Brevet FR2252412A1 — publié le 19750620

La présente invention se rapporte à un procédé de protection des aciers contre la décarburation par les métaux liquides, procédé applicable en particulier aux aciers au carbone non alliés ou faiblement alliés. On sait que les échangeurs de chaleur,destinés à fonctionner au contact des métaux liquides, comme c'est le cas dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides, peuvent être en aciers faiblement alliés et qu'ils peuvent subir de la part des métaux liquides une décarburation préjudiciable à leurs qualités mécaniques. Cette décarburation a souvent des effets secondaires nuisibles, car elle staccompagne d-'un transfert de carbone dans les circuits parcourus par le métal caloporteur, et ce carbone a tendance à recarburer les aciers avec lesquels il vient en contact et à affaiblir notablement leurs propriétés physicochimiques. Ceci est le cas en particulier pour les aciers austénitiques très sensibles à la carburation. On remédie habituellement à ces inconvénients soit en évitant de soumettre ces aciers au carbone faiblement allié à des températures trop élevées, soit en introduisant dans ces aciers des stabilisants du carbone, soit en utilisant à leur place des aciers austénitiques ayant parfois une haute teneur en nickel. Toutefois, ces solutions, en dehors du fait quelles sont plus ou moins onéreuses, sont également la source de difficultés. En effet, dans le cas des aciers ferritiques, les stabilisants du carbone affectent la soudabilité, le vieillissement et, dans le cas des aciers austénitiques, outre leurs coefficients de dilatation élevé et leur conductibilité thermique plus faible, certains de ces aciers présentent une sensibilité à la corrosion fissurante, alors que d'autres sont sensibilisables ou posent des problèmes de soudage. On a maintenant réussi, grâce à un traitement thermochimique superficiel approprié, à éviter ou à limiter les possibilités de transfert du carbone de l'acier vers les métaux liquides, en particulier le sodium et à permettre ltemploi des aciers au carbone ou faiblement alliés à des températures plus élevées. L'invention a pour objet un procédé de traitement des aciers, notamment des aciers faiblement alliés, en vue d'éviter leur décarburation au contact des métaux liquides, caractérisé essentiellement par le fait que l'on soumet les aciers à une prédécarburation superficielle qui est conduite sur une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm et a pour effet d'abaisser la teneur en carbone de la surface à une valeur comprise entre 60 et 95 % de Sa teneur avant traitement. La prédécarburation d'un acier au contact d'un métal liquide a pour effet essentiel de créer une couche décarburée qui isole l'acier du métal liquide et s'oppose plus ou moins complètement au transfert du carbone de l'acier vers le métal liquide. Le bien-fondé de cette assertion a été vérifié par des essais systématiques qui ont été conduits comme suit On a soumis plusieurs séries d'échantillons d'acier, préalablement usinés, de forme cylindrique de préférence, de composition chimique suivante C % 0,1 58 Si % 0,350 Mn % 0,500 S % O,Ot P % 0,016 Cr % 2,28 Mo % 0,94 à un chauffage pendant quatre heures à 9000C dans un courant d'air sec et déshuilé. Ces échantillons ainsi que des échantillons non prédécarburés, préalablement usinés, ont été soumis à l'action corrosive du sodium respectivement à 5000C, 5500C, 575du et 600du pendant 1200, 2 200, 3 000 et 5 000 heures. A la fin de chaque essai, on a mesuré la teneur en carbone à la surface de chaque échantillon par couches successives après cylindrage par tournage effectué de 0,1 mm en 0,1 mm. On a également estimé la décarburation par filiation de dureté Vickers de la surface vers le coeur. Les résultats d'essais sont indiqués ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure I représente différentes courbes de variations moyennes du pourcentage en carbone de la surface des échantillons en acier, en fonction de la pénétration depuis la surface vers le coeur des échantillons - la figure 2 représente une courbe des variations du pourcentage de perte pondérale en carbone de la surface des aciers en fonction de la température du métal liquide. Sur la figure 1, la courbe (1) représente une surface à l'état initial à un moment où elle possède sa teneur maximale en carbone, c'est-à-dire que sa décarburation est nulle. La courbe (2) représente l'état de la surface d'échantillons n'ayant pas été prédécarburés, mais ayant été soumis à l'action du métal liquide. La courbe (3) représente l'état de la surface d'échantillons ayant été prédécarburés mais n'ayant pas été soumis à l'action du métal liquide. La courbe (4) représente l'état de surface d'échantillons ayant été prédécarburés et ayant été soumis à ltaction du métal liquide. Si l'on considère les surfaces délimitées d'une part par l'axe des ordonnées et la courbe (t), et d'autre part par chacune des courbes 2, 3 et 4, on délimite respectivement des surfaces 52 53 et 54. La différence 54-53 représente donc la décarburation provoquée par l'action du métal liquide sur la surface prédécarburée. Dans le cas de la surface 52 comme il n'y a pas eu de prédécarburation, la décarburation par 11 action du métal liquide est égale à Le rapport représente le pourcentage de la teneur en carbone restante après l'action du métal liquide. En d'autres termes, ce rapport P % traduit en pourcentage de carbone la protection due à la prédécarburation. Dans le tableau ci-après, on a consigné les résultats d'essais obtenus. TABLEAU Températures 500 C 550 C 575 C 600 C du sodium S1 - S3 7,7 9,5 235 448 S2 179 179 292 485 P % 95 19 7 On peut observer sur la figure 2 que la prédécarburation superficielle a un effet de barrière jusqu'à 5500C contre la décarburation par le sodium, et qu'à 5650C, le procédé est encore efficace à 50 %. On a pu vérifier que les aciers ainsi prédécarburés conservent leurs propriétés mécaniques intrinsèques et qu'ils peuvent donc être utilisés en toute sécurité à des températures d'au moins 700C plus élevées que les températures auxquelles on peut soumettre les aciers de même composition non prédécarburés. Ceci permet dans certaines installations et notamment dans les générateurs de vapeur de n'utiliser qu'une seule nuance d'acier pour la constitution des différents éléments d'échange. Il est bien certain que les essais ci-dessus n'ont été donnés qu'à titre illustratif et que de nombreuses modifications et variations pourront y être apportées par les spécialistes sans se départir pour autant ni de l'esprit ni du cadre de l'invention. En particulier, on pourra utiliser des métaux liquides autres que le sodium, tels que le potassium et leurs mélanges ainsi que d'autres traitements thermochimiques de prédécarburation. La prédécarburation, qui s'applique particulièrement bien aux aciers 15 CD 9-10, tels que définis par les normes Afnor, pourra s'appliquer à des aciers de nuances différentes, et elle pourra être conduite conjointement à divers traitements thermiques comme le recuit que l'on est amené habituellement à effectuer sur des produits tels que des tôles et des tubes. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement des aciers, notamment des aciers faiblement alliés, en vue d'éviter leur décarburation au contact des métaux liquides, caractérisé essentiellement par le fait que l'on soumet les aciers à une prédécarburation superficielle qui est conduite sur une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm et a pour effet d'abaisser la teneur en carbone de la surface a' une valeur comprise entre 80 et 95 % de sa teneur avant traitement. 2. Procédé de traitement selon la revendication 1 caractérisé essentiellement par le fait que l'on soumet les aciers à une prédécarburation qui consiste à chauffer ces aciers pendant environ 4 heures, à environ 90dot. 3. Procédé de- traitement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la prédécarburation est conduite en atmosphère d'air sec et déshuilée. 4. Procédé de traitement selon la revendication t, caractérisé par le fait que l'on utilise des aciers dacompo- sition suivante C % 0,158 Si % 0,350 Mn % 0,500 S % 0,01 P % 0,016 Cr % 2,28 Mo % 0,94 5. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise des aciers de nuances 15 CD 9-t0. 6. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les métaux susceptibles de décarburer les aciers sont le sodium, le potassium et leurs mélanges. 7. A titre de produits industriels nouveaux, les aciers prédécarburés par un procédé analogue au procédé selon l'une quelconque des revendications précédantes