Brevet FR2546908A1 — publié le 19841207

TOLES EN ACIER INOXYDABLE FERRITIQUE POUR REALISATION DE PIECES EMBOUTIES ET POLIES TELLES QUE DES CASSEROLES La présente invention concerne le domaine des tôles laminées et de leur aptitude à l'emboutissage ainsi que l'utilisation de ces tôles pour la fabrication de récipients emboutis et polis tels que des casseroles. La présente invention concerne de façon plus précise les tôles en acier inoxydable ferritique à 17 Cr environ et une qualité particulière de ces tôles permettant d'éviter ou de limiter très fortement le travail de polissage habituellement nécessaire après emboutissage d'un récipient destiné à la vente, par exemple une casserole. I1 est déjà connu d'utiliser pour la fabrication de récipients emboutis et en particulier de casseroles, munies ou non d'un fond diffuseur brasé éventuellement protégé par une plaque inférieure brasée en acier inoxydable des tôles en acier inoxydable austénitique ou en acier inoxydable ferritique à 17 Ó Cr environ. Les tôles en acier inoxydable ferritique à 17 Ó Cr environ du type AISI 430 peuvent être préférées aux tôles en acier inoxydable austénitique, par exemple du type AISI 304, pour des raisons de coût et/ou des raisons de conductibilité thermique.Cependant, les tôles en acier inoxydable à 17 Ó Cr environ du type AISI 430 donnent sur le fOt de l'embouti des ondulations très apparentes à l'extérieur ou "chiffonnage". I1 est alors nécessaire d'introduire dans le processus de fabrication un travail de polissage très important lorsqu'on veut obtenir un produit d'aspect uniforme. On a également utilisé pour la fabrication de récipients emboutis et en particulier de casseroles des tôles en acier inoxydable ferritique à 17 Ó Cr + Ti du type habituellement appelé "430 Ti". Par rapport aux tôles du type AISI 430, ces tôles du type "430 Ti" présentent en effet, avec une résistance à la corrosion supérieure, une aptitude à l'emboutissage améliorée. Toutefois, l'emploi des tôles "430 Ti" est rendu coûteux par l'apparition de micro-ondulations particulières sur le fût de l'embouti, qui obligent à un travail de polissage jugé prohibitif. Le polissage important dû aux ondulations ou micro-ondulations mentionnées pour les deux types de nuances "AI SI 430" et "430 Ti" est spéciale ment gênant pour l'organisation et l'économie de la fabrication des récipients emboutis en acier inoxydable ferritique et en particulier des casseroles. Un léger polissage est effectué quel que soit le récipient embouti en acier inoxydable fabriqué pour obtenir l'état de surface poli habituel pour la vente et favorable pour l'entretien des récipients, et lorsqu'il s'agit d'un récipient de cuisson muni d'un fond diffuseur brasé -l'opé- ration de brasage comportant typiquement un séjour du fond brasé et du métal avoisinant entre 650 et 8500C pendant 1 à 2 minutes- le polissage nécessaire dépend non seulement des ondulations ou micro-ondulations du fût de l'embouti mais encore de l'oxydation provenant de l'opération de brasage. La présente invention concerne une qualité de tôle en acier inoxydable ferritique dont l'emploi pour la fabrication de récipients emboutis tels que des casseroles, avec ou.sans fond diffuseur brasé, permet de réduire de façon très notable l'importance du ou des polissages nécessaires lorsqu'on utilise les qualités habituelles d'acier inoxydable ferritique à 17 v Cr, telles que les tôles du type AISI 430 ou "430 Ti". Cette qualité de tôle, d'épaisseur habituellement comprise entre 0,4 et 1,5 mm, est d'abord repérée par sa texture d'orientation, cette texture particulière étant fortement responsable de la minimisation des ondulations ou microondulations de surface qui se produisent lors d'une déformation et spécialement lors d'un emboutissage.De telles ondulations, correspondant au phénomène de "cordage" ou de "chiffonnage" sont difficiles à polir car elles nécessitent en fait un véritable travail d'abrasion, alors que des rugosités ou micro-rugosités de surface sont plus faciles à polir. La qualité de tôle en acier inoxydable ferritique facile à polir après emboutissage étant ainsi repérée par sa texture d'orientation, l'invention concerne ensuite une telle tôle de composition particulière -que nous appellerons par la suite "Z"- cette tôle ayant le type de texture favorable pour la facilité de polissage après emboutissage et conduisant en outre à des "profondeurs ou écarts totaux d'ondulation Wt" selon la norme NF E 05-015 particulièrement faibles.Cette composition "z" est ( en poids) c # 0,06 P # 0,045 Si 4 # 0,08 Mo # 0,8 Mn # 1,0 Cu # 0,4 Zr 0,15 à 0,9 Ni # 0,3 N 4 0,03 Cr 14,0 à 19,0 S Fe: #0,2 Fe solde avec de préférence : Zr 0,25 + 6 (C + N) et 4 0,9, l'acier inoxydable étant alors stabilisé contre la corrosion intergranuîaire par Zr, et par ailieurs Cr = 15,0 à 18,0. Les "autres éléments" désignent des impuretés ou des additions mineures. La fabrication par laminage des tôles laminées à froid en acier inoxydable ferritique de composition "Z" commence par un laminage à chaud, effectué comme il est connu pour les aciers inoxydables ferritiques courants à 17 Ó Cr, à partir d'un préchauffage entre environ 1050 et 120D0C, sur train continu, la température de fin de laminage à chaud du produit étant de l'ordre de 9000C -- La bande laminée à chaud, d'épaisseur comprise entre 2 et 6 mm de préférence entre 2,5 et 4 mm, est recuite entre 800 et 10000C dans des conditions peu oxydantes, puis grenaillée et décapée La présence de nitrures de zirconium dans l'acier contribue à l'obtention de grains fins Le laminage à froid réduit l'épaisseur de la bande recuite, avec ou sans recuits intermédiaires, jusqu'à l'épaisseur de livraison comprise entre 0,4 et 1,5 mm et la bande subit alors un recuit final au défilé puis une "Skin-pass" - passe de finition et d'écrouissage - produisant un allongement de moins de 1 o. Des décapages peuvent être éventuellement effectués aux stades intermédiaires et en final. Les essais qui suivent et les dessins qui les illustrent permettent de décrire plus en détail l'invention. La figure 1 représente la figure de pôles (,2û03 obtenue sur un échantillon de composition du type "430 Ti" laminé à froid de 3 mm à 0,5 mm d'épaisseur, avec recuit intermédiaire à l'épaisseur 1 mm, et recuit en final. La figure 2 représente la figure de pôles obtenue sur un autre échantillon de même composition, laminé à froid de 3 mm à 0,5 mm d'épaisseur sans recuit intermédiaire et recuit en final. La figure 3 représente la demi-coupe axiale d'un embouti d'essai du type casserole. La figure 4 représente les orientations des plans contenant des génératrices selon lesquelles se situent les mesures d'ondulations. La figure 5 rassemble les mesures d'ondulations "Wt" selon les génératrices des différents récipients emboutis des essais, en fonction des orientations de la figure 4. La figure 6 regroupe les courbes d 'ondulations "Ut" suivant la génératrice travers de ces divers récipients en fonction du niveau. La figure 7 représente la figure de pôles 12009 obtenue sur un échantillon de composition "Z" laminé à froid de 3 mm à 0,5 mm d'épaisseur, avec recuit intermédiaire à l'épaisseur 1 mm, et recuit en final. La figure 8 représente la figure de pâles obtenue sur un autre échantillon de meme composition, laminé à froid, de 3 mm à 0,5 mm d'épaisseur sans recuit intermédiaire, et recuit en final. ler essai : on a comparé en déformation par traction des échantillons de tôle du type ex430 Ti" laminés à froid de 3 mm d'épaisseur à 0,5 mm d'épaisseur et recuits en final, avec ou sans recuit intermédiaire. La traction a été faite selon un axe situé à 300 de la direction de laminage, sur éprouvette ISO de largeur x longueur utile = 12,5 x 50 mm, avec un allongement de 15 né. I1 est connu qu'une telle désorientation par rapport à la direction de laminage accentue la rugosité de déformation. Les éprouvettes repérées A et B ont été observées qualitativement à l'oeil et avec une loupe A - laminée de 3 à 1 mm et de 1 à 0,5 mm avec un recuit intermédiaire à l'épaisseur 1 mm : "ondulations moyennes. B - laminée de 3 à 0,5 mm sans recuit intermédiaire : "beaucoup d'ondulations". On a ensuite repris des portions d'échantillons non tractionnées, c'est à-dire brute de laminage + recuit, et préparé des spécimens polis après enlèvement du 1/4 de l'épaisseur pour examen de texture. On a obtenu les figures de pôles a2003 reproduites en figure 1 (échantillon A) et en figure 2 (échantillon B), sur lesquelles l'axe vertical repé- ré "D.L." représente la direction de laminage et-l'axe horizontal repéré "D.T." représente la direction transversale, à 900 de la précédente. Sur la figure 1, pour 11 échantillon A laminé avec recuit intermédiaire, on observe comme le mbntrent 1par exemple les contours de niveaux de la répartition des orientations des cristaux élémentaires de la famille (1), une texture d'orientation cristalline de type cube sur sommet proche de {111} (112) , pour laquelle les cristaux possèdent le plus souvent une normale à une face élémentaire du cube dB base du réseau cristallin située dans le plan normal à la tôle et--contenant la direction de laminage. L'échantillon A donne moins d'ondulations que B après traction. Sur la figure 2, pour l'échantillon À laminé sans recuit intermédiaire, comme le montrent en particulier les contours de niveaux de la famille (2,2'), la texture se dédouble, les cristaux étant disposés avec un certain basculement par rapport à la disposition précédente, ce qui se traduit par l'existence d'ensembles de cristaux dont les normales sont basculées soit vers la gauche soit vers la droite du plan précédent. Cette disposition est à l'origine du phénomène d'ondulations ou de micro-ondulations, et B donne nettement plus d'ondulations que A après traction. Les taux de réduction finale d'épaisseur ou taux de réduction d'épaisseur entre les deux derniers recuits "rf" sont définis par la relation rf = li - lf x 100 en % 1. où 1 est l'épaisseur avant le laminage qui a lieu après l'avant-dernier recuit, et où "lf" est l'épaisseur en fin de laminage à froid, avant le recuit final. Le taux de réduction "r f" de A est de 50 Ó tandis que celui de B est de 83 "0. B davantage déformé avant le recuit final donne nettement plus d'ondulations que A en déformation par traction, et comme l'ont montré les examens de texture B a une texture dédoublée (fig. 2). 2ème essai : on a réalisé des pièces embouties du type casserole, de directrice représenté par la figure 3, à partir de trois qualités de tôles : C - type AISI 430 - épaisseur 0,5 mm - laminée à froid de 3 mm à 0,5 mm d'épaisseur avec recuit intermédiaire à l'épaisseur 1 mm (rif = 50 o) D - type "430 Ti" -épaisseur 0,5 mm - même gamme de laminage (rf = 50 %). E - type "430 Ti" - épaisseur 0,8 mm - laminée à froid de 3 mm à 0,8 mm d'épaisseur sans recuit intermédiaire (r f = 73 ). Ces pièces embouties (3) avaient un diamètre D = 160 mm et une hauteur H = 78 mm, elles comportaient à leur partie supérieure une bordure ou collerette (4). Des mesures d'ondulations selon la génératrice ont été effectuées sur des longueurs (5) de5 mm, dont les extrémités supérieures (6) sont situées à 10 mm en-dessous de la bordure (4) (figure 3), dans 4 plans passant par l'axe de symétrie de l'embouti, dont les orientations à 300 - 450 - 600 et 900 d'un plan origine "0 " correspondant à la direction de laminage "L", sont schématisées sur la figure 4. Le plan à "900" correspond à la direction perpendiculaire à la direction de laminage ou direction transversale et est repéré par la lettre "T". Dans tous les cas, les mesures de micro-rugosité ont été effectuées en conformité avec la norme NF E 05-1115, avec un filtre passe-bas constant, en conformité avec la norme NF E 05-017, et les comparaisons portent sur la profondeur ou écart total d'ondulation t définie par NF E 05-015. En complément des mesures sur les longueurs (5), dont les résultats sont portés sur le graphique de la figure 5, on a effectué des mesures d'ondulation suivant la direction travers de la tôle sur des longueurs de lOmm, le long de la génératrice du plan "T" à 900 (figure 4), ceci à des niveaux "d" (figure 3 de 25 - 50 et 70 mm au-dessus de la base du récipient. Les résultats de ces mesures sont représentés par les courbes de la figure 6. Sur la figure 5, les courbes d'ondulations "W" selon les génératrices du récipient en fonction de l'orientation sont -repérées comme suit "17/50" = type AISI 430 ou 17 Z Cr épaisseur 0,5 mm avec rf = 50 m (tôle C) . "T/50" = type "430 Ti" épaisseur 0,5 mm avec r f = 50 OD (tôle D) . "T/73" = type "430 Ti" épaisseur 0,8 mm avec r f = 73 á (tôle E). Sur la figure 6, les courbes d'ondulations "Wt" suivant la génératrice travers du récipient en fonction du niveau "d" sont repérées de la même façon. En considérant les résultats des deux séries de mesures d'ondulations (figures 5 et 6) et en particulier les valeurs maximales d'ondulations, on- conclut que la tôle D (courbe "T/50"), laminée selon le même processus que la tôle C (courbe "17/50'D) semble avoir une aptitude au polissage après emboutissage voisine de celle de cette dernière tôle, et s'en différenciant surtout par une hétérogénéité moindre.En outre, la différence d'épaisseur de E (courbe "T/73") (épaisseur 0,8 mm) et de D pu 1,T/50" (épaisseur 0,5 mm) n'ayant qu'une influence relativement faible sur les profondeurs d'ondulations "Wt" comparées, on conclut que l'augmentation de "rf" de 508Ó à 73 S s'est traduite pour la tôle type 't430 Ti" par une augmentation notable des profondeurs d'ondulation, particulièrement importante dans le cas des mesures selon les génératrices reportées sur la figure 5. Cette dégradation de l'aptitude au polissage après emboutissage de la tôle E liée à l'augmentation de "rf" correspond à la dégradation observée qualitativement dans le premier essai en passant de A à e, dégradation qui a été observée également sur la texture. 3ème essai : on a comparé en déformation par traction, comme dans le premier essai, des échantillons de tôle de composition "Z" laminées à Froid de 3 mm d'épaisseur à 0,5 mm d'épaisseur et-recuits en final, avec ou sans recuit intermédiaire au cours de ce laminage F - laminée de 3 à 1 mm et de 1 à 0,5 mm avec un recuit intermédiaire à l'épaisseur 1 mm (rf = 50 S). et G - laminée de 3 à 0,5 mm sans recuit intermédiaire (rf = 83 m). Après traction, l'observation qualitative a donné comme notation "peu d'ondulations, mais une certaine rugosité", cela pour F et pour G, cette observation qualitative ne les distinguant pas. On a ensuite fait des examens de texture sur des portions d'échantillons F et G non tractionnées, comme pour A et B (premier essai) On a obtenu les figures de pôles t200} reproduites en figure 7 (échantillon F) et en figure 8 (échantillon G) L'évolution entre les deux figures de pôles est relativement peu marquée, à l'inverse de l'évolution entre les figures de pôles obtenues sur les échantillons A et B (figures 1 et 2). Et malgré les légers dédoublements (6,6') (figure 7), les deux textures d'orientation cristalline sont du type cube sur sommet proche de {111} , dont tous les cristaux possèdent une normale à une face élémentaire du cube de base du réseau cristallin située dans le plan normal à la tôle et contenant la direction de laminage.En outre, la texture de la figure 7 (échantillon F) parait plus favorable que celle de la figure 1 (échantillon A), l'anisotropie y étant peu marquée. D'après ces premiers examens, les. tôles laminées à froid de composition "Z" ont une aptitude au polissage après déformation meilleure que les tôles du type "430 Ti", et cette aptitude se détériore moins lorsque "rc" augmente. 4ème essai : on a réalisé des pièces embouties de même géométrie que précédemment (2ème essai, figure 3) et on a fait des mesures d'ondulations "Wt" dans les mêmes conditions et aux mêmes emplacements. Les résultats de ces mesures sont portés sur les figures 5 et 6 pour faciliter les comparaisons. Les qualités et repérages des courbes et des tôles sont les suivants . "Z/50" : tôle H de composition "Z" et d'épaisseur 0,5 mm - laminée à froid de 3 mm d'épaisseur avec recuit intermédiaire à l'épaisseur 1 mm (rf = 50 Ó). . 'Z/73" : tôle J de composition "Z" et d'épaisseur 0,8 mm laminée à froid de 3 mm à 0,8 mm d'épaisseur sans recuit intermédiaire (rf = 73 Ó). La tôle H (courbe "Z/50") a été laminée comme les tôles D (courbe "T/50") et C (courbe "17/50"). La tôle J (courbe "Z/73") a été laminée comme la tôle E (courbe "T/73"). Les mesures d'ondulations "Ut" de la figure 5 montrent que les résultats obtenus à partir des tôles H (courbe "Z/50") et J (courbe "Z/73") sont tous deux voisins et meilleurs que ceux obtenus à partir de la tôle D (courbe "T/50"), ces résultats sont voisins de ceux obtenus à partir de la tôle C (courbe "17/50") pour les orientations 30 à 60", ils sont bien meilleurs entre 600 et 90 . Les mesures d'ondulations "Wt" de la figure 6 montrent un peu plus d'écart entre les tôles H (courbe "Z/50") et J (courbe "Z/73"), mais la courbe "Z/73" se situe encore en-dessous de la courbe "T/50". Pour l'ensemble des mesures faites sur les récipients emboutis à partir des tôles H et J (courbes "Z/50" et "Z/73" des figures 5 et 6) les ondulations "Wt" sont comprises entre 4 et 7 jjm et l'importance des ondulations est peu affectée parl'orientation (figure 5) ou par le niveau (figure 6). On observe donc dans ces essais trois avantages surprenants des tôles laminées à froid de composition "Z" en ce qui concerne leur aptitude au polissage après emboutissage: - les ondulations sont nettement plus faibles que celles des tôles de com paraison. - l'importance des ondulations varie relativement peu sur une même pièce, elle varie moins que pour les tôles de comparaison. - l'augmentation de "rf" de 50 Ó à 73 % n 'entraîne qu'une augmentation faible de la valeur maximale observée pour "Ut" : 7,4 m au lieu de 6,8 m. Autrement dit, l'aptitude au polissage après emboutissage des tôles de composition "Z" n'est que faiblement affectée par le taux de réduction finale d'épaisseur par laminage à froid, alors que l'aptitude correspondante des tôles de composition du type "430 Ti" est fortement affectée (voir les courbes "b/50" et~"Tof731' de la.fwger6-5). Ce dernier avantage -relative insensibilité à un facteur essentiel de la procédure de laminage à froid- est important à la fois pour le lamineur et pour le fabricant de récipients emboutis et polis. Comme il a été observé sur les échantillons de tôles A et B de composition du type "430 Ti" (premier essai) et F et G de composition "Z" (troisième essai), le comportement favorable des tôles de composition "Z" est lié à un type de texture qu'on retrouve seulement sur la tôle "A" de "430 Ti" ayant le taux de réduction finale d'épaisseur le plus faible (rf = 50 m). Les tôles de composition "Z" présentent ainsi un intérêt particulier pour la fabrication de récipients emboutis et polis, et en particulier de casseroles, le niveau plus ou moins poussé du polissage étant notamment fixé en fonction d'exigences d'aspect extérieur esthétique. Un autre intérêt des tôles de composition "Z", dans le cas des récipients culinaires à fond diffuseur brasé, est leur bonne résistance à l'oxydation à chaud. L'amélioration de la résistance à l'oxydation à chaud de ce type de nuance, amélioration due à la présence de Zr, a été décrite dans la demande de brevet J 55/024 - 901. Selon les études de la demanderesse, cette amélioration permet ainsi une température de service continu ou cyclique supérieure de plus de lOO0C à la température de service correpondant aux tôles du type AISI 430. Les essais effectués avec les tôles de composition "Z" pour la fabrication de fonds brasés ont montré que cette différence de comportement à l'oxydation en leur faveur avait un effet très important dans l'opération de brasage du fond : l'oxydation est très légère, limitée au jaune pâle, avec une tôle de composition "Z" -et alors facile à enlever par polissage- alors que l'oxydation est plus importante dans le cas où une tôle AISI 430 ou bien "430 Ti" est employée. Les tôles de composition "Z" laminées à froid avec un taux de déformation finale "rif" " de préférence compris entre 40 et 80 ', présentent donc un double avantage du point de vue du polissage des ustensiles culinaires emboutis avec fond diffuseur brasé : celui de la quasi-absence de micro-ondulations rendant le polissage du fût plus facile, et celui de la très faible oxydabilité rendant le polissage de la zone chauffée pendant l'opération de brasage également plus facile. Les tôles de composition "Z" de l'invention sont utilisées pour des récipients emboutis et polis variés, et en particulier pour les récipients culinaires avec ou sans fond diffuseur brasé. Dans le cas de ces récipients emboutis avec ou sans fond diffuseur brasé, l'épaisseur des tôles en acier inoxydable de composition "Z" se situe entre 0,4 mm et 1,5 mm et de préférence entre 0,5 mm et 1 mm. REVENDICATIONS 1 / Tôle en acier inoxydable d'épaisseur 0,4 à 1,5 mm pour réalisations de pièces embouties et polies d'aspects extérieur esthétique, caractérisée en ce qu'elle est en acier inoxydable ferritique et en ce qu'elle a une texture d'orientation cristalline de type cube sur sommet proche de {111} , pour laquelle les cristaux possèdent, le plus souvent, une normale à une face élémentaire du cube de base du réseau cristallin située dans le plan normal à la tôle et contenant la direction de laminage. 2 / Tôle suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle a comme composition (% en poids) : C 40,06 - Si 40,8 - Mn 6:1,0 - Zr 0,15 à 0,9 - N s 0,03 - S s 0,03 P 40,045 - Mo 30/ Tôle suivant la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle contient de préférence ( en poids): Zr > , 0,25 + 6 (C + N) et 0,9 Cr 15,0 à 18,0 40/ Tôle suivant la revendication 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle a pour épaisseur 0,5 à 1 mm. 50/ Procédé de fabrication d'une tôle suivant revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bande laminée à chaud d'épaisseur comprise entre 2,5 et 4 mm est recuite entre 800 et 10000 C dans des conditions peu oxydantes puis grenaillée et décapée, et en ce qu'elle est ensuite laminée à froid jusqu'à l'épaisseur de livraison comprise entre 0,4 et 1,5 mm, avec ou sans recuits intermédiaires, le taux de réduction finale d'épaisseur par laminage étant compris entre 40 et 80 %, la bande subissant alors un recuit final au défilé suivi d'une "skin pass" - passe de finition et d'écrouissage - produisant un allongement de moins de 1 Dó 60/ Application d'une tôle suivant l'une quelconque des revendications là4, à la fabrication d'un récipient embouti et poli d'aspect extérieur esthétique. 70/ Application suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le récipient est utilisé dans une casserole ou un ustensile de cuisson. 8 / Application suivant la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le récipient est utilisé dans une casserole ou un ustensile de cuisson à fond diffuseur brasé.