Brevet FR2009794A1 — publié le 19700206

i 2009794 La présente invention a essentiellement pour objet des lames de rasoir en acier durci,- des "bandes pour rasoir ou des outils semblables a bord mince destinés à couper des matériaux relativement tendres ; 1*invention se rapporte plus particulière-5 ment à des ébauches permettant de fabriquer de tels outils ou instruments et pouvant être fabriqués de manière simple et par suite peu coûteuse , en permettant simultanément d'obtenir pour de tels outils une bonne résistance à la corrosion combinée à une dureté et douceur de tranchani uniformes et très élevés. Jusqu'à présent les lames de rasoir étaient fabriquées par laminage à froid de bandes d'acier. Des aciers martensitiques au chrome,laminés à froid ont été utilisés antérieurement pour fabriquer des lames inoxydables de rasoir et autres ustensiles de coupe similaires. Une sorte d'acier longtemps utilisée à ce 15 sujet a comme composition : 0,95$C, 0,2 $Si, 1,0 $Mh et 13,5 $Cr. Gat acier a été utilisé lorsqu'on a désiré fabriquer un outil de coupe de grande dureté. Un autre type d'acier à plus faible teneur en carbone utilisé dans la fabrication des lames de rasoir a pour composition : 0,65 i° C, 0,4 $Si, 0,4 $ Ma, et 13, 7 $Cr. Pour 20 produire des bandes pour rasoir on a également utilisé un acier répondant à la composition : 0,35 f°0, 0,5$ Si, 0,5$ Ma, 13*6$ Cr et 1,0$Mo, cet acier nécessitant un plus grand degré de souplesse que celui des lames de rasoir. On a également suggéré pour des lames de rasoir ne présentantqatmerésistance modérée à la corrosion 25 d'utiliser des qualités d'acier contenant une teneur en chrome aussi faible que,par exemple, • des aciers à ouiil ayant la composition : 0,37 $ C, Î,Q $ Si, 0,45 $ Mn, 5,25 Or,- 1,3 $ Mo, 1,0 $ V et 0,015 $ Al. Conformément à l'invention ^importe lequel des types 30 ci-dessus mentionnés d'aciers martensitiques peut être utilisé pour fabriquer des instruments de coupe, quoique la composition de ces aciers puisse varier largement dans le cadre de la pésente invention. Par suite d'autres éléments d'alliage que ceux mentionnés peuvent être utilisés en quantité modérée » Cependant l'inven-35 tion se caractérise essentiellement en ce que la composition de l'acier est telle que l'on obtient une matrice ferritique à une température comprise entre 600 et 7900 C et.en ce que les éléments 69 17931 2 2009794 d1alliage sont présents dans les quantités suivantes : , . 0,2 à 1,5 ' et de préférence 0,2 à 1,0 $ 5 à 2.0 ^ Cr et dé préférence 9 à 18$ et avantageusement- 12 à Î8 $ 0 à 4 ^ Si et de préférence 0 à 2,5 $ • 5 0 à 4 $ Me> et de préférence 0 à 2 $ 0 à 4 $ Mn et de préférence 0 à 1,5 $ • 0 à 4 $ Ou et de préférence 0 à 1 $ 0 à 4 $ Co et de préférence 0 à 2 $ 0 à 3 $ W et de préférence 0 à 2 $ 10 0 à 2 tfo V et de préférence 0 à 1,5 $ 0 à 3 $ Si et de préférence 0 à 2,5 $ 0 à 1 $ Ti, Ta, ffb, B, Be, le reste étant principalement du fer et des impuretés. La teneur totale en nickel, molybdène, manganèse, cuivre, cobalt, tungs— 15 tène, vanadium et silicium ne doit pas excéder 10 $ et la teneur totale en titane, tantale, niobium, bore et béryllium ne doit pas excéder 2 $. N ■ La définition de l'acier inoxydable martensitique au chrome couvre, également sensiblement la famille des qualités 20 dtacier concevables entrant dans lë cadre de invention.. Lorsqu*on fabrique des lames de rasoir à partir d'un acier ayant l'une des. compositions ci-dessus mentionnées, ou une composition qui tombe à 1* intérieur de la définition donnée ci- ' dessus, il est d'usage de laminer d'abord à froid l'acier puis 25 de le durcir, autrement dit de faire appel à une technique qui quoique convenablement mise au point pour telle application par- -ticulière n'en reste pas mains classique . Le matériau de départ est constitué par une bande laminée à chaud, traitée en surface par exemple par décapage,, meulage, soufflage ou par des opérations 30 analogues. Le matériau est alors-laminé à froid suivant un grand nombre de passes alternant avec des revenus d'adoucissement et intermédiaires jusqu'à ce que la dimension finale désirée èoit atteinte. Quoique ce procédé soit" très long et par suite coûteux il est encore utiljsâ dans la pratique étant-donné qu'il est 55 considéré comme;le seul permettant d'obtenir un produit de qualité élevée. La qualité de l'acier est eh effet améliorée" par le laminage à froid ; la dureté de l'acier est en particulier aCerue. 69 17931 3 2004794 En outre on- obtient une surface brillante qui, entre autre; chose, augmente la résistance à la corrosion de-l'acier Le laminage à froid s'accompagne cependant d'un certain nombre d'inconvénients dont l'un,'à savoir la longue durée 5 du processus de fabrication a été précédemment mentionné Lorsqu'on utilise des aciers fortement alliés il apparaît également des problèmes considérables qui doivent être résolus pour effectuer correctement les revenus nécessaires au travail à froid' du métal. Outie la nature du matériau de départ, d'autres 10 facteurs qui affectent la qualité du produit final sont tout d'abord le nombre de revenus effectués, la manière dont ces revenus sont effectués et les températures ét durées des revenus. Il est difficile de jouer sur le nombre des revenus effectués étant donné que ce nombre est déterminé par l'ampleur de la 15 réduction du matériau. En ce qui concerne la manière dont les revenus sont effectués, il est important que le chauffage soit effectué uniformément sur toute la longueur de la bande et sur toute- sa section transversale, ce qui ne peut être pleinement obtenu dans la pratique. Un chauffage répété à des températures 20 comprises entre 700 et 800°C pour un acier inoxydable qui est réduit par le laminage jusqu'à l'épaisseur d'une lame de rasoir et le refroidissement ultérieur provoquait une modification considérable dans la structure de l'acier. On a expliqué que les défauts d'homogénéité résultant, pcroant être combiné aux irrégula-25 rités obtenues durant le traitement thermique , sont.autant de raisons pour que le degré "de dureté de l'acier en question varie considérablement lors du durcissement. Cela est particulièrement vrai lorsque le durcissement est effectué de manière - oontinue et lorsque l'on ne dispose que d'une durée de temps 30 ' limitée pour effectuer le traitement de l'acier. Le désir général étant après-tout de fabriquer un produit de qualité uniforme, il n'est en fait pas'possible d'atteindre cette uniformité lorsqu'on utilise les. techniques classiques. Un autre inconvénient provoqué par les défauts d'homogénéïté 35 qui apparaissent comme le; résultat du traitement thermique est la non planéité du matériau, autrement dit "le bossuage" provenant de l'état de contrainte interne du matériau-. De plus un inconvé:- 69 17931 4 2009794 nient très sérieux. apparaissant lors des revenus répétés est que ces procédés conduisent à un accroissement indésirable de la grosseur des particules de carbures. Des essais ont été tentés pour supprimer cet effet négatif en .maintenant les températures 5 " les plus basses possibles de manière à réduire .la .vitesse de.., croissance des particules . Néanmoins il peut se faire que des grains de carbures se forment qui sont trop grands et de type tel, qu'ils ne puissent passer complètement en solution lors de la phase d'austénitisation du métal, en conjonction avec la phase de 10 durcissement continu normal effectuée pour durcir l'acier de la lame de rasoir. Il en résulte que la dureté théorique possible de l'acier n'est pas toujours obtenue et qu'un autre facteur peut s'ajouter pour faire varier encore la dureté. le fait que dans certains cas on obtienne une dissolution 1 5 incomplète, p.eut également affecter le degré de résistance à la corrosion de la lame de rasir étant donné qu'une partie du chrome est alors liée sous forme de carbures de chrome non solubilisée. Evidemment.le degré de résistance à l'acier peut aussi être augmenté en augmentant soit la quantité de chrome présente dans 20 la composition soit en augmentant la durée d'austénitisation. Dans le premier cas cependant cela se fait au détriment du prix de .re^ vient du produit, tandis que dans le second cas on diminue la capacité de production ce qui n'est évidemment pas souhaitable. On peut ainsi dire qu'en l'état actuel de la technique pour les 25 aciers inoxydables pour lames de rasoir le matériau disponible aujourd'hui présente une faiblesse de qualité et simultanément requièrt des prix relativement élevés résultant.d'un processus compliqué de fabrication. En conséquence, un objet de la présente invention est de 30 fabriquer un produit, en.acier au chrome martensitique fortement allié du type spécifié ci-dessus dans l'introduction, qui soit supérieur au produit existant précédemment à la fois en ce qui concerne la qualité et le prix de revient..Ceci est obtenu.suivant une seconde caractéristique de -11invention grâce au fait 35 que 1 ' ébauche • sera travaillée essentiellement, plastiquement dans les rouleaux du laminoir à des températures comprises entre 600 et 790°C sous une réduction totale de dimension d'au-moins 40 $ et 69 17931 5 2009794 en ce que l'on adapte d'abord la température et le degré d'usinage de manières à former uns structure de carbures finement divisée et nodulairesou sphéroïdaux dans une matrice ferritique présentant au moins 40, et de préférence au moins 60 grains de carbures pour 5 100/^ m2 présentant ainsi une très grande susceptibilité à se dissoudre. Le matériau de départ pour être travaillé pkstiquement doit être sensiblement constitué par de la perlite ee qui signifie la transformation du produit en austénite (lamellaire ou non) qui 10 est formé à une température comprise entre 790 et 550°C. En outre la structure doit être homogène et il ne doit pas y avoir en dehors de la structure principale une présence appréciable de constituante d tune autre structure fne devant pas dépasser un maximum d'environ 20 $) ; cette condition est particulièrement criti-15 que dans le cas des aciers inoxydables dont la structure est plus compliquée et par suite plus facilement perturbée que les aciers ordinaires au carbone. L'acier peut être normalement travaillé directement sans qu'il soit effectué de revenus préalables et le taux de réduction n'est pas limité, ce qui signifie que le 20 métal peut être réduit directement à la dimension finale désirée sans utiliser de revenus intermédiaire s. Par réduction on entend réduction des dimensions de la bande,perpendiculaire ent à la direction d^longation et par rapport aux dimensions initiales. Des surfaces brillantes sont obtenues en dépit de la température 25 relativement élevée utilisée. L'utilisation d'une atmosphère de protection ne s'est pas révélée nécessaire . De préférence la bande est ensuite laminée à la température ambiante de façon à atteindre certaines tolérances de manière à conférer à l'acier des propriétés additionnelles souhaitables. Le nombre des revenus 30 peut être limité à 1 ou 2 sans affecter de façon appréciable le résultat"final. • __ Il est connu de laminer des bandes aux températures spécifiées en vue de fabriquer de lracier pour lames de rasoir. Ainsi il a été suggéré il y a presque 50 ans dé laminer une bande 35 d'acier au carbone à une température de 680°C de manière à utiliser la ductilité du métal à cette température . Le procédé cependant n'a pas été utilisé ni pour l'acier au carbone, ni pour l'acier inoxydable, ce phénomène devant vraisemblablement 69 17931 s 2009794 être attribué au fait que personne n'avait décmvert précédemment l'importance de l'homogénéité de la structure de départ avant laminage, le résultat surprenant obtenu en sélectionnant un matériai de départ appropné et en adaptant le traitement à ce matériau 5 conformément à l'invention va être maintenant expliqué en faisant référence à un exemple et aux photographies annexées qii illustrent la structure du matériau à différents stades de l'usinage. Il est bien entendu que cet exemple ne doit nullement" être considéré comme limitatif. 10 Exemple l'essai portait sur la fabrication d'un acier inoxydable pour lames de rasoir présentant des propriétés améliorées'par rapport atK matériaux produits de feçon conventionnelle par laminage à froid * l'acier avait la composition suivante : 0,66$C, 0,38$Si, 15 0,45 $ Mn, 13,8 $Cr, 0,06 $ M, 0,04$ Mo et 0,063 $ ÏF. le maté- -riau était d'abord laminé à chaud" de manière classique jusqu'à ramener son épaisseur à 6 mm puis il était décapé . Après décapage le matériau "était chauffé dans un four électrique comportant un fond dur mobile placé aussi près que possible 20 des rouleaux d'un laminoir. la température du four variait entre 600 et 750°C. la matrice d'acier avait encore une structure fer-ritique à ces températures. Immédiatement après avoir atteint la température désirée du matériau, le matériau était réduit directement jusqu' aise dimensions finales sans effectuer de revenus inter-25 médiaires. On a trouvé qu'il existait une température limite comprise entre 600 et 650°C en ce qui concerne la ductilité. Dans le cas du type d'acier spécifiés la limite inférieure était de l'ordre de 620°C. la ductilité était bonne pour l'acier en question entre 650°0 jusqu'à et y compris 750°C et des- fortes réduc-30 tions étaient obtenues à chaque passe, de sorte qu'un faible nombre de passes était seulement nécessaire . Dans le laminoir utilisé pour l'essai il était possible d'obtenir des réductions de 44 $ à chaque passe ; cette valeur he doit pas cependant être considérée comme une valeur maximale pour la technique en question. Faisant 35 suite à chaque passe un; échantillon d'environ 2 dm de longueur était découpé . Des microessais étaient alors faits sur la structure des échantillons. 69 17931 7 2009794 Les. figures 1 , 2 et 3 (grossissement 1 200) montrent la structure de départ de l'acier et les structures obtenues après réduction totale de 67 $ et 76 $ respectivement à une température de laminage de 750°C . Le matériau doit être laminé jusqu'à ce que l'on obtienne des carbures finement divisés et nodulaires à raison d'au moins 40 et de préférence au moins 60 grains de carbures pour 10OjMm.2 de surface. En outre la structure doit être homogène et ne pas présenter de perlite résiduelle appréciable. Après réduction de 67 ^(figure 2) le nombre des carbures présents était satisfaisant, quoique de petites parties contenant de la perlite résiduelle était-encore présente. Après réduction de 76 $ aucune partie perlitique ne peut être observée dans la figure 3. Le nombre de carbures était très élevé, bien au dessus de la valeur la plus élevée de la densité des carbures à savoir 80 pour 10Q)JX/ m2. De manière à illustrer l'intérêt de l'utilisation au départ d'un matâiau très homogène, on a montré dans la figure 4 (au grossissement 1200) un matériau de départ présentant la même composition que celui précédemment spécifié mais avec une structure mélangée, et dans la figure 5 le même matériau après réduction totale d'au moins 78 $ à 700°C . La structure de départ illustrée à la figure 4 est une structure mélangée de caractère complexe . et la structure finale de la figure 5 présente alors une distribution non uniforme des carbures. Des amas de parties contenant moins de carbures sont clairement visibles dans la figure. Dans la figure 6 (grossissement 1200) on a montré un matériau de départ présentant une àructure partiellement nodulaire et ayant également une structure inégale. Dans la figure 7 on a montré le même matériau après réduction totale de 77 ^ à 750°C. Des amas indésirables sont également visibles dans ce cas. La sphéroïdisation est cependant suffisante. Après laminage à haute température la bande est ensuite réduite en épaisseur par laminage à froid de manière à obtenir les tolérances désirées. En comparai l'ébauche de lames de rasoir fabriquée selon l'invention et l'ébauche fabriquée selon la technique de laminage 69 17931 8 2009794 à froid classique cm a'découvert que'contrairëment~--aiF:mâtériau de référence, la dureté dos matériaux de l'invention varie "très peu, dcune fabrication à l'autre,, et que simultanément ces duretés étaient plus élevées. On pense que. ces. facteurs peuvent être attri-5 bués à la structure fine effectivement soluble et homogène du matériau fabriqué suivant l'invention, mais quoiqu'il en soit ces résultats n'en sont pas moins, remarquables. Les échantillons ont été aisuite SDumis à des essais de durcissement qui étaient effectués dans un simulateur susceptible d'imiter les conditions 10 opératoires effectuées dans le durcissement dit "en continu". Dans de tels procédés de durcissement la bande est continuellement soumise à un traitement de dissolution pendant son passage à travers un fcrur chauffé jusqu'à une température de1100°C . La durée dont on dispose pour les vitesses de défilement des bandes utili-15 sées eeb de 45 secondes. La bande est alors refroidie de manière continue à - 70°C . Outre les améliorations en ce qui concerne la dureté, de bons résultats étaient égalonent obtenus à d'autres pointe de vue. Ainsi le matériau présentait un bon degré de planéïté, pro-20 bablement dû à sa structure homogène. La résistance à la corrosion était également bonne. Bien que l'invention ait été décrite et illustrée en faisant référence à un exemple il est bien eifcendu qufelle ne doit nullement être considérée comme limitée à cet exemple mais qu*on 25 peut lui apporter de nombreuses variantes sans sortir du cadre de l'invention . Ainsi les compositions données des aciers doivent seulement être considéré® comme des exemples possibles de compositions types susceptibles d'être utilisées suivant l'invention. Suivant l'invention des matériaux comprenant des éléments tels que 30 ceux favorisant la présence du graphite, par exemple le silicium, le nickel ou'l'alumiriim, c'est à dire des matériaux qui dans les techniques classiques créent de grandes difficultés en relation avec le laminage à froid et les traitements de revenu , peuvent être utilisés avantageusement„ Il est également possible de fabri-35 quer un acier moins chargé de scorâes à parilr d'acieig tendant à former du graphite lorsqu'ils sont traités de façon classique en ajoutant des agents de désoxydation tels que l'aluminium et le 9 2009794 silicium dans des proportions allant jusque environ 0,1 et 2 $ respectivement.' L'invention comprend donc tous les équivalents des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit. Pour les références du mémoire descriptif renvoyant aux figures 1 à 7 les planches l/3- Il/3, m/3 déposées au dossier peuvent être consultées à l'Institut National de la Propriété Industrielle 69 17931 2009794 t. Une ébauche pour lames de rasoir, bandes pour rasoir ou instruments à bords tranchants en acier durcissemblable destinés à couper des matériaux relativement tendres et permettant de 5 fabriquer des outils de coupe présentant en combinaison une bonne résistance à la corrosion, une dureté et douceur de tranchant élevées et uniformes, cette ébauche pouvant être fabriquée de manière simple et peu coûteuse , caractérisée en ce que la composition de l'acier est telle que lton obtient une matrice faritique à une 1Q température comprise entre 600 et 790°C et que les éléments d'al-liage sont présents dans les quantités suivantes : 0,2 à t,5 ^ C et de préférence 0,2 à 1,0 fi 5 à 20 fi> Or et de préférence 9 à 18 ^ et avantageusement 12 à 18fi 0 à 4 fi Fi et de préférence 0 à 2,_5fi> 15 0 à 4 fi Mo et de préférence O à 2 ^ 0 à 4 fi Mn et de préférence O à 1 ,5 fi 0 à 4 fi> Cu et de préférence 0 à 1 fi O à 4 fi Oo et de préférence Oà 2 fi 0 à 3fi ¥ et de préférence 0 à 2 fi 20 0 à 2 fi Y et de préférence 0 à 1,5$ O à 3 fi Si et de préférence 0 à 2,5 fi . 0 à 1 fi ïi, Ta, Fb, B, Be, le reste étant principalement du fer et des impuretés, la teneur totale de nickel, molybdène, manganèse, cuivre, cobalt, tungstène, 25 vanadium et silicium ne devant pas dépasser 10 fi, et la teneur totaleêfe titane, tantale, niobium, bore et béryllium ne devant pas dépasser 2 fi, etence qufon confère à l'ébauche, à partir d'une structure de départ homogène, de préférence perlitiques essentiellement par seul laminage plastique de l'ébauche à des températures 50 comprises entre 600 et 790°C,et en lui appliquant une réduction totale au moins égale à 40 fi,et en adaptant tout d'abord la température et le degré dîusinage, une structure de carbures finement divisé nodulaireg dans une matrice de ferrite ayant au moins 40 et de préférence au moins 60 grains de carbure pour 10Çu,m2 pré— 35 sentant par suite une grande susceptibilité à se ■ dissoudre. 2. Ebauche suivant la revendication 1 caractérisée en ce qu 'elleest laminée à une température comprise entre 650 et 790°C. 69 17931 2009794 3. Ebauche suivant la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est laminée jusqu'à ce l'on obtienne une réduction au moins égale à 70 $ et de préférence au moins égale à 85 4. Une ébauche suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle est réduite jusqu'à ce que l'on obtienne une structure contenant au moins 80 particules de carburas puur 1 OQum.2. 5. A titre de produits industriels nouveaux les produits obtenus à partir d'ébauches fabriqué© suivant l'une quelconque des revendications précédentes et en particulier les lames de rasoir^rubans pour rasoir et autres appareils de coupe similaires.