Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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ALLIAGE REFRACTAIRE, ASSIETTE DE FIBRAGE ET PROCEDE DE
FABRICATION DE LAINE MINERALE
La présente invention concerne un alliage métallique pour utilisation à très
haute température, notamment utilisable dans un procédé de fabrication de
laine
minérale par fibrage d'une composition minérale en fusion, ou plus
généralement
pour la constitution d'outils doués de résistance mécanique à haute
température
io en milieu oxydant tel que le verre fondu, et des alliages à base de cobalt
utilisables à haute température, notamment pour la réalisation d'articles pour
l'élaboration et/ou la transformation à chaud du verre ou autre matière
minérale,
tels que des organes de machines de fabrication de laine minérale.
Une technique de fibrage, dite par centrifugation interne, consiste à laisser
tomber continûment du verre liquide à l'intérieur d'un ensemble de pièces de
révolution tournant à très grande vitesse de rotation autour de leur axe
vertical.
Une pièce maîtresse, dénommée assiette , plus souvent désignée dans la
technique sous le terme anglais spinner , reçoit le verre contre une paroi
dite
bande percée de trous, que le verre traverse sous l'effet de la force
centrifuge
pour s'en échapper de toutes parts sous la forme de filaments fondus. Un
brûleur
annulaire situé au-dessus de l'extérieur de l'assiette, produisant un courant
de gaz
descendant longeant la paroi extérieure de la bande, dévie ces filaments vers
le
bas en les étirant. Ceux-ci se solidifient ensuite sous la forme de laine
de
verre.
L'assiette est un outil de fibrage très sollicité thermiquement (chocs
thermiques lors des démarrages et arrêts, et établissement en utilisation
stabilisée
d'un gradient de température le long de la pièce), mécaniquement (force
centrifuge, érosion due au passage du verre) et chimiquement (oxydation et
corrosion par le verre fondu, et par les gaz chauds sortant du brûleur autour
de
l'assiette). Ses principaux modes de détérioration sont : la déformation par
fluage
à chaud des parois verticales, l'apparition de fissures horizontales ou
verticales,
l'usure par érosion des orifices de fibrage, qui nécessitent le remplacement
pur et
simple des organes. Leur matériau constitutif se doit donc de résister pendant
un
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temps de production suffisamment long pour rester compatible avec les
contraintes techniques et économiques du procédé. On recherche à cet effet des
matériaux doués d'une certaine ductilité, de résistance au fluage et
résistance à la
corrosion et/ou oxydation.
Différents matériaux connus pour la réalisation de ces outils sont des
superalliages à base de nickel ou de cobalt renforcés par précipitation de
carbures. Des alliages particulièrement réfractaires sont à base de chrome, de
cobalt (élément réfractaire qui apporte à la matrice de l'alliage une
résistance
mécanique intrinsèque à haute température améliorée) et de nickel (pour
stabiliser
io le réseau cristallin cubique face centrée du Co).
On connaît ainsi de WO-A-99/16919 un alliage à base de cobalt ayant des
propriétés mécaniques améliorées à haute température, comprenant les éléments
suivants (en pourcentage pondéral de l'alliage)
Cr 26 à 34%
Ni 6à12%
W 4à8%
Ta 2à4%
C 0,2 à 0,5%
Fe moins de 3%
Si moins de 1 %
Mn moins de 0,5%
Zr moins de 0,1 %
le reste étant constitué par du cobalt et des impuretés inévitables, le
rapport
molaire du tantale par rapport au carbone étant de l'ordre de 0,4 à 1.
La sélection des proportions en carbone et tantale est destinée à former
dans l'alliage un réseau dense mais discontinu de carbures intergranulaires
constitués essentiellement par des carbures de chrome sous forme Cr7C3 et
(Cr,W)23C6 et par des carbures de tantale TaC. Cette sélection confère à
l'alliage
des propriétés mécaniques et de résistance à l'oxydation améliorées à haute
température, permettant le fibrage d'un verre fondu dont la température est de
1080 C.
On connaît également de WO 01/90429, des alliages à base de cobalt
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susceptibles d'être employés à des températures encore plus élevées. Ces
alliages présentant un bon compromis entre la résistance mécanique et la
résistance à l'oxydation à partir de 1100 C grâce à une microstructure dont
les
zones intergranulaires sont riches en précipités de carbure de tantale. Ces
carbures jouent d'une part le rôle d'un renfort mécanique en s'opposant au
fluage
intergranulaire à très haute température, et d'autre part ont un effet sur la
tenue à
l'oxydation lié à leur oxydation en Ta205, qui forme des oxydes occupant tout
l'ancien volume des carbures TaC empêchant la pénétration du milieu agressif
(verre liquide, gaz chauds) dans les espaces intergranulaires.
Plus récemment, il a été décrit, dans la demande W02005/052208, un
alliage doué d'une forte résistance mécanique à haute température en milieu
oxydant, sur la base d'une matrice cobalt stabilisée par du nickel et
renfermant du
chrome, renforcée par précipitation de carbures, notamment de titane et de
tantale.
Les alliages décrits dans les demandes de brevet précédentes peuvent
notamment être utilisés en conditions industrielles pour le fibrage de
nouvelles
compositions de verre, en particulier basaltiques, dont la température de
fusion est
supérieure à celle des compositions classiquement utilisées dans les procédés
d'obtention de laine de verre. De telles compositions sont décrites dans la
suite de
la présente description.
Par exemple une assiette de fibrage faite à partir de l'alliage décrit dans
l'exemple 6 de WO 2005/052208 peut supporter sur des durées relativement
grandes des températures du verre en fusion de l'ordre de 1200 à 1240 C,
correspondant à une température du métal comprise entre 1160 et 1210 C,
suivant le profil de l'assiette.
La production industrielle de fibres de verres de type basaltique ne peut
cependant être économiquement intéressante que si la résistance mécanique de
l'assiette, et donc de l'alliage constitutif, est suffisante aux températures
de
fibrages mentionnées précédemment. En particulier la durée de vie de
l'assiette
3o au sein du dispositif de fibrage, qui est l'un des facteurs de coût les
plus
importants dans le procédé global de fibrage, sera d'autant plus longue que la
résistance mécanique de l'alliage, combiné à sa résistance à la corrosion,
sera
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importante.
La présente invention vise à fournir des alliages encore améliorés dont la
résistance mécanique à haute température est accrue, permettant de travailler
à
une température (pour le métal) pouvant aller jusqu'à 1200 C, voire à des
températures supérieures, et présentant une durée de vie améliorée dans de
telles conditions de fibrage.
En particulier, la présente invention a pour objet un alliage à base de
cobalt,
comprenant en outre du chrome, et du carbone, qui contient des éléments
io suivants (les proportions étant indiquées en pourcentage pondéral de
l'alliage)
Cr 23 à 34%
Ti 0,2 à 5 %
Ta 0,5à7%
C 0,2 à 1,2%
Ni moins de 5%
Fe moins de 3%
Si moins de 1 %
Mn moins de 0,5%
le reste étant constitué par du cobalt et des impuretés inévitables.
L'alliage selon la présente invention se différencie des alliages incorporant
des carbures de Ti et de Ta décrits dans la demande WO 2005/052208 (voir en
particulier les exemples 6 et 7), en ce que la teneur en nickel est
sensiblement
inférieure à celles décrites dans cette publication (8,7% poids pour les
alliages des
exemples 6 et 7). On pensait jusqu'à présent que la présence d'une telle
quantité
de nickel était nécessaire pour étendre le domaine de stabilité en température
de
la structure cristalline cubique à faces centrées de la matrice de Cobalt
(voir par
exemple page 7 lignes 18-21 de W02005/052208 ou page 8 lignes 29-32 et page
17 lignes 25-30 de WO 2001/90429). En outre, des essais menés sur les alliages
de la demande W099/16919 avaient montré que la présence d'une quantité
substantielle de Nickel apparaissait préférable pour limiter l'oxydation de
tels
alliages lors de leur utilisation dans un procédé de fibrage à haute
température.
De façon inattendue et même au contraire de ce qu'on pouvait attendre, les
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propriétés des compositions d'alliage selon la présente invention, c'est-à-
dire
présentant une proportion de nickel beaucoup plus faible que précédemment
décrit, sont apparues supérieures à celles des alliages précédemment décrits.
En
particulier, les durées de vie des assiettes obtenues à partir des alliages
selon
5 l'invention durant un procédé de fibrage à haute température sont apparues
très
sensiblement améliorées.
On pourra se reporter à la demande WO 2005/052208 pour une description
complète des avantages et de la microstructure présente dans les alliages
selon la
présente invention. En effet les microstructures des nouveaux alliages,
observées
io en microscopie électronique, sont pour l'essentiel quasiment identiques à
ceux
déjà décrits dans la demande WO 2005/052208. En particulier, on observe des
carbures mixtes de Ta et de Ti (Ta,Ti)C disposés au joints de grains des
alliages,
qui présentent une microstructure améliorée à haute température : moins de
fragmentation et moins de raréfaction des carbures (Ta,Ti)C. Mieux, l'addition
de
Ti aux carbures TaC stabilise tellement ces derniers à haute température que
de
fins carbures secondaires (Ta,Ti)C, très utiles pour la résistance au fluage
intragranulaire, précipitent spontanément dans la matrice (alors que
généralement
les précipités secondaires obtenus par traitement thermique spécial ont plutôt
tendance à disparaître dans les mêmes conditions). Cette stabilité vis-à-vis
des
hautes températures, rend ces carbures (Ta,Ti)C particulièrement avantageux.
Il est avantageux de privilégier les carbures (Ta,Ti)C comme principale
phase durcissante, en respectant un rapport des teneurs atomiques de la somme
des métaux (Ta+Ti) au carbone proche de 1, mais pouvant être supérieur,
notamment de l'ordre de 0,9 à 2. En particulier un léger écart inférieur à
l'unité
reste admissible dans le sens que les quelques carbures supplémentaires qui
pourraient être générés (carbures de chrome) ne sont pas gênants pour
l'ensemble des propriétés à toutes températures. Une plage de rapport
avantageuse est généralement de 0,9 à 1,5.
Le carbone est un constituant essentiel de l'alliage, nécessaire à la
formation des précipités de carbures métalliques. En particulier, la teneur en
carbone détermine directement la quantité de carbures présente dans l'alliage.
Elle est d'au moins 0,2% poids pour obtenir le renfort minimum désiré, de
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préférence d'au moins 0,6% poids, mais préférentiellement limitée à au plus
1,2%
poids pour éviter que l'alliage ne devienne dur et difficile à usiner en
raison d'une
trop grande densité de renforts. Le manque de ductilité de l'alliage à de
telles
teneurs l'empêche d'accommoder sans se rompre une déformation imposée (par
exemple d'origine thermique) et de résister suffisamment à la propagation des
fissures.
De façon déjà décrite, le chrome contribue à la résistance mécanique
intrinsèque de la matrice dans laquelle il est présent en partie en solution
solide, et
dans certains cas aussi sous forme de carbures essentiellement de type Cr23C6
en
io dispersion fine à l'intérieur des grains où ils apportent une résistance au
fluage
intragranulaire ou sous forme de carbures de type Cr7C3 ou Cr23C6 présents aux
joints de grains, qui empêchent le glissement grain sur grain contribuant
ainsi
également au renforcement intergranulaire de l'alliage. Le chrome contribue à
la
résistance à la corrosion en tant que précurseur d'oxyde de chrome formant une
couche protectrice à la surface exposée au milieu oxydant. Une quantité
minimale
de chrome est nécessaire pour la formation et le maintien de cette couche
protectrice. Une teneur en chrome trop élevée est cependant néfaste à la
résistance mécanique et à la ténacité aux températures élevées, car elle
conduit à
une rigidité trop élevée et une aptitude à l'allongement sous contrainte trop
faible
incompatible avec les contraintes à haute température.
De façon générale, la teneur en chrome d'un alliage utilisable selon
l'invention est de 23 à 34% en poids, de préférence de l'ordre de 26 à 32% en
poids, avantageusement d'environ 27 à 30% en poids.
Le nickel, présent dans l'alliage sous forme d'une solution solide avec le
cobalt, est présent dans une quantité inférieure à 5% en poids de l'alliage.
De
préférence la quantité de nickel présente dans l'alliage est inférieure à 4%,
voire
même inférieure à 3% ou encore inférieure à 2% en poids de l'alliage. En
dessous
de 1 % en poids de l'alliage, seuil sous lequel le Ni n'est présent que sous
la forme
d'impuretés inévitables, d'excellentes valeurs de durée de vie des assiettes,
non
encore observées jusqu'ici, ont également été obtenues. Par impuretés
inévitables, on entend au sens de la présente invention que le Nickel n'est
pas
présent de façon intentionnelle dans la composition de l'alliage mais qu'il
est
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introduit sous la forme d'impuretés contenues dans au moins un des éléments
principaux de l'alliage (ou dans au moins un des précurseurs desdits éléments
principaux).
Le plus généralement, les essais effectués par le demandeur ont montré
que le Nickel était quasiment toujours présent sous la forme d'impuretés
inévitables à hauteur d'au moins 0,3% poids et le plus souvent d'au moins 0,5%
poids, voire d'au moins 0,7% poids. Des pourcentages de Nickel dans l'alliage
inférieurs à 0,3% poids doivent cependant également être considérés comme
compris dans le cadre de l'invention, mais le coût engendré par une telle
pureté
io rendrait alors le coût de l'alliage trop onéreux pour permettre la
viabilité
commerciale du procédé de fibrage.
Le titane étant un élément plus courant et moins coûteux que le tantale, il
pénalise donc moins le coût final de l'alliage. Le fait que cet élément soit
léger
peut aussi être un avantage.
Une quantité minimale de titane de 0,2 à 5 % en poids de l'alliage est
apparue préférable pour produire une quantité de carbures TiC suffisante,
certainement en raison de la solubilité du titane dans la matrice cfc du
cobalt. Une
teneur en titane de l'ordre de 0,5 à 4% semble avantageuse, notamment 0,6 à
3%.
D'excellents résultats ont été obtenus pour des alliages comprenant des
teneurs
en Ti comprises entre 0,8 et 2%.
En comparaison des alliages décrits dans la demande W02005/052208, les
alliages selon l'invention comprenant des carbures mixtes de tantale et de
titane
démontrent une stabilité à haute température encore améliorée, comme il sera
décrit par la suite.
Le tantale présent dans l'alliage se trouve en partie en solution solide dans
la matrice de cobalt dont cet atome lourd distord localement le réseau
cristallin et
gêne, voire bloque, la progression des dislocations quand le matériau est
soumis à
un effort mécanique, contribuant ainsi à la résistance intrinsèque de la
matrice. La
teneur minimale en tantale permettant la formation de carbures mixtes avec le
Ti
selon l'invention est de l'ordre de 0,5 %, de préférence de l'ordre de 1 % et
de
manière très préférée de l'ordre de 1,5%, voire 2%. La limite supérieure de la
teneur en tantale peut être choisie à environ 7 %. La teneur en tantale est de
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préférence de l'ordre de 2 à 6%, en particulier de 1,5 à 5%. La teneur en
tantale
est de manière très préférée inférieure à 5%, voire 4,5% ou même 4% et
avantageusement proche de 3. Une faible quantité de tantale présente le double
avantage de diminuer substantiellement le coût global de l'alliage mais
également
de permettre un usinage facilité dudit alliage. Plus la teneur en tantale est
élevée
plus l'alliage est dur, c'est à dire difficile à mettre en forme.
L'alliage peut contenir d'autres éléments dans des proportions minoritaires
ou sous forme d'impuretés inévitables. Il comporte en général :
- du silicium en tant que désoxydant du métal fondu lors de l'élaboration et
io du moulage de l'alliage, à raison de moins de 1 % en poids ;
- du manganèse également désoxydant, à raison de moins de 0,5% en
poids ;
- du fer, en une proportion pouvant aller jusqu'à 3% en poids sans altération
des propriétés du matériau et de préférence en une proportion inférieure ou
égale
à 2% poids, par exemple inférieure ou égale à 1 % poids ;
- la quantité cumulée des autres éléments introduits à titre d'impuretés avec
les constituants essentiels de l'alliage ( impuretés inévitables )
représente
avantageusement moins de 1 % en poids de la composition de l'alliage.
Les alliages selon l'invention sont de préférence exempts de Ce, La, B, Y,
Dy, Re et autres terres rares.
Les alliages utilisables selon l'invention, qui contiennent des éléments
hautement réactifs, peuvent être mis en forme par fonderie, notamment par
fusion
inductive sous atmosphère au moins partiellement inerte et coulée en moule de
sable.
La coulée peut éventuellement être suivie d'un traitement thermique à une
température pouvant aller au-delà de la température de fibrage.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un article
par fonderie à partir des alliages décrits précédemment comme objet de
l'invention.
Le procédé peut comprendre au moins une étape de refroidissement, après
la coulée et/ou après ou au courant d'un traitement thermique, par exemple par
refroidissement à l'air, notamment avec un retour à la température ambiante.
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Les alliages objets de l'invention peuvent être utilisés pour fabriquer toutes
sortes de pièces sollicitées mécaniquement à haute température et/ou amenées à
travailler en milieu oxydant ou corrosif. L'invention a encore pour objets de
tels
articles fabriqués à partir d'un alliage selon l'invention, notamment par
fonderie.
Parmi de telles applications on peut citer notamment la fabrication d'articles
utilisables pour l'élaboration ou la transformation à chaud du verre, par
exemple
des assiettes de fibrage pour la fabrication de laine minérale.
Ainsi l'invention a-t-elle également pour objet un procédé de fabrication de
laine de minérale par centrifugation interne, dans lequel on déverse un débit
de
io matière minérale en fusion dans une assiette de fibrage dont la bande
périphérique est percée d'une multitude d'orifices par lesquels s'échappent
des
filaments de matière minérale fondue qui sont ensuite étirés en laine sous
l'action
d'un gaz, la température de la matière minérale dans l'assiette étant d'au
moins
1200 C et l'assiette de fibrage étant constituée d'un alliage tel que défini
ci-
dessus.
Les alliages selon l'invention permettent donc de fibrer du verre ou une
composition minérale fondue similaire ayant une température de liquidus Tiiq
de
l'ordre de 1130 C ou plus, par exemple de 1130 à 1200 C, notamment 1170 C ou
plus.
En général, le fibrage de ces compositions minérales fondues peut être
effectué dans une plage de températures (pour la composition fondue parvenant
dans l'assiette) comprise entre Tiiq et T,og2,5 où T,og2,5 est la température
à laquelle
la composition fondue présente une viscosité de 102,5 poise (dPa.s),
typiquement
de l'ordre de 1200 C ou plus, par exemple de 1240 à 1250 C ou plus.
Parmi ces compositions de matière minérale, on peut préférer des
compositions renfermant une quantité de fer significative, qui sont moins
corrosives vis-à-vis du métal constitutif des organes de fibrage.
Ainsi, le procédé selon l'invention utilise avantageusement une composition
de matière minérale oxydante notamment vis-à-vis du chrome, capable de réparer
ou reconstituer la couche protectrice d'oxyde Cr203 qui s'établit en surface.
A cet
égard, on peut préférer des compositions renfermant du fer essentiellement
sous
forme ferrique (oxyde Fe203), notamment avec un rapport molaire des degrés
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d'oxydation Il et III, exprimé par le rapport FeOF eO de l'ordre de 0,1 à 0,3,
notamment 0,15 à 0,20.
Avantageusement, la composition de matière minérale renferme une teneur
en fer élevée permettant une cinétique rapide de reconstitution de l'oxyde de
5 chrome avec un taux d'oxyde de fer (taux dit fer total , correspondant à
la
teneur totale en fer exprimée conventionnellement sous forme de Fe203
équivalent) d'au moins 3%, de préférence d'au moins 4%, notamment de l'ordre
de 4 à 12%, en particulier d'au moins 5%. Dans la plage de redox ci-dessus,
cela
correspond à une teneur en fer ferrique Fe203 seul d'au moins 2,7%, de
io préférence au moins 3,6%
De telles compositions sont connues notamment de WO-99/56525 et
comprennent avantageusement les constituants suivants :
Si02 38-52%, de préférence 40-48%
A1203 17-23%
Si02+ A1203 56-75%, de préférence 62-72%
RO (CaO+MgO) 9-26%, de préférence 12-25%
MgO 4-20%, de préférence 7-16%
MgO/CaO 0,8 , de préférence >_ 1,0 ou >_ 1,15
R20 (Na20+K20) 2%
P205 0-5%
Fer total (Fe203) >_ 1,7%, de préférence >_ 2%
B203 0-5%
MnO 0-4%
Ti02 0-3%
D'autres compositions connues de WO-00/1 7117 se révèlent
particulièrement appropriées pour le procédé selon l'invention.
Elles sont caractérisées par les pourcentages pondéraux suivants
Si02 39-55%, de préférence 40-52%
A1203 16-27%, -- 16-25%
CaO 3-35%, -- 10-25%
MgO 0-15%, -- 0-10%
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Na20 0-15%, -- 6-12%
K20 0-15%, -- 3-12%
R20 (Na20 + K20) 10-17%, -- 12-17%
P205 0-3%, -- 0-2%
Fer total (Fe203) 0-15%, -- 4-12%
B203 0-8%, -- 0-4%
Ti02 0-3%,
MgO étant compris entre 0 et 5%, notamment entre 0 et 2% lorsque R20 <_ 13,0%.
Selon un mode de réalisation, les compositions possèdent des taux d'oxyde
io de fer compris entre 5 et 12%, notamment entre 5 et 8%, ce qui peut
permettre
d'obtenir une tenue au feu des matelas de laines minérales.
Bien que l'invention ait été décrite principalement dans ce cadre de la
fabrication de laine minérale, elle peut être appliquée à l'industrie verrière
en
général pour réaliser des éléments ou accessoires de four, de filière, ou de
feeder
notamment pour la production de fils de verre textile, de verre d'emballage.
En dehors de l'industrie verrière, l'invention peut s'appliquer à la
fabrication
d'articles très divers, lorsque ceux-ci doivent présenter une résistance
mécanique
élevée en milieu oxydant et/ou corrosif, en particulier à haute température.
De manière générale, ces alliages peuvent servir à réaliser tout type de
pièces fixes ou mobiles en alliage réfractaire servant au fonctionnement ou à
l'exploitation d'un four de traitement thermique à haute température (au-delà
de
1200 C), d'un échangeur de chaleur ou d'un réacteur de l'industrie chimique.
Il
peut ainsi s'agir par exemple de pales de ventilateur chaud, de support de
cuisson, de matériel d'enfournement... Ils peuvent aussi servir à réaliser
tout type
de résistance chauffante destinée à fonctionner en atmosphère chaude oxydante,
et à réaliser des éléments de turbine, entrant dans des moteurs de véhicule
terrestre, maritime ou aérien ou dans toute autre application ne visant pas
des
véhicules, par exemple des centrales de production d'énergie.
L'invention a ainsi pour objet l'utilisation en atmosphère oxydante à une
température d'au moins 1200 C d'un article constitué d'un alliage tel que
défini
précédemment.
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Les exemples qui suivent, nullement restrictifs des compositions selon
l'invention ou des conditions de la mise en oeuvre des assiettes de fibrage
selon
l'invention, illustrent les avantages de la présente invention.
EXEMPLE 1
Par la technique de fusion inductive sous atmosphère inerte (notamment
argon) on prépare une charge fondue de la composition suivante que l'on met
ensuite en forme par simple coulée en moule de sable
Cr 27,83%
Ni 1,33%
C 0,36%
Ta 3,08%
Ti 1,34%
Fe 2,00%
Mn < 0,5%
Si < 0,3%
Zr < 0,1%
somme autres impuretés < 1 %,
le reste étant constitué par du cobalt.
La coulée est suivie par un traitement thermique comportant une phase de
mise en solution pendant 2 heures à 1200 C et une phase de précipitation des
carbures secondaires pendant 10 heures à 1000 C, chacun de ces paliers
finissant par un refroidissement à l'air jusqu'à la température ambiante.
De cette manière, une assiette de fibrage de 400 mm de diamètre de forme
classique a été fabriquée.
EXEMPLE 2:
Selon un procédé de fabrication identique à l'exemple 1, on prépare une
3o deuxième assiette de fibrage de 400 mm de diamètre et présentant les mêmes
caractéristiques, à partir d'une charge fondue de la composition suivante :
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Cr 28,84%
Ni 0,78%
C 0,41%
Ta 2,95%
Ti 1,21%
Fe 0,66%
Mn < 0,5%
Si < 0,3%
Zr <0,1%
somme autres impuretés < 1%,
le reste étant constitué par du cobalt.
EXEMPLE 3 (comparatif) :
Selon les mêmes conditions que pour les exemples 1 à 2 qui précédent, on
prépare à titre de comparaison deux assiettes de diamètres 400 mm identiques
aux précédentes par leurs caractéristiques de forme mais obtenues à partir de
la
composition d'alliage selon l'exemple 6 de WO 2005/052208
Cr 28,3%
Ni 8,7%
C 0,4%
Ta 3,0%
Ti 1,5%
Fe <2%
Mn < 0,5%
Si < 0,3%
Zr < 0,1%
somme autres impuretés < 1%,
le reste étant constitué par du cobalt.
La capacité des assiettes ainsi formées a été évaluée dans l'application de
fibrage de laine de verre. Plus précisément les assiettes ont été placées sur
une
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ligne industrielle de fibrage d'un verre basaltique de composition
Si02 A1203 Fer total CaO MgO Na20 K20 Divers
(Fe203)
45,7 19 7,7 12,6 0,3 8 5,1 1
Il s'agit d'un verre relativement oxydant par rapport à un verre classique en
raison
de sa teneur élevée en fer et d'un redox de 0,15. Sa température de liquidus
est
de 1140 C.
Les assiettes sont utilisées avec deux tirées différentes de 10 et 12,5
tonnes par jour jusqu'à ce que leur arrêt soit décidé suite à la ruine de
l'assiette,
déclarée par une détérioration visible ou par une qualité de fibre produite
devenue
io insuffisamment bonne.
Mises à part les variations de tirée, les conditions de fibrage sont restées
identiques d'une assiette à l'autre : la température de la composition
minérale
arrivant dans l'assiette est de l'ordre de 1200 à 1240 C. La température du
métal
suivant le profil de l'assiette est comprise entre 1160 et 1210 C.
Les résultats des durées de vie des assiettes, en fonction de leurs
conditions d'utilisation, sont reportées dans le tableau 1. Dans ce tableau,
dans un
souci de clarté et pour faciliter une comparaison immédiate, les valeurs des
durées de vie obtenues pour les assiettes selon l'invention (exemples 1 et 2)
ont
été mises en correspondance avec les valeurs obtenues pour les assiettes de
référence (exemple 3), pour des conditions de la tirée identiques.
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Tirée de verre
10 T/j 12,5 T/j
Assiette utilisée
Assiette
282 heures -
exemple 1
Assiette
- 200 heures
exemple 2
Assiettes
exemple 3 229 heures 151 heures
(comparatif)
Tableau 1
On voit dans le tableau 1 que les assiettes selon la présente invention
présentent toujours, pour des conditions d'utilisation comparables, les durées
de
5 vie les plus longues.
On mesure ensuite selon les techniques conventionnelles d'analyse
thermique différentielle (ATD) la température de solidus de l'alliage
constitutif des
assiettes, après leur utilisation dans le procédé de fibrage précédent.
10 Par le terme température de solidus , on entend au sens de la présente
description, la température de fusion des alliages à l'équilibre. En raison
d'une
méthode d'analyse différente, il faut noter que les valeurs obtenues des
températures de solidus reportées dans le tableau 2 diffèrent un peu des
valeurs
précédemment obtenues dans WO 2005/052208. Cependant, les écarts relatifs de
15 température de fusion entre les alliages selon l'invention et l'alliage de
référence
restent identiques, quelque soit la méthode utilisée.
Les résultats obtenus sont reportés dans le tableau 2
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Tirée de verre
T/j 12,5 T/j
Assiette utilisée
Alliage assiette
1345 C -
exemple 1
Alliage assiette
- 1348 C
exemple 2
Alliage assiette
exemple 3 1334 C 1339 C
(comparatif)
Tableau 2
5
On voit que la température de solidus des alliages selon l'invention est
supérieure d'environ 10 C aux alliages de l'art antérieur dans tous les cas,
ce qui
traduit une plus grande réfractairité. Du fait de la relative proximité entre
la
température de fonctionnement de l'assiette dans le procédé de fibrage et la
io température de fusion de l'alliage constitutif de l'assiette, une telle
amélioration est
extrêmement significative et pourrait justifier à elle seule les propriétés
supérieures de résistance mécanique à haute température, telles qu'observées
sur les présents alliages.
Les propriétés de résistance mécanique à haute température des alliages
de l'exemple 1 selon l'invention et de l'exemple 3 selon l'art antérieur ont
été
évaluées dans des essais de tenue au fluage en flexion trois points à 1250 C
sous
une charge de 31 MPa pendant une durée de 200 heures. Les essais ont porté
pour chaque alliage sur une série d'éprouvettes parallélépipédiques de
30 mm de large et de 3 mm d'épaisseur, la charge étant exercée au milieu d'un
entraxe de 37 mm. Les résultats sont reportés dans le tableau 3. Dans le
tableau
3 est reportée la pente des courbes de fluage trois points obtenues pour
chaque
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alliage, ladite pente illustrant la vitesse de déformation (en pm.h-1) de
l'éprouvette
par fluage.
Le tableau 3 résume l'ensemble des résultats obtenus, en donnant pour
chaque alliage la moyenne des vitesses de fluage, ainsi que les valeurs
maximales et minimales observées sur toute la série d'éprouvettes.
Vitesse de fluage en
Valeur Valeur Valeur
flexion trois points
moyenne minimale maximale
(pm.h-1)
Alliage exemple 1
4,1 2,8 5,7
(selon l'invention)
Alliage exemple 3
17,7 3,5 30,8
(comparatif)
Tableau 3
Par la comparaison des données reportées dans le tableau 3, on observe,
io pour l'alliage selon l'invention, une résistance au fluage sous contrainte
à haute
température sensiblement améliorée. Combinée à l'augmentation de la
température de solidus des alliages selon l'invention, cette amélioration de
la
résistance au fluage conduit à l'augmentation de la durée de vie d'une
assiette
fabriquée à partir d'un alliage selon l'invention lorsque celle-ci est mise en
oeuvre
sur une ligne industrielle de fibrage d'un verre basaltique, tel que reporté
précédemment.
