CH651322A5 - Alliages a base de nickel a teneur elevee en chrome. - Google Patents

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CH651322A5
CH651322A5 CH4180/82A CH418082A CH651322A5 CH 651322 A5 CH651322 A5 CH 651322A5 CH 4180/82 A CH4180/82 A CH 4180/82A CH 418082 A CH418082 A CH 418082A CH 651322 A5 CH651322 A5 CH 651322A5
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Aziz I Asphahani
William L Silence
Paul E Manning
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Cabot Corp
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/053—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 30% but less than 40%

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Description

La présente invention concerne des alliages à base de nickel résistant à la corrosion, et plus particulièrement des al: liages Ni-Cr-Fe contenant du molybdène, du tungstène et du cuivre qui ont une bonne résistance à des milieux très corrosifs, spécialement l'acide phosphorique.
Les alliages à base de nickel contenant du chrome sont utilisés depuis longtemps pour la fabrication d'objets qui doivent résister à la corrosion. Par exemple, le brevet US 873 746 accordé le 17 décembre 1907 à Elwood Haynes, décrit un alliage à base de nickel, contenant 30 à 60% de chrome, molybdène, tungstène et/ou uranium, alliage qui résiste à l'acide nitrique bouillant.
Durant les 70 ans qui ont suivi la découverte de Haynes, des recherches et travaux continus ont été menés pour mettre au point des alliages particuliers à base de nickel susceptibles de résister à divers milieux corrosifs. Les alliages qui résistent particulièrement bien à un type d'acide, ne résistent souvent pas à d'autres types d'acides.
Les recherches et travaux pour mettre au point des alliages «idéaux», résistant aussi bien à des milieux acides oxydants que réducteurs, continuent donc. Ces alliages présentent un intérêt tout particulier pour l'industrie chimique, qui tend de plus en plus à utiliser des procédés à efficacité accrue, faisant appel à des températures élevées et des concentrations élevées en composés corrosifs. Un de ces composés typique, probablement le plus corrosif, est l'acide phosphorique (P205).
Il est généralement admis que ce sont les alliages contenant une proportion importante de nickel (alliages à base de nickel) qui présentent la meilleure résistance aux milieux renfermant de l'acide phosphorique. Quelques compositions d'alliages de ce type sont données dans le Tableau 1. Ces compositions ont été choisies comme étant représentatives des très nombreux types d'alliages qui ont été développés. Les améliorations apportées par les nouvelles compositions sont tout à fait subtiles. L'examen des brevets récents montre que les nouveaux alliages contiennent généralement les mêmes éléments de base (i.e. Ni - Cr - Mo - Cu) en différentes quantités; certains éléments sont présents en une proportion donnée par rapport à d'autres.
Tableau 1
- Alliages connus, composition en % poids
Alliage C-276
Alliage G
Limites
Typique
Limites
Typique s Cr
14-26
15,5
18-25
22
Mo
3-18
16
2-12
6,5
W
0- 5
4
0- 5
1 max
Cu
-
—
0- 2,5
2
Nb/Ta
-
-
0,1- 5
2
io Fe
0-30
5
plus de 15
20
Ti
-
—
C
0,1 max
0,02 max
0,25 max
0,05max
Ni
40-65
57
35-50
-
15
Alliage 625
Alliage 690
Limites
Typique
Limites
Typique
Cr
20-24
21,5
27,9-30,8
30
Mo
7-11
9
—
—
20 W
0- 8
—
—
—
Cu
—
—
_
—
Nb/Ta
3- 4,5
3,5
-
Fe
20 max
5
8,7 12,4
10,5
Ti
0,16-0,54
0,3
25 Ti + Al
0,4 max
0,2
C
0,1 max
0,05 max
0,01-0,07
0,045
Ni
55-62
62
environ 60
59
Le brevet US 3 203 792 décrit un alliage Ni Cr Mo connu dans le commerce sous la dénomination d'alliage C-276. La 30 composition de cet alliage est donnée dans le Tableau 1. Cet alliage résiste tout particulièrement bien à la corrosion intergranulaire, surtout après soudure.
Le brevet US 2 777 766 décrit un alliage Ni Cr Fe Mo connu dans le commerce sous la dénomination d'alliage G. Sa 35 composition est donnée dans le Tableau 1. L'alliage G est généralement considéré comme l'alliage standard pour ce qui concerne la résistance aux acides divers, en particulier l'acide sulfurique chaud et les acides phosphoriques. Cet alliage résiste bien à la corrosion sous contrainte.
4C Le brevet US 3 160 500 décrit un alliage Ni Cr Mo Nb connus dans le commerce sous la dénomination d'alliage 625. Sa composition est donnée dans le Tableau 1. Cet alliage présente un ensemble de qualités harmonieux jusqu'à une température de 800 °C.
4S L'alliage 690 dont la composition est donnée dans le Tableau 1, fut présenté comme un alliage expérimental. Cet alliage a un haut degré de résistance à la corrosion par des solutions aqueuses d'acides et d'alcalis. Le brevet US 3 573 901 et le brevet US 3 574 604 décrivent des alliages appartenant à ce 50 type général de produit.
Après avoir procédé à de nombreux essais, il fut conclu qu'aucun de ces alliages commerciaux ne pouvait résister correctement à température élevée à l'acide phosphorique concentré. Ce sont ces conditions qui existent dans la fabrication 55 de l'acide superphosphorique. Aucun des brevets existant ne nous montre comment obtenir un alliage présentant un haut degré de résistance à la corrosion par l'acide phosphorique.
La présente invention concerne un alliage présentant un haut degré de résistance à toute une série d'acides et en parti-60 culier à l'acide phosphorique.
D'autres propriétés seront reconnues par ceux versés dans l'emploi des alliages de ce type.
L'alliage faisant l'objet de la présente invention est défini par les compositions données dans le Tableau II. L'alliage 65 doit contenir du molybdène et du tungstène. En outre, il est préférable que la teneur en molybdène soit plus importante que la teneur en tungstène et que le rapport Mo/W soit compris entre 1,5/1 et 4/1.
3
651 322
Tableau II
- Alliage selon l'invention, composition en % poids
Limites
Composition
Alliage G-30
préférée
Chrome
26-35
27-32
environ 30
Molybdène
2- 6
3- 5
environ 4
Tungstène
1- 4
1,5- 3
environ 2
Nb + Ta
0,3- 2,0
0,5- 1,5
environ 1
Cuivre
1- 3
1- 2
environ 1,5
Fer
10-18
12-16
environ 14
Mn jusqu'à 1,5
jusqu'à 1
environ 0,6
Si jusqu'à 1,0
jusqu'à 0,7
environ 0,4
C
max. 0,10
max. 0,07
environ 0,04
Al jusqu'à 0,8
jusqu'à 0,5
environ 0,25
Ti jusqu'à 0,5
jusqu'à 0,3
environ 0,2
Niet complément complément environ 46
impuretés
à 100%
à 100%
Dans les alliages du type considéré ici, le molybdène et le tungstène sont généralement jugés comme étant équivalents. Ceci n'est plus vrai dans le cas de l'alliage faisant l'objet de la présente invention. Bien que le mécanisme exact n'ait pas été complètement compris, nous avons établi qu'une teneur en molybdène plus importante qu'en tungstène provoque une amélioration inatendue des propriétés d'alliages à base de chrome et de nickel contenant des proportions critiques de cuivre, fer, niobium et/ou tantale.
Les alliages à base de nickel du type décrit ici peuvent prendre la forme de feuilles (obtenues par laminage à froid ou à chaud), d'objets coulés, de fils pour la soudure, ou de poudres.
L'alliage faisant l'objet de la présente invention peut être produit par divers procédés bien connus des métallurgistes; sa production ne présente pas de difficultés particulières, étant donné que tous ses éléments sont bien connus.
Les échantillons pour essais de l'alliage faisant l'objet de la présente invention ont été produits sous la forme de plaques ou de feuilles par des méthodes conventionnelles, i.e. coulée, forgeage, laminage.
Teneur en chrome
La nécessité d'avoir une teneur élevée en chrome dans l'alliage pour résister à l'acide phosphorique est démontrée par les résultats du Tableau III. Les compositions des alliages sont les compositions typiques données dans le Tableau I. La vitesse de corrosion est donnée en millièmes de pouce par an. Les échantillons étaient testés dans de l'acide phosphorique 46% à 116 °C. Ces résultats montrent que la résistance des alliages à la corrosion est directement liée à la teneur en chrome et qu'il faut 30% de chrome pour assurer une bonne résistance à l'acide phosphorique.
Tableau III
- Effet du chrome sur la résistance a la corrosion par l'acide phosphorique
Alliage Vitesse de corrosion en millièmes de pouce dans P2O5 46% à 116 °C
C-276 (16Cr) 44
G (22Cr) 16
625 (22Cr) 18
690 (30Cr) 5
G-30 (30Cr) 4
La résistance à l'acide phosphorique augmente avec la teneur en chrome.
Teneur en molybdene
L'effet du molybdène dans ces alliages est illustré par les résultats du Tableau IV. Les échantillons étaient testés dans de l'acide phosphorique 52% à 149 °C. L'alliage 690 ne contient pas de molybdène, tandis que l'alliage G-30A contient 4% de molybdène. L'alliage G-30A a une résistance à l'acide phosphorique supérieure à celle de l'alliage sans molybdène.
Tableau IV
- Effet du molybdene sur la vitesse de corrosion par l'acide phosphorique
Alliage Vitesse de corrosion en millièmes de pouce dans P205 52% à 149 °C
690 (30Cr-0Mo) 447 G-30A (30Cr-4Mo) 61
Lorsque la température et la concentration en P205 augmentent, il devient nécessaire d'inclure du molybdène dans l'alliage.
Teneur en tungstene
L'effet du tungstène est illustré par les résultats du Tableau V. Les échantillons furent testés dans de l'acide phosphorique 54% à 149 °C. Les deux alliages avaient la composition de l'alliage G-30 du Tableau II, sauf que l'alliage G-30A ne contenait pas de tungstène. Les deux alliages contenaient environ 30% de chrome et environ 4% de molybdène. L'alliage G-30 contenant 2% de tungstène résiste mieux à l'acide su-perphosphorique. La teneur en molybdène doit toujours être supérieure à la teneur en tungstène.
Tableau V
- Effet du tungstene sur la vitesse de corrosion par l'acide phosphorique
Alliage Vitesse de corrosion en millièmes de pouce dans P205 54% à 149 °C
G-30A
(30Cr-4Mo-0W) 165 G-30
(30Cr-4Mo-2W) 38
L'addition de tungstène améliore la résistance à la corrosion par l'acide superphosphorique.
Enfin, deux des alliages faisant l'objet de la présente invention, l'alliage G-30 et l'alliage G ont été testés pour vérifier leur résistance à la corrosion par d'autres milieux acides, en particulier par l'acide sulfurique en milieu réducteur et l'acide sulfurique en milieu oxydant. Les résultats sont donnés dans le Tableau VI. Les compositions des alliages G et G-30 sont données dans les Tableaux I et II.
Les bonnes propriétés de résistance à la corrosion de l'alliage G sont bien connues. Toutefois, les résultats du Tableau VI montrent clairement la supériorité de l'alliage G-30 par rapport à l'alliage G en ce qui concerne la résistance à la corrosion par l'acide sulfurique.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
651 322
4
Tableau VI
- Resistance a la corrosion par l'acide sulfurique
Alliage
H2SC>410% en milieu réducteur
G (22Cr-6Mo-0W) 25 G-30 (30Cr-4Mo-2W) 12
H2S04 en milieu oxydant (ASTM G-28)
22
La résistance à la corrosion par l'acide sulfurique est exceliente.
Dans la fabrication des alliages à base de nickel, de nombreuses impuretés sont trouvées dans le produit fini; ces impuretés ne sont pas nécessairement gênantes, certaines peuvent avoir un effet bénéfique, ou ne pas avoir d'effet notable, comme par exemple le bore, l'aluminium, le titane, le vanadium, le manganèse, le cobalt, le lanthane, etc.
Les impuretés peuvent provenir du procédé de fabrication 5 ou des matières premières. C'est le cas, par exemple de l'aluminium, du vanadium, du titane, du manganèse, du magnésium, du calcium, etc.
Dans la pratique industrielle, certaines impuretés doivent être maintenues à l'intérieur de limites établies (teneur maxi-10 ma et/ou minima) lorsqu'on fabrique un produit coulé, forgé ou en poudre suivant les procédés bien connus des métallurgistes. Le soufre et le phosphore doivent être maintenus au niveau le plus bas possible.
Ainsi, l'alliage faisant l'objet de la présente invention peut 15 contenir les impuretés citées et d'autres dans les limites généralement admises pour les alliages du même type.
C

Claims (4)

651322
1. Alliage caractérisé par un haut degré de résistance à la corrosion par l'acide phosphorique consistant pour l'essentiel, en pourcent poids, de 26 à 35 de chrome, 2 à 6 de molybdène, 1 à 4 de tungstène, 0,3 à 2,0 de Nb + Ta, 1 à 3 de cuivre, 10 à 18 de fer, jusqu'à 1,5 de manganèse, jusqu'à 1,0 de silicium, au maximum 0,10 de carbone, jusqu'à 0,8 d'aluminium, jusqu'à 0,5 de titane, le reste étant constitué par du nickel et diverses impuretés.
2. Alliage selon la revendication 1, contenant 27 à 32 de chrome, 3 à 5 de molybdène, 1,5 à 3 de tungstène, 0,5 à 1,5 de Nb + Ta, 1 à 2 de cuivre, 12 à 16 de fer, jusqu'à 1 de manganèse, jusqu'à 0,7 de silicium, au maximum 0,07 de carbone, jusqu'à 0,5 d'aluminium, jusqu'à 0,3 de titane.
2
REVENDICATIONS
3. Alliage selon la revendication 1, contenant environ 30 de chrome, environ 4 de molybdène, environ 2 de tungstène, environ 1 de Nb + Ta, environ 1,5 de cuivre, environ 14 de fer, environ 0,6 de manganèse, environ 0,4 de silice, environ 0,04 de carbone, environ 0,25 d'aluminium et environ 0,2 de titane.
4. Alliage selon la revendication 1, où le rapport molybdène sur tungstène est situé entre 1,5/1 et 4/1.
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