Brevet FR2565999A1 — publié le 19851220

Acier inoxydable à deux phases ayant des caractéristiques améliorées de résistance au choc La présente invention concerne un acier inoxydable à deux phases ayant des caractéristiques améliorées de résistance au choc et, plus particulièrement, un tel acier capable d'améliorer la résilience des con- duites sans soudure. En ce qui concerne l'acier inoxydable à deux phases, il existe un certain nombre de réglementations telles que JIS (normes industrielles japonaises) G 3459, ASTM A 790 et DIN 14462, par exemple. Les normes de sidérurgistes qui constituent des bases pour ces réglementations sont notamment SAF 2205 (Sandvik Co.), AF 22 (Mannes Man Co.), série DP (Sumitomo Kinzoku Co.), etc. Dans le cadre de tels aciers inoxydables à deux phases, divers brevets traitent de l'amélioration de la résistance mécanique, de la propriété de résistance à la corrosion, de la désoxydation et de l'aptitude au façonnage à chaud, de la possibilité de formation de granules fins et de la teneur en aluminium, Le Tableau ci- après résume très brièvement les résultats obtenus dans ces brevets. Numéro de brevet Teneur en Ai But japonais (% en poids) Brevet N 4171/75 0,03 w 2,0 Résistance mécanique et propriété de résis tance à la corrosion Demande publiée de brevet N 138421/1977 NO 143912/1977 0,01,6,0 Aptitude de façonna- _______ _________ _ ge à chaud N 143913/1977 n Demande publiée de brevet N 12782/1979 _ N 46117/1979 N 33216/1979 0,01 0,50 Résistance mécanique N 158256/1980 Aucun des documents figurant dans ce tableau ne fait état d'une améliora- tion des caractéristiques de résistance au choc. La présente invention montre que lorsque la température de travail (température de laminage) est élevée comme c'est le cas de la fabrication de conduites non soudées, de l'ordre de 1250 à 1350 C, la résistance au choc des produits après laminage diminue fortement. En outre, les opérations ultérieures d'usinage, de façonnage et de traitement thermique sont dépourvues de moyens pour améliorer la résistanceau.choc de sorte que dans certains cas, cette ré- sistance est inférieure à celle de l'acier ordinaire au carbone. Dans un tel cas, la résilience habituellement requise ne peut pas être atteinte. La présente invention a pour objet un acier inoxydable à deux phases possédant de meilleures caractéristiques de résistance au choc. L'invention propose plus précisément un acier inoxydable à deux phases ferrite-austénite, contenant de l'aluminium soluble en une propor- tion inférieure à 0,02 % en poids et ayant des caractéristiques améliorées de résistance au choc. On sait que l'aluminium possède une forte capacité désoxydante; il possède en outre la propriété d'agir sur la teneur en granules cristal- lins, de sorte que quand on incorpore de l'aluminium dans un acier inoxy- dable à deux phases ferrite-austénite, sous forme d'aluminium soluble en une proportion inférieure à 0,02 % en poids, il est possible d'obtenir de bonnes caractéristiques stables de résistance au choc. Si la teneur en aluminium soluble dépasse 0,02 % en poids, il se produit la réaction Ai+ N__ AN de sorte qu'on ne peut pas obtenir la propriété désirée de forte résistance au choc dans le cas des conduites sans soudure soumises à des conditions complexes et sévères et à des températures élevées. Même quand l'acier inoxydable à deux phases est soumis à un traitement de mise en solution après laminage, il est impossible d'obtenir de bonne caracté- ristiques de résistance au choc. Quand la teneur en aluminium est limitée à une valeur inférieure à 0,02 % en pds, on peut améliorer la résistance au choc de l'acier, à l'état laminé et après le traitement de mise en solution suivi d'un laminage à froid. Sur le dessin annexé: - la figure 1 est un graphique montrant la relation existant entre la résistance au choc et la quantité d'aluminium soluble dans le matériau qui a été soumis à un traitement de mise en solution; et - la figure 2 est un graphique montrant la relation existant entre la résistance au choc et la quantité d'aluminium soluble dans les produits laminés à froid après le traitement de mise en solution. L'invention va maintenant être décrite en détail. Dans cette description, l'expression "acier inoxydable à deux phases" désigne un acier inoxydable dans lequel la proportion en volume de ferrite est de 30 à 70 %, le complément étant de l'austénite. Plus particulièrement, l'acier inoxydable à deux phases selon l'invention contient (en poids), par exemple moins de 0,03 % de C; 0,1 à 1,0 % de Si; 0,1 à 2,0 % de Mn; moins de 0,03 % de P; moins de 0,01 % de S; 3 à 8 % de Ni; 21 à 28 % de Cr; 1 à 4 % de Mo; 0,08 à 0 25 % de N, le complément étant du fer et les impuretés inévitables, en plus d'une proportion de moins de 0,02 % d'aluminium soluble. Si on le désire, on peut ajouter à la composition qui vient d'être décrite un ou plusieurs des ingrédients suivants: moins de 2,5 % de Cu;-moins de 1,5 % de V; moins de 1,5 %deW; moinsde 1,0 %dechacun des éléments Ti, Ta, Nb et Zr; moins de 0,01% de chacun des éléments Ca et Mg; moins de 0,01 % de B et moins de 0,01 % de métaux de terres rares. Les plages dans lesquelles ces composants se trouvent de préférence dans les compositions décrites ci-dessus sont comme suit: C est un élément dont la présence est inhérente au procédé de fabri- cation de l'acier fondu. Il possède la propriété de promouvoir la formation de la phase austénitique, mais quand sa teneur dépasse 0,03 %, il y a forma- tion de carbures affectant la résistance à la corrosion et l'aptitude au façonnage à chaud. Il faut donc fixer sa limite supérieure à 0,03 %. Si possède une fonction de désoxydation et cette fonction peut se manifester avec une proportion supérieure à 0,1 % de Si. Cependant, une pro-- portion de Si supérieure à 1,0 % affecte l'aptitude au façonnage à froid et de soudage de sorte que la limite supérieure de Si est de 1,0 %. De même que Si, le composant Mn agit comme agent de désoxydation et il se combine avec S pour former MnS qui améliore l'aptitude au façonnage à chaud. Cependant, avec moins de 0,1 % de Mn, ces propriétés avantageuses ne peuvent pas se manifester. Si la teneur en Mn dépasse 2 %, il est impos- sible d'obtenir l'équilibre des phases entre la ferrite et l'austénite et il en résulte à la fois une corrosion totale et une corrosion locale. Ainsi, on fixe la limite supérieure de Mn à 2 %. Avec moins de 3 % de Ni, il est impossible d'atteindre l'équilibre désiré des phases entre ferrite et austénite, ce qui affecte la résistance à la corrosion. Pour cette raison, la limite inférieure de Ni ne doit pas dépasser 3 %. Cependant, si l'on incorpore Ni en une proportion de plus de 8 %, le pourcentage de la phase austénitique devient excessif, ce qui ne détériore pas seulement l'équilibre des phases mais augmente également les frais de fabrication. Avec moins de 21 % de Cr, il est impossible d'obtenir une résistance suffisante contre la corrosion totale et contre la corrosion locale et l'é- quilibre des phases ferrite/austénite est tel que l'on se trouve au-delà de la plage désirée. Cependant, quand la teneur en Cr dépasse 28 %, une troisième phase, à savoir la phase 6, tend à précipiter ce qui non seulement rend fragile l'acier inoxydablerésultant mais affecte également l'aptitude au façonnage à froid. En conséquence, la plage préférée dans laquelle doit se trouver Cr est de 21 à 28 %. Avec moins de 1 % de Mo, la corrosion locale ne peut pas être em- pêchée; il faut alors choisir la teneur en Mo à plus de 1 %. Cependant, l'incorporation de plus de 4 % de Mo, provoque la fragilité et affecte l'apti- tude au façonnage. Pour cette raison, la limite supérieure de Mo doit être de 4%. Pour régler l'équilibre des phases entre ferrite et austénite à une valeur située d'une plage préférée, une proportion de plus de 0,08 % de N est nécessaire, ce qui améliore la résistance à la corrosion ainsi que la résistance à la corrosion locale. Si la teneur en azote dépasse 0,25 %, il y a formation de bulles gazeuses dans l'acier, ce qui affecte l'aptitude au façonnage à chaud et la résistance à la corrosion. Pour cette raison, on fixe la limite supérieure de l'azote à 0,25 %. P est un élément introduit de façon inhérente dans l'acier à titre d'impureté mais quand sa proportion dépasse 0,03 %, l'aptitude au façonnage à chaud et au soudage est détériorée,de sorte qu'on fixe la limite supérieure de P-à 0,03 %. - S est également inévitablement introduit dans l'acier comme une impureté mais quand sa quantité dépasse 0,01 %, l'aptitude au façonnage à chaud est affectée et la corrosion locale devient très forte de sorte qu'on fixe sa limite supérieure à 0,01 %. L'aluminium possède une capacité élevée de désoxydation et une fonction de réglage des grains cristallins, mais si dans un acier inoxy- dable à deux phases du type ferrite-austénite, en particulier l'acier utilisé pour fabriquer des conduites d'acier sans soudure, on incorpore moins de 0,02 % d'aluminium soluble, on peut obtenir des caractéristiques stables et élevées de résistance au choc. Bien que la raison pour laquelle ily a détérioration de la résistance au choc quand l'aluminium soluble dépas- se 0,02 %, ne soit pas bien comprise, on suppose comme il a été décrit plus haut à propos de l'acier inoxydable à deux phases, que la teneur en azote étant très élevée, il se produit la réaction Ai + N-.*A N avec formation du ni- trure d'aluminium. Dans la fabrication des conduites en acier sans soudure, l'acier est soumis à des traitements beaucoup plus complexes et plus sévères que les tôles d'acier ordinaires et étant donné qu'il faut employer une température de laminage beaucoup plus élevée, la résistance au choc des conduites sans soudure en acier est principalement déterminée par les stades de laminage. En conséquence même quand on soumet les conduites à un traite- ment de mise en solution, la résistance au choc n'est pas notablement amé- liorée. Selon l'invention, on choisit la quantité d'aluminium soluble dans une plage optimale pour régler la structure de l'acier inoxydable à deux phases après le laminage à chaud à haute température pour ainsi améliorer la résistance au choc dans l'un ou l'autre des états suivants: après le laminage à chaud, après le traitement de mise en solution et après le laminage à froid. En plus des éléments décrits plus haut, on peut comme il a été stipulé précédemment incorporer dans l'acier inoxydable à deux phases ferriteausténite selon l'invention, un ou plusieurs des éléments suivants: Cu, W, V, Ti, Nb, Zr, Ta, Ca, Mg, B et métaux de terres rares, comme on le verra en détail ci-après. Cu est efficace pour améliorer la résistance aux acides ainsi que la résistance à la corrosion locale, mais si sa teneur dépasse 25 %, l'aptitude au façonnage à chaud et la résistance à la corrosion locale sont détériorées. W et V confèrent de la résistance à l'eau à l'acier mais quand leur teneur dépasse 1,5 %, l'aptitude au façonnage à chaud et au soudage est détériorée. Ti, Nd,Znet Ta améliorent la résistance à la corrosion à l'interface des grains et l'aptitude au façonnage à chaud maissi l'incor- poration de chacun de ces éléments dépasse 1,0 %, on observe une détériora- tion de la résilience, de la ductilité et de l'aptitude au façonnage à froid. Ca, Mg, B et métaux de terres rares ont chacun la fonction d'améliorer l'aptitude au façonnage à chaud de sorte qu'on peut incorporer une propor- tion de plus de 0,0005 %. Cependant, quand on incorpore une quantité beau- coup plus importante de ces éléments, il se forme un agent de contamination tel qu'un oxysulfure ce qui non seulement affecte la pureté de l'acier mais aussi son aptitude au façonnage à chaud. Ainsi, la teneur supérieure en ces éléments est de 0,01%. On va maintenant décrire un exemple d'élaboration de l'acier selon l'invention. On prépare de nombreux échantillons d'acier inoxydable à deux phases, selon l'invention, contenant des proportions différentes d'aluminium soluble. On lamine ces échantillons d'acier inoxydable à deux phases, pour former des conduites sans soudure, puis on soumet ces conduites à un traitement de mise en solution. Après ce traitement, on façonne à froid les conduites pour obtenir une limite élastique apparente d'une valeur d'environ 7.10 Pa (100KSi) puis on les somet au test Charpy à 0 C. La figure 1 montre la rela- tion existant entre la quantité d'aluminium soluble et la résistance au choc (vEo) après le traitement de mise en solution alors que la figure 2 montre la relation existant entre la quantité d'aluminium soluble et la résistance au choc de l'acier ayant subi un façonnage à froid suivi d'un traitement de mise en solution. On les soumet à un test dans la direction longitudinale pour des éprouvettes d'une dimension normalisée en acier ayant été soumis à un traitement de mise en solution et à un test dans la direction T pour des éprouvettes demi-format (10 mm x 5 mm). Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, quand la teneur en aluminium de l'acier témoin est inférieur à la valeur de 0,02 % définie selon l'invention, l'effet de la composition est moindre, alors que la résistance au choc subit une forte influence de la part de l'aluminium soluble et elle augmente fortement avec la diminution de l'aluminium soluble. Cependant à 0,02 %, l'effet vient à saturation et l'aluminium, quand sa quantité est inférieure à cette valeur, permet d'obtenir une résistance stable et élevée au choc. Comme il a été décrit, l'invention permet d'améliorer grandement les caractéristiques de résistance au choc d'un acier inoxydable à deux phases ferrite-austénite pour ainsi améliorer la résilience des conduites en acier sans soudure fabriquées avec l'acier selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Acier inoxydable à deux phases du type ferrite-austénite, possédant des caractéristiques améliorées de résistance au choc, caracté- risé en ce qu'il contient moins de 0,02 % en poids d'aluminium soluble. 2. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient en outre, en poids, moins de 0,03 % de C; 0,1 à 1,0 %de Si; 0,1 à 2,0 % de Mn; moins de 0,03 % de P; moins de 0,01 % de S; 3 à 8 % de Ni; 21-28 % de Cr; 1 à 4 % de Mo, 0,08 à 0,25 % de N, le complément étant du fer. 3. Acier selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il contient en outre en poids un ou plusieurs des éléments suivants: moins de 2,5 % de Cu; moins de 1,5 % de chacun des éléments V et W; moins de 1,0 % de chacun des éléments Ti, Ta, Nb et Zr; moins de 0,01 % de chacun des élé- ments Ca et Mg, moins de 0,01 % de B; et moins de 0,01 % de métaux de terres rares.