CH452206A

CH452206A - Acier au nickel-cobalt-molybdène

Info

Publication number: CH452206A
Application number: CH726063A
Authority: CH
Inventors: Peter Sadowski Edward; Frank Decker Raymond
Original assignee: Int Nickel Ltd
Priority date: 1962-01-03
Filing date: 1963-06-11
Publication date: 1968-05-31

Description


  Acier au     nickel-cobalt        molybdène       Le brevet principal concerne un acier au     nickel-          cobalt-molybdène    possédant, ou pouvant acquérir une  structure de phase continue (matrice) composée en  substance de     martensite,    ce terme englobant les produits  de transformation à basse température de     l'austénite,    et  qui, par vieillissement dans cet état     martensitique,    déve  loppe de très hautes duretés et résistances à la traction.  Ces aciers sont également faciles à souder, ils sont aptes  à durcir dans toute l'épaisseur sans     déformation    impor  tante par un traitement thermique de durcissement.

   Ces       aciers        contiennent        de        10    à     23        %        de        nickel,        de    1 à     10        0/0          de        molybdène,        de    2 à     30        %        de        cobalt,

          le        produit        des     valeurs numériques des pourcentages du molybdène et       du        cobalt        étant        de        10    à     100,        au        plus        0,15        %        de        carbone,          au        plus    2     %        de        silicium,

          au        plus    1     %        de        manganèse     et du fer en proportion supérieure à celle de n'importe  quel autre constituant individuel.  



  Ces aciers se distinguent par la facilité du façon  nage par forgeage à chaud ou par travail à froid, et sont  déjà utilisés sur     une        grande        échelle        pour    la fabrication de  produits forgés. On sait cependant que de nombreuses  structures de formes complexes peuvent être obtenues  par moulage plus facilement et plus économiquement  que par forgeage, et la présente     invention    est basée sur  des recherches approfondies visant le développement  d'aciers présentant des propriétés aussi satisfaisantes  lorsqu'ils sont moulés dans la forme désirée.

   Ces recher  ches ont donné le résultat inattendu que des aciers dont  la composition est comprise dans les limites larges spé  cifiées dans le brevet principal satisfont ces exigences à  condition que les éléments principaux nickel, cobalt et  molybdène soient maintenus dans certaines limites  étroites.  



  La présente invention a pour objet un acier selon la  revendication du brevet principal, caractérisé en ce qu'il       contient        de        14    à     17,5        %        de        nickel        ou        de        nickel        plus            chrome,

          la        teneur        en        chrome        ne        dépassant        pas        3,5        %,          de    8 à     12        %        de        cobalt,        de    4 à 5     %        de        molybdène,        de          0,05    à     0,

  45        %        d'aluminium        et        au        plus        0,05        %        de        car-          bone.        Il    contient en outre de préférence du titane en       proportion        maximum        de        0,

  45        %        et        du        zirconium        en        pro-          portion        maximum        de        0,1%.        Il        peut        contenir        jusqu'à          0,45        %        de        vanadium,

          jusqu'à    2     %        de        tungstène,        jusqu'à          0,5        %        de        niobium,        jusqu'à        0,5        %        de        tantale,        jusqu'à     3     %        de        cuivre        et        jusqu'à        0,

  3        %        de        béryllium,        de        préfé-          rence    à l'exclusion d'autres éléments en dehors des  impuretés et des éléments     normalement    fortuitement pré  sents dans les aciers.

   Ces éléments fortuits et impuretés       comprennent        le        silicium        (par        exemple        jusqu'à        0,2        %),     le manganèse (par exemple jusqu'à 0,2 0/0), le bore,  l'azote, le calcium, des éléments des terres rares (par  suite de l'addition de     mischmetall),    le lithium, le magné  sium et l'uranium. Il convient de maintenir aussi basses  que possible les teneurs en impuretés telles que soufre,  phosphore, oxygène, hydrogène, antimoine, étain, sélé  nium, tellure, arsenic et bismuth.  



  Le cobalt et le molybdène sont les éléments princi  paux qui confèrent la dureté à l'acier, et le tungstène,  le vanadium, le niobium, le tantale, le béryllium et le  cuivre agissent comme éléments durcisseurs supplémen  taires. Les proportions de ces éléments à employer pour  augmenter la résistance des aciers moulés conformes à  l'invention sont fonction inverse des proportions de  cobalt et de molybdène. Lorsque l'acier contient plus  d'un élément durcisseur supplémentaire, la proportion  de chacun d'eux doit être inférieure au maximum sus  mentionné.  



  En général, la présence de niobium, de vanadium ou  de cuivre affecte défavorablement la ténacité de l'acier.  Dans les aciers moulés conformes à l'invention, la  teneur en nickel a une influence importante sur la résis  tance. En effet, on observe une diminution de la résis-      tance lorsque cette teneur est en dehors de l'intervalle  de 14 à 17,5 0/0. Pour favoriser la     résistance,    la teneur  en nickel est de préférence d'au moins 16 0/0.

   Cependant,       il        est        possible        de        remplacer        jusqu'à        3,5        %        de        nickel        par     un poids égal de chrome.  



  Une combinaison     optimum    de propriétés est obtenue       lorsque        l'acier        contient        de        16,0    à     17,5        %        de        nickel,        de          9,5    à     11,5        %        de        cobalt,        de        4,4    à     5,

  0        %        de        molybdène,          de        0,10    à     0,45        %        de        titane,        de        0,05    à     0,45        %        d'alumi-          nium,        jusqu'à        0,

  03        %        de        carbone        et        jusqu'à        0,1        %        de     zirconium, le complément consistant essentiellement  en fer.  



  L'acier peut être moulé à une température de 1480  à 1650 C et, pendant le moulage et la solidification,  les méthodes connues d'affinage du grain, par exemple  agitation, vibration, ensemencement ou choix de la tem  pérature de coulée, peuvent être appliquées avec  avantage.  



  Lors du moulage de l'acier, il se produit une ségré  gation importante entraînant des variations locales de la  composition pouvant perturber la transformation de  l'acier en     martensite    pendant le refroidissement et le  maintien de la structure     martensitique    pendant le durcis  sement. Si le moulage est un lingot destiné à être forgé,  l'acier est pratiquement homogénéisé pendant le forgeage.  Un moulage n'est cependant normalement pas forgé,  mais il s'est avéré que si l'acier est     conforme    à l'inven  tion, les effets des variations locales de la composition  sont     fortement    atténuées. Ces variations peuvent être éli  minées par un traitement thermique d'homogénéisation.

    Il est donc éminemment préférable de soumettre l'acier  à un tel traitement thermique.  



  L'homogénéisation consiste de préférence en un  chauffage de l'acier pendant environ 4 h à     1150o    C.    Dans le cas des moulages de forte section, il peut être  avantageux de prolonger la durée du traitement d'homo  généisation. D'autre     part,    il est désirable d'éviter de  prolonger par trop le traitement d'homogénéisation ou de  faire varier la température d'homogénéisation de plus  de     301,    C de part et d'autre de la température préférée  de 1150 C. Il convient donc que la température soit  comprise entre 1120 et     1180,)    C. Il est avantageux d'effec  tuer l'homogénéisation sous atmosphère protectrice, par  exemple sous argon.  



  Pour le durcissement, l'acier est refroidi à l'air ou  plus lentement d'une température supérieure à 8000 C  jusqu'à la température ordinaire ou au moins jusqu'à  une température nettement inférieure à celle nécessaire  pour     transformer    la matrice austénitique en     martensite     ou en une phase du type     martensite.    Lorsque l'acier est  homogénéisé, ce refroidissement peut partir de la tempé  rature d'homogénéisation. L'acier est ensuite durci par  vieillissement, par chauffage pendant 1 à 10 h à une tem  pérature de 425 à     540,1    C, avantageusement pendant  environ 3 h à 4800 C.  



  Ce durcissement par vieillissement est avantageuse  ment conduit à l'air ou sous une autre atmosphère oxy  dante afin que, en plus de conférer les caractéristiques  recherchées de résistance à l'acier, le traitement     forme     une     couche        superficielle    résistante à la     corrosion.    Cette  couche peut d'ailleurs être remplacée par un revêtement       protecteur    d'une     substance        telle        que        nickel    ou     cadmium.     Après le durcissement, il peut être avantageux de chauf  fer le moulage à une température de, par exemple,

       160o    C  pendant une courte durée pour en éliminer les gaz.  



       On        donne        ci-dessous    trois exemples de l'acier selon  l'invention.  
EMI0002.0083     
  
    % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> %
<tb>  Acier <SEP> C <SEP> Ni <SEP> Mo <SEP> Co <SEP> Ti <SEP> A1 <SEP> B <SEP> Zr <SEP> Fe
<tb>  1 <SEP> 0,012 <SEP> 16,9 <SEP> 4,72 <SEP> 10,4 <SEP> 0,38 <SEP> 0,054 <SEP> 0,003 <SEP> 0,02 <SEP> Compl.
<tb>  2 <SEP> 0,0l8 <SEP> 16,9 <SEP> 4,53 <SEP> 10,45 <SEP> 0,38 <SEP> 0,066 <SEP> 0,003 <SEP> 0,02 <SEP> Compl.
<tb>  3 <SEP> 0,0l4 <SEP> 16,9 <SEP> 4,72 <SEP> 10,3 <SEP> 0,41 <SEP> 0,078 <SEP> 0,003 <SEP> 0,02 <SEP> Compl.       Les proportions de bore sont celles qui ont été introduites.

   Des échantillons de ces aciers ont été homogénéisés à  11500 C pendant 4 h, refroidis à l'air jusqu'à la     température    ordinaire, puis durcis par vieillissement pendant 3 h à 4800 C  et refroidis à l'air. Des échantillons ont été également homogénéisés à des températures différentes et pendant des durées  différentes. La résistance à la traction     (R.T.),    l'allongement à la rupture (A), la striction (S), la résilience à l'épreuve  de     Charpy    avec entaille en V     (C.E.V.)    et la résistance à la traction avec entaille     (R.T.E.)    ont été     déterminés    à la  température ordinaire.

   Les résultats ont été les suivants  
EMI0002.0090     
  
    Homogénéisation
<tb>  R.T. <SEP> A <SEP> S <SEP> C.E.V. <SEP> R.T.E.
<tb>  Acier <SEP> Durée <SEP> h <SEP> Temp. <SEP> oC <SEP> kg/mm2 <SEP> % <SEP>  /o <SEP> kgm <SEP> kg/mm2
<tb>  1 <SEP> 4 <SEP> l150 <SEP> 178 <SEP> 1l,0 <SEP> 39,5 <SEP> 2,35 <SEP> 253
<tb>  1 <SEP> 4 <SEP> l200 <SEP> 179 <SEP> 9,0 <SEP> 39,0 <SEP> 1,66 <SEP>   1 <SEP> 8 <SEP> 980 <SEP> 176 <SEP> 9,0 <SEP> 39,5 <SEP> 1,73 <SEP>   2 <SEP> 4 <SEP> 1150 <SEP> 179 <SEP> 10,0 <SEP> 35,5 <SEP> 1,80 <SEP> 249
<tb>  2 <SEP> 4 <SEP> 1200 <SEP> 180 <SEP> 8,0 <SEP> 27,5 <SEP> 2,01 <SEP>   2 <SEP> 4 <SEP> 1040 <SEP> 176 <SEP> 7,0 <SEP> 24,0 <SEP> 1,38 <SEP> -  3 <SEP> 4 <SEP> 1l50 <SEP> 183 <SEP> 8,0 <SEP> 31,0 <SEP> 1,87 <SEP> 250
<tb>  3 <SEP> 4 <SEP> 1200 <SEP> l83 <SEP> 5,0 <SEP> 15,5 <SEP> 1,45 <SEP>   3 <SEP> 8 <SEP> 1040 <SEP> 181 <SEP> 5,0 <SEP> 13,

  5 <SEP> 1,18 <SEP> -         On voit qu'une     élévation    de la     température    à 12000 C       entraîne        une        perte        d'enviiron    2     %        de        l'allongement    à     la          rupture    et, dans deux des     aciers,    une     diminution    de     1!a     résilience.

   Si :la     température    est     abaissée    et la     durée     augmentée pour compenser     cet    abaissement, on observe  une     diminution        marquée    de la     résilience    et de     l'allonge-          ment    à la     rupture.        Dans    le cas des     aciers        Nos    2 et 3,  on     observe    une     diminution    marquée de     la    striction  lorsque la température varie de part et d'autre de  1150 C.

    



  Autre de     comparaison,    un acier ayant en substance       la        même        composition,        mars        contenant        6,84        %        de        cobalt,     a donné une     Tésifence    à     l'épreuve   <B>de</B>     Charpy    avec       entaille    en V     inférieure    à 1,38     kgm,    et un autre acier       semblable,

          contenant        14,,1%        de        cobalt,    a     présenté        un     très     faible        allongement    à la     rupture.     



  Les aciers conformes au brevet principal mais en  dehors du cadre de la présente invention donnent entière  satisfaction à l'état forgé, mais sont moins satisfaisants  à l'état moulé. Par exemple, un acier contenant 18,5 0/0       de        nickel,    7     %        de        cobalt,    5     %        de        molybdène,        0,4        %          de        titane,        0,1%        d'aluminium        et        0,

  02        %        de        carbone        avec     de faibles proportions de manganèse, de silicium, de  soufre, de phosphore, de bore, de zirconium et de  calcium, après moulage, homogénéisation pendant 4 h  à 11500 C et vieillissement à 4800 C pendant 3 h, pré  sente de faibles limites d'élasticité et résistances à la  traction avec des allongements à la rupture inférieurs  à     environ    5     %,        des        strictions        d'environ        12        0/0,

          des        résis-          tances    à la traction avec entaille d'environ 211     kg/mm2     et des résiliences selon     Charpy    avec entaille en V infé  rieures à 1,38     kgm.     



  Après homogénéisation et transformation, les aciers  moulés conformes à l'invention peuvent être usinés faci  lement dans les tolérances de finissage. Un vieillisse  ment subséquent n'affecte guère les dimensions et ne  provoque pas de contrainte ou de déformation impor  tante dans le moulage fini par usinage. Le fait que ces  aciers n'ont pas besoin d'être trempés est un grand  avantage, car les tensions provoquées par la trempe sont  cause de fissures et d'autres défauts. En outre, ces  aciers peuvent être soudés, et un simple vieillissement à    l'état     martensitique    est suffisant pour annuler les pertes  éventuelles de résistance dans les régions affectées par  le moulage.  



  Parmi les articles pouvant être fabriqués par moulage  de l'acier selon l'invention, on peut citer les matrices,  les blindages, les turbines à grande vitesse, les mou  lages pour l'aéronautique, les ébauches     d'         hydrospin     ,  des pièces de canon, des pièces de machines lourdes pour  la construction des routes, des outils et des rouleaux. Les  moulages peuvent être de forte section et leurs pro  priétés sont indépendantes de la masse des moulages.  



  Ces aciers sont également utilisables à l'état forgé.

Claims

REVENDICATION Acier selon la revendication du brevet principal, caractérisé en ce qu'il contient de 14 à 17,5 % de nickel ou de nickel plus chrome, la teneur en chrome ne dépassant pas 3,5 0/0,

de 8 à 12 % de cobalt, de 4 à 5 % d molybdène, de 0,05 % à 0,45 % d'aluminium et au plus 0,

05 % de carbone. SOUS-REVENDICATIONS 1. Acier selon la revendication, caractérisé en ce qu'il contient en outre au moins l'un des éléments sui vants en teneur ne dépassant pas les pourcentages maxi mums indiqués<B>:</B> zirconium<B>:</B> 0,1 0/0, vanadium :0,45 0/0, tungstène : 2 0/0, niobium : 0,5 0/0, tantale : 0,5 0/0, cui- vre :

3 % et béryllium: 0,3 0/0, pratiquement à l'exclu- sion d'éléments non cités. 2.

Acier selon la revendication, caractérisé en ce qu'il contient de 16 à 17,5 % de nickel, de 9,5 à 11,5 % de cobalt, de 4,4 à 5,0 % de molybdène,

de 0,1 à 0,45 % de titane, de 0,05 à 0,45 % d'aluminium, au plus 0,03 % de carbone et au plus 0,

1 % de zirconium, le complément consistant pratiquement en fer. 3. Acier selon la revendication ou l'une des sous- revendications précédentes, à l'état vieilli martensitique.