CH649314A5

CH649314A5 - Alliage a base de nickel resistant a la corrosion.

Info

Publication number: CH649314A5
Application number: CH4519/81A
Authority: CH
Inventors: Aziz I Asphahani
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1980-07-10
Filing date: 1981-07-09
Publication date: 1985-05-15
Also published as: JPS5743951A; GB2080332B; FR2493343B1; ZA813090B; NL191124B; AU540150B2; BR8104377A; BE889555A; JPH028017B2; GB2080332A; US4533414A; AU7271381A; NL8102330A; FR2493343A1; PL232124A1; CA1168478A; CS232716B2; IN155363B; LU83484A1; SE8103909L

Description

Cette invention se rapporte aux alliages à base de nickel et résistants à la corrosion, plus particulièrement à des alliages de nickel contenant principalement du chrome, du molybdène et du tungstène et qui résistent à la corrosion quand ils sont exposés à divers milieux fortement corrosifs.

Dans la technique connue, les alliages de cette catégorie à base de nickel et résistants à la corrosion sont généralement de compositions semblables avec seulement une très faible variation dans la composition entre des alliages spécifiques pour les adapter sous certaines conditions. Des exemples de cette catégorie comprennent les alliages décrits dans les brevets U.S. 3 160 500/3 203 792/4 080 201 et4 168 188. Le tableau I présente les compositions des alliages selon la technique connue.

Le brevet U.S. 3 160 500 décrit un alliage, nommé ici Alliage 625, spécialement adapté pour la résistance à la corrosion dans des conditions d'acides oxydants, tels que l'acide sulfurique, contenant des ions ferriques. L'alliage n'est pas particulièrement adapté pour réduire les conditions acides, comme l'acide chlorhydrique chaud, et peut, dans certaines conditions, être attaqué par corrosion locale, par exemple être piqué dans des acides oxydants bouillants contenant des chlorures.

L'alliage décrit dans le brevet U.S. 3 203 792, nommé ici Alliage C-276, est spécialement adapté à l'emploi dans des conditions exposées à une attaque locale de la corrosion et à des acides réducteurs chauds. Pourtant, dans un acide oxydant chaud, cet alliage est moins résistant que l'alliage 625 du brevet U.S. 3 160 500.

L'alliage décrit dans le brevet U.S. 4 080 201, désigné ici comme Alliage C-4, est spécialement adapté à l'emploi dans des conditions d'acides chauds et oxydants, mais il n'est pas particulièrement résistant dans des conditions soumises à des attaques corrosives locales.

L'alliage décrit dans le brevet 4 168 188, désigné ici comme Alliage 276-F, est spécialement adapté à l'emploi comme composant de haute résistance dans des applications en «gaz acide» soumises au fractionnement par tension à l'hydrogène s sulfuré ou des cas semblables.

La résistance à la corrosion dans différentes conditions acides est légèrement plus faible pour cet alliage par comparaison avec l'Alliage C-276 décrit dans le brevet U.S.

io 3 203 792.

L'analyse comparative ci-dessus des alliages selon l'état de la technique se rapporte seulement à une étude limitée des caractères corrosifs des alliages. Bien entendu, d'autres aspects sont importants pour déterminer la possibilité d'emploi de ces 15 alliages, tels que les prix, la disponibilité, les propriétés d'usinage et autres semblables. Une conclusion caractéristique est qu'aucun des alliages n'est «parfait». Cela veut dire qu'aucun n'a la meilleure résistance à tous les environnements et milieux mentionnés ci-dessus. Aucun n'a la combinaison optimum 20 des propriétés de résistance à la corrosion.

Le but de cette invention est de fournir un alliage qui possède une combinaison optimum de propriétés concernant la résistance à la corrosion dans des environnements et des milieux corrosifs divers.

25 D'autres buts et avantages de cette invention apparaîtront facilement aux hommes du métier.

Ces buts et avantages sont obtenus à l'aide d'un alliage défini par la revendication 1. Toutes les compositions sont don-30 nées en % du poids, p/o, sauf indication contraire.

Dans bien des alliages, le molybdène et le tungstène sont interchangeables. Cela n'est pas le cas pour l'alliage selon l'invention. Le molybdène et le tungstène sont nécessaires tous deux dans l'alliage selon l'invention dans les proportions indi-35 quées au tableau 2 et essentiellement dans une proportion critique de Mo:W entre 5:1 et 3:1, de préférence 4:1 et typiquement 13% de molybdène et 3% de tungstène.

Les éléments carbone, silicium et manganèse sont des impuretés usuelles dans les alliages de cette catégorie. Les élé-40 ments peuvent être présents fortuitement, dans les proportions indiquées au tableau 2. De l'aluminium, du niobium, du tantale, du titane et du vanadium peuvent être présents dans l'alliage comme résidus d'adjonctions délibérées au cours du traitement, telle que la phase de desoxydation ou une phase 45 semblable. La présence de ces huit éléments dans les proportions indiquées au tableau 2 est nuisible et doit être évitée. Du soufre et du phosphore doivent aussi être évités et limités à moins de 0.05% chacun.

50 Le mécanisme métallurgique exact qui permet les améliorations selon cette invention n'est pas complètement éclairci. On pense que le contenu en chrome avec la proportion critique molybdène/tungstène avec le contenu nécessaire de fer et le contenu contrôlé en manganèse ont ensemble une synergie 55 pour donner une combinaison de propriétés de résistance à la corrosion.

Une série d'alliages comme indiqués au tableau 3 a été préparée pour des essais. Dans le tableau, l'Alliage C-276 est l'alliage commercial du brevet U.S. 3 302 792; l'Alliage C-4 est l'alliage commercial du brevet U.S. 4 080 201; et l'Alliage 625 est l'alliage commercial du brevet U.S. 3 160 500. Un alliage selon le brevet U.S. 4 168 188 n'a pas été testé dans ces séries d'essais. Les Alliages A-20 et B-20 sont expérimentaux et l'Alliage C-20 est l'alliage selon cette invention. Le tableau 4 indique clairement la composition nominale de ces alliages.

60

3

649314

Tableau 1

Compositions, p/o d'alliages selon l'état de la technique

Brevet U.S. No

3 160 500 3 203 792 4 080 201 4 168 188

Chrome

20-24

14-26

12-18

10-20

Molybdène

7-11

3-18

10-18

12-18

Tungstène

0- 8

0- 5

0- 7

0- 5

Niobium

3- 4,5

-

Tantale

-

0,75*

-

Carbone

0,1*

0,02*

0,1*

Silicium

0,5*

0- ,2

0,08*

0,2*

Manganèse

0,5*

0- 3

0,5*

0- 3

Fer complément

(20*)

0-30

0- 3

10-20

AL, Ti.

0,4*

0,75*

Vanadium

-

1,0%

Nickel et impuretés

55-62

40 65

complément

40-65

*Maximum

Tableau 2

Compositions des alliages selon cette invention, p/o

Limites

Typique

Chrome

20-24

environ 21-23

Molybdène

12-17

environ 12-14

Tungstène

2- 4

environ 2,5-3,5

Proportion Mo:W

3:1 to 5,1

environ 4:1

Niobium

,5 max

Tantale

,5 max

Carbone

,1 max

,05 max

Silicium

,2 max

,1 max

Manganèse

,5 max

Fer

2-8

environ 2,5-5,5

Fe:W

1:1 to 3:1

Al+Ti

,7 max

,4 max

Vanadium

,5 max

Nickel et impuretés complément complément

Tableau 3

Alliages essayés

Composition chimique en % du poids (p/o)

Alliages connues anté

Ni

Cr

Mo

W

Si

Fe

Mn

C

Autres rieurement

Complé

C-276

ment

16

4

0,08*

5

1*

0,02*

V-0,35*

do.

16

-

0,08*

3*

1*

0,015

Ti-0,7*

C-4

do.

21,5

9

-

0,5*

5*

0,5*

0,1*

AI-0,4*

625

Ti-0,4*

Alliages expérimentaux

Cb+Ta-

A-20

do.

20,29

10,17

0,12

0,05

5,06

0,02

0,023

Al-0,3

B-20

do.

19,67

10,25

3,87

0,04

5,33

0,02

0,015

Al-0,3

Alliage selon cette

invention

C-20

do.

21,96

13,16

3,01

0,05

3,33

0,03

0,024

Al-0,3

♦Maximum

Tableau 4

Composition chimique nominale (% du poids)

Alliages Ni Cr Mo W Fe

C-276 complément 16 16 4 5

C-4 complément 16 16 - 3

625

complément

21

9

A-20

complément

21

10

B-20

complément

21

10

C-20

complément

21

13

649 314 4

Tableau 5 Tableau 6

Résultats des essais selon ASTM G28 Résultats avec 10% H2SO4 bouillant

(En simulant des conditions acides oxydantes) (simulant des conditions acides réductrices)

Alliages Progression de la corrosion 5 Alliages Progression de la corrosion en mm par an en mm par an

C-276 6 C-276 0.6

C-4 4,2 C-4 0.8

625 0,6 625 1.2

A-20 0,5 A-20 1.3

B-20 0,6 B-20 1.2

C-20 0,7 C-20 0.36

Tableau 7

Résultats d'essais avec 7 Vol.-% H2S04+3 Vol.-% HC1+1% Cu Cl2 +1 % Fe Cl3

(simulant des conditions de «piquage»)

Alliages

C-276

C-4

625

A-20 B-20 C-20

25 °C

pas de corrosion pas de corrosion pas de corrosion pas de corrosion pas de corrosion pas de corrosion

70 °C

pas de corrosion pas de corrosion pas de corrosion piquage pas de corrosion pas de corrosion

102 "C

pas de corrosion piquage piquage piquage piquage pas de corrosion

Les alliages expérimentaux ont été fondus sous vide en Les résultats des essais d'acide réducteur du tableau 6 in-

charges de 22 kg et chaque charge a été coulée en une électro- diquent clairement que l'alliage C-20 selon l'invention a la de. L'électrode a été fondue à nouveau par affinage électrique plus forte résistance à la corrosion par rapport à tous les au bain de scories en un lingot de 10 cm de diamètre. Le lingot 35 autres alliages essayés. Ces résultats semblent indiquer la né-est forgé à chaud à environ 1120-1233 °C en une barre de cessité du molybdène dans la proportion de 12 à 15%.

4 cm d'épaisseur, puis roulé à chaud à environ 1120-1232 °C

en une tôle de 3 mm. Après un recuit à 1120 °C, la plaque est Les résultats des essais de «piquage» du tableau 7 indi-

décapée et finalement mise dans la forme nécessaire pour les quent clairement que seuls l'alliage C-20 selon cette invention échantillons standards d'essais à la corrosion. 40 et l'alliage C-276 n'ont pas subi d'attaques corrosives locali-

Une série d'échantillons d'essais a été soumise à un test sées et cela à toutes les températures d'essais. Ces résultats acide oxydant. Chaque échantillon a été testé à la corrosion semblent indiquer la nécessité de la présence combinée de dans une solution de 50% H2 S04 bouillante, contenant 42 g/ molybdène et de tungstène dans l'alliage selon une proportion litre de Fe2 (S04)3 pendant 24 heures. Ceci est le test normalisé M:W comme indiquée au tableau 2.

G-28 ASTM. Le tableau 5 présente les résultats de ces essais. 45 Les résultats des essais de corrosion de ces alliages mon-Dajs un autre essai, des échantillons de test ont été sou- trent que l'alliage C-20 selon cette invention présente la commis à un test d'acide réducteur. Chaque échantillon a été testé binaison optimum de propriétés pour la résistance à la corro-à la corrosion dans une solution bouillante de 10% de H2S04 sion. L'alliage C-20 est le seul alliage de tous les alliages testés pendant 24 heures. Cet essai est bien connu des hommes du qui présente dans chaque essai le niveau souhaité de résistance métier. Le tableau 6 indique les résultats de cet essai. 50 à la corrosion.

Encore dans un autre essai, des échantillons ont été soumis à un essai de «piquage», qui est une mesure pour l'attaque L'alliage selon cette invention peut être fabriqué par n'im-corrosive locale. Chaque échantillon a été testé à la corrosion porte quel procédé utilisé aujourd'hui pour la production des dans une solution de 7% en volume de H2S04, additionnée de alliages de cette catégorie, par exemple les alliages C-276 et 3% en volume de HCl additionnée de 1 % en poids de Cu Cl2, 55 625. L'alliage peut être produit dans la forme coulée ou de additionnée de 1 % en poids de Fe Cl3 pendant 24 heures à poudre pour les procédés métallurgiques connus à poudre, trois niveaux de température: 25 °C, 70 °C et 102 °C. Cet essai L'alliage a été facilement soudé et peut être utilisé pour des est connu dans la technique comme l'essai de la «mort verte». pièces à souder: par exemple du fil à souder, etc. Les proprié-Le tableau 7 donne les résultats de cet essai. tés de traitement à chaud et à froid de cet alliage permettent la

La discussion des résultats de test montre pour les essais 60 fabrication de feuilles minces laminées à chaud et à froid, de ASTM G-28 au tableau 5 une amélioration de la résistance à tubes et d'autres formes industrielles.

la corrosion dans un acide oxydant pour l'alliage C-20 selon Dans la description ci-dessus, certaines formes d'exécu-

l'invention par rapport aux alliages C-276 et C-4. Ces rèsul- tion de l'invention ont été décrites de préférence, mais on tats semblent indiquer la nécessité d'au moins 20% de chrome comprendra que cette invention peut être exécutée dans d'au-dans l'alliage. 65 très formes restant dans le cadre des revendications.

C

Claims

649314

2

REVENDICATIONS

1. Alliage à base de nickel, caractérisé par sa composition, exprimée pour chaque composant en pourcent du poids et consistant en 20 à 24% de chrome, 12 à 17% de molybdène, 2 à 4% de tungstène, moins de 0,5% de niobium, moins de 0,5% de tantale, moins de 0,1 % de carbone, moins de 0,2% de silicium, moins de 0,5% de manganèse, 2 à 8% de fer, moins de 0,7% d'aluminium et de titane pris ensemble, moins de 0,5% de vanadium et le reste en nickel et impuretés.
2. Alliage selon la revendication 1 dans lequel la proportion du molybdène au tungstène est entre les rapports de 3:1 et 5:1.
3. Alliage selon la revendication 1 dans lequel la proportion du fer au tungstène est entre les rapports 1:1 et 3:1.
4. Alliage selon la revendication 1 dans lequel l'alliage contient environ 21 à 23% de chrome, 12 à 14% de molybdène, 2,5 à 3,5% de tungstène, pas plus que 0,5% de carbone, «pas plus que 0,1 % de silicium, 2,5 à 3,5% de fer et pas plus que 0,4% d'aluminium et de titane pris ensemble.
5. Alliage selon la revendication 1 contenant environ 22% de chrome, environ 13% molybdène, environ 13% de tungstène et environ 3% de fer.
6. Alliage selon la revendication 1 dans une forme adaptée à la soudure.
7. Alliage selon la revendication 1 dans une forme fondue.
8. Alliage selon la revendication 1 dans la forme d'une poudre métallique.