Brevet FR2335611A1 — publié le 19770715

La présente invention se rapporte à un acier allié résistant d la chaleur et plus particulièrement à un acier allié résistant à la chaleur et capable de manifester une forte résistance à la compression à température élevée. L'acier allé selon l'invention convient à la fabrication de rails ou de dispositifs de guidage analogues qu'on installe sur la sole à l'intérieur d'un four et qui doivent donc présenter une forte résistance à la compression à température élevée, en particulier dans l'intervalle de 1250 à 1300 C. On connaît déjà un acier allié contenant, avec le fer, 30% de chrome et 50Z de cobalt comme constituants essentiels, qui manifeste une forte résistance à température élevée, par exemple dans l'intervalle de 1250 à 13000C. En raison de cette propriété, cet acier à 307 de chrome et 507. de cobalt a été très souvent utilisé jusqu'à maintenant dans la fabrication de rails ou de dispositifs de guidage analogues installés sur les soles à l'intérieur des fours. Dans la pratique, les rails consistant en cet acier allié connu ont présenté une durabilité acceptable même à des températures. dans l'intervalle de 1250 à 13000C mais pour des raisons qu'on exposera ci-après, ils ne donnent pas entière satisfaction. La présente invention concerne en conséquence un acier allié à forte résistance à la chaleur qui manifeste en particulier une forte résistance à la compression à température élevée et qui ne présente pratiquement plus les inconvénients des aciers alliés connus de nature analogue. Par ailleurs, l'acier allié selon l'invention présente une dureté suffisante mame à l'état d'objet coulé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après en référence aux figures des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un diagramme d'équilibre des aciers alliés à base de fer, de chrome et de cobalt et - la figure 2 représente schématiquement, en coupe, un four d'essai utilisé pour mesurer la résistance à la compression de l'acier allié selon l'invention. En référence à la figure, qui représente le diagramme d'équilibre des aciers alliés à base de fer, de chrome et de cobalt, on a représenté les isothermes à la température de 600 C. La composition de l'acier allié à 30 de chrome, 50% de cobalt et 20Z de fer est indiquée par le point a. On peut constater que l'acier allié connu et utilisé dans la fabrication de rails a une structure consistant en une phase E-Co et r. En raison de l'instabilité de la structure due à la précipitation de la phase #, l'acier allié connu est sensible aux craquelures sous les charges. C'est l'inconvénient principal de cet acier, auquel on a fait allusion plus haut, et auquel on a cherché à remédier dans l'acier allié selon l'invention. L'acier allié selon l'invention convenant à l'utilisation dans la fabrication de rails ou de dispositifs de guidage analogues et capables de présenter une forte résistance à la compression à température élevée, dans l'intervalle de 1250 à 1300 C, contient du carbone en proportion maximale de 0,15% et de préférence de 0,10 à 0,14%, du silicium en proportion de 1 à 2% et de préférence de 1,0 à 1,8% du chrome en proportion de 25 à 32X et de préférence de 26,1 à 29,4% du manganèse en proportion de 1 à 2Z et de préférence de 1,1 à 1,8%, du nickel en proportion de 10 à 25Z et de préférence de 15,2 à 24,5 %j du cobalt en proportion de 25 à 45% et de préférence de 38,4 à 45 du molybdène en proportion de 0,3 à 10% et de préférence 3,4 à 8,0%, du-phosphore en proportion maximale de 0,04%, de préférence de 0,02 à 0,03Z, Z > du soufre en proportion maximale de 0,04% de préférence de 0,024 à 0,0295, du niobium en proportion de O à 3%, de préférence de 0,3 à 3%, le solde consistant en fer, et les proportions s'entendant en poids par rapport au poids total de l'acier. On donnera maintenant les raisons qui ont conduit à fixer les limites supérieures et inférieures des proportions de chacun des éléments constituant l'acier selon l'invention. Le carbone sert à améliorer la résistance physique de l'acier allié. Cependant, si on dépasse une proportion de carbone de 0,15, le point de fusion de l'acier est affecté. Le silicium sert à améliorer la résistance à la température élevée de l'acier allié et pour ce faire, sa proportion soit dépasser 1%. Cependant, si l'on dépasse 2%, la ténacité de l'acier est amoindrie. Le manganèse stabilise la structure austénitique et en même temps fixe le soufre contenu éventuellement dans l'acier, à condition de l'utiliser en proportion d'au moins 1%. Cependant, il est inutile de dépasser 2% de manganèse. En effet, l'introduction du manganèse en proportion de I 2Z en poids suffit pour parvenir simultanément aux buts spécifies. Le chrome est un élément important dans l'amélioration de la résistance å la température élevée. Si on utilise cet élément en proportion inférieure ou égale a 25%, l'acier allié ne présente pas une résistance suffisante aux températures de 1250 1350 C; par contre, si on utilise -le chrome en proportion supérieure 32X, on affecte la ténacité et l'aptitude la coulée de l'acier. Le nickel contribue a stabiliser la structure austénitique; pour parvenir ce résultat, il faut en utiliser au soins 10% en poids. Par contre, lorsqu'on dépasse 25Z en poids, on ne constate pas d'amélioration supplémentaire. Le cobalt est un élément important qui contribue la forte résistance b la compression à température élevée. Pour assurer une bonne résistance la compression dans l'intervalle de 1250 à 13000C, il faut utiliser cet élément en proportion d'au soins 25Z en poids. Par contre, si l'on dépasse 45%, on affecte la résistance å la chaleur l'acier allié. Le molybdène est un élément important qui améliore la résistance å la compression de l'acier température élevée; pour ce faire, il faut en introduire au soins 0,3Z en poids. Par contre, si l'on dépasse loZ, la résistance å la chaleur de l'acier est affectée. Le niobium est un élément qui améliore efficacement la résistance à la-compression de l'acier allié température élevée; le résultat obtenu est encore meilleur lorsqu'on utilise le niobium avec du tungstène. Bien que ce dernier élément puisse être supprimé, on-obtient de meilleurs résultats lorsqu'on l'introduit en proportion ne dépassant pas 3Z. Si l'on dépasse cette proportion, la résistance a l'oxydation de l'acier est amoindrie. Le phosphore et le soufre constituent des impuretés de l'acier allié et par conséquent, leur proportion ne doit pas dépasser 0,04% sinon la résistance physique de l'allié est affectée. Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée; dans ces exemples, les indications de parties et de Z s'entendent en poids sauf Invention contraire. Exemples On soumet des échantillons de l'acier allié selon l'invention en compositions différentes, les échantillons I, 11a III et IV du tableau ci-après, des mesures de résistance a la compression A température élevée en utilisant cet effet le four de laboratoire représente dans la figure 2 des dessins annexés. En référence à cette figure, le four de laboratoire 1 est équipé d'un brûleur propane-oxygene 2 qui chauffe l'intérieur du four. Chacun des échantillons, dont la hauteur est h, est placé a l'intérieur du four, sur le fond du four où il est maintenu en place par un dispositif d'application de charge équipé d'un transmetteur de poids 4 et d'un poids 5. Chacun des échantillons est chauffé a l'intérieur du four à 1300 C, la température étant mesurée par le couple thermoélectrique 6. Le brûleur 2 est placé en position telle que sa flanae n'entre pas en contact direct avec l'échantillon. La charge appliquée sur les échantillons est de 0,5 kg/mm. A titre de comparaison, on soumet à la même épreuve un échantillon d'acier. allié a 30% de chrome, 50% décobalt, solde : fer. Les résultats obtenus ont été rapportés dans le tableau ci-apres. Cependant, on notera que la résistance à la compression est exprimée par la vitesse de déformation en Z a l'heure, calculée selon l'équation Vitesse de diforwstion, %/h 3 X - h' x 100 hxa dans laquelle h' est la hauteur de l'échantillon apres essai c'est-à-dire après compression sous la charge, et a est la durée pendant laquelle on a appliqué la charge. Alliage selon l'invention (coulé) Alliage I Il III IV comparatif C 0 10 0 12 0 0,14 10 e > > 0 > 14 0 > 10 Si 1,5 1,O 1 > 2 1 > 8 0 > -90 Nn 1 > 4 1,5 1,1 1,8 1,0 o O 026 0 030 P " P 0,020 0,024 0,026 s g o S 0,024 0,026 0,028 0a029 0,030 o e Cr 2: cl 28,3 25,1 29,4 26,1 30 o o Mu 5,0 8,0 5,2 3,4 Ni 20, 9 24,5 23,0 15,2 Co 41,8 45,1 43,5 38,4 49 > 8 Résistance à la compression à 0,234 0,226 0,267 0,253 0,342 1300"C; %/h Dureté (BEN) 249 253 248 250 253 Les résultats rapportés dans le tableau ci-dessus montrent clairement que l'acier allié selon l'invention, par sa vitesse de déformation à 1300 C, possède une plus forte résistance à la pression que l'acier connu à 30% de Cr et 50% de Co. Il est clair également que l'acier selon l'invention, même à l'étant coulé, possède une dureté suffisante comparable à celle de l'acier connu. L'acier allié selon l'invention, outre sa meilleure résistance à la compression, possède également une meilleure résistance à l'oxydation et une meilleure aptitude à la coulée. Par conséquent, l'acier allié selon l'invention possède des applications étendues et peut être utilisé par exemple dans la fabrication de rails ou de dispositifs de guidage similaires placés à l'intérieur d'un four et dans la fabrication de supportspour l'acier au silicium qui doit etre traité à la chaleur. R E V E N D I C A T I O N S 1. Acier allié résistant à la chaleur et présentant une forte résistance A la compression à température élevée, caractérisé en ce qu'il contient du carbone en proportion maximale de 0,15, du silicium en proportion de 1 à 2%, du chrome en proportion de 25 à 32%, du manganèse en proportion de 1 à 2%, du nickel en proportion de 10 à 25%, du cobalt en proportion de 25 à 45%, du molybdène en proportion de 0,3 à 10%, du phosphore en proportion maximale de 0,04%, du soufre en proportion maximale de 0,04%, du niobium en proportion de O à 3%, le solde consistant en fer, toutes les indications de % s'entendant en poids par rapport au poids total de l'acier. 2. Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il contient en outre du tungstène. 3; Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il contient du carbone en proportion de 0,10 à 0,14%, du chrome en proportion de 26,1 à 29,4%, du silicium en proportion de 1,0 à 1,8%, du manganèse en proportion de 1,1 à 1,8%, du nickel en proportion de 15,2 à 24,5%, du cobalt en proportion de 38,4 à 45%, du molybdène en proportion de 0,5 à 8,0%, du phosphore en proportion de 0,02 à 0,03%, du soufre en proportion de 0,024 A 0,029%, du niobium en proportion de 0,3 à 3%, le solde consistant en fer et toutes les indications de pourcentage étant en poids par rapport au poids total de l'alliage. 4. Acier selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il contient en outre du tungstène.