Acier austénitique au chrome-nickel. L'invention concerne les aciers austéni- tiques au chrome-nickel et a pour objet un acier principalement austénitique qui est pra tiquement insensible à la corrosion intergra- nulaire, après avoir été exposé aux effets thermiques qui accompagnent les opérations de soudage, d'usinage et de recuit destiné à faire disparaître les tensions internes, ledit acier étant caractérisé en ce qu'il contient, en plus du fer, 16 à 25 % de chrome, 7 à 25 %, de nickel, au plus 0,054% d'azote, une pro portion de carbone ne dépassant pas 0,05% et non supérieure à la limite,
calculée en fonc tion des teneurs en chrome et en nickel, au moyen de l'équation:
EMI0001.0007
On sait que les aciers austénitiques au chrome-nickel sont susceptibles, à moins d'avoir été < stabilisés , de subir une corrosion intergranulaire, lorsqu'ils sont exposés à l'ac tion des agents de corrosion, après avoir été chauffés à une température élevée comprise entre 370 et 750 C.
Même une exposition de courte durée des aciers à l'action des tempé ratures qui accompagnent les opérations de soudage, d'usinage et de recuit faisant dis paraître les tensions internes est suffisante pour les rendre sensibles à la corrosion intergranulaire. Plusieurs procédés dits de stabilisation de ces aciers, ayant pour but de les rendre pratiquement insensibles à ce genre de corrosion, ont été déjà préconisés et certains d'entre eux, en particulier l'addi tion de columbium à l'acier en proportion basée sur la teneur en carbone, ont donné des résultats efficaces.
Cependant, on recherche encore d'autres moyens de stabiliser les aciers austénitiques au chrome-nickel, que l'addi tion d'éléments coûteux, tels que le colum- bium.
Il est également connu de stabiliser des aciers de ce type sans addition de columbium ou autres éléments spéciaux, en réglant avec le plus grand soin leur teneur en azote, qu'on limite à environ 0,02 ou<B>0,03%.</B> Mais on a constaté que ce procédé n'est pas appli cable dans la pratique industrielle, d'une part, à cause de la difficulté de préparer des aciers austénitiques au chrome-nickel contenant moins de 0,05% d'azote dans la pratique in dustrielle et, d'autre part, à cause de l'im possibilité d'obtenir par ce procédé, d'une manière conséquente, des aciers possédant l'insensibilité voulue à la corrosion inter granulaire.
Par contre, la titulaire a établi que les proportions entre les éléments carbone et nickel des aciers au chrome-nickel austé- nitiques ne contenant pas plus de 0,054% d'azote peuvent être déterminées, pour dif férentes teneurs en chrome, d'après des équations établies à la suite d'essais avec des aciers de diverses compositions soumis à des conditions devant provoquer normalement la corrosion intergranulaire. Par exemple, pour des aciers contenant<B>180/,</B> de chrome et de 8 à 15 % de nickel, la teneur maximum en carbone qu'ils peuvent contenir peut être déterminée par l'équation suivante:
log /a C = - 0,0520 (% Ni) - 1,034 Pour des aciers contenant 20 % de chrome et 12 à 18% de nickel, l'équation permettant de déterminer la teneur maximum en carbone est la suivante: log % C = - 0,0335 (% Ni) - 1,168 et pour des aciers à 250/,, de chrome et con tenant de 15 à 25% de nickel, cette équation devient: log % C = -0,0244 (% Ni) -<B>1,208</B> Mais les équations qui précèdent in diquent une possibilité de calculer la teneur maximum en carbone admissible pour trois valeurs choisies de la teneur en chrome; elles ne donnent plus satisfaction pour d'autres teneurs en chrome.
Aussi la titulaire a-t-elle poursuivi ses essais en vue de trouver un moyen permet- rant de déterminer exactement les propor tions relatives des teneurs en chrome, nickel, azote et carbone qu'un acier comprenant ces éléments doit présenter pour qu'il soit pra tiquement insensible à la corrosion intergra- nulaire après avoir été exposé aux traitements thermiques destinés à faire disparaître les tensions internes.
L'équation figurant dans la revendication est le résultat de ces recherches. Elle montre qu'en général, plus la teneur de l'acier en chrome est forte entre les limites de 16 à 25 de chrome, plus la teneur en nickel peut être forte pour une teneur en carbone donnée. De même, pour une teneur donnée en chrome, plus la teneur en nickel est forte, plus la teneur en carbone doit être faible.
La teneur en carbone maximum admis sible au point de vue de la sensibilité à la cor rosion intergranulaire dans la gamme entière des compositions, c'est-à-dire entre 16 et 25 de chrome et entre 7 et 25 o clé nickel, peut être déterminée en se reportant aux diagram mes des fig. 1 et 2 annexées.
La fig. 1 représente un diagramme à trois dimensions, dans lequel les teneurs en chrome et en carbone sont représentées par les co ordonnées du plan horizontal et les teneurs en nickel par les coordonnées verticales. La surface ABCDE de la fig. 1 est la surface limite qui sépare les aciers sensibles des aciers dnsensibles , les aciers dont les com positions sont situées sur la surface, au-des sous ou derrière cette surface, résistant à la corrosion intergranulaire. Cette propriété est vérifiée par un essai où l'on traite l'alliage pendant 700 heures au plus dans une solution de sulfate de cuivre acidifiée et bouillante, après lui avoir fait subir un recuit à 1075 C,
et après l'avoir maintenu pendant une heure à la température de sensibilisation , qui est d'environ 650 C, et refroidi à l'air.
L'équation de la surface ABCDE de la fig. 1 est la suivante
EMI0002.0022
Cette équation permet de calculer la teneur maximum en carbone admissible d'un acier contenant des proportions données de chrome et de nickel, en remplaçant dans l'équation les teneurs en chrome et en nickel par les valeurs données et en résolvant l'équa tion par rapport au pourcentage en carbone. La fig. ? représente, pour simplifier, une solu tion graphique de cette équation.
Sur cette figure, les pourcentages en chrome sont por tés en ordonnées et les pourcentages en. nickel en abscisses; les droites correspondant à la teneur maximum en carbone, entre 0,015 et <B>0,05%,</B> sont tracées à des intervalles de 0,0010/,. Pour déterminer cette teneur maxi mum en carbone en fonction des proportions de chrome et de nickel, il suffit de situer le point correspondant à ces pourcentages de chrome et de nickel et de voir à quelle teneur limite en carbone il correspond.
Par exemple, le point correspondant à une composition de 18 /a de chrome et 110/,, de nickel est situé sur la droite correspondant à une teneur en car bone de 0,024%" qui est la limite maximum du carbone que peut contenir un acier à 18 de chrome et 110/,, de nickel pour rester in sensible à la corrosion intergranulaire dans les conditions de l'essai ci-dessus.
Quoique, ainsi qu'il a été dit, tous les aciers dont les points qui représentent leur composition se trouvent sur la surface ABCDE de la fig. 1 ou au-dessous ou derrière cette surface soient insensibles à la corrosion intergranulaire dans les conditions de l'essai ci-dessus, certains de ces aciers, quoique prin cipalement austénitiques, peuvent contenir des proportions notables <B>dé</B> ferrite et ne pas convenir à certaines applications, à cause de leur tendance à devenir fragiles.
En consé quence, les aciers dont la composition sera choisie de préférence sont seulement ceux qui sont presque entièrement austénitiques après recuit à 1075 C, refroidissement à l'air, nou veau chauffage à 650 C et nouveau refroidis sement à l'air.
Sur la fig. 1, le plan FGHJ est celui qui sépare les aciers presque entièrement austé- nitiques dans les conditions précitées de ceux qui contiennent des proportions notables de ferrite. Tous les aciers dont la composition est représentée par uri point situé sur ou au- dessus du plan FGHJ de la fig. 1 sont pres que entièrement austénitiques et ceux.pour lesquels ce point est situé au-dessous de ce plan contiennent des proportions notables de ferrite après le traitement thermique décrit ci-dessus.
L'équation du plan FGHJ est la suivante: 30(%C)-1,3( /,Cr)+(%Ni)+12,1 =0 En substituant dans cette équation les va leurs choisies des pourcentages de chrome et de nickel, on peut calculer les teneurs en car bone minimums qui sont nécessaires pour rendre les aciers presque entièrement austé- nitiques. La fig. 3 représente une solution graphique de cette équation, qui est tracée de la même manière que celle de la fig. 2 et dont on se sert de la même manière.
Par exemple, la teneur en carbone minimum d'un acier contenant<B>190/,</B> de chrome et 120/,, de nickel doit être de 0,02 /a, pour qu'il soit presque entièrement austénitique.
Mais étant donné que l'invention ne con cerne que les aciers pratiquement insensibles à la corrosion intergranulaire, il y a lieu de tenir compte aussi de la surface ABCDE. Les points qui correspondent aux compositions à adopter de préférence sont donc situés dans l'espace qui se trouve sur ou derrière la sur face ABCDE et sur ou au-dessus du plan FGHJ de la fig. 1, espace qui a été limité à, l'arrière par un plan vertical correspondant à une teneur constante en carbone.
Pour rendre ces considérations plus claires, on a tracé sur la fig. 4 un diagramme semblable à celui de la fig. 1. avec un plan vertical correspondant à une teneur constante en carbone de 0,015%, qui coupe la surface de séparation des aciers sensibles et insen sibles à la corrosion et le plan séparant les aciers presque entièrement austénitiques de ceux qui contiennent des quantités notables de ferrite. On a également tracé les deux plans correspondant aux deux teneurs limites en chrome. Le solide ainsi délimité contient les points représentant les compositions à adopter de préférence.
En faisant passer dans le solide de la fig. 4 des plans horizontaux correspondant à des teneurs constantes en nickel, on obtient des lignes d'intersection avec les surfaces limitant le solide, ces lignes entourant des surfaces comprenant les teneurs utilisées de préférence, en chrome et en carbone. La fig. 5 représente ces lignes d'intersection pour chaque variation de la teneur en nickel de 10/,,; on obtient ainsi un nomogramme qui permet de déterminer les compositions spé ciales des aciers comprises entre les limites à adopter de préférence.
On remarquera que sur la fig. 5, étant donné que la limite supé rieure de la teneur en chrome est de 25%, le nomogramme est interrompu à cette valeur et que par suite les courbes pour des teneurs en nickel comprises entre 20 et 225% se ter minent à droite.
Si on désire obtenir un acier contenant 150/Q de nickel, on voit d'après le nomogramme de la fig. 5 que les teneurs en chrome et en carbone qui sont les plus favo rables pour cette proportion de nickel sont comprises dans la surface KLM. Si donc on désire qu'un acier contenant 151/1,, de nickel contienne également 200/, de chrome, sa teneur en carbone la plus avantageuse doit être comprise entre 0,015 et 0,022%. Si, en revanche, l'acier doit contenir 21,3% de chrome et 151/1,, de nickel, la teneur en car bone doit être comprise entre 0,0195 et 0,0255%.
Tous les aciers dont la composition est représentée par un point qui se trouve dans la surface hachurée KLX de la fig. 5 sont presque entièrement austénitiques et pratiquement insensibles à la corrosion inter- granulaire, dans les conditions indiquées pré cédemment.
L'acier principalement austénitique peut aussi contenir des éléments tels que le man ganèse jusqu'à 30/Q<B>-</B>et le silicium jusqu'à 1,50/Q, ajoutés principalement pour effectuer la désoxydation. L'acier contient générale ment environ 1,5 /Q de manganèse et 0,50/Q de silicium. D'autres désoxydants connus, tels que l'aluminium, le calcium et le zir conium peuvent être ajoutés en supplément ou en remplacement du manganèse et du silicium.
Des éprouvettes d'acier suivant l'inven tion ont été essayées en vue de déterminer leur sensibilité à la corrosion intergranulaire en les chauffant d'abord à une température comprise entre 370 et 750 C, puis en les plongeant dans une solution de sulfate de cuivre acidifiée, bouillante, ou dans une solution bouillante d'acide nitrique à 650/Q. La solution de sulfate de cuivre ayant servi à effectuer ces essais contenait 50 g de CUS04. 5 H20,
50 cm3 d'acide sulfurique de poids spécifique 1,34 et 420 cm3 d'eau. Le degré de sensibilité à l'attaque intergranu- laine a été déterminé dans l'essai au sulfate de cuivre par la variation de la résistance électrique de l'éprouvette et par la variation de la ductilité, déterminée par des essais de flexion. Dans les essais à l'acide nitrique, les critériums adoptés sont la corrosion globale, exprimée en millimètres de pénétration par . mois, et l'attaque localisée d'éprouvettes soudées.
On a constaté à la suite de ces essais que les aciers dont les teneurs en chrome, nickel et carbone sont, équilibrées suivant l'invention sont toujours pratiquement in sensibles à la corrosion intergranulaire après avoir subi l'action d'une température de 650 C pendant une heure, tandis que les aciers de composition presque identique, mais dont les teneurs ne sont pas équilibrées de la même manière, sont toujours suscep tibles de corrosion intergranulaire après cette exposition.
Le tableau ci-dessous indique les résul tats obtenus au cours des essais en question. Sur ce tableau, l'état 1 indique que l'éprou vette traitée a été chauffée pendant 10 mi nutes à 1075 C et refroidie à l'air: l'état ? indique que l'éprouvette a subi d'abord ce même traitement, puis a été chauffée pendant une heure à 650 C. Les vitesses de corrosion désignées sur le tableau en millimètres de pénétration par mois sont les vitesses de cor rosion moyenne pendant cinq périodes de 48 heures chacune d'immersion. dans l'acide nitrique bouillant à<B>65%.</B> Le coefficient de flexion a été déterminé sur des éprouvettes ayant été plongées dans une solution de sul fate de cuivre acidifiée bouillante pendant 700 heures ou pendant le temps indiqué sur le tableau.
Les éprouvettes ont été fortement pliées après avoir subi ce traitement. Les éprouvettes N 1, 3, 7, 9 et 11 ont une com position non conforme à l'invention (teneur en carbone supérieure à la limite indiquée) et ne figurent ici qu'à titre de' comparaison.
EMI0005.0001
<I>Tableau:
</I>
<tb> Etat <SEP> 1 <SEP> Etat <SEP> 2
<tb> Composition <SEP> % <SEP> Pénétra- <SEP> Pénétra N <SEP> Cr <SEP> Ni <SEP> Mn <SEP> si <SEP> C <SEP> N <SEP> Qoeff. <SEP> de <SEP> Coeff. <SEP> de
<tb> flexion <SEP> tion <SEP> mtion
<tb> m/mois <SEP> flexion <SEP> mm/mois <SEP> 50
<tb> s <SEP> 1 <SEP> <B>1</B>8,61 <SEP> 9,9 <SEP> <B>1</B>,26 <SEP> 0,4 <SEP> 0,045 <SEP> 0,026 <SEP> 0 <SEP> 0,0145 <SEP> 4* <SEP> 0,1321
<tb> 2 <SEP> 18,54 <SEP> 9,86 <SEP> 1,23 <SEP> 0,48 <SEP> 0,018 <SEP> 0,044 <SEP> 0 <SEP> 0,0140 <SEP> 0 <SEP> 0,0168
<tb> 3 <SEP> 18,22 <SEP> 10,95 <SEP> 1.,5 <SEP> 0,46 <SEP> 0,05 <SEP> 0,049 <SEP> 0 <SEP> 0,0147 <SEP> 5* <SEP> 0,1981
<tb> 4 <SEP> 18,35 <SEP> 10,75 <SEP> 1,4 <SEP> 0,36 <SEP> 0,026 <SEP> 0,054 <SEP> 0 <SEP> 0,0140 <SEP> 0 <SEP> 0,0221
<tb> 5 <SEP> 18,54 <SEP> 11,63 <SEP> 0,82 <SEP> 0,37 <SEP> 0,010 <SEP> 0,053 <SEP> 0 <SEP> 0,
0135 <SEP> 0 <SEP> 0,0<B>1</B>50 <SEP> 55
<tb> <B>1</B>0 <SEP> 6 <SEP> 18,82 <SEP> 15,63 <SEP> 0,33 <SEP> 0,26 <SEP> 0,0<B>1</B>.5 <SEP> 0;041 <SEP> 0 <SEP> 0,0117 <SEP> 0 <SEP> 0,0114
<tb> 7 <SEP> 20,52 <SEP> 12,71 <SEP> 1,24 <SEP> 0,54 <SEP> 0,028 <SEP> 0,039 <SEP> 0 <SEP> 0,0135 <SEP> 4 <SEP> 0,1270
<tb> 8 <SEP> 20,68 <SEP> 12,83 <SEP> 1,23 <SEP> 0,56 <SEP> 0,012 <SEP> 0,043 <SEP> 0 <SEP> 0,0091 <SEP> 0 <SEP> 0,0091
<tb> 9 <SEP> 20,36 <SEP> 15,24 <SEP> 1,39 <SEP> 0,47 <SEP> 0,028 <SEP> 0,035 <SEP> 0 <SEP> 0,0099 <SEP> 5 <SEP> 0,317.5
<tb> 10 <SEP> 20,22.
<SEP> 15,71 <SEP> 0,43 <SEP> 0,43 <SEP> 0,008 <SEP> 0,042 <SEP> 0 <SEP> 0,0086 <SEP> 0 <SEP> 0,0099 <SEP> 60
<tb> <B>15</B> <SEP> 11 <SEP> 20,61 <SEP> 18,32 <SEP> 1,35 <SEP> 0,52 <SEP> 0,027 <SEP> 0,034 <SEP> 0 <SEP> 0,0106 <SEP> 5 <SEP> 0,8890
<tb> 12 <SEP> 21,16 <SEP> 18,29 <SEP> 0,38 <SEP> 0,27 <SEP> 0,009 <SEP> 0,035 <SEP> 0 <SEP> 0,0089 <SEP> 0 <SEP> 0,0091
<tb> * <SEP> Ebullition <SEP> pendant <SEP> 24 <SEP> heures <SEP> seulement.
<tb> Coefficient <SEP> de <SEP> flexion: <SEP> 0 <SEP> sans <SEP> criques, <SEP> 65
<tb> 20 <SEP> 4 <SEP> criques <SEP> superficielles <SEP> profondes,
<tb> 5 <SEP> éprouvette <SEP> rompue.
L'acier suivant l'invention convient parti culièrement à la fabrication de pièces soudées, à cause de son insensibilité à peu près com plète à la corrosion intergranulaire. Il peut aussi servir à confectionner des baguettes de soudure. Les plaques en acier conforme à l'invention peuvent être soudées avec des baguettes de soudure au chrome-nickel con tenant du columbium; de même, des aciers austénitiques au chrome-nickel stabilisés avec du columbium peuvent être soudés avec des baguettes de soudure en acier conforme à l'invention, de façon à obtenir des pièces sou dées pratiquement insensibles à la corrosion intergranulaire.
On remarquera que, d'après les essais, l'acier conforme à l'invention est pratique ment insensible à la corrosion intergranulaire après avoir subi l'actiori d'une température de<B>650'</B> C pendant une heure. Cependant, il convient de ne pas prolonger l'exposition à 650 C de certains aciers notablement au-delà d'une heure, car cette durée d'exposition pro longée peut les rendre sensibles. De même, une exposition à une température supérieure à 650 C rend certains aciers, dans quelques cas, susceptibles de devenir sensibles à la cor rosion intergranulaire, même si la durée d'ex position est beaucoup plus courte.
Mais tous les aciers qui présentent une composition con forme à l'invention peuvent être exposés aux traitements thermiques normaux des opé rations ordinaires de soudage, d'usinage et de recuit faisant disparaître les tensions in ternes, tout en restant pratiquement in sensibles à la corrosion intergranulaire.