Procédé d'obtention de produits en acier austénitique. La présente invention concerne des pro duits en acier austénitique au chrome-nickel présentant une haute résistance mécanique à chaud.
On sait que les aciers au chrome-nickel possèdent des avantages très nombreux, qui les rendent particulièrement précieux pour un grand nombre d'applications, en particu lier celles qui nécessitent soit une bonne ré sistance à l'oxydation ou à l'attaque par des liquides corrosifs tels que des acides, soit encore une résistance mécanique élevée à chaud.
Les aciers au chrome-nickel peuvent éga lement contenir du silicium, du manganèse, du tungstène et du titane suivant les pro priétés particulières qu'on veut leur conférer.
Lesdits aciers sont souvent destinés à travailler à chaud, par exemple sous forme d'arbres, (le tubulures de chambres de com bustion ou de réaction, d'aubages de turbines à. gaz, de supports, de rivets et boulons, etc.
C'est ainsi que le brevet français N 590631 du 21 décembre 1921 concerne un acier à moins de 1% de carbone, 5 à 25 % de chrome, 5 à 20 % de nickel, 0,5 à 10 % de silicium, moins de 8 % de manganèse, de 1. à :
ï 'Vo de tungstène (ou de molybdène) et moins < le 6 % clé titane (ou de cuivre), offrant une résistance considérable à, l'oxydation et à l'écaillement aux températures élevées et à l'attaque par la flamme et les produits de combustion chauds tels que ceux engendrés dans les fours des divers genres et les mo teurs à combustion interne, et présentant aussi une résistance considérable à l'action de l'air, de l'eau douce, de l'eau de mer et de divers acides et autres agents chimiques, ainsi qu'une résistance élevée à l'extension et à la compression à la fois aux températures ordinaires et. aux températures élevées.
Pareillement, le brevet frangais N 659231 du 1e'' décembre 1927 et son certificat d'addi tion N 10221 du 26 novembre 1930 concer- nent un acier à 1% de carbone, 10 à 25 0/0 de chrome, 20 à 50 % de nickel,
1 à 5 % de manganèse, 0,5 à 8 % de tungstène et 0,1 à 0,2 % de titane, présentant une bonne résis- tance à la corrosion par les agents chimiques,
donc de bonnes propriétés mécaniques et par ticulièrement résistant aux efforts continus à haute température.
Enfin, le brevet anglais N 375777 du 19 mars 1931 concerne un acier à moins de 0,5 % de carbone, 6 à 10 % de chrome, 0,5 à 25 % de nickel, 0,1 à 8 % de silicium,
moins de 5 % .de manganèse, moins de 5 /a de tungstène et de 0,1 à 10 % de titane, pré- sentant de bonnes dualités de résistance à la corrosion.
Les aciers austénitiques de composition comprise entre les limites qui ont été indi quées ci-dessus s'emploient le plus souvent à l'état adouci par trempe. On a également parfois recommandé de les utiliser après un certain écrouissage. L'écrouissage augmente en effet fortement la limite élastique à froid, corrigeant, ainsi un défaut qui est assez gê nant dans les problèmes de construction. En outre, il relève la résistance à chaud, même au fluage de longue durée, .et. jusqu'à des températures relativement. élevées.
On peut réaliser l'écrouissage de diverses ma nières, suivant les applications recherchées; par exemple en terminant les opérations de forgeage ou de laminage à une basse tempé rature convenablement choisie (technique connue sous le nom de hot cold -,vork), ou encore par laminage ou étirage à froid.
Or, la titulaire a trouvé, et c'est ce qui constitue la base de son invention, qu'il exis tait un certain domaine de composition d'aciers austénitiques au tungstène dans le quel l'au-mentation de la, résistance au fluage à chaud procurée par l'écrouissage se con serve à, des températures particulièrement élevées. Cette augmentation est particulière ment fonction de la valeur de la teneur en tungstène qui doit être comprise entre 2,5 et 4,5 0%.
La présente invention, faite avec la col laboration de M. de Lacombe, comprend clone un procédé d'obtention de produits en acier austénitique au chr orne-nickel ayant une bonne résistance à chaud, notamment au fluage.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on écrouit un acier ayant la composition suivante
EMI0002.0015
C <SEP> 0,05 <SEP> à <SEP> <B>0,151/o</B>
<tb> Cr <SEP> 16 <SEP> à <SEP> 181/o
<tb> N <SEP> i <SEP> 11 <SEP> à <SEP> 141/0
<tb> Si <SEP> 0,1 <SEP> à <SEP> 10/0
<tb> <U>Mn</U> <SEP> 0,2 <SEP> à <SEP> 10/0
<tb> 2,5 <SEP> à <SEP> 4,51/0
<tb> Ti <SEP> 0,4 <SEP> à <SEP> 0,8 <SEP> % cet.
écrouissage étant poussé jusqu'à ce que la limite élastique à la traction correspon- dant à un allongement permanent de 0,2 % devienne égale ou supérieure à 45 kg/mm-".
L'invention comprend également un pro duit obtenu par le procédé ci-dessus. Si l'on se réfère par exemple à la limite 25/35 heures très généralement employée maintenant. pour caractériser la résistance au fluage (charge donnant entre la 25""' et la 35' E heure une vitesse d'écoulement, de 10 X 10-6 de la longueur(heure et un écou- lement. total inférieur à. 0,
2 % de cette même lorrgLieur), on trouve les chiffres suivants pour la résistance au fluage en fonction de la température, sur trois aciers écrouis par un allongement de 10 % et répondant aux analyses
EMI0002.0050
C <SEP> Si <SEP> lin <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> 'Pi <SEP> <B>NI)</B> <SEP> W
<tb> acier <SEP> 1 <SEP> 0,11 <SEP> 0,
80 <SEP> 1,03 <SEP> 8,7 <SEP> 18,2 <SEP> 0,32 <SEP> 0,82
<tb> acier <SEP> II <SEP> 0,17 <SEP> 1,01 <SEP> 0,93 <SEP> 9,1 <SEP> 18,5 <SEP> 1,5 <SEP> 1,3
<tb> acier <SEP> 111 <SEP> 0,08 <SEP> 0,65 <SEP> <B>0,50 <SEP> 12,5</B> <SEP> 17,7 <SEP> 0,70 <SEP> 3,4
EMI0002.0051
Température <SEP> Résistance <SEP> au <SEP> fluage
<tb> en <SEP> kg/mm2
<tb> acier <SEP> I <SEP> acier <SEP> II <SEP> acier <SEP> III
<tb> 600 <SEP> C <SEP> 29 <SEP> 26 <SEP> 21
<tb> 650 <SEP> C <SEP> 1<B>5</B> <SEP> 19 <SEP> 16
<tb> 700 <SEP> C' <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 13
<tb> 750 <SEP> C <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 10 On voit donc due la limite d'écoulement à chaud de l'acier III qui, seul, rentre dans le -cadre de la, présente invention, est très nettement, supérieure à celle des deux autres à, partir de 650 à 700 C.
Cette résistance au fluage élevée à haute température n'apparaît pas seulement dans des essais de courtes durées, mais se re trouve aussi pour les longues durées. C'est aini que la charge donnant la rupture sous charge constante en 1000 heures pour les aciers utilisés pour réaliser la présente inven tion est égale, lorsqu'ils sont convenablement écrouis, à 20 kg/mm2 à 700 C, 15 kg/mm2 à 750 C et 12 kg/mm2 à 800 C;
ces chiffres sont très supérieurs à. ceux que fournissent les alliages inoxydables usuels et au moins analogues à ceux des alliages beaucoup plus difficiles à fabriquer, du type Ni 80, Cr 15 ou des austénitiques au Co W. A 800 C, par exemple, et. jusqu'à 1000 heures, la résistance des aciers rentrant dans le cadre de l'inven tion est donc entièrement comparable à celle des meilleurs alliages forgeables connus d'au tre part., avec l'avantage d'une fabrication bien plus simple.
Les produits préparés conformément à l'invention doivent être utilisés en principe sans avoir subi de traitement thermique. Ils peuvent être obtenus, par travail à. chaud ou à froid convenable de l'acier mis en oeuvre, sous forme de barres forgées ou laminées, tôles, fils, tubes, etc. Ils se recommandent particulièrement pour l'exécution des ailettes fixes ou mobiles et des disques et arbres de rotors.
Process for obtaining austenitic steel products. The present invention relates to austenitic chromium-nickel steel products exhibiting high mechanical strength when hot.
It is known that chromium-nickel steels have very many advantages which make them particularly valuable for a large number of applications, in particular those which require either good resistance to oxidation or to attack by chemicals. corrosive liquids such as acids, which is also a high mechanical resistance when hot.
Chromium-nickel steels can also contain silicon, manganese, tungsten and titanium depending on the particular properties that one wishes to confer on them.
Said steels are often intended for hot working, for example in the form of shafts, (the pipes of combustion or reaction chambers, of gas turbine blades, supports, rivets and bolts, etc.
Thus the French patent N 590631 of December 21, 1921 relates to a steel with less than 1% carbon, 5 to 25% of chromium, 5 to 20% of nickel, 0.5 to 10% of silicon, less than 8% manganese, from 1. to:
Tungsten (or molybdenum) and less than 6% titanium (or copper), offering considerable resistance to oxidation and flaking at high temperatures and to flame attack and hot combustion products such as those generated in furnaces of various kinds and internal combustion engines, and also exhibiting considerable resistance to the action of air, fresh water, sea water and various acids and other chemical agents, as well as high resistance to extension and compression both at ordinary temperatures and. at high temperatures.
Similarly, the French patent N 659231 of December 1, 1927 and its certificate of addition N 10221 of November 26, 1930 relate to a steel with 1% carbon, 10 to 25% chromium, 20 to 50%. nickel,
1 to 5% manganese, 0.5 to 8% tungsten and 0.1 to 0.2% titanium, having good resistance to corrosion by chemical agents,
therefore good mechanical properties and particularly resistant to continuous stress at high temperature.
Finally, the English patent N 375777 of March 19, 1931 relates to a steel with less than 0.5% carbon, 6 to 10% chromium, 0.5 to 25% nickel, 0.1 to 8% silicon,
less than 5% manganese, less than 5% tungsten and 0.1 to 10% titanium, showing good dual corrosion resistance.
Austenitic steels with a composition between the limits indicated above are most often used in the softened state by quenching. It has also sometimes been recommended to use them after some work hardening. Work hardening in fact greatly increases the elastic limit when cold, thus correcting a defect which is quite troublesome in construction problems. In addition, it raises the hot resistance, even to long-term creep, .et. up to relatively temperatures. high.
Work hardening can be carried out in various ways, depending on the desired applications; for example by terminating the forging or rolling operations at a suitably chosen low temperature (technique known under the name of hot cold -, vork), or else by cold rolling or drawing.
However, the licensee has found, and this is what constitutes the basis of its invention, that there is a certain field of composition of austenitic steels with tungsten in which the increase in creep resistance. heat obtained by work hardening can only be used at particularly high temperatures. This increase is particularly dependent on the value of the tungsten content which must be between 2.5 and 4.50%.
The present invention, made with the collaboration of M. de Lacombe, comprises cloned a process for obtaining chromium-nickel austenitic steel products having good resistance to heat, in particular to creep.
This process is characterized in that a steel having the following composition is hardened
EMI0002.0015
C <SEP> 0.05 <SEP> to <SEP> <B> 0.151 / o </B>
<tb> Cr <SEP> 16 <SEP> to <SEP> 181 / o
<tb> N <SEP> i <SEP> 11 <SEP> to <SEP> 141/0
<tb> If <SEP> 0.1 <SEP> to <SEP> 10/0
<tb> <U> Mn </U> <SEP> 0.2 <SEP> to <SEP> 10/0
<tb> 2.5 <SEP> to <SEP> 4.51 / 0
<tb> Ti <SEP> 0.4 <SEP> to <SEP> 0.8 <SEP>% ce.
work hardening being pushed until the tensile yield strength corresponding to a permanent elongation of 0.2% becomes equal to or greater than 45 kg / mm- ".
The invention also comprises a product obtained by the above process. If we refer for example to the limit 25/35 hours very generally used now. to characterize the creep resistance (load giving between 25 "" 'and 35 "hour a flow rate, 10 X 10-6 of the length (hour and a total flow less than. 0,
2% of this same length), we find the following figures for creep resistance as a function of temperature, on three steels strain-hardened by an elongation of 10% and responding to analyzes
EMI0002.0050
C <SEP> If <SEP> lin <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> 'Pi <SEP> <B> NI) </B> <SEP> W
<tb> steel <SEP> 1 <SEP> 0.11 <SEP> 0,
80 <SEP> 1.03 <SEP> 8.7 <SEP> 18.2 <SEP> 0.32 <SEP> 0.82
<tb> steel <SEP> II <SEP> 0.17 <SEP> 1.01 <SEP> 0.93 <SEP> 9.1 <SEP> 18.5 <SEP> 1.5 <SEP> 1.3
<tb> steel <SEP> 111 <SEP> 0.08 <SEP> 0.65 <SEP> <B> 0.50 <SEP> 12.5 </B> <SEP> 17.7 <SEP> 0, 70 <SEP> 3,4
EMI0002.0051
Temperature <SEP> Resistance <SEP> to <SEP> creep
<tb> in <SEP> kg / mm2
<tb> steel <SEP> I <SEP> steel <SEP> II <SEP> steel <SEP> III
<tb> 600 <SEP> C <SEP> 29 <SEP> 26 <SEP> 21
<tb> 650 <SEP> C <SEP> 1 <B> 5 </B> <SEP> 19 <SEP> 16
<tb> 700 <SEP> C '<SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 13
<tb> 750 <SEP> C <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 10 We therefore see due to the hot flow limit of steel III which, alone, comes within the scope of the present invention , is very clearly superior to that of the other two from 650 to 700 C.
This high creep resistance at high temperature does not only appear in short term tests, but is also found for long times. This is why the load giving rupture under constant load in 1000 hours for the steels used to carry out the present invention is equal, when they are suitably work-hardened, to 20 kg / mm2 at 700 C, 15 kg / mm2 at 750 C and 12 kg / mm2 at 800 C;
these figures are much greater than. those provided by the usual stainless alloys and at least similar to those of the alloys much more difficult to manufacture, of the Ni 80, Cr 15 type or austenitics with Co W. A 800 C, for example, and. up to 1000 hours, the resistance of the steels coming within the scope of the invention is therefore entirely comparable to that of the best forgeable alloys known on the other hand, with the advantage of a much simpler manufacture.
The products prepared in accordance with the invention should in principle be used without having undergone any heat treatment. They can be obtained, by work at. suitable hot or cold of the steel used, in the form of forged or rolled bars, sheets, wires, tubes, etc. They are particularly recommended for the execution of fixed or movable vanes and rotor disks and shafts.