Brevet FR2582673A1 — publié le 19861205

-1- La présente invention concerne un procédé de pro- duction d'une tôle d'acier inoxydable austénitique pré- sentant une haute résistance à la corrosion et une haute résistance mécanique à la température ambiante et à des températures élevées. On soumet des aciers inoxydables austénitiques, par exemple des tôles d'acier inoxydable austénitique, à un traitement thermique, tel qu'un recuit de dissolution, de façon à introduire par recuit de dissolution des carbures de chrome dans la matrice afin d'améliorer la résistance à la chaleur, et ainsi dans un but qui n'est pas envisagé dans le cas de l'acier au carbone ou de l'acier faiblement allié. Pour atteindre un tel but, on chauffe en général des tôles d'acier inoxydable à une température élevée supérieure à 1000 C. Comme résultat de ce chauffage à température élevée, les grains des cristaux austénitiques grossissent et donc le produit en acier final a une moindre résistance mécanique à la température ambiante et à des températures plus élevées, de sorte que le produit est parfois inutilisable comme tôles d'acier pour la cons- truction, pour lesquelles une plus haute résistance mécanique est nécessaire. Pour apporter une solution à ce problème, on connaît un procédé consistant à augmenter les teneurs en azote dans l'acier inoxydable austénitique. Toutefois, quand on a recours à ce procédé de la technique antérieure, la limite élastique de l'acier austénitique peut être amé- liorée de seulement 5 à 6 kg/mm2. Par ailleurs, les teneurs en azote dans l'acier inoxydable austénitique ont une influence sur la résis- tance à la corrosion d'un certain nombre de manières qui ne sont pas toujours avantageuses. Par exemple, quand on augmente les teneurs en azote dans l'acier inoxydable austénitique, la résistance à la corrosion de l'acier est améliorée, mais sa résistance à la fissuration par -2corrosion sous tension est réduite. Bien que la tendance à une sensibilisation à la limite des grains soit inhibée par une quantité d'azote allant jusqu'à un certain niveau dans l'acier inoxydable, elle est favorisée par des teneurs en azote au-dessus du niveau critique. Ainsi, le procédé consistant à augmenter les teneurs en azote dans l'acier inoxydable n'est pas nécessairement avantageux compte tenu de la résistance globale à la corrosion néces- saire dans le cas d'aciers de construction en général. On connaît aussi un procédé de laminage des aciers inoxydables austénitiques par un laminage contrôlé, selon lequel, au cours du laminage à chaud, les aciers inoxy- dables austénitiques sont soumis à une réduction progres- sive à des températures de non-recristallisation, c'est-à- dire à l'extérieur de l'intervalle des températures de recristallisation, pour amélioration de leur limite élas- tique. Toutefois, ce laminage contrôlé a les inconvénients suivants. Ainsi, même quand les aciers inoxydables austé- nitiques sont chauffés avant le laminage à chaud à une température assez élevée pour effectuer une dissolution des carbures de chrome, une précipitation de carbures de chrome due à la tension produite dans l'acier inoxydable, appelée précipitation induite par tension, est susceptible de se produire lors du laminage à chaud, avec une détério- ration résultante dans la résistance à la corrosion de la tôle d'acier inoxydable. Cette détérioration peut éven- tuellement être empêchée par trempe du produit en acier inoxydable après le laminage à chaud, comme décrit dans le brevet japonais Kokai N 55107729. Toutefois cette méthode, elle non plus, n'est pas complètement satisfai- sante, car aucune référence explicite n'est faite dans ce brevet à la résistance mécanique du produit en acier final. Dans le recuit de dissolution, il est nécessaire de dissoudre les carbures de chrome et d'effectuer ensuite un -3- refroidissement à une vitesse de refroidissement telle que les carbures de chrome ne puissent pas être reprécipités au cours du refroidissement. Dans le laminage contrôlé, comme le produit laminé est refroidi par refroidissement par air, les matières auxquelles la méthode connue décrite ci-dessus peuvent être appliquées sont limitées en ce qui concerne la prévention de la précipitation des carbures de chrome. C'est-à-dire que la méthode connue peut être appliquée à des matières ayant des teneurs en carbone inférieures à 0,01 % et avec des épaisseurs de tôles de moins de 6 mm. En général, en raison de l'assez grande résistance à la déformation de l'acier inoxydable austénitique, il est difficile d'obtenir une réduction importante avec une seule passe. En conséquence, il devient difficile d'effectuer un finissage à température élevée au-dessus de 800 C de façon à empêcher la précipitation induite par tension des carbures de chrome, le nombre de passes augmentant spécialement dans le cas des produits en acier inoxydable ayant des épaisseurs réduites. De plus, l'acier inoxydable austénitique a une con- ductivité calorifique environ moitié de celle de l'acier au carbone ou de l'acier faiblement allié, de sorte que la vitesse de refroidissement au cours du refroidissement par air après le laminage contrôlé est encore abaissée, favorisant ainsi la précipitation de carbures de chrome. On verra d'après ce qui précède qu'on ne connaît pas jusqu'à présent de procédé sûr pour produire des tôles d'acier inoxydable austénitique ayant des caractéristiques supérieures de limite d'élasticité et de résistance à la corrosion. On notera en outre que, en plus de l'objectif con- sistant à obtenir des produits en acier ayant de hautes caractéristiques de limite d'élasticité, une grande quan- tité d.'énergie calorifique pour chauffer les aciers -4- austénitiques à la température élevée mentionnée ci-dessus et un four de chauffage équipé d'un rouleau de sole capable de résister à ces températures élevées sont nécessaires pour un recuit de dissolution. En consé- quence, il n'est pas raisonnable d'effectuer un recuit de dissolution comme étape indépendante d'un procédé. Selon la présente invention, on peut produire avanta- geusement des aciers inoxydables austénitiques ayant des propriétés supérieures de résistance à la corrosion et de limite d'élasticité sans la nécessité du four de réchauf- fage utilisé dans le procédé à recuit de dissolution. La présente invention envisage de fournir un procédé dans lequel les problèmes inhérents dans les procédés de la technique antérieure décrits ci-dessus peuvent être éliminés. C'est donc un but principal de la présente invention de fournir un procédé de production d'un acier inoxydable austénitique qui présente des propriétés supérieures de résistance à la corrosion et de limite d'élasticité à la température ambiante et à des tempé- ratures plus élevées. L'acier inoxydable austénitique utilisé selon la présente invention comprend n'importe quel tel acier ayant besoin d'un recuit de dissolution et plus particulièrement la composition de la tôle d'acier austénitique comprend, comme constituants essentiels, moins de 0,1 % en poids de carbone, moins de 5 % en poids de manganèse, moins de 2 % en poids de silicium, 6 à 65 % en poids de nickel, 10 à % en poids de chrome, moins de 1 % en poids d'aluminium, le complément étant constitué par l'acier et les impuretés inévitables; cette composition comprenant parfois, en plus des constituants essentiels indiqués, moins de 2 % en poids de titane, moins de 2 % en poids de niobium, moins de 4 % en poids de cuivre et moins de 10 % en poids de molybdène, isolément ou en combinaison. -5- La présente invention fournit un procédé de pro- duction d'une tôle d'acier inoxydable austénitique pré- sentant une haute résistance à la corrosion et une haute résistance mécanique à la température ambiante et à des températures plus élevées, caractérisé par les étapes consistant à chauffer une tôle d'acier austénitique à une température supérieure à 1000 C, à laminer à chaud la tôle d'acier chauffé dans l'intervalle de recristallisation et à refroidir la tôle d'acier résultante par refroidis- sement accéléré à au moins une température de 550 C à une vitesse moyenne de refroidissement de plus de 2 C par seconde. La présente invention fournit aussi un procédé de production d'une tôle d'acier inoxydable austénitique présentant une haute résistance à la corrosion et une haute résistance mécanique à la température ambiante et à des températures élevées, caractérisé par les étapes consistant à chauffer une tôle d'acier inoxydable austé- nitique à une température supérieure à 1000 C, à réduire la tôle d'acier chauffée dans l'intervalle de recristal- lisation et aussi dans l'intervalle de non-recristalli- sation, à laminer à chaud la tôle d'acier résultante à plus de 800 C et à refroidir la tôle d'acier laminée à chaud par refroidissement accéléré à au moins une tempé- rature de 550 C à une vitesse moyenne de refroidissement de plus de 2 C par seconde. La figure 1 est un diagramme montrant la relation entre le temps et la température dans le procédé de pro- duction de la tôle d'acide inoxydable austénitique de la présente invention. La figure 2 est un diagramme similaire à celui de la figure 1 dans le procédé classique de production de la tôle d'acier inoxydable austénitique. Selon la-présente invention, un acier inoxydable con- tenant les éléments ci-dessus est chauffé à une température -6- de plus de 1000 C de façon que les carbures de chrome soient dissous dans la matrice pour former une solution solide presque complète. Quand la température de chauffage de l'acier est inférieure à 1000 C, les carbures de chrome ne sont pas encore suffisamment dissous dans la matrice, de sorte qu'il n'est pas possible de produire la tôle d'acier austénitique ayant une résistance supérieure à la corrosion. Les conditions de laminage sont expliquées ci-après. Selon la seconde particularité de la présente invention mentionnée cidessus, le laminage doit être conduit dans la zone de non-recristallisation parce que cela est indis- pensable pour que l'on obtienne une résistance mécanique supérieure. La limite inférieure de la température de laminage est indiquée comme étant de 800 C en considé- ration du fait que le laminage à une température plus basse que de 800 C dégraderait la résistance à la corrosion en raison de la précipitation induite par tension des carbures de chrome, alors même que le laminage audessous de 800 C serait plus avantageux du point de vue de l'amélio- ration de la résistance mécanique. Dans la première parti- cularité mentionnée ci-dessus de la présente invention, le laminage doit être conduit dans la zone de recristal- lisation de manière à faire face à des situations dans lesquelles une limite d'élasticité extrêmement élevée n'est pas nécessaire, mais la structure uniforme est nécessaire. On va expliquer maintenant les conditions de refroi- dissement des tôles d'acier laminées. Quand la vitesse de refroidissement après le laminage est inférieure à 2 C par seconde ou quand le refroidissement est terminé à une température supérieure à 550 C, des carbures de chrome sont précipités durant le refroidissement, altérant ainsi les propriétés de résistance à la corrosion. Donc, selon la présente invention, la tôle d'acier laminée & chaud est -7- refroidie de manière accélérée à une température d'au moins 550 C à une vitesse moyenne de refroidissement pas inférieure à 2 C par seconde. On va maintenant expliquer la présente invention avec référence à un exemple particulier. Exemple Le tableau 1 indique les compositions relatives (en pourcentages en poids) des espèces d'acier utilisées dans le présent exemple. Le tableau 2 indique les diverses conditions pour le laminage à chaud et le refroidissement accéléré, les résultats des essais de traction, d'attaque par l'acide oxalique et des essais de Streicher ainsi que les propriétés à température élevée des acides essayés. Les échantillons d'acier inoxydable austénitique contenant les éléments indiqués dans le tableau 1 (espèces d'acier A à G) ont été préalablement laminés à chaud et refroidis dans les conditions indiquées dans le tableau 2 et dans les conditions de refroidissement accéléré représentées sur la figure 1. Certains des échantillons d'acier ont été refroidis par air après le laminage à chaud tandis que d'autres échantillons d'acier ont été soumis à un traitement thermique de dissolution. Tableau 1 - Composition relative des espèces d'acier essayées constituants Constituants Intervalle de Espèces N teipérature de non- d'acier C Si Mn P S Ni Cr Mo Nb Ti total recristallisation A 0,05 0,65 1, 05 0,021 0,004 8,9 18,7 0,11 - - 0,045 Au-dessous de 900 C B 0,02 0,62 1,02 0,018 0,003 10,5 18,9 0,15 - - 0,049 " " " " C 0,04 0,63 0,98 0,024 0,004 11,8 16,6 2,32 - - 0,043 " " " 950 C D 0,04 0,62 1,67 0,020 0,003 10,4 17,4 0,10 - 0,32 0,017 " " " " E 0,04 0,65 1,63 0,021 0,003 10,9 17,8 0,10 0,73 - 0,023 " " l 970 C F 0, 023 0,67 0,84 0,024 0,001 33,68 19,86 7,21 0,68 - 0,017 Il il 9700C G 0,021 0,50 0,40 0,020 0,002 41,23 21,1 3,20 - 0,75 0,015 " " " 950 C oc, o% 0% -'J --9- Tableau 2 Espèce Temp. de Temp. du Epaisseur d'acier chauffage laminage des tôles -. ( C) de finition (mM) Matière comparative 1 A 1150 950 20 Matière de l'invention 2 A 1.150 950 20 Matière de l'invention 3 A 1150 830* 20 Matière comparative 4 A 1150 750 20 Matière de l'invention 5 A 1150 950 20 Matière comparative 6 A 1150 950 20 Matière comparative 7 B 1100 950 20 Matière de l'invention 8 B 1050 950 20 Matière comparative 9 B 1100 950 20 Matière de l'invention 10 B 1100 950 20 Matière comparative 11 C 1150 1030 40 Matière de l'invention 12 C 1150 830* 10 Matière de l'invention 13 C 1150 1030 40 Matière de l'invention 14 C 1150 1060 100 Matière ctomparative 15 D 1150 950 20 Matière de l'invention 16 D 1150 950 20 Matière comparative 17 E 1150 970 20 Matière de l'invention 18 E 1150 970 20 Matière comparative 19 F 1200 900 20 Matière de l'invention 20 F 1200 900* 20 Matière comparative 21 G 1200 900 20 Matière de l'invention 22 G 1200 900* 20 -10- Tableau 2 (suite) Conditions de refroidiss. après le laminage Temp. Temp. Vitesse /nit. finale de refr. ( C) ( C) ( C/J) Observations Mat. comparative 1 940 - 0,8 Recuit de dissol. à 1050 C après refroid. Mat. de l'invention 2 940 500 7 Mat. de l'invention 3 820 500 7 Mat. comparative 4 740 500 7 Mat. de l'invention 5 940 500 3 Mat. comparative 6 940 - (ref. par air) _ 0,8 Mat. cauparative 7 940 - (ref. par air) Recuit de diss. à 0,8 1050 C apr. refroid. Mat. de l'invention 8 940 520 7 Mat. comparative 9 940 600 7 Mat. de l'invention 10 940 (terp amb) 7 Mat. comparative 11 1020 - (ref. par air) Recuit de diss. à 0,5 1050 C apr. refroid. Mat. de l'invention 12 820 300 20 Mat. de l'invention 13 1020 (temp amb) 5 Mat. de l'invention 14 1050 (temp amb) 2 Mat. comparative 15 940 - (ref. par air) Recuit de diss. à 0,8 1050 C apr. refroid. Mat. de l'invention 16 940 500 7 Mat. comparative 17 940 - (ref. par air) Recuit de diss. à 0,8 1050 C apr. refroid. Mat. de l'invention 18 940 500 7 Mat. carparative 19 890 - (ref. par air) Recuit de diss. à 0,8 1050 C apr. refroid. Mat. de l'invention 20 890 500 7 - Mat. comparative 21 890 - (ref. 'ér air) Recuit de diss. à 0,8 1050 C apr. refroid. Mat. de l'invention 22 890 500 7 -11- Tableau 2 (suite) (1) Essai de traction à la Essai Essai temp. ambiante d'attaque Striker Limite Résist. Allon- par acide (4) d'élas. à la gement oxalique traction (2) kgf/mne kgf/m2 % Mat. comparative 1 23,0 61,2 70 o - Mat. de l'invention 2 42,5 67,9 53 o - Mat. de l'invention 3 56,3 72,3 50 o - Mat. comparative 4 58,5 76,6 43 A - Mat. de l'invention 5 41,5 67,3 54 o - Mat. comparative 6 38,8 66,4 54 A - Mat. comparative 7 20,4 54,3 66 o - Mat. de l'invention 8 41,3 65,3 54 o - Mat. comparative 9 42,8 66,6 52 A - Mat. de l'invention 10 43,3 67,5 51 o - Mat. comparative 11 25,2 57,9 66 o - Mat. de l'invention 12 60,4 72,9 45 o - Mat. de l'invention 13 32,9 63,5 54 o - Mat. de l'invention 14 30,2 60,2 56 o - Mat. comparative 15 22,7 60,5 65 o - Mat. de l'invention 16 41,8 66,7 52 o - Mat. comparative 17 26,2 61,5 61 o - Mat. de l'invention 18 43,8 68,9 50 o - Mat. comparative 19 32,5 63,7 56 - o Mat. de l'invention 20 43,7 69,5 51 o Mat. comparative 21 33,5 65,8 53 - o Mat. de l'invention 22 45,3 71,0 50 - o *Matière laminée dans la zone de non-recristallisation Note (1) ASTM 9, (2) o, structure échelonnée A, structure (3) 10 000 heures double corrosion de la matière essayée Mat. comparative 4 - - - Mat. de l'invention 5 29,0 42,1 21,0 Mat. ccmparative 6 - - - Mat. comparative 7 11,2 37,6 17,5 Mat. de l'invention 8 29,5 40,5 20,7 Mat. camparative 9 - - - Mat. de l'invention 10 31,8 42,3 20,9 Mat. caomparative 11 12,3 47,6 25,4 Mat. de l'invention 12 31,3 50,8 27,8 Mat. de l'invention 13 16,3 48,7 26, 9 Mat. de l'invention 14 14,6 48,7 27,3 Mat. comparative 15 14,3 42,3 24, 5 Mat. de l'invention 16 32,5 44,3 26,5 Mat. comparative 17 17,9 42,1 22, 0 Mat. de l'invention 18 34,2 45,6 25,0 Mat. camparative 19 18,3 48,3 22, 4 Mat. de l'invention 20 30,5 51,6 25,5 Mat. cmeparative 21 21,7 54,6 23, 7 Mat. de l'invention 22 32,0 56,4 26,3 -13- L'essai d'attaque par l'acide oxalique dans le tableau 2 est basé sur la norme JIS. Les signes o et A dans le tableau indiquent une structure échelonnée et une struc- ture double, respectivement. L'essai Streicher basé sur une norme ASTM est prévu pour déterminer le degré de sensibilisation de l'acier inoxydable austénitique d'une haute teneur en nickel. Le signe o indique que le rapport corrosion de la matière essayée corrosion de la matière ayant subi un traitement thermique de dissolution est égal ou inférieur à l'unité. Le signe * indique la matière laminée dans la zone de non-recristallisation. D'après le tableau 2, on voit que, dans l'espèce d'acier A, les échantillons de tôle d'acier selon l'in- vention 2, 3 et 5 sont notablement supérieurs à la matière 1 ayant subi un recuit de dissolution en ce qui concerne la résistance mécanique non seulement à la température ambiante, mais aussi à température élevée, tout en présentant une résistance à la corrosion compa- rable à celle de la matière 1. Surtout, une résistance mécanique supérieure est obtenue avec l'échantillon de tôle d'acier 3 soumis en outre à une réduction dans la zone de non-recristallisation. Pour-la matière compara- tive 4, on observe une basse température de fin de laminage et une haute résistance mécanique, toutefois elle est un peu inférieure en ce qui concerne la résis- tance à la corrosion. La matière comparative 6, refroidie par air après le laminage, est inférieure aussi en ce qui concerne la résistance à la corrosion. Dans l'échantillon d'acier B, les échantillons selon l'invention 8 et 10 présentent une bonne résistance méca- nique par rapport à la matière 7 ayant subi un traitement thermique de dissolution, tout en présentant aussi une bonne résistance à la corrosion. L'échantillon comparatif 9, avec une plus haute température de fin de refroidis- sement accéléré de 600 C, est excellent en ce qui concerne -14- la résistance mécanique, mais inférieur en ce qui concerne la résistance à la corrosion. Dans l'espèce d'acier C, les échantillons selon l'invention 12, 13 et 14, avec l'épaisseur de la tôle égale à 10, 40 et 100 mm, respectivement, et la tempéra- ture de fin du refroidissement accéléré dans l'intervalle de 300 C à la température ambiante, sont excellents aussi en ce qui concerne la résistance mécanique et la résis- tance à la corrosion par rapport aux échantillons 15 et 17 ayant subi un recuit de dissolution. Dans les espèces d'acier F et G, les échantillons selon l'invention, soumis à une réduction dans la zone de non-recristallisation, sont comparables aux échantillons 19 et 21 ayant subi un recuit de dissolution, tout en présentant aussi une résistance mécanique supérieure. Bien que la description ci-dessus ait été effectuée avec référence à la préparation des tôles d'acier inoxydable austénitique, il y a lieu de noter que la présente invention est applicable aussi à la préparation de n'importe quelles autres tôles d'acier. -15- REVENDICATIONS 1. Un procédé de production d'une tôle d'acier inoxydable austénitique présentant une haute résistance à la corrosion et une haute résistance mécanique à la tem- pérature ambiante et à des températures élevées, carac- térisé par les étapes consistant à: chauffer une tôle d'acier inoxydable austénitique à une température supérieure à 1000 C; laminer à chaud la tôle d'acier chauffée dans la zone de recristallisation; et refroidir la tôle d'acier résultante par refroidis- sement accéléré à au moins une température de 550 C à une vitesse moyenne de refroidissement de plus de 2 C par seconde. 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition de la tôle d'acier austénitique comprend, comme constituants essentiels, moins de 0,1 % en poids de carbone, moins de 5 % en poids de manganèse, moins de 2 % en poids de silicium, 6 à 65 % en poids de nickel, 10 à 30 % en poids de chrome, moins de 1 % en poids d'aluminium, le complément étant constitué par l'acier et les impuretés inévitables; cette composition comprenant parfois, en plus de ces constituants essentiels, moins de 2 % en poids de titane, moins de 2 % en poids de niobium, moins de 4 % en poids de cuivre et moins de 10 % en poids de molybdène, isolément ou en-combinaison. 3. Un procédé de production d'une tôle d'acier inoxydable austénitique présentant une haute résistance à la corrosion et une haute résistance mécanique à la tempé- rature ambiante et à des températures élevées, caractérisé par les étapes consistant à: chauffer une tôle d'acier inoxydable austénitique.à une température supérieure à 1000 C; réduire la tôle d'acier chauffée dans la zone de recristallisation de l'austénite et aussi dans la zone de -16non-recristallisation; laminer à chaud la tôle d'acier résultante à plus de 800 C; et refroidir la tôle d'acier laminée à chaud par refroi- dissement accéléré à au moins une température de 550 C à une vitesse moyenne de refroidissement de plus de 2 C par seconde. 4. Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la composition de la tôle d'acier austénitique comprend, comme constituants essentiels, moins de 0,1 % en poids de carbone, moins de 5 % en poids de manganèse, moins de 2 % en poids de silicium, 6 à 65 % en poids de nickel, à 30 % en poids de chrome, moins de 1 % en poids d'aluminium, le complément étant constitué par l'acier et les impuretés inévitables; cette composition comprenant parfois, en plus de ces constituants essentiels, moins de 2 % en poids de titane, moins de 2 % en poids de niobium, moins de 4 % en poids de cuivre et moins de 10 % en poids de molybdène, isolément ou en combinaison.