Brevet FR2818290A1 — publié le 20020621

Acier inoxydable pour une mise en forme sévère et notamment la frappe ou le tréfilage d'un fil. La présente invention concerne un acier inoxydable pour une mise en forme sévère et notamment la frappe ou le tréfilage d'un fil. L'acier comporte des inclusions adaptées pour ces utilisations. 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. 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 d'acier inoxydable, les déformations importantes provoquent en zones dites sales des défauts de surface en forme de paille, qui engendrent des déchirures de métal. Dans le domaine par exemple, du tréfilage d'un fil de diamètre inférieur à 0,3 mm, dit fin, l'acier inoxydable ne doit pas comporter certaines inclusions qui, du fait de leur taille, de leur forme ou de leur composition, génèrent la casse de fil lors de son élaboration. 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 désordre 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, dans l'acier, de grosses inclusions riches en MgO, Athos, CaO, Ti203 sous la forme de réfractaires cristallisés, durs et indéformables. La présence de ces inclusions génère par exemple, les incidents cités ci-dessus dans le domaine du tréfilage générant déchirures ou casses. Il est connu la demande de brevet FR 95 04 782 qui traite d'un acier inoxydable austénitique pour la réalisation de fil pouvant être utilisé dans le domaine du tréfilage et dans le domaine de la réalisation de pièces soumises à la fatigue. Il a été constaté que l'acier inoxydable décrit ne présentait pas, d'une manière générale, en fonction des différentes compositions, des performances fiables aussi bien du point de vue du nombre de casses au tréfilage que du point de vue de tenue à la fatigue. En d'autres termes, les compositions de l'acier décrites dans la demande de brevet citée ne donnent pas entière satisfaction, du fait notamment, de la définition beaucoup trop large du domaine inclusionnaire. Il a été mis en évidence dans le brevet FR 98 03 263 une zone fermée dans le domaine inclusionnaire, définie par des intervalles de teneurs en éléments résiduels spécifiques qui assurent des performances optimales et fiables notamment, en tréfilage et fatigue. 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 fil dans sa fabrication comme dans son 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 fil de diamètre inférieur à 0,3 mm ou encore de fil destiné à la frappe à froid. L'invention a pour objet un acier inoxydable de composition générale et pondérale suivante : - 5. 10'% carbone - 1. 10-30/ 10-30/ - 1. 10-3% azote 400. 10-3% - aluminium 10-4o/ - magnésium 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'un bloom 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 Ti203, 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, SiO2, 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, - 5. 10-3o/ z carbone : : ; 100. 10-3%, - 0, 2% 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 transformation. 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 Ting. Pour une teneur en oxygène total supérieure à 20 10-3%, il y a, dans la composition des oxydes une forte proportion de Cr2Og, ce que l'on cherche à 1 éviter. En d'autres termes, pour satisfaire, selon l'invention, la formation des inclusions de Ti2O3, 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 AO203MgO. 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, tors de la réalisation du bloom. 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 1um lors de la transformation à chaud et à froid du bloom 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% Les inclusions obtenues lors de l'élaboration de l'acier peuvent contenir en proportion, moins de 10% d'Os. 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. 1 La figure unique présente sur une coupe polie, un exemple d'inclusion quasiment sphérique. Les inclusions sont peu déformées, dispersées, d'une taille d'environ 2 um. 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. Ces dernières inclusions ne présentent pas de nocivité vis-à-vis des applications de tréfilage fin en fil de diamètre inférieur à 0,3 mm ou de pièces soumises à la fatigue telles que des ressorts, renforts de pneumatique ou encore de fil destiné à la frappe à froid. 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 Al2O3 SiO2 CaO TiO2 Cr2O3 MnO FeO ( m) Avant 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 Ti203, 8% de Cr203 et 5% de MnO. Elles peuvent être entourées, en faible proportion, d'une phase composée de Al203, SiO2, CaO. REVENDICATIONS 1. Acier inoxydable pour une mise en forme sévère et notamment la frappe ou le tréfilage d'un fil, ayant la composition pondérale suivante : 10-30/ - 5. 10-3% carbone - 1. 10-30/ 0 10-30/ - 1. 10'% 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 bloom 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 Ti203, ont une taille inférieure à 3 um et de préférence inférieure à 1 pu. 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.