Brevet FR2458598A1 — publié le 19810102

*450598 La présente invention se rapporte à un acier inoxydable ferritique, à sa préparation et à son utilisation dans la fabrication d'articles à haute résistance mécanique et résistant à la corrosion intercristalline, en particulier des chaînes à charnières à course rectiligne ou courbe. La demanderesse a cherché à obtenir un acier inoxydable à haute résistance mécanique et haut allongement, présentant une résis- tance suffisante à la corrosion et à prix de revient intéressant. En particulier, à l'état façonné à froid, l'acier en question devrait présenter de hautes valeurs de résistance à la traction, de limite 0,2 d'allongement à la rupture et de ténacité et il devrait résister à la corrosion intercristalline à l'état soudé sans traitement ther- mique subséquent. En outre, pour certaines applications, il faudrait également que cet acier présente une haute résistance permanente. L'acier normalisé allemand X 20 Cr13 (matériau n' 1.4021) à 0,17 à 0,22% de C, 12 à 14% de Cr, jusqu'à 1,0% de Si. jusqu'à 1,0% de Mn, solde: Fe, exige, pour atteindre une résistance à la traction de 1 000 N/mm, un traitement d'ennoblissement. Cet acier à structure perlitiquemartensitique et les aciers analogues ont l'inconvénient de présenter de mauvaises valeurs d'allongement et une mauvaise apti- tude à la soudure. La résistance à la corrosion n'est pas suffisante non plus. L'acier ferritique au chrome, matériau n0 1.4016, dont la teneur en carbone est diminuée et la teneur en chrome portée à 16 à 18%, ne répond pas non plus aux exigences de haute résistance méca- nique et, simultanément, de haut allongement et de haute ténacité à l'état façonné à froid. Aux forts taux de déformation à froid de 10 à 30%, on constate en particulier une diminution brutale de l'allon- gement et de la ténacité. En outre, ce matériau n'est soudable que sous certaines conditions. Les qualités perlitiques dont on dispose actuellement, matériaux n0 1. 4000, 1.4006 ou 1.4512, n'ont pas non plus des valeurs optimales de résistance mécanique statique et dynamique. La résistance à la traction des feuillards laminés aux taux de déforma- tion de 15 à 25% est de l'ordre de grandeur de 650 à 740 N/mm. On ne peut parvenir à des résistance supérieures qu'aux dépens de l'allon- gement et de la ténacité. Mais on risque alors que, dans les opéra- tions de façonnage subséquentes, comme le découpage, l'estampage ou le laminage, il apparaisse de fines crevasses sur les contours, accen- tuant le risque de ruptures permanentes lors de l'utilisation indus- trielle ultérieure. Les buts et avantages mentionnés ci-dessus ont été atteints conformément à l'invention dans un acier possédant la composition ci-après 0,03 à 0,06% de carbone, 0 à 1,0% de silicium, 0 à 1, 0% de manganèse 16 à 17,5% de chrome, 0,8 à 1,0% de nickel solde: fer et impuretés inévitables. L'acier inoxydable ferritique selon l'invention à la com- position ci-dessus se distingue des qualités d'acier connues qu'on a déjà mentionnées par de plus hautes valeurs de résistance mécanique, d'allongement et de ténacité. Mais, il est également moins coûteux que l'acier austénitique 18/8 CrNi qui, avec une résistance, un allon- gement à la rupture et une ténacité adéquats, répond également aux exigences de résistance à la corrosion et de bonne aptitude à la soudure. L'acier selon l'invention, après une déformation à froid au taux de 18 à 25%, présente une résistance à la traction minimale 2 2 de 750 N/mm, de préférence de 800 N/mm, une limite 0,2 supérieure à 600 N/mm2 avec un allongement à la rupture d'au moins 10x. Par ces valeurs, il est supérieur aux aciers connus comparables. En outre, l'acier selon l'invention, après laminage à chaud, recuit et façonnage subséquent à froid, peut être utilisé avan- tageusement comme matériau pour la fabrication d'articles qui, à l'état soudé et sans traitement thermique subséquent, doivent résis- ter à la corrosion intercristalline. A cet égard, il ne peut être comparé qu'avec l'acier 18/8 CrNi qui, par contre, comme on l'a dit précédemment, est plus coûteux en raison des fortes teneurs en élé- ments alliés. L'acier selon l'invention peut être utilise dans tous les cas o, avec une bonne résistance mécanique, un bon allongement et une bonne ténacité, on exige également une résistance suffisante à la corrosion intercristalline à l'état soudé sans traitement ther- mique subséquent. En raison de la combinaison favorable de ces pro- priêtés, l'acier inoxydable ferritique selon l'invention convient en particulier à l'utilisation comme matériau pour la fabrication de chaînes à charnières à course rectiligne ou courbe. Les chaînes à charnières doivent, d'autre part, présenter de hautes propriétés de résistance mécanique, d'allongement et de ténacité à l'état façonné à froid. Le laminage à froid est nécessaire pour diminuer les irrégularités de surface. Plus la surface est lisse et plus faibles sont les valeurs de frottement et, par conséquent, l'usure dans les articulations des chaînes à charnières sur les glissières ou les rails de guidage. Une surface lisse apporte également une meilleure résistance à la corrosion, comparativement à une exécution plus émoussée ou plus irrégulière. Le matériau connu X 22 CrNi 17 (matériau n0 1.4057) a déjà, après le recuit, une résistance natu- relle de 750 à 850 N/mm. Lors du laminage à froid, la résistance augmente dès la phase initiale avec des petits taux de déformation de à 105/ jusqu'à plus de 900 N/mm, de sorte qu'ensuite il faut tou- jours procéder à nouveau à un recuit. L'inconvénient du recuit réside dans la séparation de carbures de chrome en surface qui, lors du découpage des flans, accentue considérablement l'usure du poinçon et de la plaque de découpage. La faible déformation à froid a également une influence défavorable à l'égard de l'étroite tolérance sur l'épaisseur du feuillard et sur l'état de surface (profondeur d'irré- gularité de surface). Les éléments de charnières en matériau 1.4057 ont été exclusivement ennoblis puis soumis à un traitement subsé- quent de plusieurs heures (trovalisés, décapés et polis), pour le lissage de la surface. Les profondeurs des irrégularités de surface sont d'un ordre de grandeur d'environ Ra = 20 microns. Le comportement du matériau 1.4057 à la soudure ne donne pas non plus satisfaction. En raison de la cémentation à l'air, les points de soudure sont plus ou moins fragilisés. Par suite, pour des raisons de sécurité, il faut procéder à un traitement thermique subséquent. Ce traitement renché- rit non seulement la fabrication des cha5nes à charnières mais affecte la résistance à la corrosion à la suite de la séparation des carbures de chrome qui se produit lors du traitement thermique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après en référence aux figures des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1. est un graphique représentant comparative- ment les valeurs de résistance mécanique et d'allongement de l'acier selon l'invention et celles du matériau comparable n0 1.4016, et - la figure 2 est un graphique qui représente comparati- vement la résistance permanente de l'acier selon l'invention et celle de l'acier connu 1.4021 à l'état ennobli ou avec O,9 à 1,4% de nickel, à l'état recuit et façonné à froid (brevet de la République Fédérale d'Allemagne n0 2 618 305). Les deux graphiques mettent en évidence la supériorité de l'acier inoxydable ferritique selon l'invention sur les aciers comparables connus. Du fait que, pour les chalnes à charnières, il faut souder sur la face intérieure des plaques, pour assurer un bon guidage, un patin de guidage ou une butée inférieure, il est important que, à ces endroits de soudure et même sans traitement thermique subséquents il ne se produise pas de corrosion intercristalline. Le comportement à la soudure a été étudié sur des éprouvettes. La liaison du patin de guidage ou de la butée inférieure a été réalisée par la technique de soudage sous pression en deux ou quatre points sur une machine à souder à résistance.Des examens de la structure microscopique montrent que, dans la région de la soudure et dans les zones de tran- sition, il ne se produit ni séparation ni cémentation notables pou- vant conduire à une fragilisation avec diminution de la ténacité ou & des attaques de corrosion. Alors que des éprouvettes des aciers 1.4000 et 1. 4006 connus et utilisés à titre de comparaison, à l'état soudé, ne résistent qu'à une charge de compression moyenne de 10 500 N, la valeur correspondante pour une éprouvette d'acier selon l'invention est de 16 500 N. On a étudié le comportement à la corrosion dans des milieux variés, comparativement à celui de l'acier austénitique 1.4310. Les résultats de ces essais sont rapportés dans le tableau ci-après. - Milieu Résultats Essai au sulfate de cuivre Très bons, pas de différence avec l'acier comparatif Essai d'immersions alternées Bons, pas de différence non plus avec dans une saumure à 5% l'acier comparatif Essai d'immersions alternées Très bons, pas de différence non plus dans une solution d'acide sul- avec le matériau comparatif furique à 5% et une solution d'acide nitrique à 5% La durée des essais était de cinq jours dans tous les cas. Les essais réalisés montrent que l'acier selon l'invention a une résistance à la corrosion parfaitement comparable à celle d'aciers b plus forte teneur en métaux alliés. L'acier selon l'invention convient non seulement à la fabrication de chaînes à charnières mais également à la fabrication d'autres chaînes, par exemple des chalnes à rouleaux avec pièces rapportées et,d'une manière générale, à la fabrication de tous les articles qui doivent répondre aux exigences mentionnées ci-dessus de résistance mécanique, d'allongement, de ténacité, de comportement à la soudure et de résistance à la corrosion. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1 -Acier inoxydable ferritique, caractérisé par la compo- sition ci-après: 0,03 a 0,06% de carbone, 0 à 1,0%7 de silicium, 0 à 1,0% de manganèse, 16 à 17,5% de chrome, 0,8 à 1,0% de nickel solde:fer et impuretés inévitables. 2 - Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après un façonnage a froid au taux de déformation de 18 à 25%, il pré- sente une résistance a la traction minimale de 750 N/mm2, de préfé- 2 2 rence de 800 N/mm2, une limite 0,2 supérieure à 600 N/mm2 et un allon- gement à la rupture d'au moins 10%. 3 - Procédé de préparation de l!acier selon la revendi- cation 1, en tant que matériau pour la fabrication d'articles qui, à l'état soudé et sans traitement thermique subséquent, doivent résis- ter à la corrosion intercristalline, par exemple des chalnes à charnières ou chaÂnes à rouleaux à course rectiligne ou courbe, ce procédé se caractérisant en ce que, après laminage à chaud, on recuit l'acier, puis on le soumet à une déformation à froid. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, après déformation à froid à un taux de déformation de 18 à 25%, l'acier présente les propriétés de résistance mécanique selon la revendication 2. - Chatnes à charnières ou à rouleaux à course recti- ligne ou courbe, caractérisées en ce qu'elles ont été fabriquées à partir d'un acier selon la revendication 1 ou 2. 6 - Chaines selon la revendication 5, caractérisées en ce qu'elles ont été fabriquées par un procédé selon la revendica- tion 3 ou 4.