CH394622A - Procédé de fabrication d'un produit inoxydable et résistant à la corrosion, magnétiquement doux - Google Patents

Description

  Procédé de fabrication d'un produit     inoxydable     et résistant à la corrosion,     magnétiquement    doux    La présente invention a pour objet un procédé  de fabrication d'un produit inoxydable et résistant à  la corrosion,     magnétiquement        doux,,    à haute perméa  bilité magnétique.  



  Au cours de ces     dernières    années se sont révélés  des besoins en matériaux     magnétiquement    doux     c'est-          à-dire    sans rémanence, capables de séjourner sans  altération importante dans des milieux oxydants (air  humide et chaud, eau distillée, eau lourde, etc.) ou  chimiquement agressifs (atmosphère marine, brouil  lard salin, vapeurs nitreuses, etc.).

   Or les alliages  magnétiques usuels ne donnent pas entière satisfac  tion pour ces emplois.     Certains,    tels le fer, les aciers       doux,        les        alliages        fer-silicium    à     3-4        %        Si,        les        alliages     fer-cobalt, les alliages fer-nickel à moins de 60 0/0  Ni présentent une résistance     insuffisante    à la corro  sion, les autres,

   tels les     alliages    fer-nickel à plus de       60        %        Ni        ne        permettent        pas        de        réaliser        les        inductions     magnétiques désirées.  



  On     sait    que les alliages fer-chrome à teneur en       chrome        égale        ou        supérieure    à     12        %        ont        une        excel-          lente    résistance aux agents corrosifs cités ci-dessus.

    Ces matériaux sont magnétiques et peuvent atteindre  des inductions élevées ; on utilise plus spécialement       l'alliage    à     17        %        Cr        environ        quand        la        résistance        chi-          mique    est considérée comme primordiale, mais la  qualité magnétique de ces matières est médiocre,  comparée à celle des alliages magnétiques usuels  on atteint par exemple une induction d'environ  10 000 à<B>11000</B> Gauss dans un champ de 3     aersteds     avec une tôle en fer-silicium de qualité ordinaire ;

         dans        le        même        champ,        l'alliage        industriel    à     17        %        Cr     ne donne qu'environ 2000 à 6000 Gauss. Ses pertes  magnétiques, pour une induction de 10 000 Gauss et  une fréquence de 50     Hz,    atteignent 5 à 12 watts par    kilogramme,     alors    qu'elles restent de l'ordre de 1;3 à  2,6 watts par kilogramme pour le fer-silicium laminé  à chaud de qualité courante.

   Pour ces raisons, l'uti  lisation des     alliages    fer-chrome est limitée à des in  ductions de 10 000 à<B>11000</B> Gauss et le rendement  des installations utilisant ces matériaux laisse à dési  rer.  



  Ces matières sont élaborées industriellement au  contact de     l'air,    dans un four électrique à arc ou  dans un four à chauffage par induction, et l'on s'ef  force de réduire leur concentration en impuretés.  Les réactions     d'affinage    nécessitent des laitiers alter  nativement oxydants et réducteurs.     Mais    ces réactions  ne sont jamais complètes : elles abaissent la pro  portion d'impuretés, sans les éliminer complètement.  Il reste en particulier, dans le bain liquide, une te  neur non négligeable en oxygène qu'il faut neutraliser  pour obtenir une matière saine,     transformable    sans       difficultés    en produits finis.

   Dans ce but, on ajoute  au bain métallique des désoxydants puissants, tels le  calcium, le silicium,     l'aluminium,    le titane, qui     fixent     l'oxygène sous la forme de composés stables. Une  partie de ceux-ci s'élimine par décantation, mais  les particules les plus fines restent en suspension dans  le bain et se retrouvent dispersées dans la masse du  lingot après solidification. Si pour neutraliser com  plètement l'oxygène, on ajoute un excès d'agents  désoxydants, leur avidité pour le carbone et l'azote  contenus dans le bain produit des carbures et des  nitrures répartis dans toute la matière. Or il est  connu que la présence de     particules    étrangères au  sein d'une matière magnétique accroît la dureté ma  gnétique de cette dernière.

   Les effets cumulés des  oxydes, des carbures et des nitrures contribuent donc  à compromettre la qualité magnétique de la matière  obtenue.      Le procédé de fabrication qui fait l'objet<B>dé</B> l'in  vention vise la production d'alliages.     fer-chrome    plus-  purs, chimiquement résistants et doués de propriétés  magnétiques améliorées dans des proportions consi  dérables susceptibles de permettre de réaliser par  exemple des inductions de l'ordre de 9000     Gauss    ou  plus dans un champ inférieur ou - égal à 3     oersteds,     avec des pertes à 10 000' Gauss -dé l'ordre de' 1 à  2,5 watts par     kilogramme    à 50 Hz.

   Ces     chiffres,     donnés à titre d'exemple; rapprochés de ceux précé  demment cités montrent que l'invention vise à obtenir  un produit différent des alliages fer-chrome connus  de même teneur en chrome, lesquels médiocres ' au  point de vue magnétique ne     sont    utilisables que lors  que la condition primordiale d'inaltérabilité chimique  permet de consentir des sacrifices de rendement, de  poids et d'encombrement. On se propose d'obtenir  des propriétés magnétiques comparables à celles des  tôles de fer-silicium laminées à chaud de qualité cou  rante, et possédant sur les propriétés des produits  magnétiques de qualité équivalente l'avantage de  l'inaltérabilité chimique.  



  La résistance chimique des alliages de fer et dé  chrome est- d'autant plus grande que leur concentra  tion en chrome est plus élevée, mais les inductions  magnétiques réalisables .diminuent. quand la teneur  en chrome augmente; comme le montrent les chif  fres ci-dessous, qui donnent les inductions     à,    satura  tion Ils en fonction de la concentration en chrome.

    
EMI0002.0008     
  
    Cr <SEP> % <SEP> Bs <SEP> (Gauss)
<tb>  <B>13 <SEP> 18000</B>
<tb>  15 <SEP> 17400
<tb>  17 <SEP> <B>16900</B>
<tb>  20 <SEP> , <SEP> 16_100
<tb>  22 <SEP> <B><I>.15600</I></B>
<tb>  25 <SEP> 14.800
<tb>  28 <SEP> 14000
<tb>  30 <SEP> 13400
<tb>  40 <SEP> <B>10000</B>       Les conditions d'inaltérabilité maximum et de  propriétés magnétiques maxima sont donc     contra-          dictoires.        Une        teneur        en        chrome        de        17        %        environ     constitue dans la     plupart    des cas un compromis sa  

  tisfaisant, mais     cette    composition n'est pas limitative,  et d'autres compositions, plus pauvres ou plus ri  ches en chrome donnent également de bons  résultats.- Le procédé selon l'invention est     caractérisé     en ce que l'on élabore un alliage par     fusion    au four  électrique, sous pression réduite et en atmosphère  non oxydante- et non nitrurante, d'un mélange cou  tenant essentiellement,. en plus de fer, . du chrome  en quantité conférant à l'alliage une teneur en chrome  de 12 à 40     0lo    et du carbone en quantité suffisante  pour que le carbone assure- à lui.

   seul la désoxyda  tion du bain, mais telle -que la teneur en carbone  dans le produit final ne dépasse pas 0,1 %, en ce  que l'on coule     l'alliage,    également sous pression ré  duite et en atmosphère non oxydante et non nitfu-         rante,,    et en ce que l'on recuit le produit fini à l'abri  - de l'air à une température de 700 à     11501,    C.  



  Les matières premières peuvent être fondues  dans un four électrique à induction, à résistance ou  à arc, à l'intérieur d'une enceinte dans laquelle on  peut à volonté abaisser la pression ou introduire des  gaz de composition désirée. Les fours dits   de fu  sion sous vide  , conviennent pour ces opérations.  On pourrait fondre sous dépression importante,  mais il y a souvent intérêt, pour éviter un bouillon  nement trop intense du métal liquide, à opérer la  fusion à pression peu inférieure à la pression atmo  sphérique. Cette opération est effectuée dans un mi  lieu non oxydant et non nitrurant: argon, hélium,  hydrogène, etc.

   Dans le cas où la charge n'a pas été  fondue sous dépression importante, on commence à  abaisser la pression par pompage lorsque les matiè  res premières sont entièrement fondues, en opérant  à une allure très progressive, de façon à pouvoir  toujours contrôler l'importance du bouillonnement  du bain.

   Le manganèse, que l'on ajoute habituelle  ment en teneur telle que l'alliage en contienne moins       de    2     %,        est        introduit        dans        la        charge        solide        ou        addi-          tionné    au bain liquide avant ou pendant le pompage.  



  L'abaissement de pression a pour but de provo  quer l'affinage de l'alliage  a) En favorisant le départ des impuretés volatiles  qu'il contient à l'état libre ou combiné ;  b) en déplaçant vers la formation de CO l'équilibre  de la réaction       C+O.É    CO  entre le carbone et l'oxygène contenus dans le  métal liquide, ce qui tend à éliminer complète  ment ces deux impuretés, surtout l'oxygène.  



  Il n'est pas nécessaire pour cela d'atteindre des  vides très profonds. La réaction       C+O--->CO     est déjà très activée sous une pression de l'ordre de       1/1o    de la pression atmosphérique. Le degré d'affinage  est toutefois d'autant plus grand que la pression li  mite est plus basse.  



  Il est avantageux d'ajuster la composition de la  charge à fondre pour avoir un léger excès de car  bone capable d'assurer une désoxydation complète ;  le carbone résiduel est moins préjudiciable que l'oxy  gène, et on peut au besoin réduire encore sa teneur  au cours du traitement thermique de recuit ultérieur.

    De toute façon, le produit final ne peut pas en     cou-          tenir        plus        de        0,10        %.        Puisque        la        désoxydation    a     été     assurée par l'action du carbone sous pression réduite,  il n'est plus nécessaire d'ajouter un ou plusieurs dés  oxydants énergiques tels le calcium, l'aluminium, le  titane,     ëtc.,    et l'on évite ainsi les inconvénients qu'en  traîne. la présence de leurs composés.  



  Après maintien sons pression réduite pendant une  durée en fonction- du degré d'affinage désiré, 1'a1-      liage liquide est coulé en lingotières ou moules, sous  pression inférieure à la pression atmosphérique et  dans un milieu non oxydant et non nitrurant.  



  Si l'alliage solidifié n'est pas utilisé directement  à l'état de -pièces moulées, les lingots sont forgés ou  laminés à chaud, suivant les méthodes connues, pour  obtenir par exemple des barres, des bandes ou des  tôles, lesquelles peuvent ou bien être utilisées direc  tement à la fabrication de pièces magnétiques, ou  bien servir de demi-produits à     partir    desquels .on  prépare par exemple des fils par tréfilage ou .des.  rubans ou feuillards par laminage à froid. Ces der  nières opérations comportent généralement, entre les.  phases de laminage ou de tréfilage, un ou plusieurs  recuits d'adoucissement intermédiaires destinés à  faire disparaître l'écrouissage et à permettre une  nouvelle réduction de dimensions.

   Ces recuits s'exé  cutent avantageusement à température comprise en  tre 600 et 1100, à l'abri de l'air pour soustraire  l'alliage magnétique à la contamination et lui con  server sa pureté. L'expression   à l'abri de l'air    signifie que l'opération s'effectue dans des condi  tions évitant l'altération superficielle qui se produi  rait si le recuit était effectué directement à l'air.

    Un recuit dans une enceinte étanche, dont le rem  plissage est éventuellement complété par des matiè  res     inertes    ou fixatrices d'oxygène et d'azote, renfer  mant par conséquent une très petite quantité d'air  incapable de se renouveler, sera considéré comme  un recuit   à l'abri de l'air  , puisque la quantité  d'air est insuffisante pour contaminer gravement le  .métal, au même titre que les traitements dans des  milieux neutres ou réducteurs. II est avantageux que  le laminage à froid ou le tréfilage soient précédés de  l'élimination de la pellicule superficielle oxydée for  mée au cours du forgeage ou du laminage à chaud.  Cette opération est effectuée par décapage, par meu  lage ou rectification, par nettoyage à la toile émeri  ou par tout autre procédé chimique ou mécanique.  



  Les remarquables propriétés magnétiques men  tionnées ci-dessus sont communiquées au produit fini  par un recuit à une température comprise entre 700  et     1150o,    à l'abri de l'air (en donnant à cette expres  sion le sens défini ci-dessus) éventuellement suivi  d'un second recuit, effectué lui aussi à l'abri de l'air,  à une température comprise entre 550 et 9500, mais  toujours inférieure d'au moins     50o    à celle du pre  mier recuit. Le premier recuit suffit en principe à  assurer les hautes propriétés magnétiques recher  chées, mais le second recuit procure souvent un gain  complémentaire de qualité..

   Les atmosphères de gaz  rares, argon, hélium, par exemple, conviennent     bien-          pour    ces recuits, -mais sont     --coûteuses.    Le mélange  d'hydrogène et d'azote obtenu par cracking de l'am  moniac doit être considéré comme un pis aller à  cause des risques de nitruration dus à l'azote, aggra  vés par la présence de petites quantités d'ammoniac  quand le cracking est imparfait. D'excellents résul  tats sont obtenus avec l'hydrogène purifié ou dans le  vide. Un vide poussé permet d'obtenir un métal dont    la surface est aussi propre et souvent même plus  brillante qu'avant traitement thermique.

   Un degré  de vide médiocre provoque une légère oxydation  celle-ci est diminuée ou même complètement suppri  mée si l'on prend la précaution de chasser l'air de  l'enceinte de traitement au moyen d'argon, d'hélium,  d'hydrogène... avant de faire le vide. Dans l'hydro  gène et les autres milieux, la surface est généralement  plus ou moins teintée, par suite     dq    la présence des  traces d'oxygène. Ce film d'oxyde joue dans certains  cas un rôle     favorablq,    car il constitue un isolant qui  s'oppose au passage des courants de Foucault et con  tribue à réduire les pertes - énergétiques dans les cir  cuits magnétiques feuilletés.

   Dans d'autres cas, le  film d'oxyde peut être indésirable dans la mesure  où il contribue à abaisser la résistance à la corro  sion qui est influencée par l'état physique et chimi  que- de la surface. Il est alors nécessaire de faire  suivre le traitement thermique d'un décapage chimi  que et éventuellement d'une passivation appliqués  suivant les méthodes connues. La passivation peut  également être appliquée seule lorsque la matière  n'a pas besoin de décapage.  



  Les exemples qui vont suivre, ainsi que le ta  bleau ci-après rapprochés de la figure unique du des  sin annexé montreront bien les qualités des produits  selon l'invention et mettront en évidence leur inté  rêt.  



  La figure représente la variation de la courbe  d'induction normale en fonction du champ, en cou  rant continu pour 3 alliages conformes à l'invention  et un alliage préparé par les méthodes usuelles.  



  Le tableau donne les principales caractéristiques  magnétiques de ces mêmes alliages. La perméabilité  initiale a été mesurée à 400 Hz sur un tore au moyen  d'un pont d'impédance, la perméabilité maximum et  le champ coercitif ont été déterminés sur un tore au  moyen d'un galvanomètre balistique. Les     pertes    ont  été mesurées sur des.     barrettes    insérées dans la cu  lasse d'un pont de mesure.  



  On a fait, .dans un four à induction, 3 coulées  d'alliages fer-chrome, à environ 15, 17,5 et 20 %  Cr respectivement désignées ci-après par A, B et C.  La charge contenant les proportions voulues de fer  et de chrome, additionnée, dans le cas de la coulée  C, d'une quantité de carbone égale à 0,10 %,     fut     d'abord     chauffée    sous un vide plus profond que  1 X     10-s    mm de mercure tant qu'elle resta solide,  puis fut fondue sous une atmosphère d'argon à la  pression de 600 mm de mercure.

   Après     fusion    com  plète, - la pression     fut    abaissée, et une     quantité    de       Oj,5         /o    de manganèse fut ajoutée lorsque la pression  était de 50 mm de mercure. Le pompage     fut    pour  suivi jusqu'à l'obtention des pressions limites sui  vantes  
EMI0003.0021     
  
    Coulée <SEP> A <SEP> : <SEP> 0,40 <SEP> mm <SEP> de <SEP> mercure
<tb>  Coulée. <SEP> B <SEP> : <SEP> 0,35-mm <SEP> de <SEP> mercure
<tb>  Coulée <SEP> C <SEP> : <SEP> 0,14 <SEP> mm <SEP> de <SEP> mercure         L'alliage     fut    coulé dans une lingotière d'acier en  atmosphère d'argon sous une pression de 250 mm de  mercure.

   Les compositions obtenues furent les sui  vantes (aux impuretés près)  
EMI0004.0002     
  
    C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> Fe
<tb>  Coulée <SEP> A <SEP> 0,02 <SEP> 0,01 <SEP> 0,38 <SEP> 14,44 <SEP> complément
<tb>  Coulée <SEP> B <SEP> 0,02 <SEP> Oy01 <SEP> 0,48 <SEP> 17,53 <SEP> complément
<tb>  Coulée <SEP> C <SEP> 0,01 <SEP> traces <SEP> 0,29 <SEP> 19,69 <SEP> complément       Les lingots furent forgés puis laminés à chaud  en bandes de 5 mm d'épaisseur, qui     furent    écroûtées  sur chaque face, par meulage, sur une profondeur de  q,3 mm, puis laminées à froid à l'épaisseur de  0,3 mm. Les recuits intermédiaires au cours du la  minage à froid     furent    pratiqués à la température de  8500 dans l'hydrogène.

   Les rubans de 0,3 mm ser  virent à constituer suivant les procédés connus, des  noyaux magnétiques (tores et barrettes) qui     furent     traités     thermiquement    dans les conditions suivantes  Repère A : Recuit unique à 10000 dans l'hydro  gène purifié.    Repère B : Premier recuit à 1000 dans l'hydrogène  purifié, suivi d'un second recuit à     800o     dans l'hydrogène purifié.  



  Repère C : Recuit unique à 1000 dans un vide de  l'ordre de 2,5 X     10--,    mm Hg.  



  La figure ci-annexée qui reproduit les courbes  d'induction pour les trois repères A, B, C et pour  un alliage courant à 17 % Cr fabriqué par les pro  cédés usuels, repéré I, montre que, pour un champ  magnétique donné les inductions atteintes sont beau  coup plus élevées avec le procédé conforme à l'in  vention, ou, ce qui revient au     méma,    qu'une induc  tion donnée est atteinte pour un champ beaucoup  plus faible.  



  Le tableau ci-dessous relatif aux mêmes produits  montre que toutes les caractéristiques magnétiques et  notamment celles qui se rapportent aux pertes éner  gétiques sont considérablement améliorées par le  procédé conforme à l'invention.  



  Les caractéristiques magnétiques du tableau et  de la figure ne doivent pas être interprétées comme  des maxima, dans certains cas des performances  encore meilleures ont été réalisées.  
EMI0004.0010     
  
    Champ <SEP> coercitif <SEP> Pertes <SEP> à
<tb>  pour <SEP> un <SEP> champ <SEP> 10 <SEP> 000 <SEP> Gauss <SEP> à
<tb>  Teneur <SEP> Perméabilité <SEP> Perméabilité <SEP> maximum <SEP> la <SEP> fréquence
<tb>  Repères <SEP> en <SEP> chrome <SEP> initiale <SEP> maximum <SEP> de <SEP> 20 <SEP> oersteds <SEP> de <SEP> 50 <SEP> Hz
<tb>  #rsteds <SEP> Watts/kg
<tb>  A <SEP> 14,44 <SEP> 676 <SEP> 5.790 <SEP> 0,80 <SEP> 1,2
<tb>  B <SEP> 17,53 <SEP> 535 <SEP> 5.870 <SEP> 0,80 <SEP> 1,3
<tb>  C <SEP> 19,69 <SEP> 712 <SEP> 9.410 <SEP> 0,46 <SEP> 1,4
<tb>  <B>1</B> <SEP> 17 <SEP> 200 <SEP> 2.000 <SEP> 3 <SEP> 5,6

Claims (1)

1. REVENDICATION I Procédé de fabrication d'un produit inoxydable et résistant à la corrosion, magnétiquement doux, à haute perméabilité magnétique, caractérisé en ce que l'on élabore un alliage par fusion au four électrique, sous pression réduite et en atmosphère non oxydante et non nitrurante, d'un mélange contenant essentiel lement, en plus de fer, du chrome en quantité con férant à l'alliage une teneur en chrome de 12 à 40 Vo et du carbone en quantité suffisante pour que le car bone assure à lui seul la désoxydation du bain,, mais telle que la teneur en carbone dans le produit final ne dépasse pas 0,1 %, en ce que l'on coule l'alliage,

   également sous pression réduite et en atmosphère non oxydante et non nitrurante, et en ce que l'on recuit le produit fini à l'abri de l'air à une tempéra ture de 700 à 1150 C. REVENDICATION II Produit inoxydable, résistant à la corrosion et magnétiquement doux, obtenu par le procédé selon la revendication I. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit recuit à une température de 700 à 1150,) C est suivi d'un second recuit à l'abri de l'air effectué entre 550o et 9500 mais toujours à une tem pérature inférieure d'au moins 50o à celle dudit pre mier recuit. 2.

   Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mélange contient du manganèse en te neur telle que l'alliage en contienne moins de 2 %. 3. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que la valeur de ladite pression réduite est inférieure au 1/io de la pression atmosphérique. 4. Procédé selon la revendication I dans lequel la coulée de l'alliage est suivie d'opérations de tré- filage au de laminage à froid, caractérisé en ce qu'on procède à des recuits d'adoucissement à l'abri de l'air, à une température comprise entre 600 et 1100. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit recuit est effectué dans un milieu non nitrurant. 6.

   Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que ledit recuit est effectué dans l'hydrogène. 7. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que ledit recuit est effectué sous dépression. 8. Procédé selon la sous-revendication 7, carac térisé en ce que ledit recuit est effectué sous dépres- sion dans une enceinte dont l'air a été préalablement chassé par un gaz non oxydant et non nitrurant. 9.

   Produit selon la revendication II, caractérisé en ce qu'il est en un alliage ayant approximative ment pour composition en plus du fer, Cr: 13,5 à 20 %, Mn: z::# 1 %, C : z# 0,1 % .