Brevet FR2678642A1 — publié le 19930108

L'invention est relative à la fabrication de tôles plaquées comportant un placage en acier ou alliage inoxydable sur une base en acier de construction et aux tôles obtenues. Les tôles plaquées constituées d'un placage par exemple en acier inoxydable sur une base en acier de construction tel qu'un acier au carbone manganèse sont bien connues Pour conférer à la base des caractéristiques mécaniques satisfaisantes, on fait subir à la tôle plaquée un traitement de normalisation entre environ 9500 C et 1020 'C Ce procédé présente un inconvénient pour certaines nuances de placage qui résulte de ce que la température de normalisation est insuffisante pour mettre en solution les carbures ou les précipités intermétalliques qui peuvent se trouver dans le métal de placage; les carbures détério- rent la tenue à la corrosion du placage et les précipités intermétalliques peuvent induire une fragilisation du placage. Pour dissoudre les carbures et les précipités intermétalliques il serait nécessaire de porter la tôle plaquée à une température pouvant atteindre 11500 C Mais de telles températures font grossir excessivement le grain du métal de la base, ce qui détériore les caractéristiques mécaniques de celle-ci; en particulier, avec des norma- lisations à de telles températures, il n'est pas possible d'obtenir des températures de transition ductile/fragile inférieures à 200 C. Le brevet allemand DE 37 33 481 propose un procédé de réalisation de tôles plaquées par laminage contrôlé suivi d'une hypertrempe éventuellement inter- rompue ou suivie d'un revenu mais ce procédé présente l'inconvénient de comporter un laminage contrôlé à des températures qui favorisent la précipitation de carbures ou de composés intermétalliques dans certaines nuances de placage, ce qui réduit leur résistance à la corrosion. Les nuances de placage pour lesquelles les techniques connues de fabrication de tôles plaquées ne sont pas satisfaisantes nécessitent, pour avoir leur pleine résistance à la corrosion, un traitement d'hyper- trempe à partir d'une température supérieure à 1050 OC. Lorsqu'on fait subir un tel traitement à des tôles pla- quées ayant une base en acier au carbone manganèse selon la technique actuelle, les caractéristiques mécaniques de la base, notamment sa résilience, sont très dégradées En effet, le chauffage à une température supérieure à 1050 'C fait considérablement grossir le grain du métal de la base et pour la résilience, il n'est pas possible d'obtenir des températures de transition ductile/fragile inférieures à C. Le but de la présente invention est de proposer un procédé pour la fabrication de tôles plaquées compor- tant un placage ayant une très bonne tenue à la corrosion et une base ayant de très bonnes caractéristiques mécani- ques. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une tôle plaquée comportant une couche de placage en acier ou alliage inoxydable ayant une très bonne tenue à la corrosion et une couche de base en acier de construction présentant de très bonnes caractéristiques mécaniques, caractérisé en ce que: on réalise un ensemble plaqué constitué par au moins une tôle plaquée et comportant au moins une couche de placage en un alliage ou acier inoxydable et au moins une couche de base en acier faiblement allié de construc- tion renfermant moins de 0,14 % de carbone, de 0,02 à 0,06 % de titane, au moins 0,005 % d'azote, au moins un élément choisi parmi le manganèse, le silicium, le nickel et le bore en une quantité suffisante pour obtenir une bonne trempabilité de la couche de base et au moins un élément carburigène choisi parmi le niobium, le vanadium, le chrome ou le molybdène, on chauffe l'ensemble plaqué à une température d'hypertrempe au moins égale à 10500 C et qui soit suffi- sante pour mettre en solution les composés intermétalli- ques et les carbures dans la couche de placage, et on réalise une hypertrempe de l'ensemble plaqué depuis la température d'hypertrempe. L'hypertrempe est réalisée à l'eau jusqu'à une température d'environ 500 'C puis à l'air et l'ensemble plaqué ne subit pas de revenu. L'hypertrempe peut également être réalisée à l'huile et n'être pas suivie de revenu. L'hypertrempe peut enfin être réalisée à l'eau jusqu'à la température ambiante et être alors suivie d'un revenu à une température comprise entre 4500 C et 6800 C; ce traitement de revenu est adapté pour ne pas provoquer de précipitations de carbures ou de phases intermétalli- ques dans le métal de placage. Pour la base, on utilise un acier contenant en poids: moins de 0,14 % de carbone de 0,02 % à 0,06 % de titane plus de 0,005 % d'azote de 1 % à 2,5 % de manganèse éventuellement du nickel ou du bore, et des éléments susceptibles de former des carbures préci- pités pris parmi les éléments suivants: V, Nb, Cr, Mo. De préférence la somme des teneurs en chrome et molybdène est comprise entre 0,5 % et 1,5 %. L'invention concerne également une tôle plaquée réalisée selon le procédé objet de l'invention Dans cette tôle plaquée, le métal de placage est exempt de carbures ou de phases intermétalliques précipités; le métal de la base a une structure aciculaire avec de fins précipités de carbures. De préférence, le métal de placage est un acier superausténitique ou superausténoferritique ou un alliage à base de nickel contenant en poids plus de 20 % de chrome et plus de 2 % de molybdène. De telles tôles plaquées ont un placage dont la tenue à la corrosion est optimale et la base présente de très bonnes caractéristiques mécaniques tant en traction qu'en résilience. L'invention va maintenant être décrite de façon plus précise mais non limitative. Pour réaliser une tôle plaquée selon l'inven- tion, on plaque de façon connue en soi par colaminage ou par explosion et relaminage un métal de placage sur une base en acier de construction. Le métal de placage est un acier superausténi- tique ou superausténoferritique ou un alliage à base de nickel avec de fortes additions de chrome ou de molybdène pour le rendre inoxydable Ces alliages très sensibles à la précipitation de carbures ou de phases intermétalliques correspondent notamment aux codes américains UNS dont le numéro et la composition chimique moyenne en % est indi- quée au tableau ci-dessous: N UNS Fe Ni Cr Mo Cu Autres N 08932 * 25 25 5 1,5 S 03255 * 7 25 3 1,6 N 86022 3 * 33 13 Co= 1 W= 3 N 10276 3 * 22 15 Co=l W= 3 N 06030 15 * 29 5 2 Co= 1 W= 3 N 06455 3 max * 16 15 Co= 2 max R 31233 3 9 25 5 Co=* W= 2 * balance Lorsque le placage est réalisé par colaminage d'un bloc, on obtient un sandwich composé de deux tôles plaquées accolées par leurs couches de placage entre lesquelles est disposée une fine couche de séparation. Lorsque le placage est réalisé par explosion et relami- nage, on obtient une tôle plaquée L'ensemble plaqué obtenu après laminage (sandwich ou tôle plaquée) est alors chauffé à une température suffisante pour remettre en solution les carbures ou les phases intermétalliques qui ont pu précipiter dans le métal de placage. L'homme de métier sait déterminer cette tem- pérature en fonction de la nature du métal de placage, mais celle-ci est toujours supérieure ou égale à 1050 OC; elle peut atteindre 11500 C. Après chauffage, l'ensemble plaqué est hyper- trempé et subit éventuellement un revenu de telle sorte que: le métal de placage soit exempt de carbures ou de phases intermétalliques précipités, l'acier de la base ait une structure acicu- laire de trempe avec préférentiellement de fins précipités de carbures. Deux modes de réalisation sont possibles. Dans le premier mode de réalisation, l'ensemble plaqué est refroidi très rapidement jusqu'à environ 5000 C puis plus lentement jusqu'à l'ambiante. Pour autant que la composition chimique de la base soit adaptée comme il est indiqué ci-dessous, le refroidissement rapide jusqu'à 5000 C permet: d'éviter de former des précipités dans le métal de placage, d'obtenir une structure aciculaire dans l'acier de base. Le refroidissement plus lent jusqu'à l'ambiante permet de former de fins précipités de carbures dans l'acier de la base, ce qui en améliore les caractéristi- ques mécaniques. Ce refroidissement étagé peut être obtenu soit par trempe à l'eau jusqu'à 500 'C suivi d'un refroidisse- ment à l'air jusqu'à l'ambiante, soit préférentiellement par trempé à 1 huile; en effet, la trempe à 1 huile conduit naturellement à un refroidissement rapide au- dessus de 5000 C et beaucoup plus lent en-dessous Plus généralement, on peut utiliser un fluide de trempe per- mettant d'obtenir une vitesse de trempe qui varie forte- ment avec la température. Dans ce mode de réalisation, il n'est pas utile de faire un revenu. Le second mode de réalisation consiste à hy- pertremper à l'eau jusqu'à l'ambiante et à faire subir au produit un revenu à une température T et pendant un temps t tels qu'il n'y ait pas précipitation de carbures ou de phases intermétalliques dans le métal de placage. L'hypertrempe permet d'éviter la formation de précipités dans le métal de placage au cours du refroi- dissement et d'obtenir une structure aciculaire dans l'acier de la base. Le revenu permet d'obtenir de fins précipités de carbures dans l'acier de la base. Pour éviter la précipitation de carbures ou de phases intermétalliques dans le métal de placage, l'homme de métier sait adapter la température et la durée du revenu. Pour les deux modes de réalisation, on a cons- taté qu'afin d'obtenir des caractéristiques mécaniques (traction et résilience) satisfaisantes de la base, il était nécessaire d'utiliser pour la base un acier conte- nant: du titane pour éviter le grossissement du grain à haute température, dans une proportion pondérale comprise entre 0,02 % et 0,06 % et de préférence entre 0,03 % et 0,045 %; peu de carbone pour obtenir une structure de trempe ayant une bonne résilience; l'acier de la couche de base doit renfermer moins de 0,14 % de carbone et de préférence de 0,03 % à 0,1 % de carbone; des éléments d'alliage pour obtenir une trempabilité suffisante, par exemple de 1 % à 2,5 % de manganèse et de 0,1 % à 1 % de silicium, du nickel ou du bore; l'homme de métier sait adapter ces teneurs en fonction de l'épaisseur du produit à hypertremper; des éléments carburigènes tels que Nb, V, Cr, Mo pour former de fins précipités de carbures qui durcissent le métal; de préférence, on choisira un acier contenant du Cr et du Mo et tel que 0,5 % Cet acier doit contenir en outre suffisamment d'azote pour réagir avec le titane, et on peut lui ajouter de 0,01 % à 0,07 % d'aluminium pour ajuster la teneur en azote libre; la teneur en azote satisfaisante est celle que l'on obtient habituellement dans les aciers par exemple élaborés au four électrique, elle est d'au moins 0,005 % d'azote. A titre d'exemple, avec un placage en UNS no N 86022 dont la composition est indiquée au tableau ci- dessus et avec pour la base un acier contenant en poids: C = 0,05 % Si = 0,3 % Mn = 1,9 % Cr = 0,8 % Mo = 0,35 % Al = 0,03 % Ti = 0,04 % N = 0,0095 %. On a réalisé des tôles plaquées dont le placage faisait 3 mm d'épaisseur et la base 6 mm. Ces tôles plaquées ont été chauffées & 1200 C et trempées à l'huile. Le placage était exempt de précipitations et la base avait une structure aciculaire avec de fins précipi- tés de carbures et présentait les caractéristiques mécani- ques suivantes: Re = 420 M Pa Rm = 680 M Pa KCV = 150 J/cm 2 à 20 C. Dans un autre exemple de réalisation, avec un placage UNS n N 86022 on a utilisé pour la base un acier contenant: C = 0,065 % Si = 0,3 % Mn = 1,1 % Ni = 0,5 % Cr = 0,7 % Mo = 0,3 % Ti = 0,025 % V = 0,06 % Al = 0,025 % N = 0,008 %. On a réalisé des tôles plaquées dont le placage faisait 5 mm d'épaisseur et la base 15 mm. Ces tôles plaquées ont été chauffées à 1200 C, hypertrempées à l'eau jusqu'à la température ambiante, puis ont subi un revenu entre 500 C et 550 C. Le placage était exempt de précipitation et la base avait une structure aciculaire avec de fins précipi- tés de carbures et présentait les caractéristiques mécani- ques suivantes: Re = 550 M Pa Rm = 670 M Pa KCV = 88 Joules/cm 2 à 20 C. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une tôle plaquée comportant une couche de placage en acier ou alliage inoxydable ayant une très bonne tenue à la corrosion et une couche de base en acier de construction présentant de très bonnes caractéristiques mécaniques, caractérisé en ce que: on réalise un ensemble plaqué constitué par au moins une tôle plaquée et comportant au moins une couche de placage en un alliage ou acier inoxydable et au moins une couche de base en acier faiblement allié de construc- tion renfermant moins de 0,14 % de carbone, de 0,02 à 0,06 % de titane, au moins 0,005 % d'azote, au moins un élément choisi parmi le manganèse, le silicium, le nickel et le bore en une quantité suffisante pour obtenir une bonne trempabilité de la couche de base et au moins un élément carburigène choisi parmi le niobium, le vanadium, le chrome ou le molybdène, on chauffe l'ensemble plaqué à une température d'hypertrempe au moins égale à 10500 C et qui soit suffi- sante pour mettre en solution les composés intermétalli- ques et les carbures dans la couche de placage, et on réalise une hypertrempe de l'ensemble plaqué depuis la température d'hypertrempe. 2 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'hypertrempe est réalisée à l'eau jusqu'à une température d'environ 5000 C puis à l'air, l'ensemble plaqué ne subissant pas de revenu. 3. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'hypertrempe est réalisée à l'huile, l'ensemble plaqué ne subissant pas de revenu. 4. Procédé selon la revendicatin 1, caractérisé en ce que l'hypertrempe est réalisée à l'eau jusqu'à l'ambiante, puis l'ensemble plaqué subit un traitement de revenu entre 450 C et 6800 C, ce traitement étant adapté pour ne pas provoquer de précipitations de carbures ou de phases intermétalliques dans le métal de placage. 5. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour la base, on utilise un acier contenant en poids, moins de 0,14 % de carbone, de 0,02 d à 0,06 % de titane, plus de 0,005 % d'azote, de 1 % à 2,5 % de manganèse, éventuellement du nickel ou de bore, des éléments susceptibles de former des carbures précipités pris parmi le V, le Nb, le Cr, le Mo. 6. Procédé selon la revendication 5, caracté- risé en ce que, pour la base, on utilise un acier tel que la somme des teneurs en chrome et en molybdène soit comprise entre 0,5 % et 1,5 %. 7. Tôle plaquée réalisée par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que: le métal de placage est exempt de carbures ou de phases intermétalliques précipités, le métal de la base a une structure aciculaire avec de fins précipités de carbures. 8. Tôle plaquée selon la revendication 7, caractérisée en ce que le métal de placage est un acier superausténitique ou superausténoferritique ou un alliage à base de nickel contenant en poids plus de 20 % de chrome et plus de 2 % de molybdène.