore cette résistance.
On observe en outre que les aciers conformes à l'in- vention présentent une aptitude améliorée au façonnage à chaud et à l'usinage. Le finissage d'une soupape d'échappement pour un moteur à combustion interne comporte une opération d'usi- nage. On a évalué l'aptitude à l'usinabiliré relative d'un acier conforme à l'invention en comparaison arec celle d'une soupape en acier "21-4N" au cours d'une opération d'usinage au tour.
L'acier contrôlé dans cet essai avait la. composition préférée suivante :
0,36 % de carbone, 6,05 % de manganèse, 0,05 % de soufre, 0,007 % de phosphore, 0,07 % de silicium, 19,51 % de
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ohooo, 5184 % de motel, 0,12 % de atOb1wn, 0,002 % de bore,' 0007 % 4tuoto, le reste étant oonst11ï:u1 par du fer. On a utilisé un outil à grande vitesse type mi (A13I) (Institut africain pour le Par et lf!e;1.e:r) pour usine une barre de 2,54 Cil de diamètre dans chacun des aciers à l'état traité pour la aise en solution. et v1EG.l1.
Les caraotéristiquea de 1* outil et les conditions de l'tainae ont été les suivantes, R ....................... -American Pacemaker" 35*6 x 76,4 cm (équipe "'un dispositif Centrai- nement à vitesse variable
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pour la commande de la vitesse de la broche).
EMI8.3
Vffif yf f .r$$ ,.. |f>,, .rgf , ...... ...,,# 150 tours/ffiiaute .
|ys|t|gg.iin|rsWJ.? *#* ..*### 0,00802 em/tour. e.id-petaen, *### *# # Un produit de refroidisse-
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ment hydrocarbure bien con- nu des techniciens.
EMI8.5
Matière constituant l'outil ....... Type MI (AISI) J)tm,eM1o# de 1tfbauohs .......... 15,25 x 2,54 x 0,318 cm
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:tome de l'outil ânes de coupe ............. 0 degré
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Angle de dépcoille frontale , . 11,5 Il Acele de démina latérale 3 fi Angle d'attaque ............ 11,5 Il Ltovt:t1 utilisé pour usiner l'acier "21-4N" a été hors d,''U.Sa&8 avant d'avoir effectue une seule coupe. Par- contre l'outil employé pour usiner l'acier conforme à l'inven- 'U,Q1, possédait une ooupe satisfaisante après avoir effectue 32 paaeea, après quoi on a arrêté lassai. les oh1ttrea des tableaux IV et V oî-desaoue mon-
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trant que l'acier préféré conforme à l'invention est supérieur
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aciar l'acier "21-4S" en ce qui concerne le façonnage à chaud.
Cet/ préféré a la composition de l'échantillon n I6O4 du tableau XI tandis que l'acier "21-'4N" a la composition indiquée sur ce même tableau.
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Les barres d'acier ayant un diamètre de 2,54 cm cnt
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été chauffées à Ù77OC, puis on les a laminées à chaud pour former dea feuillards d'une épaisseur de 0,318 cm. Le programme des passes étant pratiquement identique pour chaque barre.
Après chaque passe on a déterminé la pression de laminage ainsi
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que l'épaisseur àW.a sortie et on a calculé la réduction 486- paisseur obtenue au cours de la passe. Le tableau IV indique les réductions d'épaisseur obtenues pour chacun des aciers, dans l'ordre dans laquez elles étaient obtenues, tandis que le tableau V indique pour chacun des aciers le rapport entre la pression exercée et la réduction d'épaisseur obtenue.
TABLEAU IV
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8,"eais.¯.....àe ,laun.. chaud
EMI9.4
Epaisseur à la Réduction dlépaja- Pression de sortie Beur laminage lmmJ L { II.. kg1 Passe Con- Acier Acier con- Acier Acier con- Acier :p,o forma à '*21-49% torcae à "21-4N" forne à "21-4H* J.'invep.t10n .....- T 't-l7.ViBi!'tj.0l1 .. l'invent1on
EMI9.5
<tb> 18,50 <SEP> 18,45 <SEP> 2? <SEP> 27 <SEP> 7.240 <SEP> 9.060
<tb>
EMI9.6
2 16,20 * 16,25 13 13 4,530 7.240
EMI9.7
<tb> 3 <SEP> 12,35 <SEP> @ <SEP> 12,31 <SEP> 23 <SEP> 24 <SEP> 8.150 <SEP> 12.680
<tb> 4 <SEP> 9,05 <SEP> 9,89 <SEP> 21 <SEP> 19 <SEP> 9.860 <SEP> 11.890 <SEP> '
<tb>
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5 6,55 6,5 33 33 19.920 27.200
EMI9.9
<tb> 6 <SEP> 3,42 <SEP> 3,55 <SEP> 48 <SEP> 47 <SEP> 44.400 <SEP> 63.400
<tb>
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TABLEAU V façonnage à chaud.
Comparaison entre la réduction de l'épaisseur et la pression de laminage.
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<tb>
Acier <SEP> conforme <SEP> à <SEP> l'invention <SEP> Acier <SEP> "21-4N"
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Séduction <SEP> en <SEP> Force <SEP> de <SEP> laminage <SEP> Réduction <SEP> en <SEP> Force <SEP> de <SEP> lami-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> épaisseur <SEP> (%) <SEP> (kg) <SEP> épaisseur <SEP> (%) <SEP> nage <SEP> (kg)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13 <SEP> 4.530 <SEP> 13 <SEP> 7. <SEP> 240
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 21 <SEP> 9. <SEP> 860 <SEP> 19 <SEP> 11.090
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 23 <SEP> 8.150 <SEP> 24- <SEP> 12.680
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 27 <SEP> 7.240 <SEP> 27 <SEP> 9.060
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 33 <SEP> 19.
<SEP> 920 <SEP> 33 <SEP> 27.200
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 48 <SEP> 44.400 <SEP> 47 <SEP> 63.400
<tb>
Le tableau V indique que l'acier "21-4N" nécessite chaque foie une force de laminage plus importante pour une réduction d'épaisseur donnée.
Les propriétés précitées indiquent que les aciers ',conforme. à l'invention conviennent pour la fabrication de soupapes pour moteurs à combustion interne. Les soupapes fa- briquées à partir de ces aciers présentent une meilleure résie. tance à la corrosion,
par PbO ainsi qu'une meilleure résistance au fluage que 1* alliage "21-4N" actuellement disponible dans le comme=*@ Lee soupapes obtenues à partir des aciers selon l'invention sont également plus faciles à usiner et l'aoier lui-même se façonne plus facilement à chaud.
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Austenitic stainless steels.
The present invention relates to austenitic non-hydridable steels and in particular to steels suitable for the manufacture of valves and similar parts for internal combustion engines. the most important properties for a steel used in the manufacture of valves are creep resistance and resistance to corrosion by lead oxide.
Other important properties are machinability and hot workability, as well as the ability to form laina ingots.
Applicants have discovered a new valve steel which equals or surpasses the best valve steels known today, with respect to both. first properties and their is clearly superior in
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at least one of the three aforementioned properties, while being able to be manufactured at the same or lower prices.
The best steel presently known for the current manufacture of exhaust valves for auto-engines.
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mobile, is that designated as "21-41f" and described in US Pat. No. 2,657,130.
This steel normally contains 21% of chromium, 4% of nickel, 9 "of manganese, Ot5O% of carbon, 0.40% of nitrogen, 0.07% of otter, the remainder being constituted by irons and any impurities. * This steel has good resistance to corrosion, due to the lead oxide, easily evidenced by a loss in weight
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of 17 g / da2 in the one hour test at 91300.
It also has good creep resistance, undergoing a permanent deformation of 0.56 "but a stress of 10 # 9 kg / = 2 during 100 hits at 732 * 0 ln the ueinab: Ll1té, it leaves much% desire, the tools being put out of use, in
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the same working conditions in which the steel of the present invention allows, on the contrary, to perform approximately
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30 passes before the tool is worn. Moreover, the aforementioned steel is inferior to the steels of the present. invention, with regard to the tendency to form sound ingots as well as the
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facilitates hot shaping.
The Applicant has discovered that by preparing an alloy the composition of which is in conformity with regard to iron, chromium, nickel and manganese and which moreover
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In appropriate amounts of niobium, carbon and, as desired, boron, certain advantages can be obtained. Corrosion resistance due to lead oxide is improved while
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practically maintaining resistance to fluaga.
It is also envisaged to manufacture steels whose characteristics
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than. have been briefly described ei-deasus having a determined nitrogen content allowing the obtaining of advantages orpple-
<Desc / Clms Page number 3>
mentairas defined below. As a specific example, a steel containing about 20% chromium, 6% nickel, is cited.
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6% manganese, t, 35 G carbon, 0.07% maximum nitrogen, 0.25% maximum silicon, 0.1% niobium, 0.002 j6 boron, the rest, except for impurities , being made up of
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iron.
Such a steel has good properties and in particular
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- a loss in weight of 9 / dm2 in the aforementioned test against 15 g / dm2 for “21-4N” steel.
EMI3.4
z- a plastic deformation of 0 * 36% under the aforementioned conditions, against 0.56% for steel
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921-4Nwo - better behavior in hot machining and shaping as shown below.
The ranges of the general composition, the more precise compost and the preferred composition of the steel according to the invention are given in Table I, in which the percentages are given by weight.
TABLE
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Chemical compositions of steels in accordance with the invention
EMI3.7
Clément General range% Narrow jet range Preferred range i>
EMI3.8
<tb> Carbon <SEP> 0.15 <SEP> to <SEP> 1.00 <SEP> 0.15 <SEP> to <SEP> 0.40 <SEP> 0.25 <SEP> to <SEP> 0 , 40
<tb>
<tb> Silicon <SEP> up to <SEP> 3 <SEP> 0 <SEP> to <SEP> 0.4 <SEP> 0 <SEP> to <SEP> 0.25
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 15 <SEP> to <SEP> 25 <SEP> 15 <SEP> to <SEP> 25 <SEP> 17 <SEP> to <SEP> 22 <SEP>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> up to <SEP> 20 <SEP> 0 <SEP> to <SEP> 20 <SEP> 3 <SEP> to <SEP> 15
<tb>
EMI3.9
HanganeM up to 20 "3 to 10 4 to 8 Niobium 0.1 to 1 0.02 to 1.0 0905 to 0.25 Boron up to 0.1.
0.00005 to 0.04 0.001 to 0.03
EMI3.10
<tb> Nitrogen <SEP> up to <SEP> 0.1 <SEP> 0 <SEP> to <SEP> 0.1 <SEP> 0 <SEP> to <SEP> 0.10
<tb>
EMI3.11
hanganese +
EMI3.12
<tb> Nickel <SEP> 3 <SEP> to <SEP> 20 <SEP> 7 <SEP> to <SEP> 20 <SEP>
<tb>
Iron supplement except for impurities.
<Desc / Clms Page number 4>
EMI4.1
The niobium can be replaced by equivalent amounts. in sk> 1 # dt mtr metals having a strong tendency to form carbides such as zirconium, tungsten, va- JW11.- and fI017bdenum.
EMI4.2
Tantalum can be replaced wholly or in part by niobium at the basis of one part by weight of niobium to two parts by weight of tantalum.
EMI4.3
x, 1a1l1a & e can contain up to $ 0.3 in addition for the purpose of improving machinability without adversely affecting other characteristics such as steel.
Table If and III give by way of example the characteristics of certain steels conforming to Illaveuti: #. U * 3103 represents an example of a low-i8e acior according to the invention, while n. 1604j 1716 ruz 1716 z. represent examples of preferred steels in which the niokel is replaced in part pure in iianga- aaae the ooapositions and characteristics of other steels
EMI4.4
being mentioned for comparison
EMI4.5
fXBMS 11 gqú, 1tto. pn "e" donation steel $
EMI4.6
Mier 0 Un S IF u.
¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯ 3103 0.36 1.35 ND ** 0.10 1604 0.33 620 0.016 0.06 1716 0.34- 5 95 0.061 0.07 1716 A 0438 5.83 0.051 0.06 3230 Oe2C 1.33 1Q) 0.08 3229 0929 1 * 41 ND 0 # 10 3168 0.45 1.29 UD 0, OT 3169 0.71 0.06 ND 0.0fi 3170 Je 1 , 00 1.33 ND 0.05 3260 0.36 1.27 ND 0.10 3261 0.36 lut30 Nest 0.00 1578 0.34 10.00 0.014 0.10 1714 A 0.30 5.83 0.052 0 , 08 1715 0.33 6.11 0.055 0.09 171ÛA 0.36 5.83 0.046 0.09 1719 A 0.36 5, a., 0.056 0.10 1720 0.36 5.73 0.048 0.10 1648 0.56 5.80 0.056 0.08 21-40 0.55 9.00 0.07 0.15
EMI4.7
** No finished
<Desc / Clms Page number 5>
EMI5.1
: & 1BLEAU: t ;; t (Continued) Chemical compositions and identification of steels
EMI5.2
<tb> Steel <SEP> Gold <SEP> Ni <SEP> Nb <SEP> B <SEP> N
<tb>
EMI5.3
no ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ l.r 1If '17'.
EMI5.4
<tb>
3103 <SEP> 20.32 <SEP> 15.80 <SEP> 0.09 <SEP> 0.001 <SEP> 0.005
<tb>
EMI5.5
1604 20.06 6.30 fl, 08 0.002 0.020
EMI5.6
<tb> 1716 <SEP> 20.00 <SEP>. <SEP> 5.87 <SEP> 0.11 <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP> 0.030
<tb> 1716 <SEP> A <SEP> 20.25 <SEP>. <SEP> 5.90 <SEP> 0.32 <SEP> 0.001 <SEP> 0.050
<tb>
<tb> 3230 <SEP> 20.15 <SEP> 15.85 <SEP> 0.13 <SEP> 0.001 <SEP> 0.004
<tb> 3229 <SEP> 20.15 <SEP> 15.95 <SEP> 0.12 <SEP> 0.001 <SEP> 0.007
<tb> 3168 <SEP> 19.92 <SEP> 15.58 <SEP> 0.10 <SEP> 0.002 <SEP> 0.005
<tb> 3169 <SEP> 19.97 <SEP> 15.52 <SEP> 0.11 <SEP> 0.001 <SEP> 0.003
<tb>
EMI5.7
3170 A 20.02 15.94 0 12 0.001 0.005
EMI5.8
<tb> 3260 <SEP> 20.28 <SEP> 15.95 <SEP> 0.13 <SEP> Ni * <SEP> 0.005
<tb>
EMI5.9
3261 20.10 - 16.10 KA NA 0.004
EMI5.10
<tb> 1578 <SEP> 19.96 <SEP> 6.88 <SEP> 0.08 <SEP> 0.001 <SEP> 0, <SEP> 02 <SEP>
<tb>
<tb> 1714 <SEP> A <SEP> 20,
25 <SEP> 5, <SEP> 90 <SEP> 0.01 <SEP> * <SEP> 0.0005 <SEP> * <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP>
<tb>
EMI5.11
1715 19.98 5.71 0.02 t3, 04. 0.03
EMI5.12
<tb> 1718 <SEP> A <SEP> 20.20 <SEP> 5.90 <SEP> 0.11 <SEP> 0.005 <SEP> 0, <SEP> 05 <SEP>
<tb>
<tb> 1719 <SEP> 20.25 <SEP> 5.93 <SEP> 0.12 <SEP> 0.003 <SEP> 0.05
<tb> 1720 <SEP> 20.25 <SEP> 5.90 <SEP> 0.11 <SEP> 0.029 <SEP> 0.05
<tb>
EMI5.13
1648 20.34 5.80 0.11 0.001 0.03
EMI5.14
<tb> 21-4N <SEP> 21, <SEP> 00 <SEP> 4.00 <SEP> NÄ <SEP> NA <SEP> * <SEP> 0.40
<tb> * <SEP> No <SEP> added.
<tb>
EMI5.15
** Not dete1't1l1M.
<Desc / Clms Page number 6>
TABLER III Results of the oxide corrosion test
EMI6.1
of ylocib and the creep rupture test
EMI6.2
<tb> Steel <SEP> n <SEP> Loss <SEP> of <SEP> weight <SEP> after <SEP> Plastic deformation <SEP>
<tb>
<tb> immersion <SEP> of a <SEP> hour <SEP> after <SEP> 100 <SEP> hours <SEP> to
<tb>
EMI6.3
at 91,300 in PbO '732 C under a combined (g / dm2) weight of 10.9 kg 111m2
EMI6.4
<tb> 3103 <SEP> 9.83 <SEP> O, 66a
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1604 <SEP> il <SEP> 79 <SEP> 0.36
<tb>
EMI6.5
1716 9.60 0 38? 3.6 A 9Î3O O, f45 3230 l2r85 21.a 3229 3.3.18 1,, 85 3168 12 09 1 34a 5169 13.62 1Î59
EMI6.6
<tb> 3170 <SEP> A <SEP> 14.88 <SEP>. <SEP> 2.03
<tb> 3260 <SEP> 11.17 <SEP>. <SEP> 1.96a
<tb>
EMI6.7
3261 12.70 8, eOa.
1578 lOt93 oe50 1714 A 7.75 2870 1718 A 9.30. 0.46 1719 A 11.49 G) 34 1720 A 15.80 0.31 1648 17.65 ** 3.54 21 * 4. 15.50 0.56 * All samples have been processed for setting
EMI6.8
solution to. 11 ° C for one hour then quenched with water and aged for 760 0 hours except for "21-4N" steel which was aged for 16 hours.
EMI6.9
Eati !, a) Average of two or more individual trials.
It results from the above tests that the steels con-
EMI6.10
forms show after, immersion for one hour at 91300 in molten FbO, a weight loss less than two-thirds of that shown by the "21-4N" steel used for comparison, Table III indicates 1 * influence of carbon content on corrosion resistance
EMI6.11
by PbOo the resistance D8x1mum occurring for a carbon content of 0.32 at Oo4, On the other hand the results- 1716,
EMI6.12
conditions obtained for steels 1718 A, / L719 A and 1720 A, indicating that a higher boron content has a negative influence.
<Desc / Clms Page number 7>
the resistance to PbO.
Table III moreover unexpectedly indicates that the resistance to the creep rupture test reaches a maximum for about the same carbon content, so that it is possible to obtain for such a carbon content, a steel having a creep rupture strength very close to that of "21-4N * steel while being superior to it as regards resistance to corrosion by combustion products of fuels containing lead * This is particularly noteworthy because, as stated above, "21-4N" steel has never been surpassed heretofore in resistance to corrosion by PbO,
by any iron-based material having sufficient resistance to peripheral oxidation and hot creep failure to be useful in the manufacture of valves for automobile engines and other internal combustion engines. By comparing the samples 1714 A with the samples 1715 and 1716 A, it can be seen that it is possible to obtain a good resistance to rupture by creep without the addition of boron, but the tests 1719 A and 1720 A show that the addition of boron further improves this resistance.
It is further observed that the steels according to the invention exhibit improved hot workability and machinability. Finishing an exhaust valve for an internal combustion engine involves a machining operation. The relative machinability of a steel according to the invention was evaluated in comparison with that of a "21-4N" steel valve during a lathe machining operation.
The steel tested in this test had the. following preferred composition:
0.36% carbon, 6.05% manganese, 0.05% sulfur, 0.007% phosphorus, 0.07% silicon, 19.51%
<Desc / Clms Page number 8>
EMI8.1
ohooo, 5184% motel, 0.12% atOb1wn, 0.002% boron, '0007% 4tuoto, the rest being oonst11ï: u1 with iron. A high speed tool type mi (A13I) (African Institute for Par and lf! E; 1.e: r) was used to machine a bar 2.54 Cil in diameter in each of the steels in the treated state. for ease in solution. and v1EG.l1.
The characteristics of the tool and the conditions of the tainae were as follows, R ....................... -American Pacemaker "35 * 6 x 76.4 cm (equipped with "'a central variable speed device
EMI8.2
for controlling the spindle speed).
EMI8.3
Vffif yf f .r $$, .. | f> ,, .rgf, ...... ... ,, # 150 turns / ffiiaute.
| ys | t | gg.iin | rsWJ.? * # * .. * ### 0.00802 em / rev. e.id-petaen, * ### * # # A cooling product
EMI8.4
well known to technicians.
EMI8.5
Material constituting the tool ....... Type MI (AISI) J) tm, eM1o # of 1tfbauohs .......... 15.25 x 2.54 x 0.318 cm
EMI8.6
: volume of the donkey cutting tool ............. 0 degree
EMI8.7
Frontal offset angle,. 11.5 Il Acele demina lateral 3 fi Angle of attack ............ 11.5 Il Ltovt: t1 used to machine steel "21-4N" was out of, ' 'U.Sa & 8 before making a single cut. On the other hand, the tool used to machine the steel according to the invention, Q1, had a satisfactory cut after having carried out 32 paaeea, after which the assay was stopped. the oh1ttrea of Tables IV and V oî-desaoue mon-
EMI8.8
as long as the preferred steel according to the invention is higher
EMI8.9
steel "21-4S" steel with regard to hot working.
This preferred has the composition of Sample No. 16O4 of Table XI while the "21-'4N" steel has the composition shown in that same table.
<Desc / Clms Page number 9>
Steel bars with a diameter of 2.54 cm cnt
EMI9.1
were heated to Ù77OC, then hot-rolled to form strips 0.318 cm thick. The pass program is practically identical for each bar.
After each pass, the rolling pressure was determined as
EMI9.2
the thickness at W. exited and the reduction in thickness obtained during the pass was calculated. Table IV indicates the reductions in thickness obtained for each of the steels, in the order in which they were obtained, while Table V indicates for each of the steels the ratio between the pressure exerted and the reduction in thickness obtained.
TABLE IV
EMI9.3
8, "eais.¯ ..... ae, laun .. warm
EMI9.4
Reduction thickness dlepaja- Outlet pressure Beur rolling lmmJ L {II .. kg1 Pass Con- Steel Steel con- Steel Steel con- Steel: p, o forma '* 21-49% torcae at "21-4N" forne at "21-4H * J.'invep.t10n .....- T 't-l7.ViBi!' tj.0l1 .. the invent1on
EMI9.5
<tb> 18.50 <SEP> 18.45 <SEP> 2? <SEP> 27 <SEP> 7.240 <SEP> 9.060
<tb>
EMI9.6
2 16.20 * 16.25 13 13 4.530 7.240
EMI9.7
<tb> 3 <SEP> 12.35 <SEP> @ <SEP> 12.31 <SEP> 23 <SEP> 24 <SEP> 8.150 <SEP> 12.680
<tb> 4 <SEP> 9.05 <SEP> 9.89 <SEP> 21 <SEP> 19 <SEP> 9.860 <SEP> 11.890 <SEP> '
<tb>
EMI9.8
5 6.55 6.5 33 33 19,920 27,200
EMI9.9
<tb> 6 <SEP> 3.42 <SEP> 3.55 <SEP> 48 <SEP> 47 <SEP> 44.400 <SEP> 63.400
<tb>
<Desc / Clms Page number 10>
TABLE V hot shaping.
Comparison between thickness reduction and rolling pressure.
EMI10.1
<tb>
Steel <SEP> conforming <SEP> to <SEP> the invention <SEP> Steel <SEP> "21-4N"
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Seduction <SEP> in <SEP> Force <SEP> of <SEP> rolling <SEP> Reduction <SEP> in <SEP> Force <SEP> of <SEP> lami-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> thickness <SEP> (%) <SEP> (kg) <SEP> thickness <SEP> (%) <SEP> swim <SEP> (kg)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13 <SEP> 4.530 <SEP> 13 <SEP> 7. <SEP> 240
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 21 <SEP> 9. <SEP> 860 <SEP> 19 <SEP> 11.090
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 23 <SEP> 8.150 <SEP> 24- <SEP> 12.680
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 27 <SEP> 7.240 <SEP> 27 <SEP> 9.060
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 33 <SEP> 19.
<SEP> 920 <SEP> 33 <SEP> 27.200
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 48 <SEP> 44.400 <SEP> 47 <SEP> 63.400
<tb>
Table V indicates that "21-4N" steel each requires a greater rolling force for a given reduction in thickness.
The aforementioned properties indicate that the steels', conform. according to the invention are suitable for the manufacture of valves for internal combustion engines. Valves made from these steels have better resistance. corrosion resistance,
by PbO as well as better creep resistance than the "21-4N" alloy currently available in the valves obtained from the steels according to the invention are also easier to machine and the steel itself. even is more easily shaped hot.