[0001] L'invention concerne un alliage à base de fer à haute limite élastique résistant
à la corrosion par l'eau de mer calme ou agitée, les boues marines, le brouillard
salin et les eaux saumâtres.
[0002] Pour la fabrication de certaines pièces destinées à une utilisation de longue durée
en milieu sous-marin, par exemple les pièces destinées à équiper les'câbles de télétransmission
sous-marins, il est nécessaire d'utiliser des aciers inoxydables ou des alliages extrêmement
résistants à la corrosion par l'eau de mer ou par les boues déposées sur les fonds
marins sur lesquels viennent reposer les câbles de télétransmission dont on attend
une utilisation de très longue durée.
[0003] Certaines pièces associées aux câbles sous-marins sont soumises au cours de leur
pose au fond des mers et océans ou au cours de leur remontée pour des travaux de vérification
ou d'entretien à des contraintes extrêmement importantes qui dépendent de la profondeur
d'immersion et de l'état de la mer au moment de la pose ou du relevage du câble.
[0004] En particulier les répéteurs sous-marins liés aux câbles de télétransmission peuvent
nécessiter un relevage plusieurs années après leur pose, cette opération pouvant occasionner
des tensions dans le répéteur, d'amplitude extrêmement élevée.
[0005] Les aciers inoxydables résistant à l'eau de mer utilisés habituellement, s'ils résistent
bien à la corrosion au cours d'immersions de longue durée, n'en possèdent pas moins
une limite élastique insuffisante pour que les pièces puissent supporter les tensions
considérables que peuvent mettre en jeu les opérations de relevage après plusieurs
années d'immersion.
[0006] On ne connaissait pas jusqu'ici d'alliages résistant à la corrosion par l'eau de
mer et les boues marines aussi bien que les aciers inoxyda-
bles, tels que l'acier commercialisé sous la marque URANUS 50, par la demanderesse et
possédant en même temps une haute limite élastique après traitement de trempe et de
vieillissement, par exemple une limite él
as- tique supérieure à 600 Newtons/mm2.
[0007] Le but de l'invention est donc de proposer un alliage possèdant une haute limite
élastique après un traitement de trempe et de vieillissement et résistant à la corrosion
par l'eau de mer au cours d'immersions de longue durée sur des fonds marins de telle
sorte que les pièces en alliage immergées gardent leurs hautes caractéristiques mécaniques
au cours de ces immersions de longue durée.
[0008] Dans ce but l'alliage selon l'invention, à base de fer, contient en proportion pondérale,
moins de 0,15 % de carbone, moins de 2 % de manganèse, moins de 1,5 % de silicium,
moins de 0,03 % de soufre et de phosphore, de 34 à 40 % de nickel, de 16 à 21 % de
chrome, de 6 à 18 % de cobalt, de 2 à 3,5 % de molybdène, moins de 0,25 % d'aluminium,
de 2,5 à 3,5 % de titane, moins de 2 % de tungstène, moins de 0,015 % de bore, le
reste à l'exception des impuretés inévitables étant constitué par du fer.
[0009] Afin de bien faire comprendre l'invention on va décrire à titre d'exemple non limitatif
un mode de réalisation d'alliage suivant l'invention utilisé pour la fabrication de
pièces devant résister à la corrosion en milieu marin pour des immersions, à grande
profondeur, de longue durée.
[0010] On a élaboré 5 coulées d'alliage suivant l'invention dans un four sous vide et on
a utilisé le métal élaboré pour la fabrication de pièces d'ancrage pour des répéteurs
de câbles téléphoniques sous-marins. On donne dans le tableau ci-dessous les compositions
de ces coulées :
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=1979/32/DOC/EPNWA1/EP78400264NWA1/imgb0001)
d'essais mécaniques et une autre partie pour élaborer les pièces d'ancrage qui ont
servi à des essais à la corrosion par l'eau de mer en laboratoire et en vraie grandeur
par immersion au large.
[0011] On a également élaboré des pièces semblables en acier inoxydable classique de type
316 L à 0,02 % de carbone 17 % de chrome et 12 % de nickel, en acier inoxydable URANUS
50 à 0,03 % de carbone 21 % de chrome et 7 % de nickel et en un alliage de fer, de
nickel et de chrome à 25 % de nickel.
[0012] Ces pièces
ont subi les mêmes tests de corrosion à l'eau de mer que les pièces en alliage suivant
l'invention.
[0013] Les lingots élaborés au four sous vide subissent un traitement thermique comportant
une hypertrempe et un traitement de vieillissement en plusieurs stades.
[0014] Ces lingots subissent tout d'abord un traitement d'homogénéisation à 990° pendant
une heure puis une trempe à l'huile suivi d'un maintien de 20 heures à 815
0 suivi d'un refroidissement à l'air et enfin un maintien à 730° pendant 20 heures
suivi d'un refroidissement à l'air.
[0015] Les alliages élaborés possèdent une structure austénitique et comportent des précipités
de phase γ' de composition Ni
3TiAl et des carbures après le traitement thermique décrit ci-dessus.
[0016] Les alliages selon l'invention sont amagnétiques.
[0017] On trouvera au tableau II les résultats des essais mécaniques correspondant aux échantillons
élaborés et traités thermiquement comme il a été décrit ci-dessus.
![](https://data.epo.org/publication-server/image?imagePath=1979/32/DOC/EPNWA1/EP78400264NWA1/imgb0002)
[0018] On voit que les limites élastiques mesurées sur ces échantillons sont élevées et
dans tous les cas supérieures à 750 Newtons/mm2 cependant que les résistances des
échantillons correspondants sont supérieures à 1150 Newtons/mm2.
[0019] En choisissant des teneurs en éléments d'alliages telles que définies plus haut,
et en utilisant le traitement thermique tel que décrit, on peut garantir dans tous
les cas une limite élastique supérieure à 600 Newtons par mm2 et une résistance à
la rupture supérieure à 1000Newtons/mm2.
[0020] On voit d'autre part que l'alliage garde une ductilité suffisante et une bonne résilience
après traitement thermique.
[0021] Des pièces d'ancrage réalisées dans la nuance d'alliage suivant l'invention laminées
et traitées thermiquement ainsi qu'en acier inoxydable 316 L et URANUS 50 et en alliage
à 25 % de nickel ont d'autre part subi des essais de corrosion de longue durée en
laboratoire en milieu chloruré ainsi que des essais par immersion directe dans l'eau
de mer avec une durée d'immersion de 30 mois.
[0022] Il apparait que toutes les pièces réalisées à partir de l'alliage suivant l'invention
n'ont subi aucune corrosion, aussi bien dans les essais en laboratoire en milieu chloruré
qu'au cours des essais par immersion dans l'eau de mer.
[0023] Les essais au laboratoire ont montré une excellente tenue de cet alliage lors d'essais
de corrosion sous tension et les échantillons n'ont jamais montré de trace de corrosion
par piqûre ni par crevasse.
[0024] Les échantillons réalisés en acier inoxydable URANUS 50 ont également très bien résisté
dans l'ensemble, sauf dans un cas où une corrosion a été observée .
[0025] Enfin les échantillons en acier inoxydable 316 L et en alliage à 25 % de Ni ont subi
des corrosions par crevasses extrêmement importantes.
[0026] On voit donc que les alliages suivant l'invention après un traitement thermique de
vieillissement possèdent non seulement des propriétés mécaniques très supérieures
à celles des aciers inoxydables résistant à la corrosion par l'eau de mer mais d'autre
part, une tenue à la corrosion qui est elle-même supérieure à celle des aciers inoxydables
du type URAVUS 50 à 21 % de chrome et 7 % de nickel.
[0027] Il est à noter que parmi les divers éléments d'alliage énumérés, certains comme le
tungstène, ne sont pas obligatoires et qu'on obtient des alliages ayant les propriétés
requises qui ne comportent pas de tungstène. Cependant, on s'est aperçu qu'il était
préférable que les alliages suivant l'invention comportent une teneur en tungstène
comprise entre 0,5 et 2 %, cet élément contribuant avec le molybdène au durcissement
de l'alliage en solution solide.
[0028] On a également préconisé des additions de cobalt pouvant aller jusqu'à 18 %, cependant
un domaine préférentiel pour ces additions de cobalt se situe entre 6 et 11 %.
[0029] Un avantage supplémentaire d'une addition faible de cobalt est que le prix de revient
de l'alliage s'en trouve diminué.
[0030] Des teneurs préférentielles en carbone inférieures à 0,08 % et en manganèse inférieures
à 1 % sont recommandées pour l'élaboration des alliages selon l'invention, cependant
on obtient les caractéristiques voulues lorsque les teneurs en ces éléments sont inférieures
aux limites préconisées précédemment. (0,15 % et 2 % respectivement).
[0031] D'autre part, le traitement thermique mentionné dans l'exemple qui permet d'obtenir
les caractéristiques voulues n'est décrit qu'a titre non limitatif, les caractéristiques
pouvant être obtenues par tout traitement qui comporte les étapes suivantes :
- 1 - Traitement de mise en solution à 950 - 10500C
- 2 - Trempe à l'huile ou à l'eau
- 3 - Maintien entre 800 et 850°C pendant 15 à 25 heures
- 4 - Refroidissement à l'air
- 5 - Maintien entre 700 et 750°C pendant 15 à 25 heures
- 6 - Refroidissement à l'air.
[0032] L'alliage suivant l'invention peut servir non seulement à la fabrication de pièces
destinées au raccordement des câbles sous-marins devant posséder une très bonne résistance
à la corrosion par l'eau de mer lors d'immersions prolongées et une haute limite élastique
leur permettant de supporter des tensions importantes au cours du relevage du câble,
mais encore à la fabrication de toutes pièces destinées à l'utilisation dans. l'eau
de mer et devant supporter des contraintes importantes.
[0033] L'alliage peut donc être utilisé dans le domaine de la construction sous-marine et
plus particulièrement pour la fabrication de pièces pour tubes de périscope. Son amagnétisme
fait, par ailleurs, qu'il est très bien adapté à ce genre d'application.
[0034] Les alliages suivant l'invention peuvent également être utilisés dans tous les cas
où une très bonne tenue à la corrosion en milieu chloruré est demandée.
1.- Alliage à base de fer possédant une haute limite élastique après traitement de
trempe et de vieillissement, résistant à la corrosion par l'eau de mer et contenant
en proportions pondérales moins de 0,15 % de carbone, moins de 2 % de manganèse, moins
de 1,5 % de silicium, moins de 0,03 % de soufre et de phosphore, de 34 à 40 % de nickel,
de 16 à 21 % de chrome, de 6 à 18 % de cobalt, de 2 à 3,5 % de molybdène, moins de
0,25 % d'aluminium, de 2,5 à 3,5 % de titane, moins de 2 % de tungstène, moins de
0,015 % de bore, le reste, à l'exception des impuretés inévitables, étant constitué
par du fer.
2.- Alliage à base de fer selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il
comporte moins de 0,08 % de carbone, moins de 1 % de manganèse, moins de 1,5 % de
silicium, moins de 0,03 % de soufre et de phosphore, de 34 à 40 % de nickel, de 16
à 21 % de chrome, de 6 à 11 % de cobalt, de 2 à 3,5 % de molybdène, moins de C,25
% d'aluminium, de 2,5 à 3,5 % de titane, de 0,5 à 2 % de tungstène, moins de 0,015
% de bore, le reste à l'exception des impuretés inévitables étant constitué par du
fer.
3.- Alliage à base de fer selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé
par le fait que cet alliage subit un traitement thermique comportant un maintien à
une température comprise entre 950 et 1050°C pendant une durée voisine de 1 heure
suivi d'une trempe à l'huile ou à l'eau et d'un maintien à une température comprise
entre 800 et 850°C pendant une durée comprise entre 15 et 25 heures suivi d'un refroidissement
à l'air jusqu'à une tetapérature comprise entre 700 et 750°C où l'alliage subit un
maintien d'une durée comprise entre 15 et 25 heures suivi d'un refroidissement à l'air
jusqu'à la température ambiante, l'alliage ayant alors une limite élastique supérieure
à 600 Newtons/mm2.
4.- Utilisation d'un alliage suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 pour
la fabrication de pièces destinées à une utilisa- tion dans l'eau de mer telles que
des pièces destinées à équiper des câbles sous-marins ou des pièces pour tubes de
périscopes.