Brevet FR2037088A1 — publié le 19701231

La présente invention est relative à des perfectionnements apportes aux alliages métalliques, et plus spécialement aux alliages métalliques destinés à être utilisés à des températures élevées CPar exemple de l'ordre de 700°C) telles que notamment, 5 celles auxquelles sont soumis les matériaux servant de gaine de protection aux combustibles nucléaires employés dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides. On sait que certains aciers inoxydables austénitiques présentent des propriétés qui les rendent aptes à être utilisés 10 pour constituer les gaines de protection des combustibles nucléaires employés dans les réacteurs nucléaires du type thermique. On sait également à ce sujet que le système de cristallisation de ces aciers, à savoir le système cubique à face centrée est un des facteurs qui contribuent à pouvoir rendre compte de leurs proprié-15 tés mécaniques élevées. On a cependant observé que les aciers austénitiques sus-mentionnés, pouvaient présenter une certaine sensibilité à la rupture fragile ; une des causes de cette sensibilité peut notamment provenir des effets d'une irradiation de ces aciers au moyen 20 d'un flux neutronique dont la densité de neutrons rapides est nettement supérieure à celle que l'on rencontre dans les réacteurs nucléaires thermiques. Cet inconvénient a pour conséquence de limiter les possibilités d'emploi des aciers austénitiques inoxydables, et notamment de les rendre impropres à être utilisés daçs 25 les applications dans lesquelles ils sont soumis à de tels flux. A la connaissance des inventeurs, on n'a pu à ce jour trouver de moyens pour remédier, de façon satisfaisante à cette sensibilité. La présente invention a pour objet de faire connaître 30 un alliage métallique, qui tout en conservant une bonne résistance à la corrosion et d'excellentes propriétés mécaniques dues à un durcissement de solution solide et à un durcissement de précipitation présente précisément une moindre sensibilité à la rupture fragile. 25 L'alliage métallique objet de la présente invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il vérifie les conditions ci-après : 13 U 40 le solde étant constitué de Fe qui, outre ses impuretés usuellest 70 05321 2 2037088 ne contient pas plus de 0,005 I C. Les pourcentages doivent s'entendre comme étant des pourcentages pondéraux. Il a été constaté que les alliages répondant auK conditions ci-dessus indiquées, conservent aux hautes températures, des proprié-5 tés remarquablement élevées, ainsi q'une faible sensibilité à la rupture fragile, par suite de leur mode de cristallisation cubique centré, (différent en cela de celui des aciers austénitiques inoxydables) . Les propriétés de ces alliages métalliques sont améliorées, 10 si outre les éléments déjà indiqués, et, suivant une variante avantageuse de leur composition centésimale, ils contiennent un ou plusieurs des éléments ci-après : Aluminium de 0 I à 8 % Vanadium de 2 % à 7 % 15 Silicium de 2 % à 7 I Molybdène de 0 % à 3 % Une ou plusieurs ) de 0 I à 0,5 5 par élément de terre terres rares ( rare Les alliages objet de la présente invention peuvent être pré-20 parés en creuset normal (magnésie frittée) suivant méthode usuelle, coulé et refroidi de préférence sous vide ou sans atmosphère inerte ou neutre. Leur mode d'élaboration ne pose pas de problème particulier. Par ailleurs, la présente invention a également pour objet 25 un procédé de traitement qui, appliqué aux alliages ci-dessus, permet d'en améliorer encore les propriétés. Suivant ce procédé, après coulée et refroidissement, ces alliages snnt soumis à au moins une opération comportant une chauffe à une température suffisante (le plus souvent > 1000° C) pour mettre en solution tou-30 tes les précipitations solides éventuellement présentes, ladite chauffe étant suivie à une température aussi voisine que possible • de la température de chauffe, d'une déformation, par rétreint mécanique dont l'importance est comprise entre 20 % et 60 I, ce traitement thermo-mécanique conduisant à une nouvelle distribu-35 tion de la -précipitation de durcissement. A titre indicatif, un alliage ferritique, répondant à la composition ci-après : Î3 % Cr; 5 % Ti; 2. % V; 0,2 I Al; 0,1 I Ce; Fe : le solde, a été élaboré, coulé, refroidi, puis vieilli pendaittrois jours à 40 la température de 700°C. Il a présenté alors les propriétés méca 70 05321 3 2037088 niques ci-après mesurées à 700°C à une vitesse de traction de 0,5 \ par minute : 2 Charge de rupture : 18,2 kg/mm 2 Limite élastique : 16,2 kg/mm 5 Allongement : 27 % ce qui, étant donné sa composition chimique (faible section effi cace d'absorption des neutrons rapides, comptabilité avec le combustible pris à l'état de carbures ,et avec le fluide caloporteur) sa structure cristalline (cubique centrée) et ses propriétés méca-10 niques à hautes températures (comprises entre celles des aciers austénitiques et des aciers ferritiques) peut faciliter la désigna tion de cet alliage ferritique comme matériau de base pour la préparation et la fabrication de gainage de réacteurs à neutrons rapides. 70 05321 4 2037088 REVENDICATIONS 1a Alliage métallique caractérisé en ce qu'il vérifie les conditions ci-après : 13 % $ Cr le solde étant constitué de Fe, qui outre ses impuretés usuelles ne contient pas plus de 0,005 % C. 2° Alliage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient également un ou plusieurs des éléments ci-10 après, dans les proportions indiquées : Aluminium de 0 % à 8 % Vanadium de 2 % à 7 % Silicium de 2 % à 7 % Molybdène de 0 \ à 3 % 15 Une ou plusieurslde 0 % à 0,5 S par élément de terre terres rares ' rare. 3° Procédé de traitement appliqué à l'un quelconque des alliages repris dans l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que après le refroidissement suivant 20 leur coulée, les alliages sont soumis â au moins une opération comportant une chauffe à une température suffisante (le plus souvent > 1000°C) pour mettre en solution toutes les précipitations solides éventuellement présentes, ladite chauffe étant suivie à une température aussi voisine que possible de la température de chauffe^ 25 d'une déformation par rétreint mécanique dont l'importance est comprise entre 20 % et 60 %