Brevet FR2473379A1 — publié le 19810717

La présente invention se rapporte généralement à un procédé de production d'une plaque d'acier plaqué, et plus particulièrement à un procédé de production d'une plaque d'acier plaqué ayant une force importante de liaison, à un très bon rendement. Des plaques d'acier plaqué ont largement été utilisées jusqu'à maintenant dans divers domaines. Récemment, cependant, s'est présentée une forte demande en particulier pour des plaques d'acier plaqué ayant une forcede liaison importante et une très bonne qualité. Parmi les divers procédés de production de plaques d'acier plaqué utilisées jusqu'à maintenant, les procédés les plus typiques utilisés à des échelles industrielles sont le placage sous pression à froid, le placage sous pression à chaud et le placage par explosion. Dans chacun de ces procédés traditionnels.cependant, il y a fréquemment une mauvaise liaison entre l'acier d'appui et le métal de placage, du fait de l'oxydation de ces matériaux aux surfaces de contact, avec pour résultat une diminution du taux de production des produits. Afin d'obtenir une meilleure liaison entre l'acier d'appui et le métal de placage dans le processus de soudage sous pression à chaud traditionnel, divers moyens comme décrit ci-après ont été utilisés: A. I plaqoe d'appui et le mslde acage sont soudés l'un à l'autre sur toutes les lignes de contact entre leurs bordspériphérique% en une dalle,et l'on force tout air restant entre les surfaces de contact à s'échapper par un trou d'évent prévu dans une partie des lignes de contact en utilisant une pompe à vide; b. l'acier d'appui et le métal de placage sont superposés dans une chambre sous vide et soudés sur toutes les lignes de contact entre leursbordspériphérique par un faisceau d'électrons; et c. un espace est intentionnellement prévu entre lacier d'appui et le métal de placage, o est obturé un gaz inerte tel que de l'argon, et ensuite on force le gaz 2473379 - inerte à s'échapper de l'espace par un trou d'évent pendant le processus de laminage à chaud. Cependant, dans chacun de ces moyens, il- est difficile. de produire l'échappement de l'air entre les surfaces de contact à une étendue pratiquement efficace, et l'acier d'appui et le métal de placage s'oxydent sur lB surfaces de contact pendant chauffage, par la faible quantité de l'air restant encore entre ces surfaces de contact, avec pour résultat que les croates s'y étant formées empochent la formation d'une liaison métallurgique satisfaisante et cette liaison métallurgique insuffisante peut apparaltre sous forme d'un défaut dans une inspection aux ultrasons. La faible liaison semble apparattre facile- ment particulièrement à proximité des lignes de contact solidement soudées entre les bords périphériques de la dalle, et présente un problème sérieux à l'inspection aux ultrasons. Dans un autre moyen actuellement mis en pratique, afin d'empêcher la diminution de la résistance au cisaille- ment de linterface plaquée, un métal tel que du nickel est plaqué sur la surface de contact de l'acier d'appui et du métal de placage, et le métal plaqué se diffuse le long des surfaces de contact de l'acier d'appui et du métal de placage pour former une forte couche d'alliage de liaison. Cependant, cet autre moyen présente des inconvénients d'une augmentation du prix de production et d'une incapacité d'empêcher totalement l'oxydation dans les surfaces de contact En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé de production d'une plaque d'acier plaqué ayant une force de liaison importante à un très bon rendement. Le pocédé de production d'une plaque d'acier plaqué selon l'invention comprend >es étapes de nettoyer une surface de contact d'un acier d'appui et d'un-métal de placage, de superposer l'acier-d'appui et le métal de placage avec une couche intermédiaire interposée entre les surfaces de contact de l'acier d'appui et du métal de placage, de souder l'acier d'appui et le métal de placage le long de lignes de contact entre eux afin de former une dalle composée en laissant au moins une partie des lignes de contact non soudée pour former un orifice d'évent pour l'air, d'appliquer une légère réduction à la dalle composée pour faire s'échapper tout air restant entre les surfaces de contact par l'orifice d'évent, de fermer l'orifice d'évent de la dalle composée réduite, par soudure, pour isoler les surfaces de contact de l'atmosphère externe, de charger la dalle composée et soudée dans un four chauffant et de la chauffer jusqu'à une température de laminage, et de la laminer à chaud. La couche intermédiaire peut être une feuille métallique ou une couche métallique de placage. La couche métallique de placage peut etre prévue sur l'acier d'appui ou le métal de placage ou les deux. La feuille métallique peut être utilisée à une ou plusieurs sortes. La liaison insuffisante ayant pour résultat la diminution du taux de production des produits, est princi- palement provoquée par l'oxydation dans les surfaces de contact. Dans le procédé selon la présente invention, il est possible d'empêcher l'oxydation dans les surfaces de contact pendant le laminage à chaud et en conséquence, d'augmenter fortement le taux de liaison parce que la soudure finale est accomplie après échappement de l'air se trouvant entre les surfaces de contact, ce qui les amène en contact très étanche l'une avec l'autre. Par ailleurs, dans le procédé selon l'invention, la couche intermédiaire prévue entre l'acier d'appui et le métal de placage se diffuse en elles deux pendant le laminage à chaud pour former ainsi une forte liaison métallurgique et empêcher une migration du carbone de se produire de la plaque d'appui au métal de placage. Dans le cas o la feuille métallique est utilisée comme couche intermédiaire, une ou plusieurs sortes de feuilles métalliques sont disposées sur l'acier d'appui, -2473379 et au-dessus d'elles est superposé le métal de placage. Cela ne nécessite pas d'équipement spécial et en conséquence, aucun prix supplémentaire initial. Comme il n'y a p'as de limite à la dimension de la dalle composée soudée, le prix par poids unitaire de la dalle est considérable- ment faible. Il est assez facile de rendre la feuille métallique assez épaisse, contrairement au fait qu'il est difficile de rendre la couche de placage assez épaisse. En conséquence, en prévoyant une feuille métallique plus épaissepil devient plus facile d'empêcher la migra- tion du carbone de l'acier d'appui au métal de placage, ce qui permet d'empocher la fragilisation de l'interface et de laminer la dalle très efficacement lors d'un laminage à chaud, pour réduire ainsi fortement le prix par poids unitaire de la dalle. Par ailleurs, du point de vue prix d'achat et de manipulation de la feuille métallique, bien plus faibles que pour la couche métallique de placage, l'utilisation de la feuille métallique dans le procédé selon la présente invention permet d'obtenir une dalle composée à un prix équivalent à plusieurs pourcen- tages du prix obtenu par le procédé de placage métallique. Jusqu'à maintenant, on considerait couramment qu'une feuille métallique interposée entre l'acier d'appui et le métal de placage se déplacerait librement entre leur surfacesde contact pendant le laminage à chaud et ne se laminerait pas uniformément avec eux. Cependant, les présents inventeurs ont trouvé expérimentalement que la diffusion des constituants de la feuille métallique ayant commencé dans l'acier d'appui et le métal de placage pendant le chauffage, y pénètre plus profondément avec la progression du laminage à chaud, ainsi l'acier d'appui et le métal de placage sont bien laminés en un corps, avec pour résultat le laminage uniforme de la feuille métallique. Par ailleurs, jusqu'à maintenant, on considerait également-couramment que la feuille métallique ne pouvait Ltre laminée à une épaisseur suffisamment faible du:it des inclusions presque toujours présentes dans les feuilles. Cependant, les présents inventeurs ont également trouvé expérimentalement que la feuille métallique pouvait être laminée à une épaisseur suffisamment faible de l'ordre de 4 p sans rupture entre l'acier d'appui et le métal de placage. Dans le procédé de production selon l'invention, le taux à l'inspection aux ultrasons des plaques d'acier plaqué laminées à chaud augmente fortement de l'ordre de 70-80% dans le procédé traditionnel de production à environ 95-100%. Dans la production de plaques d'acier plaqué par un procédé semblable à celui de l'invention sans utiliser la couche intermédiaire, le taux d'inbpection aux ultra- sons des plaques laminées à chaud peut ttre assez augmenté dans certains cas. Cependant, sans la couche intermédiaire, l'acier d'appui et le métal de placage se diffusent généralement l'un dans l'autre à travers l'interface afin de foriger une couche d'alliage, laquelle couche d'alliage est, dans la plupart des cas, fragile et cassante. Une telle couche fragile d'alliage formée le long de l'interface se rompt facilement dans le procédé suivant de flexion ou cintrage et/ou soudure pour rendre le métal de placage séparable de l'acier d'appui, et cela peut être détecté comme un défaut dans une inspection aux ultra- sons, avec pour résultat une diminution du taux de production. En général, dans l'acier plaqué d'acier inoxydable largement utilisé et produit sans couche intermédiaire, la diffusion produit une couche de martensite le long de l'interface, une couche cémentée sur le cfté acier inoxydable et une couche décarburisée sur le coté acier d'appui. Chacune de ces couches est fragile et se fissure facilement dans les processus suivants, ce qui présente ainsi un défaut important lors d'une inspection aux ultra- sons. Dans certains cas spéciaux d'une telle combinaison de métaux ne donnant pas une couche fragile d'alliage par diffusion entre l'acier d'appui et le métal de placage (par exemple acier plaqué de nickel), la couche intermédiaire n'est pas toujours nécessaire. Par ailleurs, une plaque en métal peut bien être utilisée comme couche intermédiaire, pour produire des effets équivalents à la feuille métallique et à la couche métallique de placage. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaltront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - - la figure 1 donne un schéma bloc illustrant les étaps du procédé selon la présente invention; les figures 2A et 2B sont des illustrations schématiques de l'étape de soudure du procédé selon la présente invention; - la figure 3 est un graphique montrant les résultats de la mesure de plaques d'acier plaqué obtenues par un exemple de mise en pratique du procédé selon l'invention, par un micro-analyseur à sonde électronique (EPMA), (A indiquant l'acier d'appui, B indiquant le métal de placageCupro-nickel, et C indiquant la feuille métallique, nickel) - la figure 4 est une microstructure d'une coupe d'une plaque d'acier de la figure 3; - la figure 5 est un graphique montrant les-résultats d'une mesure EPMA d'une plaque d'acier plaqué obtenue par un autre exemple de mise en pratique du procédé selon l'invention; - la figure 6 est une microstructure d'une coupe d'une plaque d'acier de la figure 5; - - la figure 7 est un graphique montrant les résultats d'une mesure de EPMA d'une plaque d'acier plaqué obtenue par un autre exemple de mise en pratique du procédé selon l'invention (D: placage métallique, nickel); et - la figure 8 est une microstructure d'une coupe d'une plaque d'acier de la figure 7. Le procédé de production d'une plaque d'acier plaqué selon la présente invention sera maintenant décrit en détail en se référant à la figure 1. A la première étape 1 du procédé selon l'invention, l'acier d'appui et le métal de placage sont nettoyés sur leur surfacesde contact. A la seconde étape suivante 2, l'acier d'appui et e métal de placage sont superposés avec une couche intermédiaire interposée entre leur surfacesde contact. A la troisième étape 3, l'acier d'appui et le métal de placage superposéssont soudés ensemble le long des lignes de contact sur leuimbordspériphériqueq en laissant au moins une partie des lignes de contact non soudée pour former des trous d'évent, afin de former une dalle composée. A la quatrième étape 4, la dalle composée est soumise à une légère réduction pour provoquer l'échappe- ment de tout air restant entre les surfaces de contact, par les trous d'évent. A la cinquième étape 5, les trous d'évent de la dalle après légère réduction sont fermés par soudure.A a sixième étape 6, la dalle composée qui a été soudée sur toutes les lignes de contact, est introduite dans un four chauffant et chauffée à une tempé- rature de laminage. Enfin, à la septième étape 7, la dalle composée et chauffée est laminée à chaud en une plaque d'acier plaqué. A la première étape 1, le nettoyage des surfaces de 3o contact de l'acier d'appui et du métal de placage est accompli par tout moyen traditionnel comme un usinage et/ou un meulage.Ala seconde étape 2, la couche inter- médiaire est formée soit par placage d'un métal ou en disposant une feuille métallique. Dans le cas du placage d'un métal, une couche du placage du métal est formée sur l'acier d'appui ou le métal de placage ou les deux, chacun ayant sa surface de contact nettoyée. Le métal à plaquer est de préférence du nickel ou du fer pur. Dans le cas de la disposition d'une feuille métallique, une ou plusieurs sortes de feuilles métalliques sont disposées sur les surfaces de contact nettoyées de l'acier d'appui et du métal de placage, et ensuite le métal de placage ou l'acier d'appui est superposé sur les feuilles métalliques, avec sa surface de contact vers le bas. La feuille est de préférence en un métal tel que du titane, de l'aluminium, du nickel, du chrome et du fer pur, sur une épaisseur de 20-200i. A la troisième étape, la soudure de l'acier d'appui et du métal de placage superposésle long des bords des surfaces de contact est accomplie par tout moyen traditionnel comme une soudure à l'arc. Dans cette étape, le ou'les orifices d'évent sont formés en soudant l'acier d'appui et le métal de placage le long des lignes de contact entre eux, en laissant une partie non soudée au centre du bord inférieur de la dalle (comme on peut le voir sur la figure 2A), ou plusieurs parties non soudées, l'une au centre du bord inférieur et quelques unes sur les bords latéraux (comme on peut le voir sur la figure 2B). Sur les figures 2A et 2B, le repère 10 désigne généralement la dalle, le repère 11 indiquant des cordons de soudure, le repère 12 indiquant les trous d'évent, et le repère 13 indiquant la direction d'avance du laminage ou de la pression. A la quatrième étape 4, la légère réduction de la dalle est accomplie soit par un laminoir courant ou une presse, sans chauffer la dalle. A la sixième étape 6, la dalle est introduite dans un four courant de chauffage, o elle est chauffée à une température ordinaire de laminage du métal de placage (par exemple dans le cas de l'acier plaqué d'acier inoxydable, à 1000-12500C). A la septième étape 7, la dalle chauffée est laminée par un laminoir à chaud courant, en plaque d'acier plaqué. On décrira maintenant des exemples spécifiques de la mise en pratique du procédé selon l'invention. Exemple 1. (1) Acier d'appui Nom: plaque d'acier de structure à souder (norme Japonaise JIS G3106 SM 41) Composition chimique (% en poids) C Si Mn Fe 0, 20 0,30 0,80 reste Dimension (mm): longueur 1500 x largeur 1000 x épaisseur 77 (2) Métal de placage Nom: plaque de cupro-nickel Composition chimique (% en poids): Cu Ni 90 10 Dimension (mm): longueur 1500 x largeur 1000 x épaisseur 17,5 (3) couche intermédiaire: feuille de nickel d'une épaisseur de 56 p (4) Condition de production L'acier d'appui et le métal de placage sont finis à leurs surfacesde contact par meulage, sont superposés avec la feuille de nickel interposée entre leurssurfaces de contact en vis-à-vis, sont soudés ensemble le long des lignes de contact dans les bords périphériques, en une dalle composéeen laissant une partie de 100 mm de long au centre du bord inférieur de la dalle le long de la ligne de contact non soudée, comme orifice d'évent, sont laminés à froid sous une légère réduction de l'épais- seur totale d'origine de l'acier d'appui et du ml dep]cae - 2473379 jusqu'à 94,5 mm, afin de provoquer l'échappement de tout air restant entre les surfaces de contact à travers l'orifice d'évent, sont encore soudés pour fermer l'évent dans la dalle ayant une épaisseur de 94,5 mm et sont chauffés à une température de 10000C puis laminés à chaud en plaques d'acier plaqué ayant une épaisseur totale de 13,5mm, o l'épaisseur de l'acier d'appui, du métal de placage et de la feuille de nickel sont de 2,5 mm, 11,0mm et 8 p, respectivement. (5) Plaque d'acier plaqué L'inspection aux ultrasons de la plaque d'acier plaqué ainsi produite a pour résultat un rendement atteignant presque 100%. Cela montre que l'air restant entre les surfaces de contact s'échappe totalement lors du laminage à froid et que en conséquence, le défaut de liaison d-L'oxydation des surfaces de contact est parfaitement empoché. Alors, l'état de diffusion dans la zone de liaison entre l'acier d'appui et le métal de placage est inspecté par un micro-analyseur à sonde électronique (EPMA). Les résultats des inspections sont indiqués sur la figure 3 et la microstructure d'une coupe de la plaque d'acier plaqué est représentée sur la figure 4. Comme on peut le voir sur les figures 3 et 4, le nickel de la feuille interposée comme couche intermédiaire se diffuse de façon satisfaisante dans l'acier d'appui. et dans le métal de placage pour produire entre eux une forte liaison métallurgique. Des essais de soudure d'angle accomplis sur cette plaque d'acier plaqué ont montré que la liaison métallurgi- que ainsi produite était si forte qu'il n'y avait pas de détachement de l'interface par une contrainte de la soudure. Exemple 2. L'acier d'appui, le métal de placage et la feuille métallique sont les mvmes qu'à l'exemple 1. Une dalle composée est formée de la même façon qu'à l'exemple 1 et l'on provoque l'échappement de tout air restant entre les surfaces de contact, par l'orifice d'évent par pressîm à froid. Ensuite, la dalle composée est formée en une plaque d'acier plaqué de la même façon qu'à l'exemple 1 o le métal de placage, l'acier d'appui et la feuille métallique ont pour épaisseur 2,5 mm, 11 mm et 8), respec- tivement. Des inspections aux ultrasons de la plaque d'acier plaqué ainsi produite ont montré un rendement de presque 100%, comme à l'exemple 1. Exemple 3. (1) Acier d'appui Nom: Plaque d'acier de structure de soudure (norme japonaise JIS SM 41) Composition chimique (% en poids) |C Si Mn Fe 0,20 0, 30 0,80 reste Dimension (mm): longueur 1500 x largeur 1000 x épaisseur 56. (2) Métal de placage Nom: Plaque d'acier inoxydable (SUS 316L) Composition chimique (% en poids) C Si Mn Ni Cr Mo Fe 0,02 0,70 1,60 13 17 2,5 reste Dimension (mm): longueur 1500 x largeur 1000 x épaisseur 21 (3) Couche intermédiaire: feuille de nickel de 56 i d'épaisseur (4) Condition de production On forme une dalle composée de la même façon qu'à l'exemple 1. La dalle est chauffée à 1200 C puis laminée à chaud en une plaque d'acier plaqué ayant une épaisseur totale de 11 mm, o les épaisseurs du métal de placage, de l'acier d'appui et de la feuille métallique sont respectivement de 3 mm, 8 mm et 8 M. Les résultats des inspections de EPMA et de la micro- photographie d'une coupe de la plaque d'acier plaqué ainsi produite sont indiqués respectivement sur les figures 5 et 6. Comme on peut le voir sur les figures 5 et 6, le nickel de la feuille interposée comme couche intermédiaire se diffuse de façon satisfaisante dans l'acier d'appui et dans le métal de placage pour produire entre eux une forte liaison métallurgique. Des essais de soudure d'angle accomplis sur cette plaque d'acier plaqué ont montré que la liaison métallurgique ainsi produite était si forte qu'il n'y avait pas de détachement de l'interface par une contrainte de la soudure. Par ailleurs, on a.pu confirmer que l'importante cimentation de l'acier d'appui dans le métal de placage était parfai- tement empoché dans cette zone par la feuille de nickel interposée. Exemple 4. (1) Acier d'appui: comme à l'exemple 3. (2) Métal de placage Nom: plaque de cupro-nickel Composition chimique (% en poids) Cu Ni |10| Dimension (mm) longueur 1500 x largeur 1000 x épaisseur 21. (3) couche intermédiaire: placage de nickel d'une épaisseur de 28)- (4) Condition de production Après avoir formé une couche de placage en nickel d'une épaisseur de 28 Xi sur la surface de contact du métal de placage, une dalle composée a été formée dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 1. La dalle est chauffée à 10000C puis laminée à chaud en plaque d'acier plaqué ayant une épaisseur totale de 11 mm, o les épaisseurs du métal de placage, de l'acier d'appui et de la couche de placage de nickel sont respectivement de 3 mm, 8 mm et 4 ii. Des inspections aux ultrasons de cette plaque d'acier plaqué ont donné un rendementde presque de 100%. Cela montre que la très faible quantité d'air restant entre les surfaces de contact s'échappe totalement par l'orifice d'évent lors de l'étape du laminage à froid et que la liaison insuffisante due à l'oxydation dans les surfaces de contact est parfaitement empêchée. Les résultats des inspections de EPMA et d'une micro- photographie d'une coupe de la plaque d'acier plaqué ainsi produite sont indiqués sur les figures 7 et 8, respectivement. Comme on peut le voir sur les figures 7 et 8, le composant nickel de la couche intermédiaire se diffuse de façon satisfaisante dans l'acier d'appui et dans le métal de placage pour produire entre eux une forte liaison métallurgique. Par ailleurs, les essais de soudure d'angle accomplis sur cette plaque d'acier plaqué ont montré que la liaison métallurgique ainsi produite était si forte qu'il n'y avit pas détachement de l'inter- face par une contrainte de soudure. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinai- sons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé de production d'une plaque d'acier plaqué, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de nettoyer une surface de contact d'un acier d'appui et d'un métal de placage (en 1); superposer l'acier d'appui et le métal de placage avec une couche intermédiaire interposée entre leuis sur- facesde contact (en 2); souder l'acier d'appui et le métal de placage le long des lignes de contact entre eux pour.former une dalle composée, en laissant au moins une partie des lignes de contact non soudée. pour former un orifice d'évent de l'air (en 3); appliquer une légère réduction à la dalle composée pour provoquer l'échappement de tout air restant entré les surfaces de contact par ledit orifice d'évent-(en 4); fermer, par soudure, ledit orifice d'évent de la dalle légèrement réduite pour isoler les surfaces de contact de l'atmosphère extérieure(en 5); introduire la dalle composée et soudée dans un four chauffant et la chauffer à une température de laminage (en 6); et laminer à chaud ladite dalle composée et chauffée (en 7). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire précitée est formée d'au moins une sorte d'une feuille métallique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire précitée est formée en appliquant un placage métallique sur au moins l'une des surfaces de contact de l'acier d'appui ou.du métal de placage. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la dalle composée précitée-' reçoit la légère réduction précitée par laminage à froid.. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la dalle composée précitée reçoit la légère réduction précitée par pression à froid. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'orifice d'évent précité est formé au bord inférieur de la dalle précitée.