[0001] La présente invention a essentiellement pour objet un alliage inoxydable austénitique
et amagnétique présentant d'excellentes caractéristiques mécaniques.
[0002] On connait déjà des aciers inoxydables austénitiques at amagnétiques qui comprennent
notamment du carbone, du manganèse, du silicium, du nickel, du chrome, du molybdène,
de l'azote, ces éléments étant contenus dans l'alliage suivant diverses proportions,
le solde étant constitué par du fer et divers éléments sous forme de traces.
[0003] Mais ces alliages présentaient généralement des caractéristiques mécaniques assez
faibles.
[0004] Pour remédier à cela, on pouvait modifier l'alliage en augmentant la teneur de certains
éléments durcissants tels que molybdène ou azote par exemple, mais ces éléments ne
permettaient pas, après hypertrempe et traitement thermique approprié, d'obtenir un
ensemble de caractéristiques physiques désirables, et tout particulièrement un module
d'élasticité qui soit satisfaisant dans certaines applications pour la réalisation
de pièces nécessitant un module d'élasticité élevé.
[0005] La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant
un nouvel alliage qui présente un ensemble de caractéristiques mécaniques élevées,
et tout particulièrement un module d'élasticité élevé.
[0006] A cet effet, l'invention a pour objet un alliage inoxydable austénitique et amagnétique,
en particulier pour la réalisation de pièces de fortes épaisseurs obtenues par moulage
par gravité et/ou centrifugation, contenant notamment du carbone, du manganèse, du
silicium, du nickel, du chrome, du molybdène, et de l'azote, caractérisé en ce que,
en vue d'obtenir des caractéristiques mécaniques élevées de cet alliage et notamment
un module d'élasticité à température ambiante supérieure à 190 000 Mégapascals (MPa),
il possède la composition chimique suivante (% en poids):
Carbone .......... 0,025% - 0,15%
Manganèse .......... 6% - 12%
Silicium .......... 0,2% - 2%
Nickel .......... 5% - 8%
Chrome .......... 17% - 20%
Molybdène .......... 0,01% - 0,5%
Azote ..........0,12% - 0,30%,
le solde étant constitué par du fer et des éléments sous forme de traces.
[0007] Comme on le décrira en détail plus loin, la demanderesse a constaté que, de façon
surprenante, la valeur du module d'élasticité était fortement influencée par l'augmentation
de la teneur en manganèse dans l'alliage, en combinaison avec l'azote qui, pris séparément,
n'est pas suffisant pour parvenir à des valeurs de module d'élasticité élevées.
[0008] Suivant une autre caractéristique de l'alliage selon cette invention, la teneur en
manganèse est de préférence comprise entre 8 et 12% en poids, tandis que la teneur
en azote est de préférence comprise entre 0,20 et 0,30% en poids.
[0009] L'alliage suivant cette invention est encore caractérisé en ce qu'il présente à la
température ambiante une résistance à la traction supérieure ou égale à 550 MPa, une
limite élastique à 0,2% supérieure ou égale à 260 MPa, un allongement (5d) supérieur
ou égal à 35%, une résilience (ISO-V) supérieure ou égale à 80 joules, un module d'élasticité
à 150 MPa supérieur ou égal à 190000 MPa, et une perméabilité magnétique relative
inférieure ou égale à 1,05.
[0010] On précisera encore ici que cet alliage, à une température égale à 343°C, présente
une limite élastique à 0,2% qui est supérieure ou égale à 120 MPa.
[0011] En outre, cet alliage présente une résistance satisfaisante à un essai de corrosion
consistant à :
-sensibiliser l'alliage à une température de 700°C pendant 30 minutes,
-refroidir ensuite l'alliage dans le four jusqu'à 500°C,
- le sortir du four pour le laisser se refroidir à l'air,
- le soumettre pendant 72 heures dans une solution aqueuse à ébullition constituée
de 10% de CuS₀₄. 5H₂O et de 10% de H₂SO₄ (d = 1,83), et
- plier l'éprouvette à 90° sur un mandrin de diamètre égal à deux fois l'épaisseur
de l'éprouvette.
[0012] La demanderesse a réalisé un certain nombre d'alliages A à H comportant notamment
du carbone, du manganèse, du silicium, du nickel, du chrome, du molybdène et de l'azote,
selon les proportions exprimées en pourcentage en poids et données dans le tableau
I qui suit.

[0013] Les alliages A à H se présentaient sous la forme de plaques moulées par gravité et
présentant une épaisseur d'environ 350 mm, et dans lesquelles on a prélevé à coeur
des éprouvettes (A à H) dont les caractéristiques mécaniques et physiques sont consignées
dans le tableau II qui suit.

[0014] Les deux tableaux I et II appellent les commentaires suivants.
a) influence de l'azote:
[0015] On voit sur le tableau I que ce qui différencie esssentiellement les alliages A et
B, est la teneur en azote.
[0016] Si l'on se reporte maintenant au tableau II, on voit que l'alliage A ayant une teneur
en azote supérieure à celle de l'alliage B, l'alliage A possède des caractéristiques
mécaniques ainsi qu'un module d'élasticité plus élevés que ceux de l'alliage B.
b) influence du manganèse:
[0017] Si l'on compare les alliages A et C du tableau I, on constate qu'ils comportent une
teneur en manganèse différente, l'alliage C comportant environ 2% de plus de manganèse
que l'alliage A.
[0018] Si maintenant l'on se reporte au tableau II, on voit que les caractéristiques mécaniques
de l'alliage C sont supérieures à celles de l'alliage A. Mais il est surtout important
de remarquer que, d'une façon surprenante, le modèle d'élasticité de l'alliage C est
nettement supérieur à celui de l'alliage A, et cela alors que la teneur en azote de
l'alliage A et de l'alliage C est sensiblement la même comme on le voit en revenant
au tableau I.
[0019] Il apparaît donc que l'augmentation de la teneur en manganèse (alliages A et C) procure
d'une façon surprenante, un accroissement important du module d'élasticité qui atteint
des valeurs supérieures à 190 000 Mégapascals, ce qui n'a jamais été obtenu dans les
alliages moulés inoxydables austénitiques et amagnétiques de l'art antérieur, lesquels
alliages sont précisément ceux qui sont concernés par la présente invention.
[0020] Il est donc tout à fait surprenant qu'en augmentant spécifiquement le manganèse et
pour une même teneur en azote, on obtient un accroissement très notable du module
d'élasticité de l'alliage, car la substitution d'une partie du fer et du nickel par
le manganèse ne modifie en rien le réseau cristallin de la phase austénitique. Par
conséquent, il n'était nullement évident de prévoir l'influence du manganèse sur le
module d'élasticité. En effet, l'idée initiale d'augmenter la teneur en manganèse
dans l'alliage avait pour but d'augmenter la solubilité de l'azote dans l'alliage
afin de durcir cet alliage, mais on ne s'attendait absolument pas à ce que l'accroissement
de la teneur en manganèse, pour une même teneur en azote, comme expliqué précédemment,
procure un accroissement surprenant de la valeur du module d'élasticité.
[0021] Autrement dit, l'ajout de manganèse initialement destiné à assurer la solubilité
de l'azote jusqu'à 0,3% dans l'alliage, en particulier pour éviter les défauts gazeux
dans les pièces moulées de fortes épaisseurs, améliore considérablement la valeur
du module d'élasticité. Cette amélioration est particulièrement marquée lorsque la
teneur en manganèse de l'alliage contenant environ 0,2% d'azote est égale ou supérieure
à environ 8%.
[0022] Par ailleurs, on ajoutera encore ici qu'un alliage d'acier inoxydable austénitique
et amagnétique conforme à l'invention présente des valeurs de limite élastique à 343°C
qui sont supérieures à 120 MPa, ces valeurs n'ayant jusqu'à présent jamais été obtenues
avec des alliages d'aciers moulés austénitiques inoxydables et amagnétiques.
[0023] Le tableau III suivant illustre des valeurs de limite élastique à 343°C pour les
alliages B, C, D, et E ci-dessus mentionnés.

[0024] Enfin, on remarquera que les alliages selon cette invention, et tout particulièrement
l'alliage G du tableau I présente une excellente résistance à la corrosion.
[0025] Les essais de corrosion ont été effectués en suivant la procédure décrite précédemment.
[0026] On a donc réalisé suivant l'invention un alliage inoxydable austénitique et amagnétique
qui présente d'excellentes caractéristiques physiques et mécaniques, et notamment
un module d'élasticité élevé, qui peut être moulé par gravité et par centrifugation
pour réaliser des pièces de fortes épaisseurs dans lesquelles on retrouve exactement
toutes les caractéristiques physiques et mécaniques de l'alliage dans toute la masse
de ces pièces moulées, qui est usinable et facilement soudable, et qui permet la réalisation
de pièces quelconques qui peuvent par exemple atteindre 5 ou 6 tonnes et comporter
des épaisseurs de paroi supérieures à 400 mm, comme cela est par exemple le cas des
éléments de superstructure des accélérateurs de particules.
[0027] Bien entendu, l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques
des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant
son esprit.
1. Alliage inoxydable austénitique et amagnétique, en particulier pour la réalisation
de pièces de fortes épaisseurs obtenues par moulage par gravité et/ou centrifugation,
contenant notamment du carbone, du manganèse, du silicium, du nickel, du chrome, du
molybdène et de l'azote, caractérisé en ce que, en vue d'obtenir des caractéristiques
mécaniques élevées de l'alliage et notamment un module d'élasticité à température
ambiante supérieur à 190 000 Mégapascals, il possède la composition chimique suivante
(% en poids) :
Carbone .......... 0,025% - 0,15%
Manganèse .......... 6% - 12%
Silicium .......... 0,2% - 2%
Nickel .......... 5% - 8%
Chrome .......... 17% - 20%
Molybdène .......... 0,01% - 0,5%
Azote .......... 0,12% - 0,3%,
le solde étant constitué par du fer et des éléments sous forme de traces.
2. Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une teneur en
manganèse de préférence comprise entre 8 et 12%, et une teneur en azote de préférence
comprise entre 0,2 et 0,3%.
3. Alliage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il présente à température
ambiante, une résistance à la traction égale ou supérieure à 550 Mégapascals, une
limite élastique à 0,2% égale ou supérieure à 260 Mégapascals, un allongement (5d)
égal ou supérieur à 35%, une résilience supérieure ou égale à 80 joules, un module
d'élasticité supérieur ou égal à 190 000 Mégapascals et une perméabilité magnétique
relative inférieure ou égale à 1,05.
4. Alliage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'à une température égale
à 343°C, il présente une limite élastique à 0,2% supérieure ou égale à 120 Mégapascals.
5. Alliage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il présente une résistance
ou un comportement satisfaisant à l'essai de corrosion consistant à sensibiliser l'alliage
à une température de 700°C pendant 30 minutes, refroidir ensuite l'alliage au four
jusqu'à 500°C, sortir l'alliage du four pour le laisser se refroidir à l'air jusqu'à
la température ambiante, soumettre l'alliage pendant 72 heures à une solution aqueuse
à ébullition de 10% de CuSO₄. 5H₂O et de 10% de H₂SO₄, et à plier à 90° l'éprouvette
sur un mandrin de diamètre égal à deux fois l'épaisseur de ladite éprouvette.