Brevet FR2521595A1 — publié le 19830819

Alliage non magnétique possédant une grande dureté et une bonne soudabilité. La présente invention concerne Mn acier inoxydable, austénitique, non magnétique,amélioré. Des rouleaux entratneurs sont utilisés dans les machines de coulée en continu pour extraire continuellement d'une lingotière contenant de l'acier en fusion, une brame ou une pièce analogue Quand la brame passe entre les rouleaux entraîneurs, la partie interne de la brame est encore à l'état fondu et possède une tendance à la ségré- gation pendant la solidification Par conséquent, un agi- tateur électromagnétique est prévu pour au moins un des rouleaux entraineurs afin de créer un champ magnétique mobile que traverse la brame, créant ainsi des lignes de force magnétique qui agitent la partie interne non solidi- fiée de la brame améliorant ainsi la qualité de cette partie Les rouleaux utilisés dans l'agitateur électro- magnétique possèdent de préférence la perméabilité magnétique la plus faible afin de ramener au minimum les pertes par courants de Foucault, par induction électro- magnétique,et d'augmenter l'efficacité de l'agitation électro-magnétique On exige aussi que les rouieaux à agi- tateur électromagnétique aient une dureté élevée en vue de la durabilitéet aient en outre une bonne soudabilité en vue des travaux d'entretien. Les matières utilisées jusqu'ici pour ces rouleaux comprennent l'acier O 03 C-18 r-8 Ni (AISI 304) Cependant, l'acier possède une perméabilité magnétique À) d'environ 1,006 et une dureté Vickers(VUN) d'environ 1651 et il ne donne pas pleinement satisfaction en ce qui concerne la perméabilité magnétique et la dureté, de sorte qu'il faut mettre au point des alliages non-magnétiques possédant une perméabilité magnétique plus faible, une dureté plus élevée et une soudabilité meilleure. La présente invention satisfait complètement aux conditions mentionnées ci-dessus. La présente invention a pour objet de fournir un alliage constitué essentiellement par C; 0,1-0,6 % (en poids, la même chose par la suite), O Z Si, O lement Fe et les impuretés inévitables. L'alliage de la présente invention possède la pro- priété d'être particulièrement non-magnétique en ce qui concerne sa perméabilité magnétique qui s'élève jusqu'à environ 1,005; il possède une grande dureté atteignant au minimum environ 200 VHN et une bonne soudabilité. On va donner maintenant une rapide description des dessins. La figure 1 représente un diagramme montrant la corrélation entre les fissures sous cordon de soudure et la teneur en vanadium selon l'essai type Battele de fis- suration sous cordon. La figure 2 a est une vue en plan montrant une é- prouvette utilisée dans l'essai type Battele de fissuration sous cordon. La figure 2 b est une vue en coupe prise suivant la ligne II-II de la figure 2 a. Les raisons pour lesquelles on limite les quantités des constituants du présent alliage de l'invention sont expliquées ci-après. C: 0,10,6 % Le C est un élément utile pour former l'aust*nite afin de rendre l'alliage non magnétique et il est également nécessaire pour augmenter la dureté Si le taux de C est inférieur à 0,1 %, il n'est pas assez efficace pour donner de la dureté Bien que cette influence puisse être accrue en augmentant le taux, un excès de C diminue la ténacité et conduit défavorablement a une augmentation de la perméa- bilité à travers les carbures à grains grossiers, de sorte que le taux de C doit être au maximum de 0,6 %. O comme élément formant la ferrite et augmente la perméabi- lité magnétique quand il est présent en grande quantité. Pour pallier cette influence constituant un inconvénient, le taux de Si ne doit pas dépasser 2 %. Mn: 5-15 % Le Mn est essentiel à l'alliage comme élément déso- xydant et désulfurant et aussi comme élément formant et stabilisant l'austénite pour rendre l'alliage non magnétique On désire qu'il y ait au moins 5 % de Mn pour stabiliser la phase austénitique Toutefois, si Mn est en quantité excessivement grande, l'alliage devient moins résistant à l'oxydation aux températures élevées et en outre sa dureté diminue, de sorte que la limite supérieure du taux de Mn est '15 % Cr: 5-15 % Le Cr est efficace pour améliorer la résistance à l'oxydation et augmenter la dureté Pour être complètement efficace, Cr est présent de préférence à raison d'au moins % Toutefois, à un taux élevé, Cr qui forme la ferrite rend la phase austénitique instable Par conséquent, on désire que le taux de Cr soit au maximum de 15 %. Ni: 5-13 % Le Ni est un élément très utile pour, la formation de l'austénite Il faut au moins 5 % de Ni pour la formation et la stabilisation de l'austénite Toutefois, l'augmen- tation-du taux de Ni conduit à une diminution de la dureté, de sorte que la limite supérieure pour le taux de Ni est fixée à 13 %. O forme de la ferrite et augmente alors la perméabilité magné- tique quand son taux cro$t Le taux de V dans l'alliage de la présente invention doit être par conséquent inférieur à 1 % pour maintenir la perméabilité magnétique stable à une valeur inférieure Afin de profiter de l'influence des grains fins sur l'amélioration de la ténacité, il est préférable qu'il y ait au moins 0,1 % de l'élément V puis- qu'il est efficace même à l'état de traces Comme le montre l'exemple ultérieur, la soudabilité est aussi améliorée O 10 par le taux de V ramené ainsi à moins de 1 %. O ne dépasse pas 2 % Bien qu'un de ces éléments soit utili- sable seul, les deux éléments utilisés ensembie produiront un effet synergique pour augmenter davantage la dureté. Bien qu'il ne soit pas désirable que l'alliage contienne les éléments P S etd'autres impuretés en faibles quantités, il n'y a pas d'objectionparteli$m si ces impuetés S td'une façcm initableincorporées dans l'alliage au cours d'un processus industriel de fabrication des alliages. L'alliage de la présente invention est soumis au traitement thermique de la solution de façon classique,et on laisse l'austénite sursaturée se fixer à la température ordinaire L'alliage résultant possède la propriété d'être particulièrement non-magnétique, c'est-à-dire qu'il a une faible perméabilité magnétique, et une grande dureté. L'alliage possède aussi une excellente soudabilité. La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après. Exemple 1 Les échantillons d'alliages ayant des compositions diverses,sont préparés puis soumis au traitement de la solution ( 11000 C X 3 h, refroidissement avec l'eau) et on vérifie ensuite leur perméabilité magnétique Y$) et leur dureté (VHN) On mesure la perméabilité magnétique (p)avec un perméamètre magnétique "Phorster Probe" On mesure la dureté avec un duromètre Vickers sous une charge de 10 kg. Le tableau 1 donne la composition chimique des échan- tillons, leur perméabilité magnétique et leur dureté Les échantillons N O 1 à 6 sont des alliages de la présente invention, et les échantillons n' 7 à 19 sont des alliages comparés avec ceux de l'invention en ce qui concerne la perméabilité magnétique et la dureté L'échantillon n'19 est la matière de AISI 304 qui a été utilisée d'une façon classique pour les rouleaux à agitateur électro-magné- tique Comme il ressort du tableau 1, les alliages de la présente invention (nl à 6) sont supérieurs à la matière de AISI 304 (échantillon N 019) utilisée d'habitude, aussi bien par leur propriété non-magnétique que par leur dureté. Les autres échantillons comparatifs N 07 à 18 ren- fermant des taux de certains constituants hors des plages définies dans la présente invention, sont tous inférieurs à l'alliage de la présente invention par leur propriété non-magnétique, et en outre, certains ont une dureté insuffisante malgré leur perméabilité magnétique relative- ment faible et d'autres ne sont pas satisfaisants pour leur propriété nonmagnétique malgré leur grande dureté Donc, les alliages de comparaison ne satisfont pas simultanément aux deux caractéristiques. Tableau 1 Coeposition chimique (% en poids), perméabilité magnétique et d Ureté- Perméabilité Dureté No C si Mn Cr Ni V Mo Nb magnétique Vickers (,U) (VHN) 1 0115 0170 8 ro 7 q 5 8 m 5O 50 O 1 002 216 a 0,3,2 È 180 911 810 9,5 0, 60 013 l 003 232 3 0151 O 90 9 O 8 8 9 e,2 Ot 55 0 7 1 002 ?-37 O O 4 Or 48 0184 9 _ 13M 9 " 1 O 48 O,5 1,003 231 tn O on 229 Cu > 0152 0,98 815 897 10 1 0,52 1 1 19003 6 0150 O 88 9 2 9 19 9,8 0445 Oi 8 lr 2 1 002 230 4 7 0,01 9 l 7,6 0170 ot 8 lq OO 5 172 8 0, 050180 qui 8,? 8 817 0,50 Ot 7 1 1006 174 9 O f, 520170 218 718 912 1,015 185 Oe 47 O 80 18, 2 8 t 2 8 t 6Ot 7 O O $ 6 11, 005 195 il O r 55 0190 912 3 t 5 898 O 60 017 1 ? 005 182 12 O or 7 O glo i 6 jq 0150 016 1 ro 12 205 51 718 0 60 8 3 9 1 1 9 0 40 1 ? 015 202 P 4 2 O 1 60 O 6 l' 004 14 Of 54 QI 90 816 819 17 1 T ? 172 O 0,49 O 86 8,8 812 911 017 1 005 19-2 16 0,51 0,90 8,3 816 9 e 3412 O ? 8 1 012 248 i? O 1 t 460170 8 '9 9 2 6 1 013 233 7 1 819 01 1 18 10 49 O 80 8-4-11-8-9 9,2 O 25 017 492 11014 251 018 181 11 9 ? 01 913 l 006 165 Ln 0 % Ln Cu Ln tu (Le reste étant essentiellement Fe et les impuretés inévitables). Exemple 2 On prépare des échantillons d'alliages à partir des matières O,35 C-o,75 Si-8,95 Mn-8,8 O Cr-9,0 SO Ni-0,86 Mo- 1,46 Nb-V-Fe, dans lesquels le taux de V varieet on vérifie leur soudabilité par l'essai de fissuration sous cordon type Battele A partir des échantillons ci-dessus, on obtient des éprouvettes en plaques ayant 50,8 mm de largeur (W), 76,2 mm de longueur (L) et 25,4 mm d'épaisseur (T) comme le montre les figures 2 a et 2 b On applique sur la surface de ces éprouvettes un cordon de soudure (B) ayant 31,75 mm de long Les éprouvettes munies de ce cordon de soudure sont laissées un jour et une nuit puis coupées suivant leur axe longitudinal (ligne t I-II sur la figure 2 a) Les résultats des essais sont donnés sur la figure 1 Il ressort de ces résultats, que les alliages ayant un taux de V inférieur à 1 % ne présentent pas de fissures de la soudure et par conséquent possèdent une excellente soudabilité. L'alliage de la présente invention est de grande valeur du fait qu'il possède une soudabilité particuliè- rement grande à laquelle il faut ajouter une perméabilité magnétique faible et une dureté élevée. Comme on peut voir de ce qui précède, l'alliage de la présente invention possède une perméabilité magnétique faible et une dureté élevée, ce qui le rend approprié com- me matière pour les rouleaux à agitateur électro-magné- tique utilisés dans les machines de coulée en continu Du fait que ces rouleaux à agitateurs, fabriqués à partir du présent alliage, n'agitent efficacement que la partie interne non solidifiée de la brame passant sur eux sans être aimantés eux-mêmes à cause des propriétés particulie- rement non-magnétiques, ces rouleaux donnent un rendement énergétique amélioré tout en possédant une meilleure du- rabilité due à la dureté élevée L'alliage de la présente invention possédant aussi une excellente soudabilité est par conséquent avantageux pour les travaux d'entretien. L'alliage de la présente invention est non seulement utile pour les rouleaux à agitateur électromagnétique des mchines de coulée en continu, mais il est utilisable bien entendu, pour divers autres appareils, tels que les appareils pour la fusion nucléaire, les voitures à moteur linéaire, etc, en tant qu'élément de leur constitution qui doit avoir une faible perméabilité magnétique et une grande dureté L'alliage de la présente invention convient aussi comme matière de construction en vue d'une bonne soudabilité. Il doit être bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre illustratif et non limi- tatif et que toutes variantes ou modifications peuvent y être apportées sans sortir pour autant du cadre de la présente invention, tel que défini dans les revendications ci-annexées. REVENDICATIONS 1 Alliage non-magnétique possédant une grande dureté et une bonne soudabilité constitué essentiellement par les éléments ci-dessous dans les proportions suivantes données en % en poids. C 0,1 0,6 % O reste étant essentiellement Fe et les impuretés inévi- tables. 2 Alliage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le taux de V est au moins de 0,1 % et inférieur à 1 %. 3 Alliage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit alliage est utilisé pour des rouleaux à agitateur électro-magnétique dans les machines de coulée en continu.