Brevet FR2522017A1 — publié le 19830826

Acier coulé inoxydable à deux phases ayant une résistance élevée à la fatigue par corrosion. La présente invention concerne un acier coulé îno- xydable amélioré ayant une structure à deux phases ferrite- austénite, et plus particulièrement à un acier coulé inoxydable ferrite-austénite ayant une résistance élevée à la fatigue par corrosion et une résistance élevée à la corrosion par piquage. Les aciers coulés inoxydables ayant la structure à deux phases ferriteausténite sont connus comme étant des matériaux qui ont une excellente limite élastique et une très bonne résistance à la corrosion du fait de leurs caractéristiques de structure, et ils sont large- ment utilisés comme pièces des machines o la limite élastique et la résistance à la corrosion sont néces- saires Cependant, les matériaux usuels conformes aux normes Japanese Industrial Standard (appelé ci-après JIS) tels que le SCS 11 ( 25 Cr-5 Ni2 Mo) ou le JIS SCS 14 ( 18 Cr-12 Ni-2,5 Mo) ne sont pas suffisants pour la résistance à la fatigue par corrosion sous atmosphère corrosive contenant des ions chlore, et la détérioration du matériau est accélérée au stade préliminaire de l'utilisation quand on utilise le matériau dans des conditions d'efforts répétés et ainsi le matériau manque de stabilité pour pouvoir être utilisé dans les pièces de construction. Ainsi, pour les'matériaux usuels, il existe des problèmes de durabilité et de stabilité quand on les utilise dans les applications o une résistance élevée à la fatigue par corrosion est nécessaire en même temps qu'une grande limite élastique et une résistance élevée à la corrosion, telles que les rouleaux aspirants uti- lisés dans le procédé de fabrication du papier, les pompes à eau de mer ou d'autres appareils chimiques. La présente invention résout ces problèmes. La présente invention a pour objet de fournir un acier coulé inoxydable à deux phases ferrite-austénite ayant une résistance a la fatigue par corrosion améliorée et une excellente résistance à la corrosion en même temps qu'une limite élastique accrue. De manière spécifique, la présente invention présente un acier 'oulé inoxydable à deux phases contenant jusqu'à 0,l%de C (en poids, de même ciaprès), jusqu'à 2,0 % de Si, jusqu'à 2,0 % de Mn, 22,0 à 27,0 % de Cr, 5, 0 à 9,0 % de Ni, 1,1 à 2,5 % de Mo, 0,5 à 2,5 % de Cu, 0,5 à 2,0 % de Co, 0,5 & 2,0 % de V, le reste étant pratiquement Fe et les impuretés inévitables. La présente invention contient un ou plusieurs de ces éléments: 0,05 à 2, 0 % de Nb et/ou de Talet 0,01 à 0,5 % de Ti, en plus des éléments cités ci-dessus, si nécessaire, afin de renforcer encore les propriétés du matériau. L'acier inoxydable selon la présente invention a une résistance élevée a la fatigue par corrosion et une excel- lente résistance à la corrosion. L'acier inoxydable selon la présente invention convient bien comme matériau destiné a être utilisé dans les rouleaux aspirants de la fabrication du papier, dans les appareils chimiques, les parties de pompe et les équipements de traitement de l'eau de mertqui sont uti- lis 6 S dans un environnement corrosif contenant des ions chlore. Les raisons pour lesquelles on spécifie la compo- sition chimique de l'acier coulé inoxydable de la présente invention sont décrites ci-dessous en détails (Les pourcentages sont tous en poids). C: jusqu'à 0,1 %. Le C est un élément pour la formation de l'austénite, puissantet il sert à renforcer la matrice en étant incor- poré dans la phase austénitique sous forme d'une solution solide Cependant, lorsque la teneur en C augmente, il se forme des carbures sous forme de Cr 23 C 6 qui consomment Cr, lequel est utile pour améliorer la résistance à la cor- rosion, entraînant une résistance réduite à la corrosion. En plus, une précipitation abondante des carbures est préjudiciable pour la tenacité A cause de cela, la teneur en C ne doit pas dépasser 0,1 % En même temps, lors de la coulée des produits en acier a paroi épaisse, de grandes dimensions, comme un long moment est nécessaire jusqu'à l'achèvement de la solidification de l'acier liquide, l'augmentation de la précipitation de ces carbures et leur ségrégation peut être facilement favorisée dans le processus de solidification La teneur en C va donc jusqu'à 0,05 % pour le moulage des produits en acier coulé ci-dessus La limite inférieure de la teneur doit être seulement de l'ordre d'une trace, de sorte qu'un léger effet de formation d'austhnite puisse être obtenu. Si: jusqu'à 2,0 %" Le Si est un désoxydant puissant et il contribue aussi à améliorer la coulabilité Cependant, une grande quantité de Si conduit à la détérioration des propriétés du matériau telles que la fragilité La limite supérieure de Si est donc de 2,0 % La limite inférieure de la teneur doit être seulement de l'ordred'une trace pour obtenir un effet accr U de désoxydation ou sur la coulée. Mn: jusqu'à 2,0 %. Le Mn a un puissant effet désoxydant et désulfu- risant et il améliore aussi la coulabilité Cependant, une grande quantité de Mn diminue la résistance à la corro- sion La limite supérieure de Mn est donc de 2,0 % La limite inférieure de la teneur doit être seulement de l'ordre d'une trace pour permettre un effet amélioré de désoxydation, de désulfuration ou sur la coulée. Cr: 22,0 à 27,0 %. Le Cr est un élément formant la ferrite, et il est un élément de base indispensable pour augmenter la résistance en formant la phase ferrite et pour obtenir la résistance a la corrosion sous forme de l'acier ino- xydable Au moins 22,0 % sont nécessaires comme teneur pour assurer une résistance élevée et une résistance élevée à la corrosion Bien que les effets soient accrus lorsque la teneur est augmentée, à des taux plus élevés, la ténacité est sacrifiée La limite supérieure est donc établie a 27,0 %. Ni: 5,0 à 9,0 %. Le Ni est un élément formant l'austénite et il améliore notablement la ténacité et la résistance à la corrosion Sa teneur doit être équilibrée avec le Cr pour déterminer le rapport de la quantité de ferrite et de la quantité d'austénite de la structure a deux phases. Dans la présente invention, afin de maintenir des carac- téristiques excellentes,telles qu'une résistance élevée à la corrosion, une grande ténacité et une forte résis- tance, dans un équilibre quantitatif approprié des deux phases, la teneur en Ni est réglée entre 5,0 et 9,0 % par rapport à la teneur en Cr. Mo: 1,1 à 2,5 %, Le Mo améliore fortement la résistance à la corro- sion, en particulier à la corrosion fissurante et à la corrosion par piquage Quand la teneur est inférieure a 1,1 %, son effet est insuffisant, ou;quand elle est supé- rieure à 2,5 %, le matériau peut être détérioré du fait de la réduction de la ténacité et de l'augmentation de la précipitation de la phase 6 Par suite, la teneur de Mo doit être limitée dans un domaine compris entre 1, 1 et 2,5 %. Cu: 0,5 à 2,5 %. Le Cu sert à renforcer la matriceen étant incorporé dans la phase austénitique sous forme d'une solution solide, et il augmente ainsi la résistance de l'acier et améliore aussi la résistance à la corrosion vis à vis d'acide non oxydé Il faut au moins 0,5 % pour obtenir ces effets, mais des teneurs plus levées peuvent entraîner une dété- rioration du matériau comme la fragiltté, due à la préci- pitation de composés intermétalliques Par suite, la limite supérieure est établie à 2,5 %. Co: 0,5 à 2,0 %. Le Co contribue à renforcer la matrice en étant incorporé dans la phase austénitique sous forme d'une solution solide et il augmente ainsi la résistance de l'acier et améliore aussi la résistance à la fatigue par corrosion Avec moins de 0,5 % de Co présent, l'effet ne sera pas suffisant, tandis que des quantités supérieures à 2,0 % ne donneront pas un effet accru de manière corres- pondante La teneur en Co est donc de 0,5 à 2,0 %. V: 0,5 à 2,0 %. Le V est efficace pour rendre la structure gra- nulaire plus fine et aussi pour améliorer la résistance et la résistance à la fatigue par corrosion Les effets ne sont pas suffisants quand la teneur est inférieure à 0,5 %,et les effets augmentent au fur et à mesure que la teneur devient plus grande jusqu'à ce qu'ils se fixent pratiquement pour une teneur de 2,0 % La teneur en V est donc comprise entre 0,5 et 2,0 %. L'acier coulé inoxydable selon la présente inven- tion peut contenir, à côté des éléments ci-dessus, un ou plusieurs types d'éléments Nb et/ou Ta et Ti. Nb et/ou Ta: 0,05 à 2,0 %. Le Nb fixe le carbone dans l'acier du fait d'une forte affinité pour le carbone, et il augmente la résis- tance à lacorrosion, en particulier la résistance à la corrosion aux joints des grains en empêchant la précipi- tation du carbure comme Cr 23 C 6 Le Nb contribue aussi au raffinage du grain dans l'acier Les effets ne sont pas suffisants quand la teneur en Nb est inférieure à 0,05 %. D'autre part, des quantités supérieures à 2,0 % ne donne- ront pas un effet amélioré de manière correspondante lia- bituellement, le Nb contient inévitablement Ta qui a le même effet que le Nb Le Nb peut donc être remplacé par le Ta Quand le Nb contient du Ta, la quantité combinée de Met de Ta peut être par conséquent de 0,05 a 2,0 %. Ti: 0,01 à 0,5 %, Le Ti se combine avec le carbone pour empêcher la précipitation de Cr 23 C 6, améliorant ainsi la résistance & X corrosion aux joints des grains, et il a aussi un effet sur le raffinage du grain Quand la teneur de Ti est inférieure à 0,01 %, on n'obtient pas un effet suffisant. En dépassant 0,5 %, au contraire, les effets se fixent et la ténacité peut être diminuée La teneur de Ti est donc comprise entre 0,01 et 0,5 %. l En outre, le P, le S et les autres éléments formant des impuretés inévitablement mélangées dans le procédé de fusion industriel doivent être à un taux aussi faible que possible, mais ils peuvent 'être admis dans une marge technique habituelle Par exemple, quand la teneur de S va jusqu'à 0,04 % et celle de P jusqu'à 0,04 %, les objectifs de la présente invention ne sont pas compromis. La présente invention est illustrée par l'exemple descriptif et non limitatif ci-après. Exemple Les alliages ayant la composition indiquée dans le tableau 1 sont fondus, coulés, chauffés à 1100 C pendant 2 heures sous forme d'un traitement de solution solide et trempés pour obtenir des échantillons Chaque échantil- lon est mesuré en ce qui concerne la limite élastique de O,2 %, la résistance à la traction, l'allongement, la résistance au choc, la résistance a la fatigue par cor- rosion et le potentiel préventif de corrosion par piquage. Les résultats des mesures sont indiqués dans le tableau 2. Une limite élastiquede 0,2 % indique une limite élastique quand un allongement permanent de 0,2 % se produit dans un essai de traction. La résistance au choc est déterminée avec le "Charpy Impact Testing Equipment" avec une éprouvette N 4 comme indiqué dans les JIS. La résistance à la fatigue par corrosion est mesurée avec la machine basculante pour essai de fatigue par flexionld'0 nodans une solution corrosive (p H 3,5) contenant des ions chlore (C 1) à 1000 ppm et des ions sulfate ( 504 O) à 250 ppm Les résultats indiqués dans le tableau 2 se rapportent à la limite de durabilité (Pa) dans 108 cycles de répétition dans l'essai. Le potentiel préventif de corrosion par piquage (V, ECS (électrode aucalomel saturé)), représentant la résistance à la corrosion par piquage, se rapporte au potentiel à l'intersection avec la courbe de polarisa- tion originale quand on trace la courbe à l'envers après traçage de la couÈbe jusqu'à + 2 V, ECS,à la vitesse de traçage de 240 s/V dans la même solution corrosive que dans l'essai ci-dessus Plus ce potentiel est élevé, plus la résistance à la corrosion par piquage est grande. Les échantillons N 1 à 3 sont l'acier coulé de la présente invention,et les échantillons N 10 à 12 sont l'acier coulé comparés avec ceux de l'invention Le N 11 est le matériau habituellement utilisé équivalent au JIS SCS 11 et le N 12 est le matériau habituellement utilisé équivalent au JIS SCS 14. Ns c>. No C si Mn P S Ni Or Mo Ou Co V 1 0,06 0,63 0,69 0,015 0,014 6,80 24,19 1,52 0,75 0788 0,68 -H 2 0,04 0,80 0,88 0,017 0,013 7,20 251,52 1,80 0,55 0,75 0,70 ' O a 3 0,07 1,12 1,00 0,020 0,015 8,18 26,50 1, 70 1,52 1,08 0,56 0,08 0,96 0,67 0,025 0,011 5,x 27 23,73 0,77 0,75 0,72 0,54 f O il 01,06 1,20 0,86 0,020 0,010 8,50 25,20 1,20 12 0,03 0,96 0,90 0,019 0,009 10,51 20,03 2,57 oe ,10 9-1 N OT It-IOCS OT'E"Scz T 9 9 (D OT'ZJZ 6 î 79 LO 9 01, 9 "qz> 9010 O' OT'6 'LOT cg O o,'sz 01, 16 9 1 oi, 6 p O T 1.010 9 9 9 02 1 9 OT'C'6 úT Z 9980 t'go Or'O'L 99 oisllzç c 9 9 9 JT OT'C'LET O"Zú 'O" 999 01,0 915 Z 9 9 CD t Z"T 01,>JzúT olez 9 o Tépd> 69 9 OT'V " M, (Sm A) asimb-cci aed (, ecl) %Z "O ON UOTSOMOD ap rmreox:rccl tt Dd D(DQD nie queue 'e T 19 anbt T-4 ua Ag d' rbr D ST Sga qs-L Tgi -X a 74 L; le T -UOTTV Eq Uty 4STS " aq TWTU Ta T,4 u 940 cl aoue'4 s Tsgd r_ r- CD cm (M tn cm % O s Tvssa s OP slvq Tnsgu Z nv O Tqul Ainsi que cela apparaît dans les résultats, les aciers coulés selon la présente invention présentent une bien meilleure résistance A la fatigue par corrosion que les aciers de comparaison dans un environnement corrosif contenant des ions chlore, et la résistance a la corrosion par piquage représentée par le potentiel. préventif de corrosion par piquage est extrêmement bonne par rapport aux aciers de comparaison des échantillons N 10 et 11 Quant aux propriétés mécaniques comme la liÉite élastique, la résistance à la traction, l'allon- gementet la résistance au choc, les aciers de la présente invention sont égaux ou supérieurs aux aciers de compa- raison du point de vue résistance et ténacité Ceci indique que les caractéristiques dominantes du présent acier peuvent être obtenues seulement quand les éléments mentionnés ci-dessus sont conjointement présentsen des quantités se trouvant dans les intervalles indiqués, dans l'acier coulé inoxydable ayant une structure a deux phases ferriteausténite établissant Fe-Cr-Ni comme éléments de base. Ainsi, les aciers coulés inoxydables à deux phases de la présente invention sont excellents dans la résis- tance a la corrosion, la résistance, la ténacité, et la résistance a la fatigue par corrosion, et ils assurent une stabilité et une durabilité surpassant celles des matériaux habituels comme pièces des machines et équi- pements o toutes les caractéristiques de matériau indiquées ci-dessus sont simultanément nécessaires, tels quales rouleaux de fabrication du papier, les matériaux d'appareils chimiques, les parties de pompe et les matériaux d'équipement pour traitement de l'eau de mer. Il doit être bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif, et que toute variantes ou modifications peuvent y être apportées sans sortir pour autant du cadre général de la présente invention, tel que défini dans les revendications ci-annexées. ep REVENDICATIONS 1 Acier coulé inoxydable à deux phases ayant une résistance élevée à la fatigue par corrosion, caractérisé par le fait qu'il consiste essentiellement en les compo- sants ci-après dans les proportions suivantes exprimées en % en poids: 0 c C 0,1 O V 0,5 2,0, le reste étant pratiquement Fe et les impuretés inévi- tables. 2 Acier coulé inoxydable à deux phases selon la revendications 1, caractérisé par le fait qu'au moins un des éléments: Nb et/ou Ta 0,05 2,0 Ti 0,01 0,5 est en outre contenu en termes de % en poids. 3 Acier coulé inoxydable à deux phases selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la teneur de C va jusqu'à 0,05 % en poids.