CH94496A - Acier spécial à surface résistante. - Google Patents

Description

Acier special ä sarface resistante.

Cette Invention a. trau ä un acier special rc-iifermant du fer, du Silicium, du chrome et du carbone. Cet acier offne une gzande resis tanee ä. 1'aetion des colorants, des oxydants, des corrosifs, ou autres agents analogues.

L'un des effets du ehrome, lorsqu'il est allie au fer, est, comme an 1e sait depuis longtemps, qu'il send la matiere plus resis tante ä sa surface, mais 1e chrome employe Beul. ou ä peu pres, comme alliage avec 1e fer presente plusieurs inconvenients. Le cbronie et 1e fer ne s'allient pas tres bien; il e produit frequemment des cassures et des iri-egularites et des artieles fabriqtiees avee la inenie mauere fondue possedant souvent des qualites qui different beaucoup. Les al l.iages fer-chrome ont une tendance 5, etre eassants au rouge; il en resulte des creva.sses, des defauts et des fissures; en outre ils s'ef f! uillent beaucoup lorsqu'ils sont chauffes aux temPeratures necessaires pour 1e travail meeanique ä ehaud Pendant les operations in cbistrielles. La quantite de carbone qui peut eire presente Jans les alliages fer-chrome ,ans provoquer une peste tres importante de resistance ä la stirface est tout ä fait limitee. Aveo 1'acier special faisant 1'objet de cette Invention, des difficultes de ce genre ne se presentent pas, ou sont reduites au minimum.

L'inventeur croit que 1e caraetere excel- lent de 1'acier obtenu avec Bette Invention peut etre explique par la formation de sili- ciures, entre autres de siliciure de fer et de siliciure de elirome, ces siliciures de fer et de chrome se melangeant lorsqu'ils sont fon- dus. Dans tous les cas, 1e Silicium se comporte comme un troisieme produit d'alliage tres utile pour formen un alliage sensiblemeut homogene, exempt des fentes et des irr6gu- laritAs nuisibles, dune Brande resistance ä la surface et facile ä travailler. Cette action utile du Silicium n'est pas appreciable lors- qu'il n'est present que, dans de faibles pro- portions, par exemple jusqu'S, 0,30 a 0,40 %. Pour obtenir ees effets utiles, il faut au moins 0,50 % de Silicium; il convient meme souvent d'en emplover clav antage. En utilisant 1e Si licium comme il est dit ici, il est possible d'obtenir la masse de Base de 1'acier sous une forme sensiblement cristallisee. Plus la masse de base est une solution cristallisee, plus la stabilite de 1'acier special produit sc.mble Brande. Avec du Silicium dans 1'acier special, an peut employer des quantites de carbone plus Brandes que ce ne serait possi- ble sans Silicium.

L'acier suivant 1'invention contient plus de 0,05 % et moins de 3,5 % de car- bone, plus de 3 % et moins de 40 % de chromp, plus de 0,5 oiö et moins de 8 % de silicüim, 1e Silicium et 1e chrome pris ensernble for- mant plus de 5 % et moins de 48 % et plus de six fois 1e carbone, et la partie principale du reste etant du fer.

L'inventeur croit que 1'action du carbone consiste ä determiner ou en d'autres termes, ä. produire un retard dans la transformation de 1'acier special penda-nt 1e refroidissement et en outre que 1e carbone entre en combinai- son avec 1e fer et 1e chrome, Iesquelles com- binaisons se trouvent toutefois modifiees par 1'action du Silicium present.

Pour la production d'un acier 5, surface resistante que Fon doit soumettre ä un travail mecanique, la teneur en Silicium peut etre de plus de 1,5 % et moins de 8 % et 1e chrome de phis de 3 ä moins de 40 %, 1e clirome et lc: Silicium pris ensemble formant plus de 5 et moins de 48 %. La facilite de travail me- canique de cet acier se trouve diminuee auf limites superieures indiquees, mais jusqu'ä environ 25 ä 30 % de chrome et 5 'a 6 % en viron de Silicium, il peut etre assen faeile- inent forge ä chaud. Lacier qui vient d'etre decrit peut eire coule; en fait il est g6n6rale- ment coule en lingots avant d'etre travaille mecaniquement et des pieces coulees peuvent eire faites avee ces lingots.

Lacier special contenant plus de 5 % en- viron et moins de 13 % environ de Silicium et de ehrome ensemble est pour ainsi dire sans Lache et resiste ä la corrosion, lorsque la masse de Base est une solution cristallisee fixee par Suite d'un traitement par la clialeur. La masse de Base peut etre obtenue en solu- tion solide au moyen d'un traitement par la clialeur qui consiste ü, chauffer la. mauere il. une temperature entre 900 o et 1200 o C, de

preference entre <B>1000'</B> et <B>1100'</B> C et ä la tremper dans 1'huile, 1'eau ou autre medium convenable. Par exemple, un alliage contenant 8 ä 9 % de chrome, 31/i h, 4 % de Silicium et 0,40 % 'a 0,50 % de carbone chauffe ä 7.040o C et eteint dass 1'huile Bonne 1e resultat desire. Pour la production de cet acier, 1e Silicium peut varier,de 1,5 ä 7 % et 1e chrome de 3 ä 10 %, les proportions etant reparties entre ces deux elements de maniere k, maintenir les to taux entre 5 et 13 %. Avec des proportions aussi faibles de Silicium et de clirome, pris ensemble, la quantite de carbone doit etre maintenue falble pour obtenir de bons resul tats. 0n peut utiliser une falble teneur en carbone descendant jusqu'?. 0,05 %. 11 est pre f6rable de mainten.ir 1e carbone au-dessous de un dixieme du Silicium et du chrome, pris ,ensemble. Avec un acier special contenant 2,5 % .de .Silicium et 3 % de chrome, par exem ple, 1e carbone doit etre,de preference a.u-des sous de 0,55 %, car, avec cette inatiere, une nouvelle ad,ditioii,de ca-rbone,, par exemple 1 %, entraine une diminution considerable de la resistance ä, la surface que Fon recherche Baus 1'acier special; 0,30 0/ö de ca.rbone, par exemple, Bonne de bons resultats avec ces proportions de Silicium et de chrome pourvu que Ia masse de bare soit amenee ä. 1'eta.t de solution cristallisee, fixee par 1e traitement ä. 1a. chaleur.

Avec 1e chrome et 1e Silicium, pris en semble, ä plus de 13 % et 1e chrome depas sant 10 <B>'</B>o, 1'aeier est constitue essentielle ment dune solution cristallisee formant la masse de base et presente une Brande sta bilit6 ä la surface, qu'il soit traite ou non par la chaleur. L'expression "solution cris tallisee formant la. masse de Base" veut dire qu'il y a. une masse de solution solide dann Iaquelle sont couchees de minces pieces dune consistante differente. Avec ce chrome et ce Silicium, an peut augmenter la teneur en car bone saus reduire sensiblement ].es qualites voulus ,de 1'acier, par ezemple, avec 1e chrome a environ 10 ä 20 % et avec 1e Silicium ä. en viron de `? h. 7 1), an pourra aller jusqu'ii 3,5 % .de carbone, en maintenant ce dernier ai.t-clessous de un sixieme du Silicium et du chrome pris ensemble. Par exemple, un tr6s bon acier spscial contient <B>13,7</B> % de chrome, 3,2 /o de Silicium et 2,56 % de carbone. Si 1'on veut obtenir un acier plus facile ä tra- vailler, an peut diminuer 1e carbone jusqu'ä <B>0,055</B> % et :dann ce cas la quantite de Silici<U>um</U> peut etre abaiss6e jusqu'ä 0,5 %.

Avec plus de 20 % environ de chrome la p.resence dune quantite consid6rable quelcon- que de carbone tend 'a rendre 1'acier cassant et difficile ä travailler, si la quantit6 de Sili cium est faible. Toutefois cet acier peut etre facilement travaille si la quantit6 de Silicium est deux fois plus elevee que Gelle clu carbone, ,jusqu'ä environ 8 /o de Silicium. Par exemple, un acier .special contenant 22 % de chrome, 4,5 % de Silicium et 2,1 /o de carbone, pos sede une grande resistance ä la surface et se travaille facilement. Comme il est dit plus haut, 3,5 % de carbone represente ä peu pres 1.e maximum pour un acier que Von peut tra- vailler m6caniquement. 0n peut realiser une reduction considerable de carbone, si an 1e clesire, ainsi 31 % de chrome, 6,12 % de Sili- eium et 0,68 % de carbone constituent un au- tre Bon acier special.

Lorsque la teneur siliciim-chrome est d'environ 13 % ou au-dessus, 1'alliage est tres r6sistant ä 1'etat chau.d. Conle en lingots, an le forge et an 1e lamine avec une absence re- marquable de pailles d'oxyde de fer, et lors- qu'il .est lamine, il ne presente pour ainsi dire ä la surface qu'une Sorte de rouge" brünatre dune minceur extreme. Un sp6cimen contenant environ 12 % de chrome, 5 0/ de Silicium et 0,45 % de carbone presentait simplement une surface sombre apres avoir et6 expose ä une atmosphere oxydante a 800 o C environ, Pen dant plus d'un mois. Lacier de cette compo- sition ne fond pas avant d'atteindre 1400' C env iron et ce specimen avait une rssistance specifique de 115 microms par centimetre Bube. Cet acier ainsi que les aciers pr6sen- tant une teneur silicium-clirome encore plus elevee conv iennent tres bien pour des e16ments destines au chauffage electrique, notamment lorsqu'ils sont utilis6s 'a des temperatures 61e- v6es qui peuvent atteindre 975 ä 1085 C en viron ou meme davantage, les temperähzres que Fon peut atteindre d6pendant jusqu'ä un certain point du moins, du temps Pendant lequel an les maintient. Pour des elements de chauffage electrique dans lesquels des temperatures plus Basses suffisent, par exem- ple 700 C environ, cet acier peut avoir une teneur RTI ID="0003.0275" WI="25" HE="3" LX="1094" LY="487"> silicium-chrome moins 61evee tout en d6passant 5 %. La resistance sp6cifique s'ac- croit beaucoup plus rapidement avec une aug- mentation de Silicium qu'avec une augmen- tation de ehrome. 0n peut se servir aussi bien d'acier coule que d'acier travaille mecanique- ment pour les el6ments de chauffage electri- que. Lorsque 1ä fabrication des elements de chauffage electrique necessite une operation d'etirage et de eintrage, la teneur en carbone doit etre maintenue faible, par exemple aai- dessous de 13 % de chrome et de Silicium pris erisemble, il convient que la teneur en carbone soit d'environ 0,40 %, et au-.dessus de 13 % de Silicium et de chrome une teneur en carbone de 1 % donne de Bons resultats. 0n peut employer une teneur en carbone plus 61evee lorsque les 616ments de chauffage sont obtenus pa.r cou16e, ou toute autre op6ration analogue, et ou il n'est pas necessaire. de cin- trer 1'acier ä froid.

Dans 1a, production de cet acier special perfectionne, an peut tirer un grand avan- tage pratique du fait que 1e Silicium est pr6- sent dann 1'alliage avec 1e chrome. La pro duction d'alliages contenant du chrome avee un peu an pas de .Silicium necessite du ferro- chrome dune grande purete dont la fabrica- tion est couteuse. L'inventeur ä. constat6 qu'on peut utiliser 1e Silicium a titre d'agent r6duc- teur excellent et peu coüteux en preparant 1e ferrochrome pour cet acier special. I:e Sili cium, lorsqu'il est employ6 comme agent re- ducteur, entre en quantit6 considerable .dans le mAal fondu comme constituant de 1'al- liage; an peut obtenir ainsi dune maniere commode et ä Bon manche un alliage cle ferro- ehrome et de Silicium. L'alliage ferreux ainsi obtenu reut etre utilise directement Jans 1e Tour de fusion, bien entendu en y ajoutant

d'autres inatieres pour obtenir les proportions eonvenables des differents constituants de 1'alliage et an peut utiliser differentes sortes de ferro-chroine-silicium par un choix appro prie des autres matieres. 0n simplifie donc a:insi 1e procede de fabrication et an realise une economie considerable en matieres pre cieuses, y compris 1e chrome et 1e Silicium. 0n peut obtenir Clans 1e produit fini de 80 A pres de 100 ö du Silicium et pratiquement tout 1e clirome en.ploye dann 1e traitement notamment lorsque rette operation se fait Jans un four electrique que 1'inventeur consi dere comme 1e meilleur appareil pour cet ob jet, bien qu'on puisse naturellement em ployer d'a.utres sy stemes de fusion a.insi que des matieres provenant d'autres sources, si an le desire.

0n peut employer ava.nta-eusement les -#ilieiures connus, notamment les silieiures de chrome dann la production d'un acier special de Bonne qualite et plus la composition se. rapproclie de celle des siliciures connus, meil leure para.it sa. resistance ä, la surfäce.

0n peut obtenir ainsi des .aeiers pr6sen ta.nl' dans leurs courbes de refroidissement et de cha.uffage deux points ou periodes -de transformation marquees, Gelle d'en haut avant une tenda.nce ä. s'elev er avec 1'accroisse ment de 1a. teneur en Silicium et en chrome ou avec 1'aeeroissement de la teneur en sili eiuni Beul.

Lorsque 1e teneur en chrome et en sili eium est elevee 1'acier a. une longne Periode de plastieite quand il est fondu et coule en lingots ou dans un autre moule; avec de pe tits moules il se soliidifie rapidement en lin gots coherents que Von peut travailler avan ta.geusement. Lorsqu'on 1e coole dass des nioules plus grands. 1a Periode de solidifica tion est extremement longue, ä moins que Von ait pris des mesures pour retirer la. cha leur assez rapidement. 0n a constate qu'il y avait avanta.ge dann les operations de coulee 'a v erser aussi rapidement que possible, par exemple, par un lange orifiee et ceci est par iiculiArement utile lorsque la chaleur est

soustraite en permettarit au metal fondu de se reposer da.ns la poche de coulee et en 1e versant alors ä une temperature plus basse se rapprocha.nt de la teinperature de soliclifi ca.tion de ce metal.

Voici 1--in exemple de la Periode de plas ticite anormale de cet alliage: une fournee de 5 tonnes contenant environ <B>17</B> ö de ehrome, 4,5 % cle silicium et 0,80 % de ear bone qui ne fondit pa.s avant d'atteindre 1400 C environ reste fondu Pendant beau coup plus dune heure et etait encore dann cet ('taut meme quand la. temperature fut tombee au-dessous de 1085 C environ. Cette longue Periode de plastieite permet d'eliminer beau coup 1e retassement Jans les lingots bien cou leS ou da.ns d'autres pieces, et elle est nöle notamment lorsqu'on fait de petites pieces pour en obtenir facilenient qui soient bien massives. La Periode de plasticite est egale ment tres longue en ehauffant. Cette longu, Periode peut eire utilisee avec avanta.ge pour faire avec cet acier differents articles aux quels an Bonne <B>In</B>. forme voulue, par exemple an peut formen des tuy aux, des Barres ete. par repoussage, par compression ou par estampage.

Une propriete importante de ce nouvel <B>.</B> tie .ier spkial consiste Jans sa grande resistance au chauffage ou au refroidissement rapide. Plaee par exemple dann un four avee iin morceau d'aeier ordinaire au carbone de memes climensions, il reste noir quelque temps apres que 1'acier ordinaire a ete chauffe au jaune. Lorsqu'on s'en sert pour garnir les canons dass lesquels la surface est soumise 5, 1'action des vapeurs nitreuses ä. des tempe ratures tres elevees Pendant; un laps de temps Court,. cet aeier resiste bien. En raison de rette nieme caraeteristique, il convient tout parti culierement pour un grand nombre d'usages importants, par exeniple pour des tubes. des eaisses et autres artieles de cementation qui sont souinis A des variations de temperature pendaiit de longites periodes. Cette proprieth precieuse de chanffer lentement permet 5 la Charge eöntenue dans les caisses de c6menta- tion ou autres equivalents, cl'etre chauffee plus uniformement qu'avec los .alliages ou los metaux employes actuellement ä cet effet.

Cet alliage possede la propriete d'etre difficilement permeable aux gaz ä de hautes temperatures; il convient donc tout particu- li6rement aux appareils tels quo los recipients clestines aux gaz fortement chauffes quo Von soumet ä une reaction chimique ainsi qu'aux tubes employes pour proteger los couples tliermiques des pyrometres et aux appareils < na .logues oü il est important de proteger la m.atiere metallique fortement chauffee contre los eorrosions des gaz.

Le nouvel alliage, notamment lorsqu'il renferme plus de 13 % de Silicium et de chrome pris ensemble, n'est pa.s attaque ou colorc ä un degre sensible par 1'acide azoti- que .ni par 1'acide acetique ou autres arides organiques, los jus de fruits et autres corps analogues. Toutefois il est attaque jusqu'ä un certain point par 1'acide chlorhydrique, 1'acicle sulfurique, 1'acide fluorhydrique, notamment a. 1'etat dilue.

Cet acier special peut etre facilement tra- vaillä dans los limites donnees plus haut pour le travail mecanique, il n'est pas cassant ä chaud et il est exempt des crevasses, fissures, defauts ete. qui causent tant d'ennuis.

Quelques-uns des emplois de cet acier special perfectionne ont dejä ete indiques: fabrication d'elements,de chauffage e & lectrique, coutellerie et outils, revetement & canons, tubes de cementation etc. Il convient tout par- ticulierement pour un Brand nombre d'usages, par exemple pour Plaques de fer ä repasser, machines de buanderie, helices, tuyaux et Pompes ä eau douce et ä eau salee, tuyaux et garnitures de refrigerateurs et, dune maniere gänerale, pour tous los appareils, garnitures etc. qui sont exposes ä la chaleur, ä 1'humi- clite, ä la vapeur et ä un froid intense, pour los appareils et los articles exposes ä 1'aetion des alcalis, auxquels cet alliages offre une Brande resistance, ainsi quo pour los objets exposes aux intemperies tels quo los Bonds, los loquets et la quincaillerie e:-.terieure en genoral, pour los garnitures electriques, los transmissions, los trolleys electriques, pour los organes qui doivent resister A 1'electrolyse, los boulets pour soupapes, los billes et los bagues pour los paliers places sous 1'eau, los doublages des navires, los instruments de chirurgie, los outils de dentistes, los reglos d'acier, los articles cl'un usage personnel tels quo los montures de bijoux, los pieces de monnaie et losRTI ID="0005.0275" WI="16" HE="4" LX="1217" LY="566"> m@dailles, los ringards auto- matiques qui doivent resister ä de hautes temperatures. et un Brand nombre id'autres emplois oü 1'on a besoin dune Brande resis- tance h la coloration, h, 1'oxydation et ä la corrosion. Cet acier special possede une Ilyste- risis magnetique faible et an peut 1e rendre ä. peu pres non-magnetique ä, 1'aide d'un @trai- tement approprie par la chaleur. Ces qualites 1e rendent propre h, un Brand nombre d'au- tres emplois tel.s quo los instruments scien- tifiques, los compteurs electriques etc.

Bien entendu, cet acier peut contenir de fai.bles proportions de metalloides tels quo 1e soufre. 1e phosphore et 1',arsenic.

Claims (3)

1. REVENDICATION Un acier ,special ä surface tres resistante, renfermant: plus de 0,05 % et moins de 3,5 % de carbone, plus de 3 % et moins de 40 /a de chrome, plus de 0,5 % et moins de 8 /a de Silicium, 1e Silicium et 1e chronie pris ensemble f ormant plus de 5 % et moins de 48 % et plus de six fois 1e carbone, et 1a Par tie principale .du teste etant du fer. S OUS-REVENDICATIONS 1 Un acier special suivant la revendication, dans lequel 1e Silicium et 1e chrome pris ensemble forment moins de 13 % et plus de Zix fois le carbone, la resistance ä la surface etant developpee en trempant la mauere chauffee ä, partir dune tempera- ture elevee.
2. 2 Uli acier special suivant la revendication, dans lequel 1e chrome et 1e Silicium pris ensemble font plus .de 13 %.
3. 3 En acier special suivant la revendication et la sous-revendication 1; renfermant plus de 5 % :de chrome et plus de 2 '/o de sili- cium. - Un aoier special suivant la revendication et la sous-revendication 2, renfermant moins de 30 '/o de chrome et moins de 3 % de si- licium.