Brevet FR2594732A1 — publié le 19870828

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce plaquée, en particulier plaquée par laminage, constituée d'un matériau de base et d'au moins un matériau de placage fortement allié. Pour des domaines déterminés d'application, on exige des pièces plaquées dont le matériau de base réunit une résistance élevée et une tenacité élevée, même à basses températures et dont le matériau de placage est résistant à la corrosion dans une mesure particulière. Ces exigences apparaissent pour des composants déterminés dans l'industrie de forage en mer, par exemple pour les plates-formes de forage pétrolier et pour les installations de dessalement de l'eau de mer, ainsi que pour des installations exposées à des gaz acides. I1 est connu de plaquer, sur des aciers de construction à grain fin du type WStE 355 et TStE 355 (selon DIN 17 102, octobre 1983) des matériaux de placage du typeX2NiCrMoCu 25 205 ou X2CrNiMoN 22 5 (avec les numéros de matériau 1.4539 ou 1.4462 selon la liste acier/fer, 1981, édition Stahleisen m.b.h, Düsseldorf, 7è édition) et de mettre en oeuvre, à l'état recuit de normalisation, les pièces ainsi obtenues. Avec un tel traitement thermique, qui n'est adapté qu'au matériau de base de la pièce plaquée, on ne peut obtenir des propriétés anticorrosion suffisantes que dans le cas des matériaux de placage du typeXSCrNi 18 10, X6CrNiTi 18 10 et X2CrNiMo 18 14 3 (avec les numéros de matériau 1.4301, 1.541 et 1.4435 de la liste acierfer ci-dessus et selon DIN 17 440, juillet 1985).Dans le cas des matériaux de placage fortement alliés, en particulier dans le cas de matériaux contenant de 3 à 7% en poids de Mo, la faible température de transformationausténitique lors du recuit de normalisation (par exemple 9200C) et le lent refroidissement depuis sa température font apparaitre une aggravation des caractéristiques anticorrosion par rapport à l'état recuit par mise en solution et refroidissement rapide. Si on définit le traitement thermique de la pièce plaquée en fonction du matériau de placage, en refroidissant par exemple brusquement dans l'eau la pièce depuis une température de 10200C puis en lui faisant subir un revenu en apportant une température de 5600C à 600C et en la refroidissant en air calme à partir de cette température de revenu, on obtient certes pour le matériau de placage des améliorations dans ces caractéristiques anticorrosion, mais ce sont alors les caractéristiques de résistance exigées pour le matériau de base que l'on ne peut plus obtenir, motif qui fait que l'on est obligé d'employer des matériaux de base spécialement alliés - qui entrainent un accroissement correspondant du coût des pièces. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et à ces difficultés et se donne pour objet de créer un procédé de fabrication d'une pièce plaquée qui donne des caractéristiques anticorrosion satisfaisantes dans le cas des matériaux de placage alliés avec Mo, étant précisé toutefois que les matériaux de base présentent des caractéristiques suffisantes de résistance et de tenacité et qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des matériaux de base spécialement alliés. Selon l'invention, on atteint- cet objet par le moyen - que le matériau de base contient jusqu'à 0,25% en poids de C, de 0,10 à 0,60% en poids de Si, de 0,50 à 1,70% en poids de Mn, jusqu'à 1,00% en poids de Cr, jusqu'à 0,20% en poids de Cu, jusqu'à 0,50% en poids de Mo, jusqu'à 1,00% en poids de Ni, jusqu'à 0,05% en poids de Nb, jusqu'à 0,10% en poids de V, jusqu'à 0,02% en poids de N, jusqu'à 0,04% en poids de P, jusqu 0,025%en poids de S, le reste du fer et des impuretés provenant de la fusion, étant précisé que, z Nb + % Ti + % V est inférieur ou égal à 0,20% en poids et ((% Al + % Ti + % Zr) . % N est plus grand ou égal à 0,0005% en poids, - que le matériau de placage est constitué de 0,01 à 0,1% en poids de C, 0,10 à 2,0% en poids de Si, 0,10 à 2,0% en poids de Mn, 20,0 à 30,0% en poids de Cr, 4,0 à 35,0% en poids de Ni, 3,0 à 7,0% en poids de Mo, jusqu'à 5,02 en poids de Cu, jusqu'à 1?0% en poids de Ti, jusqu'à 1,0% en poids de Nb, jusqu'à 0,04% en poids de P, jusqu'à 0,025% en poids de S, le reste étant du fer et les impuretés provenant de la fusion et - qu'après le placage, on amène les matériaux dans une zone de température située entre 1000 et 11000C, puis qu'on les refroidit brusquement pour les amener à une zone de température comprise entre 620 et 5500C avec une vitesse de refroidissement comprise entre 100C/s et 1OC/s, puis on les refroidit en air calme avec une vitesse de refroidissement comprise entre 150cumin et 5 C/min Essentiels pour l'invention sont le refroidissement rapide commandé pour passer de la température de transformation austénitique à la température de 620"C à 5500C ainsi que le refroi dissement lent qui vient à la suite. Avec cette méthode on supprime de façon sûre les dépôts qui se trouvent dans le matériau de placage et qui compromettant la résistance anticorrosion, tandis que par contre le matériau de base est converti en une structure fine de ferrite et de perlite. Pour l'exécution du procédé conviennent par exemple des coquilles dans lesquelles on projette par pulvérisation sur la pièce une quantité régulée d'eau ou un mélange régulé air-eau. De préférence, après le placage, on amène les matériaux dans une zone de température située entre 1020 et 10600C. La vitesse de refroidissement préférée pour arriver sur une plage de température comprise entre 6200C et 550"C se situe entre 70C/s et 3"C/s. De préférence le refroidissement en air calme se fait à vitesse de refroidissement d'environ 100C/min. On va expliquer ci-dessous en détail l'invention à l'aide d'un exemple d'exécution. Pour fabriquer une pièce plaquée pour un réservoir sous pression dans l'industrie de forage en mer, on a employé un matériau de base ayant la composition chimique suivante: C 0,09 - 0,12 % en poids Si 0,46 - 0,52 z en poids Mn 1,42 - 1,60 - P 0,008 - 0,011 S 0,002 - 0,004 - Al 0,05 - 0,08 Cr 0,04 - 0,01 - Ni 0,16 - 0,23 Mo 0,007 - 0,01 - Cu 0,10 - 0,15 Nb 0,12 - I,04 - N 0,010 - 0,011 On a coulé le matériau de base sous forme de lingots d'un poids de 28 à 35 t et on l'a laminé pour obtenir des brames de 350 mm d'épaisseur.Comme matériaux de placage, pour les pièces, on a employé des tôles d'une épaisseur de 16 mm. Leur composition chimique est indiquée ci-dessous: C 0,010 - 0,015 % en poids Si 0,2- 0,34 X en poids Mn 1,28 - 1,50 - P 0,015 - 0,018 S 0,003 - 0,005 % en poids Al 0, 02 - 0,04 - Cr 20,30 ~ 20,50 - Ni 24,80 - 25,0 ~ Mo 4,55 - 4,70 - Cu 1,34 - 1,45 ~ N 0,09 - 0,11 Avant le placage, on a usiné mécaniquement les faces des brames et des tôles qui viennent en contact. Le placage lui-même a été effectué sous forme de placage par laminage sous vide, en précisant que l'on a obtenu une réduction d'épaisseur au cinquième. Les tôles plaquées d'une épaisseur de 70 + 3 mm, ont subi des traitements thermiques différents, et, de façon plus précise, une tôle (I) a subit un recuit de normalisation à 9200C, une autre tôle (II) a subi un recuit de normalisation à 10200C suivi d'un refroidissement en air calme. Une troisième tôle (III), après avoir été portée à 10200C, a été refroidie en 45 secondes par un mélange air-eau pour arriver à 6000C puis a-achevé de refroidir en air calme. De ces trois tôles, on a prélevé des éprouvettes pour en déterminer les caractéristiques mécaniques et les caractéristiques anticorrosion. Le tableau suivant donne les caractéristiques de résistances obtenues et les résultats des essais de corrosion. matériau de base Matériau de placage , WEZ REH Rm Rpo,2 ISO-Vtrans. Test de Strauss Corrosion localiée 1500C -30 C ASTM A 262-81 ASTM G 48-A/76 I) 375 487 283 76,90 (+) - Il) 388 528 326 12,22 + - III) 420 588 335 72,132 + + + + pas de défaut (+) juste admissible, cas limite - non satisfaisant En résumé les résultats peuven être jugés comme suit: 1) Avec le traitement thermique habituel pour des tôles plaquées, on obtient, dans le cas des matériaux de placage fortement alliés de faibles caractéristiques anticorrosion, non satisfaisantes. 2) Un recuit de normalisation à température plus élevée, par exemple 10200C, conduit à des résiliences trop faibles, non acceptables, dans le matériau de base, mais par contre à des caractéristiques anticorrosion suffisantes dans le matériau de placage. 3) Un recuit par mise en solution à température assez élevée avec refroidissement accéléré entre environ 1000C et 6000C conduit, dans le cas d'une composition appropriée du matériau de base, à des caractéristiques de résistance légèrement améliorées et à des résiliances élevées à basses tempértures. Le matériau de placage montre les memes caractéristiques anticorrosion qu'après un refroidissement rapide à l'eau. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce plaquée, en particulier plaquée par laminage, constituée d'un matériau de base et d'au moins un matériau de placage fortement allié, inoxydable, caractérisé - en ce que le matériau de base contient jusqu'à 0, 25% en poid de C, de 0,10 à 0,60% en poids de Si, de 0,50 à 1,70% de Mn, jusqu'à 1,00 % en poids de Cr, jusqu'à 0,20% en poids de Cu, jusqu'à 0,50% en poids de Mo, jusqu'à 1,00 en poids de Ni, jusqu'à 0,05 en poids de Nb, jusqu a 0,10% en poids de V, jusqu a 0,02% en poids de N, jusqu'à 0,04% en poids de P, jusqu'à 0,025% en poids de S, le reste étant du fer et des impuretés provenant de la fusion, étant précisé que, % Nb + % Ti +% V est inférieur ou égal à 0,20% en poids et (% Al + % Ti + % Zr) . % N est plus grand ou égal à 0,0005% en poids, - en ce que le matériau de placage est constitué de 0,01 à 0,1% en poids de C, 0,10 à 2,0 en poids de Si, 0,10 à 2,0% en poids de Mn, 20,0 à 30,0% en poids de Cr, 4,0 à 35,0% en poids de Ni, 3,0 à 7,0% en poids de Mo, jusqu'à 5,0% en poids de Cu, jusqu'à 1,0% en poids de Ti, jusqu'à 1,0% en poids de Nb, jusqu'à 0,04% en poids de P, jusqu'à 0,025% en poids de S, le reste étant du fer et des impuretés provenant de la fusion et - en ce qu'après le placage, on amène les matériaux dans une zone de température située entre 1000 et 11000C, puis qu'on les refroidit brusquement pour les amener à une zone de température comprise entre 620 et 5500C avec une vitesse de refroidissement comprise entre 100C/s et 1OC/s, puis on les refroidit en air calme avec une vitesse de refroidissement comprise entre 150cumin et 5 C/min. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu après placage on amène les matériaux dans une zone de température comprise entre 1020 et 10600C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on refroidit les matériaux, pour les amener à une zone de température comprise entre 620 et 5500C, avec une vitesse de refroidissement comprise entre 79C/s et 30C/s. 4. Procédé selon l'ensemble des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le refroidissement se fait en air calme avec une vitesse de refroidissement d'environ 100C/min.