Alliage à faible teneur en nickel résistante à températures élevées

Description

[0001] La présente invention appartient au secteur de la métallurgie et concerne en particulier un alliage à base de fer, de chrome et d'aluminium (FeCrAl) ayant une teneur en nickel inférieure à 3 % en poids. L'alliage de la présente invention possède des propriétés améliorées en matière de résistance à températures élevées (800-1200°C), ainsi que de résistance chimique à des agents corrosifs.

[0002] Les superalliages sont divisés en trois grands groupes : les alliages à base de nickel, les alliages à base de cobalt et les alliages à base de fer-nickel. Les superalliages à base de nickel et à base de cobalt présentent une ténacité élevée, une bonne résistance à la corrosion et au travail à des températures élevées et leur prix est bien supérieur à celui des alliages à base de fer-nickel.

[0003] Les superalliages à base de fer-nickel, du type FeNi classiques, contiennent normalement entre 20 % et 30 % en poids de nickel et entre 13 % et 22 % en poids de chrome et sont très utiles dans des applications à températures élevées, en raison de leur bonne résistance à la corrosion. Ces alliages sont utilisés dans des résistances électriques, des parties de pots catalytiques automobiles et font partie des propres fours de traitement thermique de pièces métalliques.

[0004] Par ailleurs, les alliages du type FeCrAl, ayant une résistance élevée à des températures comprises entre 900°C et 1100°C environ forment, à des températures élevées et dans la majeure partie des atmosphères, une couche adhésive et imperméable qui est essentiellement constituée d'Al₂O₃. Cet oxyde protège le métal contre les oxydations, ainsi que contre d'autres types de corrosion, tels que la cémentation, la sulfuration et similaires.

[0005] On sait dans la technique qu'un alliage qui ne contient que du fer, du chrome et de l'aluminium possède une faible résistance mécanique aux températures élevées et tend à se fragiliser lorsqu'il est refroidi à de basses températures, une fois qu'il a été soumis à des périodes relativement longues de températures élevées. Ceci provient fondamentalement de la croissance du grain. Ce problème a été résolu dans la technique antérieure par la formation par précipitation d'inclusions intermétalliques dans la microstructure de l'alliage, permettant d'obtenir un effet de durcissement et d'homogénéisation de la structure par précipitation.

[0006] Il existe actuellement sur le marché divers alliages FeNi qui présentent des propriétés adéquates de résistance mécanique aux températures élevées, mais ces alliages FeNi contiennent des quantités élevées de nickel dans leur composition (> 20 % en poids). En raison de cette teneur élevée en nickel, ces alliages sont très coûteux et sont sujets à la forte fluctuation du prix du nickel sur le marché mondial.

[0007] D'autres alliages à base de fer sont connues dans l'état de la technique, comme par exemple, celui qui divulgue le document DE 102 33 624 A1 qui contient (en poids) un 0,28% de silicium, un 0,29% de nickel, un 18,9% de chrome et un 4,94% d'aluminium.

[0008] Au vu de ce qui précède, il est souhaitable d'obtenir un alliage FeCrAl qui présente une faible teneur en nickel, mais qui présente les propriétés mécaniques souhaitables pour des applications à températures élevées, permettant ainsi une amélioration du prix de l'alliage.

[0009] De ce fait, l'objectif de la présente invention est de proposer un alliage du type FeCrAl selon la revendication 1, qui a une faible teneur en nickel (inférieure ou égale à 3 % en poids) et qui présente une meilleure résistance mécanique à températures élevées que les alliages FeCrAl connus jusqu'ici et qui présentent un comportement intermédiaire entre les superalliages à base de nickel ou à base de cobalt et les alliages à base de fer-nickel avec forte teneur en nickel qui sont disponibles sur le marché, permettant d'améliorer son prix de commercialisation.

[0010] L'alliage à base de fer de la présente invention comprend 15 % à 20 % en poids de chrome, 4 % à 8 % en poids d'aluminium, 1,5 % à 3 % en poids de nickel et 0,2 % à 0,3 % de silicium. Par ailleurs, l'alliage de la présente invention contient des fractions minoritaires de Y (0,5-1 % en poids), Hf (0,3-1 % en poids), Ru (0,05-0,2 % en poids) et La (0,02-0,07 % en poids).

[0011] L'alliage de la présente invention peut être préparé au moyen de n'importe quel procédé connu dans la technique. Il peut en particulier être préparé par fusion dans un four à arc électrique. Le mélange de fusion est préparé directement, en mélangeant les matériaux à utiliser sous forme de grenaille.

[0012] Les pièces obtenues sont ensuite soumises à différents traitements superficiels d'oxydation et à un traitement massique de trempe en vue d'améliorer les propriétés mécaniques.

[0013] L'alliage de la présente invention présente une meilleure résistance mécanique à températures élevées (800-1200°C) que les alliages FeCrAl classiques.

[0014] La présente invention est décrite ci-après en plus amples détails en référence à un exemple de réalisation. Cet exemple n'a toutefois pas pour but de limiter la portée technique de la présente invention.

Exemple : Préparation d'un alliage du type FeCrAl selon la présente invention

[0015] Un alliage à base de fer selon la présente invention a été préparé par fusion dans un four à arc électrique, en accomplissant plusieurs refontes des éprouvettes pour assurer leur homogénéité.

[0016] L'alliage obtenu a ensuite été soumis à un essai de fluage à température élevée (>1000°C), avec une charge constante de 2,8 MPa pendant 1 070 heures. Pour comparaison, on a utilisé un alliage du commerce (800HT) ayant la composition suivante : 30-35 % en poids de Ni, 39,5 % en poids de Fe, 19-23 % en poids de Cr, 0,85-1,2 % en poids d'Al et 1,0 % en poids de Si. La déformation finale de l'alliage RFT selon la présente invention était de 4 % et celle de l'alliage du commerce 800HT était de 9 % .

[0017] Le fluage à des températures élevées a donné des résultats très similaires sur les deux alliages, malgré le fait que l'alliage 800HT contienne une proportion de nickel (30-35 % en poids) bien supérieure à celle de l'alliage de la présente invention (2 % en poids). D'autre part, la rupture tend à se produire plus rapidement pour l'alliage 800HT que pour l'alliage de la présente invention.

[0018] En conclusion, l'alliage de la présente invention présente un meilleur comportement mécanique à températures élevées que les alliages FeCrAl classiques malgré une teneur en nickel bien inférieure.

Revendications

1. Alliage résistant à des températures élevées, à base de fer (le pourcentage en poids restant pour arriver au 100 %), qui contient une concentration en chrome dans la plage de 15 % à 20 % en poids, une concentration en aluminium dans la plage de 4 % à 8 % en poids, une concentration en silicium dans la plage de 0,2 % à 0,3 % en poids et une concentration en nickel inférieure ou égale à 3 % en poids, caractérisé en ce qu'il comprend en outre Y (0,5-1 % en poids), Hf (0,3-1 % en poids), Ru (0,05-0,2 % en poids) et La (0,02-0,07 % en poids).

2. Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la déformation de l'alliage à un essai de fluage à température plus élevée (>1000°C) avec une charge constante de 2,8 Mpa pendant 1070 heures est de 4%.

Ansprüche

1. Legierung, die gegen erhöhte Temperaturen beständig ist, auf der Basis von Eisen (restlicher Gewichtsprozentsatz, um 100 % zu erreichen), die eine Chromkonzentration im Bereich von 15 bis 20 Gewichts-%, eine Aluminiumkonzentration im Bereich von 4 bis 8 Gewichts-%, eine Siliziumkonzentration im Bereich von 0,2 bis 0,3 Gewichts-% und eine Nickelkonzentration, die geringer als oder gleich 3 Gewichts-% ist, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem Y (0,5 - 1 Gewichts-%), Hf (0,3 - 1 Gewichts-%), Ru (0,05-0,2 Gewichts-%) und La (0,02-0,07 Gewichts-%) umfasst.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung der Legierung bei einem Kriechversuch bei höherer Temperatur (> 1000 °C) mit einer konstanten Belastung von 2,8 MPa während 1070 Stunden 4 %beträgt.

Claims

1. High-temperature resistant alloy, iron based (remaining weight percentage to reach 100%), containing a chrome concentration in the range of 15 wt% to 20wt%, an aluminium concentration in the range of 4 wt% to 8wt%, a silicon concentration in the range of 0.2 wt% to 0.3 wt% and a nickel concentration less or equal to 3wt%, characterized in that it further comprises Y (0.5-1 wt%), Hf (0.3-1 wt%), Ru (0.05-0.2 wt%), and La (0.02-0.07 wt%).

2. Alloy, according to claim 1, characterized in that deformation of the alloy in a creep test at hugh temperatures (>1000°C) with a constant load of 2.8 Mpa for 1070 hours is 4%.