Brevet FR2585726A1 — publié le 19870206

PROCÉDÉ DE TRAITEMENT THERMIQUE DE FIL MACHINE EN ACIER INOXYDABLE La présente invention concerne un procéd6 de traitement thermique de fil machine en acier inoxydable et à trait, plus particulièrement, aux modalités du traitement du fil machine immédiatement après son lami- nage à chaud. Suivant les procédés de traitement classiques, le fil machine en acier inoxydable était soumis, après le laminage, à un refroidissement non contrôlé dans l'air jusqu'à la température ambiante, à un réchauffage ulté- rieur à température élevée, à un maintien à la temp6ra- ture maximale de réchauffage pendant 30 à 120 minutes et a un refroidissement rapide dans de l'eau. Les techniciens de la branche connaissent bien les raisons de ce traitement et il est par conséquent superflu de les rappeler et de les commenter. Par contre, il est intéressant de noter que ce traitement, bien que donnant un produit de qualité éle- vée, était d'un côté trop long et utilisait de grandes quantités d'énergie et d'un autre côté donnait souvent un produit de qualité excessive par rapport à celle qui est nécessaire pour les traitements ultérieurs ou pour le produit final désiré. On a dès lors proposé de nombreux traitements plus simple, plus courts et surtout moins coûteux au point de vue de l'énergie. Toutefois, chacun de ces traitements tient compte uniquement des nécessités fina- les d'un seul produit, de sorte qu'ils sont différents les uns des autres. Ainsi, par exemple, la demande de brevet allemand No. 2.824.393 concerne un fil machine en acier inoxyda- ble austénitique qui est laminé à une température de fin de laminage de 700-750"C et immédiatement refroidi de manière contrôl6ée dans l'air et/ou dans l'eau afin d'em- pêcher la croissance du grain, qui nuirait à la résis- tance méanique du fil. Le refroidissement dans l'air est utilisé quand on veut 6viter un durcissement excessif du fil. La demande de brevet japonais non examinée -164036, qui concerne un fil machine inoxydable austé- nitique, propose de terminer le laminage a une tempéra- ture supérieure à 1000 C et d'effectuer un refroidisse- ment forcé jusqu'à moins de 500 C, ici aussi en vue d'empêcher la croissance du grain. Suivant le brevet belge 885.093, qui a également trait à un fil machine inoxydable austénitique, on dési- re que le grain croisse jusqu'à une dimension comprise entre 3 et 7 ASTM; le laminage est terminé à une tempé- rature du fil machine supérieure à 1100 C, on maintient cette température pour favoriser la croissance du grain et enfin on refroidit rapidement le fil machine. Ce traitement vise à assurer une meilleure déformabilité à froid du fil machine. La demande de brevet japonais non examinée 81-166335 décrit un traitement de fil machine inoxydable ferritique dans lequel le fil machine -après le lamina- ge- est maintenu entre 740 et 820 C pendant au moins 5 minutes, en 6vitant toutefois de descendre en dessous de 650 C, puis est finalement refroidi rapidement dans l'eau. Ce traitement a pour but de permettre la forma- tion complète des carbures (comprenant aussi du chrome) de type M23C6, de permettre la diffusion du chrome vers les sites appauvris et d'empêcher la précipitation de carbures du type M7C3 qui se forment aux environs de 600 C, température à laquelle la diffusion du chrome commence à être insuffisamment rapide. Comme on le voit déjà d'après cette revue très succincte de l'état de la technique, les exigences fina- les sont quelque peu diversifiées et nécessitent des temps et des températures de traitement très diffé- rents. Comme, en pratique, aucune installation ne dispo- se d'une grande capacité de variation de ses propres pa- ramètres opératoires, il est aisé de comprendre que la nécessité de diversifier et de spécialiser les cycles de production du fil machine se traduit, suivant les en- seignements de l'état de la technique, par une grande difficulté d'exécuter tous les traitements avec la même installation. De même, il devient très problématique de réussir à organiser un mix de production qui ne nécessi- te pas des ajustements continus et excessifs des condi- tions du procédé. La présente invention se propose d'obvier à ces inconvénients en procurant un procédé simple permettant de traiter aussi bien les aciers austénitiques que les aciers ferritiques. Un autre objet de la présente invention est de procurer un procédé simple mais capable, au prix de pe- tits ajustements, de personnaliser le produit en fonc- tion des nécessités des traitements ultérieurs. Suivant la présente invention, le fil machine est laminé avec une température de fin de laminage (TFL) comprise entre 850 et 1050"C, maintenue ensuite à une température comprise entre TFL-500C et TFL+100"C, pen- dant une période de temps allant jusqu'à 30 minutes, et enfin refroidi dans de l'eau. Les températures extrêmes de fin de laminage, a savoir 850 et 1050 C, sont évidemment réservées respec- tivement aux aciers ferritiques et aux aciers austéniti- ques; toutefois, un intervalle de température restreint aux environs de 95"C peut être considéré comme adéquat, pour la fin du laminage, aussi bien pour les aciers aus- ténitiques que pour les aciers ferritiques. Un autre point intéressant consiste dans le fait que le traitement final est le même dans tous les cas, a savoir un traitement dans l'eau. En fait, on a trouvé de manière surprenante que pour les aciers ferritiques le cycle de traitement permet de réduire le temps de séjour à température des 1-2 heures traditionnelles à 15 a 30 minutes, soit à un intervalle de temps analogue A celui convenant pour les aciers austénitiques. Le temps pendant lequel le fil machine est main- tenu à une température élevée, entre la fin du laminage et le refroidissement dans l'eau, constitue en fait un facteur extrêmement important du procédé. Pour la plu- part des aciers ferritiques, cette période sert essen- tiellement à permettre la précipitation complète et la globulisation des carbures de chrome et à permettre la rediffusion du chrome vers les zones adjacentes aux car- bures, en conservant ainsi les caractéristiques de ré- sistance à la corrosion qui seraient sinon endommagées en raison de l'appauvrissement local en chrome causé par la précipitation des carbures. En outre, en particulier pour l'acier de tye AISI 430, le traitement a aussi pour but de favoriser la transformation en ferrite de l'austénite généralement présente à la température de fin de laminage, ce qui confère les caractéristiques mécaniques désirées. Pour les aciers austénitiques, la période d'arrêt sert essentiellement a permettre une certaine croissance du grain nécessaire pour donner une bonne déformabilité à froid (pour l'étirage poussé, l'estampage pour la boullonnerie, etc.). Ce fait d'avoir limité à 30 minutes la durée ma- ximale de ce maintien à température permet de traiter aussi bien les aciers austénitiques que les aciers fer- ritiques dans un four continu unique disposé à la suite du laminoir. La durée minimale de traitement n'a pas été men- tionnée, et ce intentionnellement. Pour les aciers aus- ténitiques, cette durée peut être sensiblement inférieu- re A 30 minutes et descendre jusqu'A 2-3 minutes, tout en assurant la croissance du grain désirée, si la tempé- rature de fin de laminage est maintenue dans la partie supérieure à l'intervalle de température mentionné. En outre, il est possible que la croissance du grain soit tout A fait indésidérable, comme par exemple pour les aciers austénitiques pour ressorts et/ou pour les fils non excessivement étirés. Dans ce cas, le lami- nage est terminé sous contrôle entre 100 et 1050 C et le fil machine est immédiatement refroidi dans de l'eau avant d'avoir subi un refroidissement de 50-100 C. On va à présent décrire l'invention de manière plus détaillée en se référant à quelques formes d'exécu- tion données ci-après à titre exclusivement exemplatif et non limitatif des buts ou de la portée de l'inven- tion. Exemple 1 Un fil machine en acier AISI 304 (C = 0,055%, Cr - 18,6%, Ni = 8,8%) de 5, 5 mm de diamètre a été laminé à chaud avec une température de fin de laminage de 980 C. Il a ensuite été traité suivant les méthodes ci-après: A) refroidissement à l'air, B) refroidissement à l'air; réchauffage en four à 1080"C avec maintien pendant 60 minutes; refroidissement dans l'eau, C) introduction immédiate dans le four à 1050*C avec maintien pendant 30 minutes; refroidissement dans l'eau. Les produits obtenus présentaient les caractéri- stiques indiquées au tableau 1. T A B L E A U I R(MPa) Rs(MPa) A% Z% Grain Vitesse de Etirabi- No. corrosion lité % ASTM intergranu- laire mm/an A 700 304 67 76 11 0,90 rupture B 600 220 77 80 5 0,21 93 C 588 216 77 82 5 0,20 93 2585?726 Dans ce tableau et dans ceux qui suivent, R indi- que la résistance à la rupture, Rs la résistance à la déformation plastique, A l'allongement et Z la striction dans l'essai de traction; le grain est mesuré suivant le numéro ASTM. On peut voir que la méthode C, conforme à l'in- vention, permet d'obtenir des résultats absolument com- parables à ceux de la méthode traditionnelle (B), mais en faisant une économie considérable d'énergie. La vitesse de corrosion a été mesurée suivant la norme ASTM A-262, méthode C; on considère comme bonne une résistance à la corrosion inférieure à 0,6 mm/an. L'étirabilité est mesurée par la réduction de section obtenue au cours de l'étirage; des valeurs supé- rieurs à 90% sont considérées comme excellentes. Exemple 2 Un fil machine en acier AISI 304 (C = 0,040%, Cr = 18,4%, Ni = 10,3%) de 9,5 mm de diamètre a été laminé à chaud avec une température de fin de laminage de 1000C. Il a ensuite été traité suivant les méthodes A, B, C de l'exemple 1. Les produits obtenus présentaient les caractéristiques suivantes: T A B L E A U II R(MPa) Rs(MPa) A% Z% Grain Vitessse de Indice d' No. corrosion aptitude ASTM intergranu- à l'apla- laire tissement mm/an ho/hi A 610 256 58 75 10 5,1 rupture immédiate B 516 190 73 79 4-5 0,18 6,8 C 525 198 72 80 5 0,21 6,9 L'aptitude à l'aplatissement est mesurée par le rapport entre la hauteur initiale de l'échantillon (ho) et la hauteur atteinte au moment de la première fissura- tion (hi). Exemple 3 Un acier AISI 316 (C = 0,036%, Cr = 16!9%, Ni = 11,9%, Mo = 2,37%) a été laminé à chaud en un fil machi- ne de 11 mm de diamètre avec une température de fin de laminage de 1035"C. Le fil machine a ensuite été traité suivant les méthodes suivantes: D) refroidissement dans l'eau depuis la température de fin de laminage, E) comme suivant la méthode B, F) introduction dans un four à 1050"C et maintien pen- dant 15 minutes; refroidissement dans l'eau. Les produits obtenus présentaient les caractéris- tiques suivantes: T A B L E A U III R(MPa) Rs(MPa) A% Z% Grain Vitesse de Indice d' No. corrosion aptitude - ASTM intergra- a l'apla- nulaire tissement mm/an ho/hi D 660 340 54 71 12 1,00 5,5 E 540 230 66 77 5-6 0,97 7,1 F 538 220 69 78 5 0,96 7,4 La vitesse de corrosion a norme ASTM A-262, méthode D. On une vitesse de corrosion de Ri1. eté mesurée suivant la considère comme bonne Exemple 4 Un acier ferritique AISI 430 (C = 0,025%, Cr = 17,2%) a 6té lamin6 à chaud en un fil machine de 6 mm de diamètre avec une température de fin de laminage de 860"C, puis a été soumis aux traitements suivants: G) refroidissement à l'air, H) refroidissement à l'air; r6chauffage en four à 800 C avec maintien à température pendant 120 minutes; re- froidissement dans l'eau, I) introduction en four à 840"C; maintien pendant 30 mi- nutes; refroidissement dans l'eau. Les produits obtenus présentaient les caractéris- tiques suivantes: T A B L E A U IV R(MPa) Rs(MPa) A% Z% Grain Vitesse de Etira- No. corrosion bilité ASTM intergra- % nulaire mm/an G 694 405 32 74 10 31 rupture H 540 305 44 79 10 4,8 84 I 465 270 45 83 10 5,0 84 Pour cet acier, la vitesse de corrosion a été me- surée suivant la norme ASTM 763, méthode X, dans laquel- le on considère comme acceptable une vitesse de corro- sion inférieure à 10 mm/an. On voit que la présente invention permet d'obte- nir des résultats absolument comparables à ceux des mé- thodes de traitement classiques, mais avec une consomma- tion d'énergie nettement inférieure. La présente invention a été décrite en se réfé- rant particulièrement à quelques-unes de ses formes spé- cifiques de réalisation, mais il faut comprendre que des modifications et des variantes pourront être apportées par des experts dans la branche sans sortir pour autant de la protection conférée par le brevet. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement thermique de fil machine en acier inoxydable aussi bien austénitique que ferriti- que caractérisé par le fait que le fil machine est lami- né avec une température de fin de laminage (TFL) compri- se entre 850 et 1050 C, maintenu à une temp6rature com- prise entre TFL-50 C et TFL+100 C pendant une p6riode de temps allant jusqu'à 30 minutes et ensuite refroidi dans de l'eau. 2. Procédé de traitement thermique de fil machine suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la partie supérieure dudit intervalle de température de fin de laminage est réservée aux aciers austénitiques tandis que la partie inférieure est réservée aux aciers ferritiques, un intervalle de température restreint aux environs de 950 C étant utilisable aussi bien pour les aciers austénitiques que pour les aciers ferritiques. 3. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que des aciers de type austénitique destines à la fabrication de ressorts ou de fils non excessive- ment étirés sont laminas avec une température de fin de laminage comprise entre 100 et 1050 C et que le fil ma- chine est immédiatement refroidi dans de l'eau avant d'avoir subi un refroidissement de 50-100 C. 4. Procédé de traitement thermique de fil machine en acier inoxydable suivant les revendications 1-3, es- sentiellement tel qu'on l'a illustré et décrit ci-des- sus.