Brevet FR2818289A1 — publié le 20020621

Acier inoxydable pour une mise en forme sévère et notamment l'emboutissage profond d'une tôle. La présente invention concerne un acier inoxydable pour une mise en forme sévère et notamment l'emboutissage profond d'une tôle. L'acier comporte des inclusions adaptées pour cette utilisation. Les aciers inoxydables ont une composition déterminée. La structure, par exemple austénitique, est assurée, après transformation, par un traitement thermique de type hyper trempe. Du point de vue métallurgique, il est connu que certains éléments d'alliage entrant dans la composition de l'acier favorisent l'apparition de la phase ferrite de structure métallographique de type cubique centré. Ces éléments sont dits alpha-gènes. Parmi ceux-ci figurent le chrome, le molybdène, le silicium. 1 D'autres éléments dits gamma-gènes favorisent l'apparition de la phase austénite de structure métallographique de type cubique à faces centrées. Parmi ces éléments figurent le carbone, l'azote, le manganèse, le cuivre, le nickel. Dans le domaine de la mise en forme sévère de tôle d'acier inoxydable, les déformations importantes provoquent en zones dites sales des défauts en forme de parabole, des défauts de surface en forme de paille, qui engendrent des déchirures de métal. Dans l'élaboration d'aciers inoxydables par exemple austénitiques, comme pour tous les autres aciers élaborés avec des moyens conventionnels et économiquement adaptés à la production de masse, la présence d'inclusions de type sulfures ou d'oxydes de composition variable est systématique et irrémédiable. En effet, les aciers inoxydables peuvent, à l'état liquide, contenir en solution, du fait des procédés d'élaboration, des teneurs en oxygène et en soufre 100. 10-3o/ de l'ordre de 100. 10-3%. Au cours du refroidissement de l'acier à l'état liquide ou solide, la solubilité des éléments oxygène et soufre diminue et l'énergie de formation des oxydes ou des sulfures est atteinte. On assiste alors à l'apparition d'inclusions formées d'une part, de composés de type oxydes contenant des éléments d'alliage ayant une grande affinité avec l'oxygène tels que calcium, magnésium, aluminium, silicium, manganèse, chrome, et d'autre part, de composés de type sulfures contenant des éléments d'alliage ayant une grande affinité avec le soufre tel que manganèse, chrome, calcium, magnésium. Il peut apparaître également des inclusions qui sont des composés mixtes de type oxysulfures. Il est possible de réduire la quantité d'oxygène contenu dans l'acier inoxydable en utilisant des réducteurs puissants tels que magnésium, aluminium, calcium, titane ou une combinaison de plusieurs d'entre eux mais ces réducteurs conduisent généralement à la création de grosses inclusions riches en MgO, As203, CaO, Ti203 sous la forme de réfractaires cristallisés, durs et indéformables dans les conditions de laminage de l'acier. La présence de ces inclusions génère par exemple, les incidents cités ci-dessus dans le domaine de l'emboutissage profond. On peut constater que pour une même composition d'un acier inoxydable, le type, la dimension, la forme, et le nombre des inclusions modifient le comportement de l'acier sous forme de tôle dans sa fabrication comme dans son 1 utilisation. L'invention a pour but la réalisation d'un acier inoxydable notamment austénitique comportant un type d'inclusion sélectionnée en composition et dimension, acier pouvant être utilisé sous forme de tôle dans le domaine de l'emboutissage profond. L'invention a pour objet un acier inoxydable de composition générale et pondérale suivante : 5. 10-3o/-3o - 5. 10'% - calcium Les autres caractéristiques de l'invention sont : - la composition de l'acier comprend moins de 15. 10-3% de soufre. - la composition de l'acier comprend entre 5. 10-3% et 40. 10-3% de titane. - la composition de l'acier comprend entre 6. 10-3% et 12. 10-3% d'oxygène. - lors de la réalisation d'une brame en coulée continue, après traitement à chaud et à froid, les inclusions sont dispersées et de diamètre moyen inférieur à 10 um. - les inclusions principalement d'oxyde de titane Ti2O3, ont une taille inférieure à 3 um et de préférence inférieure à 1 um. - les inclusions contiennent en outre dans leur composition de l'oxyde de chrome et de manganèse respectivement dans des proportions inférieures à 15% et 10% et de préférence dans des proportions inférieures à 10% et 5%. - les inclusions peuvent être entourées, en faible proportion, d'une phase composée de Al2O3, Si02, CaO. La description qui suit et la figure unique annexée, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre l'invention. La figure unique présente une image métallographique d'un exemple d'inclusion selon l'invention, dans ses dimenssions et dans sa composition. L'acier selon l'invention contient dans sa composition pondérale, 0-3o/ 0 100. 10-30/ - 5. 10-3% 1. 10-3o/ 0 100. 10-3o/ : titane 0 10-3o/ 1. 10-3o/ - 1. azote 400. 0 - 1. 1 0-3% azote - aluminium 40 10-4%, 10-40/ - calcium Le carbone, l'azote, le chrome, le nickel, le manganèse, le silicium sont les éléments habituels permettant l'obtention d'un acier inoxydable par exemple austénitique. Le molybdène peut être ajouté à la composition de l'acier inoxydable austénitique pour améliorer la tenue en corrosion et cela, dans une teneur maximale de 3%. Le cuivre peut être également ajouté à la composition de l'acier selon l'invention car il améliore les propriétés de déformation à froid et de ce fait, stabilise l'austénite. Cependant, la teneur en cuivre est limitée à moins de 4 % pour éviter des difficultés de transformation à chaud car le cuivre abaisse sensiblement la limite supérieure de température de réchauffage de l'acier avant laminage. Les valeurs des teneurs en oxygène total sont, selon l'invention, comprises entre 4. 10-3% et 20. 10-3% et de préférence entre 6. 10-3% et 12. 10-3%. Il participe à la formation de l'oxyde de titane et dans une plus faible proportion à la formation d'oxyde de chrome et de manganèse. L'oxyde de titane est formé par le contrôle de l'aluminium et de l'oxygène associé à une addition de titane lors de la métallurgie en poche de l'acier. Pour une teneur en oxygène total inférieure à 4 10-3%, l'oxygène fixe les éléments magnésium, calcium, aluminium et ne forme pas d'inclusion d'oxydes riches en Ti203. 3o Pour une teneur en oxygène total supérieure à 20 10-3%, il y a, dans la composition des oxydes une forte proportion de Cr203'ce que l'on cherche à éviter. En d'autres termes, pour satisfaire, selon l'invention, la formation des inclusions de TO203, il faut contrôler les teneurs en oxygène et titane, contrôler l'azote de façon à ne pas former des nitrures de titane, réduire dans la mesure du possible les teneurs en aluminium, calcium, magnésium, de façon que ces éléments dits réducteurs forts, ne favorisent pas la formation de spinelles comme par exemple du type AO3MgO. Lors de son élaboration, l'acier est désulfuré. L'invention concerne un acier inoxydable contenant des inclusions de composition choisie, obtenue volontairement, la composition étant en relation avec la composition globale de l'acier, de telle sorte que les inclusions soient dispersées, d'un diamètre moyen inférieur à 10 um, lors de la réalisation de la brame. Selon l'invention, l'acier inoxydable pouvant être austénitique contient des inclusions de composition déterminée d'oxyde de titane qui se subdivisent en inclusions de diamètre moyen inférieur à 3 um et de préférence inférieure à 1 m lors de la transformation à chaud et à froid de la brame d'acier, inclusions sensiblement déformées et finement dispersées dans la matrice de l'acier. L'acier est élaboré avec les moyens d'élaboration classiques et très productifs d'une aciérie électrique tels que four électrique, convertisseur AOD, métallurgie en poche et coulée continue. Les inclusions d'oxydes, selon l'invention, sont composées essentiellement de Ti2O3, et peuvent contenir notamment, dans une moindre mesure, du Cr2O3 et ou du MnO. Dans un exemple d'inclusion, les proportions pondérales sont les suivantes, après coulée continue : - 70% # TiO2 # 90%, - 0% : Cr203 : 20%, - 0% Les inclusions obtenues lors de l'élaboration de l'acier peuvent contenir en proportion, moins de 10% d'Al2O3. Il est usuel de caractériser la concentration en inclusions par l'observation d'une coupe polie en sens long de laminage à chaud ou à froid. On appelle propriété inclusionnaire le résultat de cette caractérisation réalisée selon différentes normes en fonction de l'utilisation finale. La figure unique présente sur une coupe polie sens long d'une tôle laminée à froid d'épaisseur 1,2 mm, un exemple d'inclusion quasiment sphérique. Les inclusions sont peu déformées, dispersées, d'une taille d'environ 2 pom. Dans un exemple d'application il a été réalisé un acier dont la composition pondérale est la suivante : carbone : 0, 042% ; azote : 0, 0213% ; manganèse : 1,020% ; chrome : 18,22% ; nickel : 8,6% ; silicium : 0,404% ; soufre : 0, 0032% ; titane : 0,019% ; molybdène : 0,267% ; cuivre : 0,202% ; phosphore : 0, 021% ; aluminium : 0,0028% ; calcium 0, 0011 %, oxygène total 0,0080%. du fer et des impuretés résiduelles inhérentes à l'élaboration. Lors de l'élaboration en poche, le titane est introduit tout en contrôlant la teneur en oxygène de façon que l'oxyde de titane soit le composé majoritaire des inclusions. Le tableau 1 suivant présente un exemple de compositions d'inclusions d'oxydes en fonction des étapes de l'élaboration de l'acier, métallurgie en poche avant coulée continue et après coulée. TABLEAU 1 Taille Oxydes % élaboration Inclusion MgO M203 a02 CaO T) 02 Cr203 MnO FeO Avant 11, 7 0, 41 3, 75 0, 51 0, 17 81, 8 7, 88 3, 87 1,54 coulée Après 8,6 0,45 3,87 0,57 0,22 79,1 9,44 4,9 1,44 coulée - On remarque que les inclusions comportent en fin de traitement métallurgique en poche environ 80% d'oxyde de titane, et les inclusions monophasées comportent en milieu de coulée en distributeur, 77% de Ti2O3, 8% de Cr203 et 5% de MnO. Elles peuvent être entourées, en faible 1 proportion, d'une phase composée de Al203, Spi02, CaO. REVENDICATIONS 1. Acier inoxydable pour une mise en forme sévère et notamment l'emboutissage profond d'une tôle, ayant la composition pondérale suivante : 0-3o/ 0 10-30/ - 5. 10-3% 2. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition de l'acier comprend moins de 15. 10-3% de soufre. 3. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition de l'acier comprend entre 5. 10-3% et 40. 10-3% de titane. ; 4. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition de l'acier comprend entre 6. 10-3% et 12. 10-3% d'oxygène. 5. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la réalisation de la brame en coulée'continue, après traitement à chaud et à froid, les inclusions sont dispersées et de diamètre moyen inférieur à 10 um. 6. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inclusions principalement d'oxyde de titane Ti2O3, ont une taille inférieure à 3 um et de préférence inférieure à 1um. 7. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inclusions contiennent en outre dans leur composition de l'oxyde de chrome et de manganèse respectivement dans des proportions inférieures à 15% et 10% et de préférence dans des proportions inférieures à 10% et 5%. 8. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inclusions peuvent être entourées, en faible proportion, d'une phase composée de Athos, Si02, CaO.