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"Procédé d'obtention de pièces d'acier exemptes de défauts de surface à partir d'un acier ferritique inoxydable contenant 13 à 20% de chrome et 0,5 à 3 % de molybdène."
La présente invention concerne l'obtention de produits exempts de défauts de surface en acier au chrome, inoxydable, ferritique, contenant 13 à 20 % de chrome, 0,5 à 3 % de molybdène, et au ma- ximum 0,15 % de carbone.
Lors de l'élaboration d'aciers inoxydables contenant 13 à 20 % de chrome et environ 1% de molybdène, dénommes d'après la norme
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provisoire DIN 17 440 de janvier 1967-x 6 Cr Mo 17 ou acier normalisé n 1-4113;, et correspondants à la norme américaine AISI type 434, les caractéristiques de surface des produits finis, en particulier des tôles, feuillards et pièces façonnées, plus par- ticulièrement des pièces d'emboutissage profond ont une importan- ce décisive car l'utilisateur se base sur elles pour apprécier les possibilités d'utilisation. En égard aux exigences sévères formulées, même de petits défauts de surface ou des irrégularités conduisent à la mise au rebut.
Il se produit surtout fréquemment à la surface de tôles et de feuillards laminés à froid, et pard lèlement à la direction de laminage, un défaut caractéristique qui est dénommé "striures longitudinales" ou "structure striée".
Ce défaut met souvent en question l'utilisation d'une matière pour des industriels qui sont très exigeants en ce qui concerne l'état de surface. Cecis'applique,par exempleà la fabrication de pièces décoratives pour automobiles (pare-chocs) (enjoliveurs de roues, baguettes décoratives et pièces analogues), les pièces creuses, les éléments de construction ou les revêtemets employés en architecture, etc. Des essais effectués sur une grande échel- le dans divers pays ont montré que le défaut sus-mentionné peut apparaître même sur des produits laminés à froid, mais aussi rien que par façonnage ultérieur par l'utilisateur (par emboutissage par exemple).
Le phénomène appelé "structure striée" est décrit dans la documentation allemande, par exemple dans une étude de H.G.Appel et H. Becker, "Zeitschrift für Metallkunde" 1963, page 724 et suivantes, ainsi que dans un article de A, Randak, D. Kraatz et H. Lentzen, de la revue "Bander, Bleche, Rohre" 1963, N 2 pages 61/69, N 4 pages 187/196.
Ce défaut est désigné en outre, dans la bibliographie allemande par les expressions welligkeit (ondulations), Gratbildung (formations d'arêtes), aux Etats Unis par les expressions."ribbing" (formation de nervures) et "roping" (cordages), "ridging" (formations d'arêtes), "washboard- effect" (effet de planche de blanchisseuse) et en France par
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l'expression "cordage"; il se manifeste avec tous les aciers au chrome dont la teneur en ce métal est comprise entre 13 et 20 L'élimination de ce défaut a -dans le cas d'un acier au chrome allié à du molybdène- une importance accrue car avec cet acier la striure longitudinale se manifeste de façon plus marquée. La cause de l'apparition de'la structure striée n'a pas encore été éclaircie de manière définitive à l'heure actuelle.
D'âpres 1 état actuel de la technique, on ne peut se tirer d'affaire qu'en meulant et polissant la pièce finie ou en rebutant certaines pièces,
Du fait de sa grande importance, on a formulé de nombreuses suggestions en vue de l'élimination de la structure striée. Par exemple, on peut éliminer le défaut précité par un recuit de durée variable au-dessus du point de transformation dans le diagramme à deux phasse là où - outre la ferrite- il se forme une cer- taine proportion d'austénite, de préférence dans l'intervalle compris antre 950 et 1200 degrés C avec un refroidissement normal suivi d'un recuit à une température inférieure au point de tran- sition, lequel doit être exécuté parfois également après le façon- nage à froid, ceci d'après les brevets américains n 2 772 992, 2 808 353, et 3 139 358.
Aucune de ces suggestions ne conduit à une solution pleinement satisfaisante du point de vue technique, et surtout du point de vue économique, car un recuit d'un feuillard laminé à chaud au- dessus de 900 degrés C provoque, même avec de courtes durées de recuit, une forte diminution de la qualité de surface qui - dans le cas d'exigences rigoureuses- met en question l'utilisation normale des feuillards ou rend nécessaires des opérations supplé- mentaires telles que le meulage etc...
Dans d'autres documents imprimés, mais qui ne,s'appliquent qu'à des aciers au chrome à 17 % dans addition de molybdène, on décrit des procédés permettant d'éviter la formation de stries par addition, par alliage d'au maximum 1 % de niobium ou au maxi- mum 0,75 % de vanadium. Il s'agit du brevet américain 2 965 479 correspondant au brevet canadien n 647 162 (voir également le
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brevet allemand 1 196 871) et du brevet français n 1 284 290 correspondant au brevet canadien n 647 286.
Les éléments d'alliage niobium et vanadium modifient toutefois le comportement de l'acier. Ils altèrent par exemple les caracté- ristiques de ténacité et de façonnage à froid, et surtout l'apti- tude au polissage qui joue précisément un r8le prédominant dans le cas de l'acier au chrome-ferritique. De plus, ce procédé aug- mente considérablement les coûts de production. Il ne représente pas, pour l'acier au chrome à 13/20 % avec addition de molybdène, une solution intéressante.
Le brevet n 3 128 211, d'origine américaine, correspondant au brevet français n 1 338 498, prévoit, outre une addition par alliage de niobium, une amélioration de la structure de la pièce coulée grâce à des mesures à appliquer avant la solidification, telles que secousses et coulée à froid, ou l'addition de noyaux cristallisant. De plus, on peut éviter par plusieurs recuits in- terniédiaires la formation de stries lors du laminage à froid. Des mesures, en particulier les multiples recuits intermédiaires lors du laminage à froid, ne peuvent, pour des raisons économiques, être appliquées que dans des cas particuliers. De plus, ce pro- cédé est sans efficacité pour l'acier au chrome molybdène.
Une grande partie des suggestions faites jusqu'à présent con- siste donc à empêcher, par des mesures compliquées du point de vue technique et surtout coûteuses, au cours des diverses phases de la fabrication qui doivent être exécutées de préférence après le laminage à chaud, la formation de stries à la surface du feuil- lard laminé à froid. Par conséquent, on ne connaît actuellement aucun procédé satisfaisant du point de vue économique pour l'ob- tention d'un acier au chrome à 17 % par alliage avec du molybdène qui, d'après sa structure, confère une immunité vis-à-vis de l'ap- parition ultérieure de la structure striée. On ne peut renoncer à l'élément molybdène pour des raisons de résistance à la corro- sion.
Par ailleurs, la tendance à la formation de stries est pré- cisément accrue par l'addition par alliage de molybdène. Du fait
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de l'incertitude actuelle, la seule solution était de choisir les nuances d'acier dites austénitiques qui contiennent, outre 18 % de chrome, environ 9 à 11 % de nickel, et par conséquent sont sen- siblement plus coûteuses. De plus, ces nuances d'acier ont un brillant de surface inférieur à celui de l'acier au chrome à 17 % additionné de molybdène.
Les suggestions formulées jusqu'ici ne constituent par conséquent pas une solution parfaite du point de vue technique, ni admissible du point de vue économique, du pro- blême de l'élimination des défauts de surface, en particulier de la surface striée.
La présente invention est applicable au domaine des aciers à 13/20% de chrome alliés à du molybdène dans le domaine de compo- sitbn d'alliages connus
CR NO C SI MN 13 à 20% 0,5 & 1,2% maxi 0,10% maxi 1,0% maxi 1,0% A ce sujet, les prescriptions des normes de divers pays prévoient par exemple, les types ci-après : Norme allemande provisoire DIN n 17 440 Si MN cr mon maxi max max max max 0,07 1,0 1,0 16,0 à 17,5 0,9 à 1,2 0,045 0,030 le reste étant constitué par du fer et des impuretés.
Norme américaine AISI, .type 434 c si mn rIn P s cr mo
0,12 1,0 1,0 max 0,040 max 0,030 16 à 18 1,0 le reste est constitué par du fer et des impuretés.
Le problème consiste à élaborer, le cas échéant en modifiant la composition de l'alliage, des aciers alliés inoxydables et fer- ritiques qui sont, à l'origine, immunisés contre les défauts de sur- face,en particulier,la formation de stries.
Une relation ente la composition de l'acier et l'apparition des défauts de surface men tiennes ci-dessus a été établie par les recherches de la demanderesse,;
On a trouvé que des combinaisons de matériaux d'alliage de- terminées sont désavantageuses en ce qui concerne la qualité de surface de sorte que ce n'est que grâce à des combinaisons de ma- tériaux d'alliage bien déterminés, définies avec précision, qu'on
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peut préparer des aciers au chrome, ferritiques, contenant du molybdène allié et possédant une surface impeccable.
Conformément à l'invention, on arrive à des produits exempts de défauts de surface, tels que les feuillards, les tôles, les pièces pour l'emboutissage en acier allié inoxydable ferritique contenant 13 à 20 % de chrome, 0,5 à 3 de molybdène, et au ma- ximum 0,15 % de carbone, ainsi que de très faibles proportions de silicium, manganèse, nickel, cobalt, aluminium, azote et cui- vre, le reste étant constitué par du fer et des impuretés, si l'on ajoute à l'acier les éléments d'allia.ge suivant les proportions dé- terminées ci-après : 0,2 . %Cr + 1 . %Mo + 3 . si + 12 . Al + 2 . %Co
Q 20 . %C + 2 .
Mn + 2 . %Ni + 24 . N2 + 1,2 . %Cu où Q a une valeur comprise entre 0.,05 et 1,2, ou bien entre 2,8 et 125. Be préférence Q a une valeur comprise entre 0,2 et 1,15 et entre 2,9 et 45.
La figure annexée représente schématiquement les relations trouvées. On a porté en abscisses les valeurs numériques du quo- tient Q (non à l'échelle); les ordonnées indiquent les zones cor- respondant soit à une surface impeccable soit à une surface défec- tueuse. Dans la zone des ordonnées positives (surfaces satifsai- sante), on remarque les domaines 1 et II, dans la zone des ordon- nées négatives (surface défectueuse), on remarque le domaine R des surfaces défectueuses, En vue d'une caractérisation plus précise des éléments d'alliage, on indique ci-après les domaines des pro- portions des éléments d'alliage qui s'écartent en partie des normes connues :
EMI6.1
Domaine I des proportions d'éléments d'alliae
EMI6.2
<tb> Carbone <SEP> 0,05 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 15% <SEP> de <SEP> préférence <SEP> 0,065 <SEP> - <SEP> 0,10%
<tb>
EMI6.3
Silicium 0. - 0,50 " 0,05 - 0,30%
EMI6.4
<tb> Manganèse <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 3,00 <SEP> " <SEP> 1,1 <SEP> - <SEP> 1,80%
<tb>
EMI6.5
Chrome 13,0 -20,00 " 13,5 -16,80%
EMI6.6
<tb> Nickel <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 2,00 <SEP> " <SEP> 0,50 <SEP> - <SEP> 1,3 <SEP> %
<tb> Molybdène <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 3,00 <SEP> % <SEP> " <SEP> 1,2 <SEP> 1,8%
<tb>
EMI6.7
Azote 05 - 0,2 " 0,06 - 0,1 %
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EMI7.1
<tb> Cuivre <SEP> O. <SEP> 0,50 <SEP> % <SEP> de <SEP> préférence <SEP> 0,02 <SEP> - <SEP> 0,30
<tb> Cobalt <SEP> O. <SEP> 0,13 <SEP> % <SEP> 0,12%
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> O.
<SEP> - <SEP> 0,07 <SEP> % <SEP> 0, <SEP> 0,05 <SEP> %
<tb>
Domaine II des proportions d'éléments d'alliage
EMI7.2
<tb> Carbone <SEP> 0,01 <SEP> - <SEP> 0,08 <SEP> % <SEP> de <SEP> préférence <SEP> 0,02 <SEP> - <SEP> 0,055%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,4 <SEP> - <SEP> 3,0 <SEP> % <SEP> % <SEP> " <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 1,3 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0.
<SEP> - <SEP> 0,50 <SEP> % <SEP> " <SEP> 0,05 <SEP> - <SEP> 0,30 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 13 <SEP> -20,0 <SEP> % <SEP> " <SEP> 16,8 <SEP> -19,0 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 0,09 <SEP> - <SEP> 0,50 <SEP> % <SEP> 0,03 <SEP> 0,20 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 3,0 <SEP> % <SEP> % <SEP> " <SEP> 1,2 <SEP> - <SEP> 1,7 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Azote <SEP> 0,005- <SEP> 0,04 <SEP> % <SEP> " <SEP> 0,015 <SEP> - <SEP> 0,037%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 0,00 <SEP> - <SEP> 0,50 <SEP> % <SEP> 0,02 <SEP> 0.,30 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cobalt <SEP> 0,01 <SEP> - <SEP> 0,5 <SEP> % <SEP> " <SEP> 0,025 <SEP> - <SEP> 0,15 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> 0,05 <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> % <SEP> 0,08 <SEP> 0,
3 <SEP> %
<tb>
Pour obtenir l'effet résultant de l'invention, il faut par conséquent satisfaire à deux conditions : la composition de l'acier doit être comprise dans l'une des zones indiquées, et en même temps le quotient d'alliage, calculé d'après la formule indiquée, doit être compris entre les limites d'un des domaines correspondants 1 ou II.
L'invention donne par conséquent les instructions techniques nécessaires pour, par la sélection des domaines favorables I et II et l'élimination du domaine défavorable, élaborer de façon sûre des aciers 'ferritiques au chrome contenant du molybdène allié et caractérisés par une haute qualité de surface.
Les limites correspondant aux zones I et II citées doivent être observées avec beaucoup de soin car, dans le cas contraire, l'effet selon l'invention,qui consiste en une élimination de la structure striée, ne se manifeste plus. L'action simultanée de tous les éléments figurant dans le quotient d'alliage est décisive pour l'obtention d'un effet optimal,
Grâce à une telle modification de la composition des alliages on observe, chose avantageuse dans le cas du produit fini, aucune altération de la qualité de surface et de l'aptitude au polissage.
De même, les conditions mécano-technologiques qui sont imposées couramment à l'acier au chrome à 17 % contenant du molybdène allié, sont parfaitement satisfaites par l'acier allié préparé selon l'in-
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vention. L'observation précise de cette composition, entièrement nouvelle par rapport à l'état connu de la technique, nécessite, lors de la fusion à l'aciérie, le degré de soin courant lors de la fabrication des aciers spéciaux fortement alliés. Des mesures par- ticulières ne sont cependant pas nécessaires. Pour l'obtention de l'effet selon l'invention, le réglage de la composition prescrite de façon à obtenir le quotient d'alliage nécessaire suffit à lui seul. L'ensemble des autres opérations de fabrication peut être exécuté de la manière habituelle.
Dans les exemples ci-après, l'invention est décrite plus en détail, sans que la portée s'en trouve limitée d'aucune manière, en comparant une coulée d'acier élaborée avec une composition corres- pondant à l'état actuel de la technique, à des coulées d'acier ayant une composition selon l'invention.
Exmmple 1 On élabore au four électrique une coulée d'acier ayant la composi- tion chimique indiquée ci-après (%en poids) qui correspond à la norme provisoire DIN 17 440 :
EMI8.1
C Si Fm Cr Ni Hfo N2 1 Cu Co 0,062 0,40 0,43 17,10 0,19 0,98 0,0345 0,05 0,13 0,07 puis on la coule en brames, en passant par des lingots méplats de façon à obtenir un feuillard laminé à chaud de 3,Smm d'épaisseur, on enroule le dit feuillard en forme d' hélice et on le recuit ensuite pendant environ 5 heures à 800 C dans un four à cloche.
On décalamine ensuite ces feuillards, on les lamine à froid à l'é- paisseur 0,8mm, puis on les recuit dans un four à passage continu à 830 C et on les décape, Lorsqu'ils sont dans cet état, les feuillards ont une structure fortement striée (ribbing). Grâce au dressage qui suit (taux de déformation à froid voisin de 1%), on augmente certes de manière connue le brillant; cependant, ces feuillards présentent encore, même après dressage, une structure fortement striée (ropin)! On observe également une structure fortement striée (roping), même après emboutissage.
Un examen de la composition de cet alliage, d'après la formule à observer selon
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l'invention, a donné un quotient d'alliage Q égal à 1,81 qui se trouve par conséquent au milieu du domaine R. Celui-ci, d'après le résultat de la présente invention,conduit à une surface défectu- euse.
Exemple On élabore, également au four électrique, une coulée ayant la com- position requise selon l'invention (domaine préférentiel I
C SI MN Cr Ni Mo N2 Cu Co Al 0,078 0,24 1,20 15,50 0,64 1,25 0,079 0,18 0,028 0,007 en la coule en brames, puis on la traite comme dans l'exemple 1.
Cette composition conduit à un quotient d'alliage Q égal à 0,708 qui se situe par conséquent dans la zone I. Les observations fai- tes sur un feuillard laminé à froid ont donné le résultat suivant : pas de structure striée. blême après dressage et après emboutissage on a observé aucune strie.
Exemple 3 On élabore, également au four électrique, une coulée ayant la com- position requise par l'invention (zone préférentielle II)
C Si MN Cr Ni Mo' N2 AL CU Co 0,038 0,76 0,18 18,20 0,06 1,38 0,027 0,165 0,10 0,115 on la coule en brames et on la traite comme dans l'exemple 1. Cette composition correspond à un quotient d'alliage Q = 4,7 qui se situe dans la zone II. Les observations faites sur le feuillard laminé à froid terminé indiquent pas de structure striée. On observe aucune strie, même après dressage et emboutissage.
Le résultat de nombreuses expériences effectuées en usine lors du traitement des aciers ayant une composition selon l'invention a entièrement confirmé l'effet observé, à savoir que l'on pouvait supprimer entièrement la formation de stries après le laminage à froid et après l'emboutissage. L'aptitude au polissage, le bril- lant de surface et la résistance à la corrosion ainsi que les ca- ractéristiques de façonnage n' ont pas été altérées.