FR2811683A1 - Acier inoxydable ferritique utilisable pour des pieces ferromagnetiques - Google Patents

Acier inoxydable ferritique utilisable pour des pieces ferromagnetiques Download PDF

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Abstract

Acier inoxydable ferritique caract eris e en la composition pond erale suivante : 0% < C <= 0, 030% 1% <= Si <= 3% 0% < Mn <= 0, 5% 10% <= Cr <= 13% 0% < Ni <= 0, 5% 0% < Mo <= 3% N <= 0, 030% Cu <= 0, 5% Ti <= 0, 5% Nb <= 1% Ca >= 1 10-4 % O >= 10 10-4 % S <= 0, 030% P <= 0, 030% le reste etant du fer et les impuret es in evitables à l' elaboration de l'acier.

Description

Acier inoxydable ferritique utilisable pour des pièces ferromagnétiques.
La présente invention concerne un acier inoxydable ferritique utilisable pour des pièces ferromagnétiques. Les aciers inoxydables ferritiques se caractérisent par une composition déterminée, la structure ferritique étant notamment assurée, après laminage et refroidissement de la composition, par un traitement thermique de recuit
leur conférant ladite structure.
Parmi les grandes familles d'aciers inoxydables ferritiques, définies notamment en fonction de leur teneur en chrome et en carbone, nous citons: - les aciers inoxydables ferritiques pouvant contenir jusqu'à 0, 17% de carbone. Ces aciers, après le refroidissement qui suit leur élaboration, ont une structure biphasée austéno-ferritique. Ils peuvent cependant être i 5 transformés en aciers inoxydables ferritiques après recuit malgré une teneur
en carbone relativement élevée.
- les aciers inoxydables ferritiques dont la teneur en chrome et de l'ordre de 11 ou 12 %. Ils sont assez proches des aciers martensitiques contenant 12 % de chrome, mais différents par leur teneur en carbone qui est relativement
faible.
Lors du laminage des aciers à chaud, la structure de l'acier peut être biphasée, ferritique et austénitique. Si le refroidissement est, par exemple énergique, la structure finale est ferritique et martensitique. S'il est plus lent, I'austénite se décompose partiellement en ferrite et carbures, mais avec une teneur en carbure plus riche que la matrice environnante, I'austénite ayant solubilisé à chaud plus de carbone que la ferrite. Dans les deux cas, un revenu ou recuit doit donc être pratiqué sur les aciers laminés à chaud et refroidis pour générer une structure totalement ferritique. Le revenu peut se faire à une température d'environ 820 C inférieure à la température Acl de
transition alpha --> gamma, ce qui engendre une précipitation de carbures.
Dans le domaine des aciers ferritiques destinés à une application utilisant des propriétés magnétiques, la structure ferritique est obtenue en limitant la quantité de carbures, c'est pour cela que les aciers inoxydables ferritiques, développés dans ce domaine, ont une teneur en carbone
inférieure 0,02%.
Il est connu des aciers utilisables pour leurs propriétés magnétiques comme par exemple dans le document US 5 769 974 qui décrit un procédé de fabrication d'un acier ferritique résistant à la corrosion et pouvant réduire la valeur du champ coercitif dudit acier. L'acier utilisé dans le procédé est un
acier du type resulfuré. Le soufre réduit les propriétés de déformation à froid.
L'acier obtenu par le procédé est donc difficilement utilisable pour la
réalisation de pièces frappées à froid.
Il est connu aussi le brevet US 5 091 024 dans lequel il est présenté des articles magnétiques résistant à la corrosion formés d'un alliage consistant essentiellement en une composition à faible teneur en carbone et faible
teneur en silicium, c'est-à-dire respectivement inférieures à 0,03% et 0, 5%.
Or, dans le domaine magnétique, il est important que l'acier contienne une 1 5 forte teneur en silicium pour augmenter la résistivité du matériau et réduire les
courants de Foucault.
La présente invention a pour but de présenter un acier inoxydable de structure ferritique utilisable pour des pièces magnétiques ayant de hautes propriétés magnétiques et présentant de bonnes propriétés de mise en oeuvre
en terme de frappe à froid et de bonnes propriétés d'usinabilité.
L'invention a pour objet un acier inoxydable ferritique utilisable pour des pièces ferromagnétiques qui se caractérise en ce qu'il comprend dans sa composition pondérale:
0% < C < 0,030%
1%<Si<3% 0% < Mn < 0,5% % < Cr < 13% 0% < Ni < 0,5% 0% < Mo < 3%
N < 0,030%
Cu < 0,5% Ti < 0,5% Nb< 1% Ca> 1 10-4%
O > 10 10-4%
S < 0,030%
P < 0,030%
le reste étant du fer et les impuretés inévitables à l'élaboration de l'acier.
Les autres caractéristiques de l'invention sont: - la composition pondérale comporte en outre du calcium et de l'oxygène de manière que: Ca > 30 10-4%
O > 70 10-4%
1 0 - le rapport entre la teneur en calcium et en oxygène Ca/O étant
0,2 < Ca/O < 0,6.
- I'acier contient des inclusions de silico-aluminale de chaux de type
anorthite et/ou pseudo-wollastonite et/ou gehlénite.
- de préférence l'acier comprend dans sa composition pondérale:
0% < C < 0,012%
1% < Si < 3% 0,2 < Mn < 0,4% % < Cr< 13% 0% < Ni < 0,2% 0,2% < Mo < 2%
N < 0,015%
Cu < 0,2% Ti < 0,2% Nb< 1% Ca > 1 10-4%
O > 10 10-4%
S < 0,003%
P < 0,015%
le reste étant du fer et les impuretés inévitables à l'élaboration de l'acier.
L'invention concerne également un procédé d'élaboration d'un acier ferritique caractérisé en ce que la composition pondérale est soumise, après laminage à chaud et refroidissement, à un traitement thermique de recuit puis
à une modification de section du type tréfilage ou étirage.
L'acier tréfilé ou étiré peut être ultérieurement soumis à un recuit complémentaire de recristallisation pour parfaire les propriétés magnétiques
de la pièce.
La description qui suit et la figure unique, le tout donné à titre d'exemple
non limitatif, fera bien comprendre l'invention.
La figure unique présente un diagramme ternaire donnant la
composition générale des inclusions d'aluminosilicates de chaux.
L'invention concerne un acier de composition générale suivante:
0% < C < 0,030%
1% < Si < 3% 0% < Mn < 0,5% % < Cr< 13% 0% <Ni < 0,5% 0% < Mo < 3%
N < 0,030%
Cu < 0,5% Ti < 0,5% Nb<1% Ca > 1 10-4%
O > 10 10-4%
S < 0,030%
P < 0,030%
le reste étant du fer et les impuretés inévitables à l'élaboration de l'acier.
Du point de vue métallurgique, certains éléments contenus dans la composition d'un acier favorisent l'apparition de la phase ferritique de structure cubique centrée. Ces éléments sont dits alpha-gènes. Parmi ceuxci figurent notamment le chrome et le molybdène. D'autres éléments dits gamma-gènes favorisent l'apparition de la phase gamma-austénitique de structure cubique à faces centrées. Parmi ces éléments figurent le nickel ainsi que le carbone et l'azote. Il est donc nécessaire de réduire la teneur de ces éléments et c'est pour ces raisons que l'acier selon l'invention comporte dans sa composition moins de 0,030% de carbone, moins de 0,5% de nickel,
moins de 0,030% d'azote.
Le carbone est néfaste pour la frappe, la corrosion et l'usinabilité. De manière générale, dans le domaine des propriétés magnétiques, les précipités doivent être réduits car ils constituent des obstacles aux
mouvements des parois de Blocks.
Concernant les autres éléments de la composition, le nickel, le manganèse, le cuivre dans la composition, due à l'élaboration industrielle de l'acier ne sont que des éléments résiduels qu'on cherche à réduire et même à éliminer. Le titane et ou le niobium forment des composés dont le carbure de titane et ou de niobium, ce qui évite la formation de carbures et de nitrures de chrome. Ils favorisent, de ce fait la tenue à la corrosion et notamment la tenue
en corrosion des soudures.
Le soufre est limité de façon à optimiser le comportement de l'acier dans le domaine de la frappe à froid et à optimiser les propriétés magnétiques,
1 5 néfaste en magnésium, donc défavorable en frappe et en corrosion.
Le silicium est nécessaire pour augmenter la résistivité de l'acier afin de
réduire les courants de Foucault, favorable pour la tenue à la corrosion.
Les aciers selon l'invention peuvent également contenir de 0,2% à 3% de molybdène, élément améliorant la résistance à la corrosion et favorisant la
formation de la ferrite.
Dans le domaine de leur utilisation, les aciers inoxydables ferritiques
posent des problèmes d'usinabilité.
En effet, un gros inconvénient des aciers ferritiques est la mauvaise conformation du copeau. Ils produisent des copeaux longs et enchevêtrés, qui sont très difficiles à fragmenter. Cet inconvénient peut devenir très pénalisant dans des modes d'usinages o le copeau est confiné, comme par exemple
dans le perçage profond, le tronçonnage.
Une solution apportée pour pallier les problèmes d'usinage des aciers ferritiques est d'introduire du soufre dans leur composition ou des éléments du type plomb, tellure sélénium qui nuisent soit aux propriétés mécaniques de déformation à froid de résistance à la corrosion, soit aux propriétés magnétiques. Lesdits aciers ferritiques contiennent habituellement des inclusions dures de type chromite (Cr Mn, AI Ti)O, alumine (AIMg)O, silicate
(SiMn)O, abrasives pour les outils de coupe.
Selon l'invention, I'acier inoxydable ferritique peut contenir en outre dans sa composition en poids plus de 30 10-4% calcium et plus de 70 10-4% d'oxygène. L'introduction de façon contrôlée et volontaire de calcium et d'oxygène vérifiant la relation 0,2 < Ca/O < 0,6 favorise dans l'acier ferritique, la formation d'oxydes malléables du type silicoaluminates de chaux comme présenté sur la figure 1 qui est un diagramme ternaire A1203; SiO2; CaO, les oxydes malléables étant choisis dans la zone du point triple anorthite,
gehlenite, pseudo-wollastonite.
La présence de calcium et oxygène réduit de façon conséquente la formation des inclusions dures et abrasives de type chromite, alumine, silicate. Par contre, la formation des inclusions de silicoaluminates de chaux favorise le fractionnement des copeaux et améliore la durée de vie des outils
de coupe.
On a constaté que l'introduction d'oxydes à base de calcium dans un acier de structure ferritique, en remplacement des oxydes durs existants, ne modifie que très peu les autres caractéristiques de l'acier ferritique dans le domaine de la déformation à chaud de la frappe à froid, la résistance à la
corrosion et propriétés magnétiques.
Il s'est avéré qu'un acier de structure ferritique selon l'invention, ne contenant pas ou très peu de soufre, a un usinage assurant son utilisation industrielle en décolletage, tout en présentant une résistance accrue à la corrosion. La présence d'oxydes dits malléables dans un acier ferritique, entraîne
des avantages dans le domaine du tréfilage et étirage.
En effet, les oxydes malléables sont susceptibles de se déformer dans le sens du laminage, alors que les oxydes durs qu'ils remplacent restent en
forme de grains.
Dans le domaine du tréfilage de fils d'acier ferritique de faible diamètre, les inclusions choisies selon l'invention réduisent de manière conséquente le
taux de casse du fil tréfilé.
Dans un autre domaine d'application, par exemple dans des opérations de polissage, les inclusions dures s'incrustent dans l'acier ferritique et
provoquent des sillons en surface.
L'acier ferritique, selon l'invention comportant des inclusions malléables, peut être poli avec beaucoup plus d'aisance pour l'obtention d'un état de
surface poli amélioré.
L'acier est élaboré par fusion électrique puis coulé en continu pour former des blooms. Les blooms sont ensuite soumis à un laminage à chaud pour la
formation, par exemple de fil machine ou de barres.
Un recuit est nécessaire pour assurer les opérations de transformation à
froid du produit par exemple tréfilage et étirage.
L'acier est soumis à un recuit complémentaire de recristallisation pour
restaurer et parfaire les propriétés magnétiques.
Suit alors un traitement de surface.
Dans un exemple d'application, il a été élaboré quatre aciers référencés de 1 à 4 dont les compositions sont représentées dans le tableau 1 suivant:
Tableau 1:
% C Cr Si Mo Mn P N S Ni Cu Ti Nb Acier 1 0,010 11 1,5 1 0,25 0,015 0,012 0,003 <0,2 <0,2 0,25 Acier 2 0,010 12 1,5 0,5 0,25 0,015 0,012 0,003 <0,2 <0,2 0,25
Acier 3 0,010 11 1,5 1 0,25 0,015 0,012 0,003 <0,2 <0,2 0,160 -
Acier 4 0,010 12 1,5 1,5 0,25 0,015 0,012 0,003 <0,2 <0,2 0,160 -
L'acier selon l'invention est utilisable particulièrement pour la fabrication de pièce ferromagnétique comme par exemple, des pièces d'électrovannes, d'injecteur pour système d'injection directe d'essence, de fermetures centralisées de porte dans le domaine de l'automobile, ou toute application nécessitant des pièces du type noyau magnétique ou inducteur. Sous la forme de feuille, il peut être utilisé dans des transformateurs de courant ou
des blindages magnétiques.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Acier inoxydable ferritique utilisable pour des pièces ferromagnétiques caractérisé en ce qu'il comprend dans sa composition pondérale:
0% < C < 0,030%
1% < Si < 3% 0% < Mn < 0,5% % < Cr < 13% 0% <Ni < 0,5% 0% < Mo < 3%
N < 0,030%
Cu < 0,5% Ti < 0,5% Nb < 1% Ca1 > 10-4%
O > 10 10-4%
S < 0,030%
P < 0,030%
le reste étant du fer et les impuretés inévitables à l'élaboration de l'acier.
2. Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce que la composition pondérale comporte en outre du calcium et de l'oxygène de manière que: Ca> 30 10-4%
O >70 10-4%
3. Acier selon la revendication I caractérisé en ce que le rapport entre la teneur en calcium et en oxygène Ca/O est: 0,2 < Ca/O < 0,6
4. Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il contient des
inclusions de silico-aluminale de chaux de type anorthite et/ou pseudo-
wollastonite et/ou gehlénite.
5. Acier selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend dans sa composition pondérale:
C < 0,012%
1% <Si <3% 0,2 < Mn < 0,4% % < Cr < 13% 0% <Ni <0,2% 0,2% < Mo < 2%
N < 0,015%
1 0 Cu < 0,2% Ti < 0,2% Nb < 1 % Ca 2 1.10-4%
0 > 10.10-4%
S < 0,003%
P < 0,015%
le reste étant du fer et les impuretés inévitables à l'élaboration.
6. Procédé d'élaboration d'un acier ferritique selon l'une des
revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'acier est soumis, après laminage
à chaud et refroidissement, à un traitement thermique de recuit puis à une
modification de section du type tréfilage ou étirage.
7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'acier tréfilé ou étiré peut être ultérieurement soumis à un recuit complémentaire de
recristallisation pour parfaire les propriétés magnétiques de la pièce.
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