Brevet FR2335612A1 — publié le 19770715

La présente invention se rapporte à un acier allié possédant une forte résistance la chaleur et l'usure. L'acier allié selon l'invention convient à l'utilisation dans la fabrication de rails ou de dispositifs de guidage analogues qu'on installe sur la sole d'un four. On connatt déià un acier allié appelé couramment alliage UM Co-50, contenant 0,12 7 de carbone 1,10 % de silicium, 1,05 Z de manganèse, 0,013 % de phosphore, 0,08 % de soufre, 31,0 7. de chrome, 50,8 % de cobalt, le solde consistant naturellement en fer, et qui possède une haute résistance a la chialeur, å l'usure et à la sulfuration. En raison de ces propriétés, l'alliage UM Co-50 a été très souvent utilisé comme matériau pour la fabrication de rails ou de dispositifs de guidage analogues du type rencontré sur les soles de fours, pour le traitement thermique de lopins de métal. Cependant, on a constaté récemment que cet alliage avait certains inconvénients. L'un de ces inconvénients réside en ce que l'alliage UM Co-50 utilisé dans un four pour le réchauffage du lopin de métal a une température dans l'intervalle de 1 100 d I 2300C donne des résultats satisfaisants,mais est sensible aux craquelures aux températures inférieures ou égales à1 1000C, au cours du préchauffage, en raison de modifications de structures,par par exemple d'une formation de phase 6. Un autre inconvénient réside en ce que l'alliage UH Co-50 est pratiquement impossible à souder. On explique ce fait par la présence d'un eutectique a la surface limite des grains et de la dendrite, présence qui favorise les craquelures dans la zone chauffée a la soudure. Une autre raison de ces craquelures peut être recherchée dans le fait que la déformabilité et la forme de la bande de phase b constituent une cause de craquelure dans la structure cristalline. La demanderesse a recherché un acier allié possédant des résistances améliorées à la chaleur et a l'usure et ne donnant pas lieu aux craquelures éventuelles et aux difficultés de soudure résultant d'une modification de structure a des tewpératures inférieures ou égales à 1 1000C comme dans le cas de l'alliage UM Co-50. Naturellement, l'acier allié doit également posséder une résistance physique suffisamment forte à température élevée. Cet acier allié doit pouvoir être utilisé avec satisfaction dans la fabrication de rails ou d'autres dispositifs de guidage à installer sur la sole à l'intérieur d'un four. D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après en référence aux figures des dessins annexés dans lesnisels : - la figure 1 représente graphiquement la résistance physique d'un acier allié selon l'invention, comparativement à celle de l'alliage UM Co-50, - la figure 2 représente graphiquement les résultats d'un essai de rupture sur l'acier allié selon l'invention et sur l'alliage connu UN Co-50, et - la figure 3 représente graphiquement la dureté de l'acier allié selon l'invention et celle de l'alliage UM Co-50 en fonction de la température. Conformément à l'invention, un acier allié possédant une résistance améliorée à la chaleur et à l'usure contient du carbone en proportion de 0,3 à 0,5 %, du silicium en proportion de 1,0 à 1,8 %, du manganèse en proportion de 1,0 à 1,8, du chrome en proportion de 26 à 30 X, du nickel en proportion de 18 à 22 %, du cobalt en proportion de 18 à 22 %, du tungsteneenproportion de 0,5 å 6 %, du niobium en proportion de 0,5 à 4 %, le solde à 100 % consistant en fer et autres impuretés inévitables dans l'industrie; toutes les indications de pourcentage s'entendent en poids par rapport au poids total de l'acier. On indiquera maintenant les raisons qui fixent les limites supérieures et inférieures des proportions de chacun des éléments de l'acier allié selon l'invention. Pour ce qui concerne le carbone, cet élément améliore la résistance à l'usure à température ambiante et la résistance à la chaleur et à l'usure à température élevée; en effet, le carbone reste dans la structure austénitique à 11 état de solution solide et améliore la dureté de la matrice; le carbone forme des carbures avec le chrome,le molybdène et le tungstène. Lorsqu'on l'introduit en proportion dépassant 0 > 5 7 en poids, la dureté de l'acier allié augmente excessivement avecWune diminution concomitante de la ténacité et, par conséquent, des difficultés de soudure. Par contre, si on l'introduit en proportion inférieure à 0,3 % en poids on n'observe pas d'amélioration dans la résistance à L'usure. Pour ce qui concerne le silicium, et bien que cet élément soit utile en tant qu' agent désoxydant et améliore efficacement l'aptitude a la soudure et la résistance a la chaleur de l'acier allié, il y a en fait diminution de l'aptitude à la soudure et de la résistance à la chaleur si on l'utilise en proportion inférieure à 1,0 % en poids. Par contre, si on l'utilise en proportion supérieure à 1,8 7 en poids, la ténacité de l'acier allié est amoindrie et il y a également amoindrissement notable de l'aptitude à la coulée. Pour ce qui concerne le manganèse} dont les propor tions limites sont respectivement de 1,8 % au maximum et 1,0 au minimum, ces limites sont fixées par le fait que ce métal est un agent désoxydant et améliore l'aptitude à la soudure. On notera que si le manganèse est utilisé avecCa.-Si et Al > il constitue un agent désoxydant efficace. Le chrome améliore la résistance à l'oxydation à température élevée et également la résistance à l'usure. Cependant, si l'on dépasse une proportion de 30 Z en poids, il y a amoindrissement de la ténacité de l'aptitude à la coulée. Par contre, si la proportion de chrome est inférieure à 26 7 en poids, on n'observe pas d'amélioration notable dans la résistance à l'usure. Le nickel et le cobalt sont chacun nécessaires pour conférer à la matrice une structure austénitique et par conséquent améliorer la ténacité et la résistance physique à température élevée. Le cobalt est un élément motteux; d'autre part, il est souhaitable de l'utiliser en proportion aussi faible que possible,de crainte d'une fragillsation,mais cet élément est nécessaire pour améliorer la solubilité en solution solide du tungstène et également pour améliorer la dureté de la structure austé nitique;; de sorte que les limites supérieure et inférieure respectives de la proportion de cobalt sont de 22 et 18 7. L'autre élément, le nickel, stabilise la structure austénitique lorsqu'on l'utilise en proportion non inférieure à 18 7. Par contre, si on dépasse.22 Z, on ne note pas d'amé- lioration supplémentaire. Le tungstène est nécessaire pour améliorer la résistance à l'usure à température élevée. On a constaté que, pour améliorer la résistance à l'usure à 1 100 C, il était recommandé d'utiliser le tungstène en proportion de 0,5 à 3 7 on poids. Cependant, pour améliorer la résistance à l'usure à une température de 1 100 à l 200"C, il est recommandé d'utiliser une proportion de tungstène de 0,5 à 6 % en poids. Le niobium est nécessaire pour améliorer la résistance physique à température élevée. Cependant, compte tenu de la résistance à l'oxydation, le niobium est nécessaire en proportion de 2 a 4 7 pour améliorer la résistance physique 1 1000C et en proportion de 0,5 a 2 7 pour améliorer la résistance physique à 1 100 - 1 200 C. Par conséquent, les limites supérieure et inférieure respectives de la proportion de niobium seront de 0,5 4 7 en poids. Le solde des constituants de l'acier consiste en fer et autres impuretés industrielles inévitables. L'exemple suivant illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée; dans cet exemple, les indications de parties et de pourcentages s'entendent en poids sauf mention contraire. Exemple On coule un échantillon d'acier allié selon l'invention contenant 0,32 Z de carbone, 1,88 88 % de silicium, 1,24 X de manganèse, 0,007 % de phosphore, 0,006 X de soufre, 27,17 7 de chrome, 20,17 Z de nickel, 20 7 de cobalt, 1,5 7 de tungstène et 1,5 % de niobium avec une adjonction d'aluminium, comme agent désoxydant, en proportion de 12,01 7 Sur l'échantillon-d'acier obtenu, on détermine la résistance physique, la résistance à la rupture et la dureté a température élevée; ce sont les résultats de ces essais qu'on a reporté graphiquement dans les figures 1 à 3 des dessins annexés. On a soumis,l'alliage UM Co-50 aux mêmes essais et les résultats ont été également reportés dans les graphiques des figures 1 å 3. Dans ces graphiques, les échantillons de l'acier allié selon l'invention et de l'alliage UM Co-50 sont désignés respectivement par les lettres de référence A et B. Les résultats représentés graphiquement montrent clairement que acier allié selon l'invention ne présente pas les inconvénients décrits ci-dessus, de l'alliage UM Co-50. Les propriétés physiques à la température normale sont les suivantes A B Résistance a la 65,1 (kg/mm) 57,20(kg/mm) rupture Li ite élasti- 30,5 (kg/ 2) ~ Allongement å 39,8 (X) 13 O la (%) 13,0 (7) Réduction de section 30,4 (%) 18,2 (%) REVENDICATIONS Acier allié a forte résistance à la chaleur et a l'usure, caractérisé en ce qu'il contient du carbone en proportion de 0,30 9 0,50 7 > du silicium en proportion de 1,0 à 1,8 7, du manganèse en proportion de 10 à 1,8 Z, du chrome en proportion de 26 à 30 %, du nickel en proportion de 18 à 22 %, du tungstène en proportion de 0,5 à 6 %, du niobium en proportion de 0,5 a 4 %, du cobalt en proportion de 18 à 22 7, le solde consistant en fer et en impuretés, toutes ces proportions s'entendant en poids par rapport au poids total de l'acier allié. 2. Acier allié selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient de 0,5 d 3 7 de tungstène. 3. Acier allié selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient de 0,5 a 2 % de niobium. 4. Acier allié selon la revendication 1 > caractérisé en ce qu'il contient de 0,5 à 3 7 de tungstène et de 0,5 à 2 7 de niobium. 5. Acier allié selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on a en outre ajouté un agent désoxydant. 6. Acier allié selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agent désoxydant est l'aluminium. 7. Acier allié selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on a ajouté en outre un agent désoxydant. 8. Acier allié selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'agent désoxydant est l'aluminium. 9. prier allié selon la revendication 3, caractérisé en ce que lton a ajouté en outre un agent désoxydant. 10. Acier allié selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'agent désoxydant est l'aluminium. Il. Acier allié selon la revendication 4 > caractérisé en ce qu'on a ajouté en outre un agent désoxydant. 12. Acier allié selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'agent désoxydant est l'aluminium.