Brevet FR2045584A1 — publié le 19710305

" " ! i9 18142 1 2045584 L'invention due aux travaux de Messieurs André GUEUSSIER, Roland TEXCQT et Jean LEFEVEE concerne de nouveaux aciexs inoxydables semi-ferritiques et un procédé de traitement thermique de tels acier». Les aciers inoxydables semi—f erritiques connus contenant essentiel— 5 lement 16 à 18 de chrome correspondent aux analyses suivantes, données en poids \ . Korme AÏSOH C fit max Si max p max S. max m Cr Mo Z 8 C 17 1,0 .. 1,0 0,04 0,03 16-18 Z 8 CD 17 i»o 1,0 0,04 0,03 16-18 0,9/1,3 Z 10 Cï 17 1*5 1*0 0,06 >0,15 16-18 Ces alliages sont caractérisés par urne structure mixte. ferrite Structure à chaud. . t : ferrite 6 + austenite y Structure après refroidissement : ferrite & + martensite K Structure après recuit : ferrite S + ferrite a + carbures C La dernière structure est celle qui correspond aux conditions clas- * •; t-'î ï? î 20 siques d'emploi de ces nuances sous forme de barres, de tôlea ou de filsl Un refroidissaient rapide de la structure La seule solution économique qui a été proposée pour améliorer la soudabilité des aciers semi-ferritiques consiste à rechercher une structure entièrement ferritique. L'addition de titane (Werlcstoff n2 4510 : C BAD original 69 18142 2 20if5584 10 15 Mn 7 C %) ou de niobiu* (ïerkstoff ne 4511 : C 12 Ç $) est alors le plus souvent employée. Cette méthodei ne permet pas d'éviter les difficultés en relation, avec le grossissement du grain des structures entièrement ferritiques. On sait par exemple qu'une structure entièrement ferritique pose des problèmes de laminage à chaud au train, continu, de réchauffage des lingots et de meulage des brames (fragilité de structure) . , "Les aciers semi-ferritiques présentent finalement l'avantage d'être aisément transformables en tôles ou en. fils, de résister à la corrosion sous tem-sion en solution chlorurée» de conserver un prix modéré et l'inconvénient d'être fragiles après soudage et d'avoir une résistance à la corrosion parfois insuffisante. L'addition de nickel, de manganèse» ou d'une combinaison coneai-ble de ces deux éléments permet de transformer la structure des aciem semi-ferritique s contenant 17 $ de chrome en une structure entièrement austemitiqme à tomte température et en particulier dans les.conditions d'utilisation. Cette noatrelle famille d'aciers correspond aux aciers inoxydables austenitiques dont quelques compositions classiques sont données ci-dessous. Aciers G . Un Si p S Xi Cr ■s max max max max max Z io CE 18-09 0,12 2*0 1.0 0,04 0?03 8-10 17-19 Z 6 CHD 17-11 0,07 2,0 1.0 0,04 0,03 10-12 16-18 2-2,5 AISI 201 0,15 5,5-7,5 ;i,o 0,06 0,03 3,5-5,5 16-18 20 Ces aciers sont employés soità l'état hypertreapé, soit à l'état écroui. , • - \ . Ils présentent : ,- l'avantage d'avoi-r une bonne soudabilité*et une bonne résistance à la corrosion ; - 1'inconvénient d'entraîner une forte, augmentation du prix de l'alliage en raison 25 dé l'addition de nickel ou d'une combinaison des éléments nickel et molybdène, de manifester/une susceptibilité particulière à:la corrosion sous tension qui limite leur emploi pour.certaines'.applications (chauffe-eau), d'avoir une basse limite élastique. .. .. \ * v- r Sri . ■ * - ; BAD OFUGlNAl^ •18142. 3 204558.4 Les aciers-dits austeno-ferritiques forment un groupe-intermédiaire entre les aciers semi—ferritiques et les aciers austenitiques. Leur analyse est choisie de manière à réaliser une structure biphasée : austenite + ferrite. La distinction fondamentale de cette famille d.'aciers avec, les aciers semi—ferritiques qui contiennent eux aussi une quantité relativement importante d'austenite à chaud, tient à la stabilité particulière de cette structure biphasée par opposition aux aciers semi-ferritiques dont la structure après recuit est décomposée en ferrite + carbures qu'il s été vu plus haut. Quelques compositions d'aciers appartenant à cette f«ri lie sont indiquées ci-dessous : c Si Sa - -KL Cr ■CL Cu Mo 0,05 ' 0»5 :;« : 10 2,0 18 0,4 — — 0,05 0,5 .. 0,5 8 20 . , ...... 1*5 2,5 0,05 0,5 0,5 6*5 26 0*2 . — . - 10 15 20 25 Le traitement thermique normal ayant emploi est un traitement d'hypertrempe vers 1050 - 1L5QC. - .>. Ces aciers présentent i - l'avantage d'avoir un» soudabilité améliorée par rapport aux acieps seaî-ferriti- i ques dont ils conservent toutefois la sensibilité au grossissement du grain, d'apporter us gain en ce qui coaceme la résistance à la corrosion sous tension par comparaison, aux aciers austenitiques ; - 1 'inconvénient d'être difficilement laminables à chaud, d'entraîner de ce fait et en raison de la composition un relèvement important du prix de l'alliage. Les aciers faisant l'objet de la présente invention se rattachent au groupe des aciers inoxydables semi-ferritiques, ayec une nette amélioration des qualités de soudabilité et de résistance à la corrosion par rapport aux autres aciers du groupe. Le traitaient thermique préconisé permet un gain de productivité des installations de fabrication de tôles, barres et fils en aciers de l'invention, grâce & une réduction notable du temps total d'utilisation des fours de traitement. Dans la suite du texte, on utilisera les notions d'équivalent chrome de l'acier ; (jt Cr) + (/SSi) + (j6 Ko) +■ 4 (£ ÏL + % Ib) et d'équivalent nickel : (% Mi) + 0,5 (Jé Mn) + 0,5 (£ Cu) + (j6 Co) + 20 C + ^ M^), et la représentation d'un acier par un point dans un système de coordonnées rectangulaires, tel que ce— BAD ORIGINAL. 2045584 lui de la figure, comportant en abscisses l'équivalent chrome et en ordonnées l'équivalent nickel tels que définis précédemment. Les aciers de l'invention, ayant une teneur à chaud en austénite comprise entre 10 et 50 $ en poids, sont caractérisés par leur analyse pondérale 5 C Co ; Fe et impuretés reste, et par le fait que leurs points représentatifs dans le système de coordonnées (équivalent Cr — équivalent Mi) sont compris à l'intérieur du. polygone ayant pour sommets les points A (15 - 4»5) B (18,5 - 8) C (24 - 8) D (24 - 6) E (20 - 2). 10 Ces aciers ont une structure à chaud identique à celle des aciers semi-ferritiques (ferrite + austénite), mais ils conservent cette structure hipS*— sée au refroidissement, sans formation. de phase martensitique fragile. De ce fait, ils ont des Qualités de soudabilité que ne possèdent pas les aciers semi-ferritiques usuels. 15 Leur résistance à la corrosion est aussi meilleure que celle des aciers semi-ferritiques usuels. Panai les aciers de l'invention, un premier groupe avantage» à cause de son économie en éléments d'addition chers, est celui qui répond à l'nm lyse restreinte : C 20 1,5 & Cu^lJÉ, 0,1 & Se et impuretés reste. \ lîn autre groupe, remarquable par sa résistance à la cerroaiem. est celui d'analyse restreinte ï C^.0,1 Jé, Mm 3 à 6 jé, Si^ 1 %, Mi^ 1 JÉ, Cr 15 à 18 Mo 1,5 à 3 Cu^ 1 0,1 JÉ» Te et impuretés reste. Un grompe dérivé de celui-ci en remplaçant une partie dm Molybdène 25 par du silicium a des qualités comparables. Il contient 1k 2 JÉ Si et 0,5 à 2 JÉ H*, le reste étant inchangé. Lorsqu'on veut améliorer l'usimabilité des aciers de l'invention, on peut leur ajouter, de façon connue, du soufre et/on du sélénium et/eu du tellure, en quantité totale ne dépassant pas 0,4 jt. 30 Les aciers de l'invention qui. sont livrés sous forme de tôles, de barres ou de fils, peuvent avoir subi les opérations usuelles de fabrication de l'acier semi-ferritiqua du type Z 8 C 17, à savoir bloooing, laminage à chaud, recuit-décapage, laminage à froid, ou tréfilage, recuit final.. Le reçoit qui fait suite à la dernière passe de laminage à chaud est normalement un recuit prolongé 35 à une température de l'ordre de 8002C qui conduit à l'adoucissement maximal favo- 18142 BA0 ORIGNAL 18142 5 2045584 opérations ultérieures de défoimation à froid. Selon le nouveau mode de réalisation de ce recuit qui fait partie de l'invention, on opère en deux étapes, la première étant une transformation en martensite de 1'austenite conservée à température ambiante, la deuxième étant une 5 transformation de cette martensite en ferrite et carbures. La première étape est constituée par l'une des opérations suivantes, au choix : - recuit entre 7D0 et 900^0, de préférence entre 750 et 8002C, par exemple pendant 4 heures, suivi d'un refroidissement lent, de l'ordre de 25eC à l'heure jusqu'à 10 6502C, puis refroidissement à l'air ; - traitaient par le froid, par exemple maintien pendant 3 heures à -802C ; - écrouissage à température ambiante, par exemple laminage ou tréfilage à froid avec réduction de section d'au moins 30 % î - refroidissement lent à partir de la température de sortie de la dernière passe de 15 laminage à chaud (par exemple refroidissement de 25fiC/heure depuis 8502C jusqu'à 6502C) puis refroidissement à l'air. La deuxième étape est un revenu à température inférieure à 8502C poursuivi jusqu'à disparition de la martensite. Sa durée, qui peut être d'une heure et même moins, est notablement réduite par rapport à celle du recuit unique prolongé 20 usuel 10 à 20 heures, ce qui permet d'améliorer la rentabilité des fours de traitement. A titre d'exemple, on a effectué 5 coulées d'acier selon l'invention. Leurs analyses étaient : Coulées Teneurs ($) C Si Mn Ni Cr • Ko S P N2 (1) 0,058 0,4 .4,7 0,5 20 0,02 0,005 0,019 0,051 (2) 0,063 0,4 9,2 0,2 23,1 0,01 0,005 0,019 0,052 (3) 0,044 0,3 4,4 0,1 17,4f 1,98 0,016 0,023 0,024 (4) 0,045 1,3 7,6 0,8 17,1 0,96 0,014 0,023 0,023 (5) 0,064 1,9 5,2 0,1' 16,8 P,96 0,017 0,025 0,050 tel a déteïminé leurs caractéristiques mécaniques après recuit en bad ORIGINAL' 69 18142 6 2045584 deux étapes selon le traitement de 11invention. Des éprouvettes cylindriques de 10 mm de diamètre, brutes de forgeage, ont été soumises à un recuit à 7852C pendant 4 heures suivi d'un refroidissement de 25^0 par heure jusqu'à 650®C et d'un refroidissement à l'air ensuite» puis à un revenu à 750eC pendant 15 minutes suivi d'un 5 refroidissement à l'air. Les résultats figurent dans le tableau suivant : Coulées E (h bar) E (h bar) A*-(Lq = 50 ■») l f (1) 56 33 30 56 (2) 58 34 29 58 (3) 59 ... 35 26 58 (4) 63 39 25 58 (5) 68 44 31 77 L'aptitude au pliage» en l'absence de tout traitement thermique, des soudures des aciers de l'invention est nettement supérieure à celle des aciers semi-ferritiques usuels. La comparaison de la microdureté des différents composants 10 rencontrés dans la soudure d'aciers semi-ferritiques usuels et d'aciers de notre invention conduit aux résultats suivants : - Microdureté Vickers (Charge appliquée 50 g) A l'intérieur grains ferritlques Aux joints de* grains ferritlques Acier semi—ferritique usuel Acier de l'invention 220 260 530 (phase aartensitiqve) 320 (phase austenitique) La faible résilience du joint soudé par fusion est caractéristique des aciërs inoxydables semi-ferritiques. Cette résilience est fortement augmentée 15 dans l'acier de l'invention ainsi que le montre le tableau ci-après : Aciers . ' 2 Résilience Charpy Y en daJ/cm Semi-ferritiques ( Z 8?. 0.17.) *. ... * - * - Ferritiques (Weikstoff 4510 et 451l) 0,5 à 1,5 Austeno-ferritiques 1 - • 1,5 à 3 Austenitiques (AISI 201 et 202) >4 Aciers de l'invention ' 2 à 4 -mrnmo bad ORIGINAL 18142 7 2045584 Du point de vue de la corrosion, les deux modes d'agressivité principaux auxquels peuvent être soumis en pratique les aciers inoxydables sont la corrosion par piqûres en présence d'ions Cl et la corrosion générale en milieu acide dilué et son chloruré. 5 Les essais suivants ont été effectués sur des tôles de 10 mm d'épaisseur. Celles en aciers de l'invention avaient subi, après le laminage à chaud le recuit en deux étapes selon l'invention. 1?) Corrosion par piqûres en présence d'ions Cl » en solution non oxydant* en soi sais aéré*. 10 Ceci intéresse la corrosion atmosphérique (ions Cl" toujours pré sents, mène loin d* la mer), les solutions salées (produits alimentaires, etc.). Les solutions très chlorurées ou franchement oxydantes sont justiciables des aciers 18-10 N* au moin*. La résistance à la corrosion dans ce doaaine a été appréciée par le 15 potentiel de piqûres dan* des solutions de chlorure de sodium au moyen d'une courbe de polarisation anodique. Cb a démontré en effet que la réaction cathodique de séduction d'oxygène était insensible à la nuance, la détermination du potentiel de piqûres (caractéristique anodique) constitue dose une bonne échelle de classement des nuances. 20 Le tableau suivant donne, sous fonte d'intervalles, les résultats d'essais comparatifs sur les divers aciers indiqués. 1 Potentiel de piqûres (en mï) en milieu Na Cl 0,02 H Aciers semi-ferritiques ( Z 8 C 17) 530 -'580 Acier* ferritiques (Vericstoff 4510 et 451l) 540 - 590 Aciers austeno-ferritiques • 650 - 730 Aciers austenitiques au manganèse (AISI 201 - 202) 610 - 660 Aciers austenitiques au nickel ( Z 10 CH 18 - 09) 640 - 700 Aciers de 1'invention • 620 - 680 2®) Corrosion générale en milieu acide dilué et non chloruré. Bans la grande majorité des cas, un acier inoxydable devra se 25 trouver à l'état passif pour résister à la corrosion en milieu acide, sinon il se corrodera à l'état actif. BADORKMNN. 69 18142 8 2045584 Dans aise solution acide déterai née, un acier inoxydable donné sera passif si la réaction cathodique de réduction de 1'oxydant en solution (oxygène dis- seras, ions Fe , C±i s ele), suasse le potentiel du métal dans la sone de passivité. Ceci sera réalisé si la vitesse de réduction de l'oxydant? espsiai® en a/«^s est passivation i par car, smsmêe sur-la courte 6 supérieure à l'intensité critique de polarisation anodique du nétal traoée en l'absence d'oaydaat,, ÏTsyerseaeKt, pomr une vitesse donnée de réduction de l'oxydent, seront passifs les aciers ayant un i plus petit que cette vitesse, et actifs les aciers ayant un iQ plus . L'expérience accusaïlée a montré que, au moins dans un très large domaine» c'est bien 1# qui est le paramètre décisif : l'acier sera d'autant "meilleur" que iQ sera plus pëtit : Aciers Courant critique de passivation (10~5 A. cm"2) en milieu m^04 2 M Semi-ferritiques ( Z 8 C 17) 11-15 Ferritiques (Vericstoff 4510 - 451l) 10 - 15 Austeno-ferxitiques 0,5 - 4 Austenitiques au manganèse (AISI 201 - 202) 5-9 Austenitiques au nickel ( Z 10 Cl 10 - 09) 0,7 - 1,5 Aciers de l'invention 2-6 15 20 D'une manière générale, les résultat* précédent* permettes! de situer les alliages de notre invention à un niveau intermédiaire entre les acier* austenitiques au nickel et les aciers semi-ferritiques classique*. Les applications des acier* dè l'invention, statut forme de de tôles et de fils sont très variées. Outre les emplois usuels des acier* semi-ferritiques, des aciers austenitiques au manganèse ou à basse teneur en nickel, tels que chaudronnerie, architecture, éviers, enjoliveurs» pare-chocs, baguettes de décoration pour automobiles, ils ont de nouveaux débouchés, grâce à leur prix moins élevé que celui des aciers austenitiques et âusteno-ferritiques et à l'amélioration de qualité qu'ils présentent par rapport aux aciers semi-ferritiques. Ainsi ils conviennent particulièrement pour la fabrication des ballons d'eau chaude, des radiateurs d'automobiles (à cause de leur résistance à la corrosion sous tension, de "•VW* t 69 18142 9 2045584- leur soudabilité et de leur prii), des pots d1échappement, des tubes soudés, des grilles de cuisinières (à cause de leur soudabilité), des crochets de fixation des ardoises des toiimres (à cause de leur résistance à la corrosion). 69 18142 10 2-045584 ;revendications 1. Acier inoxydable semi—ferritique ayant une teneur en austenite à chaud allant de 10 à 50 ayant pour analyse pondérale générale 5 10 15 Fe et impuretés reste et dont le point représentatif dans un diagramme rectangulaire emportant en abscisse l'équivalent Cr = (jÉ Cr) + ($6 Si) + (jé Mo) + 4 (j6 M. + JÉ Wt>) et en ordonnée 20 l'équivalent nickel = Si) + 0,5 (# Ma) + 0,5 (jf Oi) + (jÉ Co) + 20 (jC C + JÉ I.,) est à l'intérieur du polygone (a B C S e) dont les sommets ont po*r coordonnées -A (15 - 4.5), B (18*5 - 8), C (24 - 8), D (24 - 6), B (20 - 2). 2. Acier selon, la revendication 1 ayant pour analyse C^0,1 jf, Ha 3 à 6 JÉ, Si 25 3. Acier selon la revendication 1 ayant pour analyse C ^ 0,1 JÉ, Ma 3 à 6 JÉ, Si^C 1 JÉ, Ni ^ 1 JÉ, Cr 15 à 18 %, Mo 1,5 à 3 & Cb^ 1 JÉ, 0,1 %, Fe et impuretés reste. 4. Acier selon la revendication 1 ayant pour analyse 0,1 JÉ, Mb 3 à 6 JÉt Si 1 à 2.% Hi 30 5. Procédé de traitement d'acier selon l'une des revendications 1 à 4 selon lequel la dernière passe de laminage, ou tréfilage à chaud, au cours de la transformation en tôles, barres, fils, est suivie d'un traitement en deux stades, le premier transformant en martensite l'austénite du métal conservée à température am- C 0,2 £ Mil 1 à 10 % Si 3# M 5* Cr 14 à 25 JÉ Mb 3 £ Cu ■ 5 % Co 10 JÉ K2 0,3 JÉ Ti 1?É Wa . i jé B 0*005 JÉ Al 0,5 £ -wo BAÛOgpINAL 69 18142 il 2045584 Mut*, le deuxième étant un revem& à température 6. Procédé selon la revendication 5 où le premier stade est un recuit entre 700 et 900CC, de préférence entre 7502 et 8002C suivi d'un refroidissaient, lent 5 jusqu'à 65®G, à l'air ensuite. 7. Procédé selon la revendication 5 où le premier stade est un traitement par le froid. 8. Procédé selon la revendication 5 où le premier stade est un écrouissage à température ambiant*. 10 9. Procédé selon la revendication 5 où. le premier stade est un refroidissement lent à partir de la température de sortie de la passe finale de T ami nage à chaud, jusqu'à 650*0, à l'air ensuit*. 10. Application des aciexs selon l'une des revendications 1 à 9 à la fabrication d* bHllanfi d'eau ciuuide, de radiateurs d'automobiles. 15 11. Application des aciexs selon l'une des revendications 1 à 9 à la fabrication de pots d'échappement, de tabès soudés» de grilles. 12. Application dès aciexs selon l'une des revendications 1 à 9 à la fabrication de crockets de toitures. 'j&9 Ê BAD ORIGINAL '