La présente invention a essentiellement pour objet un acier inoxydable austénitique et amagnétique présentant d'excellentes caractéristiques mécaniques.
On connait déjà des aciers inoxydables austénitiques et 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.
Mais ces aciers présentaient généralement des caractéristiques mécaniques assez faibles.
Pour remédier à cela, on pouvait modifier l'acier 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.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un nouvel acier qui présente un ensemble de caractéristiques mécaniques élevées, et tout particulièrement un module d'élasticité élevé et une perméabilité magnétique très faible.
Le document "Stahlschlüssel" (C.W. WEGST), 1983, décrit une nuance d'acier dénommée " Z3 CMN 18.8.7 Az-M" sans indication de propriétés qui seraient spécifiques à la composition chimique de cette nuance.
L'invention a pour objet un acier inoxydable austénitique et amagnétique, pour la réalisation de pièces de fortes épaisseurs obtenues par moulage possèdant la composition chimique suivante (% en poids):
le solde étant constitué par du fer et des éléments sous forme de traces, ledit acier possédant un module d'élasticité à température ambiante supérieure à 190.000 Mégapascals et une perméabilité magnétique inférieure ou égale à 1,01.
Comme on le décrira 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.
L'acier 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%, et une résilience (ISO-V) supérieure ou égale à 80 joules.
On précisera encore ici que cet acier, à une température égale à 343°C, présente une limite élastique à 0,2% qui est supérieure ou égale à 120 MPa.
En outre, cet acier présente une résistance satisfaisante à un essai de corrosion consistant à:
- sensibiliser l'acier à une température de 700°C pendant 30 minutes,
- refroidir ensuite l'acier 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 CuSO₄.5H₂O 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.
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.
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.
Les deux tableaux I et II appellent les commentaires suivants.
On voit sur ces tableaux qu'une augmentation des teneurs en Mn et N pour des teneurs en Mn supérieures à 9,3% procure à l'acier un module d'élasticité supérieur à 190.000 MPa. A cet égard, on observera que les alliages A à C ne font pas partie de la présente invention.
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 9,3%.
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.
Le tableau III suivant illustre des valeurs de limite élastique à 343°C pour les alliages B,C,D, et E ci-dessus mentionnés.
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.
Les essais de corrosion ont été effectués en suivant la procédure décrite précédemment.
On a donc réalisé suivant l'invention un acier 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'acier 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.