Procédé d'élaboration d'un acier inoxydable à structure biphasée ferrite martensite et acier obtenu selon ce procédé

Abstract

 La présente invention a pour objet un procédé d'élaboration d'un acier inoxydable à haute limite élastique et haute charge à la rupture, à structure biphasée ferrite martensite présentant une bonne malléabilité et une haute résistance à l'abrasion, dans lequel, l'acier de composition pondérale suivante :

• carbone inférieur à 0,10%
• chrome compris entre 16 et 20%
• nickel compris entre 0,2 et 2%
• manganèse inférieur à 2%
• cuivre inférieur à 2%

   le reste étant du fer et des impuretés inhérentes au mode d'élaboration, est soumis à une trempe après élévation à une température comprise entre 800 à 1200°C, et au moins un écrouissage à un taux supérieur à 15%.
La présente invention a également pour objet un acier inoxydable obtenu par ce procédé.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un procédé d'élaboration d'un acier inoxydable à haute limite élastique et à haute charge à la rupture, à structure biphasée ferrite martensite, présentant une bonne malléabilité et une haute résistance à l'abrasion.

[0002] La présente invention a également pour objet un acier inoxydable à structure biphasée ferrite martensite, obtenu selon ce procédé et une chaîne transporteuse réalisée en un tel acier inoxydable.

[0003] On connait dans les EP-A-0.273.278 et EP-A-0.273.279, un acier inoxydable à structure biphasée ferrite martensite dont la composition pondérale est la suivante :

• carbone inférieur à 0,1%
• chrome compris entre 10 et 20%
• azote inférieur à 0,12%
• carbone + azote compris entre 0,01 et 0,2%
• silicium inférieur à 2%
• manganèse inférieur à 4%
• nickel inférieur à 4%
• cuivre inférieur à 4%
• Ni+(Mn+Cu)/3 compris entre et 0,5 et 5%,
  le reste étant du fer.

L'acier est soumis à un traitement de recuit au défilé, dans un four, pour obtenir une structure ferrite-austénite. Cet acier est ensuite trempé pour obtenir de la martensite à partir de l'austénite.

[0004] Un tel procédé permet d'obtenir des charges à la rupture élevées, mais ne répond pas au besoin d'une limite élastique élevée. Par exemple, pour des charges à la rupture données de 800 à 950 MPa, la limite élastique varie de 415 à 635 MPa, soit dans un rapport de 50 à 70% de la charge à la rupture.

[0005] Il est également connu dans le DE-A-2923.532, un acier inoxydable ferritique pour chaînes transporteuses, obtenu à partir de la composition pondérale suivante :

• carbone compris entre 0,03 et 0,06%
• silicium inférieur à 1%
• manganèse inférieur à 1%
• chrome compris entre 16 et 17,5%
• nickel compris entre 0,8 et 1%,
  le reste étant du fer.

[0006] Après recuit, l'acier inoxydable est laminé à un taux compris entre 18 et 25%, afin d'obtenir les caractéristiques mécaniques suivantes :

• charge à la rupture comprise entre 750 et 800 MPa
• limite élastique supérieure à 600 MPa
• allongement supérieur à 10%

[0007] Un tel acier présente une limite élastique correspondant à environ 75% de la charge à la rupture, mais les caractéristiques mécaniques obtenues sont trop faibles pour une application envisagée comme par exemple la fabrication de chaînes transporteuses.

[0008] La présente invention a pour but l'obtention d'un acier inoxydable de haute limite élastique et de haute charge à la rupture et présentant de plus, de bonnes caractéristiques en refendage, découpage, malléabilité et tenue à la corrosion et à l'abrasion.

[0009] La présente invention a donc pour objet un procédé d'élaboration d'un acier inoxydable à structure biphasée ferrite martensite, caractérisé en ce que l'acier de composition pondérale suivante :

• carbone inférieur à 0,10%
• chrome compris entre 16 et 20%
• nickel compris entre 0,2 et 2%
• manganèse inférieur à 2%
• cuivre inférieur à 2%
  le reste étant du fer, et des impuretés inhérentes au mode d'élaboration,
  et dont les différentes teneurs répondent à la relation :
  
  est soumis successivement à :
• une trempe après élévation à une température comprise entre 800 à 1200°C,
• et au moins un écrouissage à un taux supérieur à 15%.

Selon d'autres caractéristiques :

• la teneur en carbone est inférieure à 0,05%,
• l'acier inoxydable comprend, en outre, éventuellement dans sa composition pondérale moins de 2,5% de molybdène,
• l'acier est soumis à une trempe après une élévation de température comprise entre 900 et 1100°C.

[0010] La présente invention concerne également un acier inoxydable à structure biphasée ferrite martensite, dans lequel les phases ferritiques ou martensitiques sont dans une proportion comprise entre 40 et 60% et de préférence, dans une proportion d'environ 50%.

[0011] Un tel acier présente une charge à la rupture supérieure à 950 MPa et une limite élastique supérieure à 900 MPa, la limite élastique étant supérieure ou égale à 90% de la charge à la rupture.

[0012] La présente invention a notamment pour objet une chaîne transporteuse réalisée en un tel acier inoxydable.

[0013] Les caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en se référant aux dessins annexés qui représentent les courbes de charge à la rupture (Rm), de limite élastique (Rp 0,2) et d'allongement (A %), en fonction du taux d'écrouissage.

[0014] Dans un exemple de réalisation selon l'invention, il a été élaboré deux aciers inoxydables dits à 17% de chrome dont les compositions sont les suivantes :

Acier A :

C = 0,02% ; Cr = 16,5% ; Ni = 1,4%
Mn= 0,40% ; Cu = 0,05% ;

Acier B :

C = 0,04% ; Cr = 16,5% ; Ni = 1,4% ;
Mn= 0,35% ; Cu = 0,05% ;

le reste étant du fer et des impuretés inhérentes au mode d'élaboration.

[0015] Les teneurs définies répondent à la relation :

la somme algébrique des compositions étant égale à 2,1 pour l'acier A et 2,5 pour l'acier B.

[0016] Selon l'invention, il a été obtenu une structure ferritique-martensitique en soumettant les aciers de compositions définies ci-dessus, à une trempe après une élévation de température desdits aciers entre 900 et 1100°C pendant quelques minutes.

[0017] Traditionnellement, les aciers riches en martensite sont peu ou pas utilisés à cause de leur fragilité et des risques de casse qu'ils entraînent dans des opérations de laminage et lors de la conformation de pièces.

[0018] D'une manière inattendue, aucun incident n'est apparu lors de l'écrouissage de ces aciers biphasés ferrito-martensitiques par laminage.

[0019] Les aciers après élaboration et traitements thermiques et mécaniques, présentent, comme représenté sur les figures 1 et 2, d'une part une charge à la rupture de 1070 MPa, une limite élastique sensiblement égale à 1050 MPa, un allongement de 6% pour un écrouissage de 40% de l'acier A et, d'autre part une charge à la rupture de 1180 MPa, une limite élastique égale à environ 1140 MPa, un allongement de 3,5% pour un écrouissage de 40% de l'acier B.

[0020] De plus, l'amélioration de la résistance à l'abrasion assurée par une augmentation des caractéristiques mécaniques par écrouissage : charge à la rupture, limite élastique..., est renforcée par la présence d'une phase martensitique dans une structure ferritique formant l'acier biphasé.

[0021] Après l'obtention de la tôle d'acier biphasé et écroui, des opérations de façonnage ont permis de réaliser un élément de chaîne transporteuse, le façonnage comportant des opérations de refendage, découpage et roulage.

[0022] Il a été constaté que les aciers A et B selon l'invention, réalisés sous forme de tôle, malgré un pourcentage respectivement de 50% et 55% de martensite et malgré un écrouissage supérieur à 40% présentent une excellente aptitude pour la réalisation de pièces, tels que par exemple des maillons de chaîne transporteuse.

[0023] La tenue en traction de l'élément de chaîne transporteuse, comparativement à des chaînes transporteuses existantes en acier du type 430 écroui, est supérieure de 40%. Il est également constaté que la résistance à la corrosion est améliorée avec l'acier selon l'invention.

[0024] Une teneur en carbone trop élevée provoque une sensibilisation à la corrosion intergranulaire. Les teneurs en carbone choisies dans la composition des aciers et le procédé selon l'invention, diminuent fortement la précipitation des carbures de chrome, à l'origine de la sensibilisation des aciers inoxydables à la corrosion intergranulaire, mais également à la corrosion en milieu aqueux chloruré.

[0025] L'introduction, dans la composition de l'acier, de moins de 2,5% de molybdène augmente la résistance à la corrosion et plus particulièrement la résistance à la corrosion en milieu aqueux chloruré.

[0026] Le procédé selon l'invention peut être utilisé avec des produits de formes variées, tôles, barres, tubes, fils...

Revendications

1. Procédé d'élaboration d'un acier inoxydable à haute limite élastique et à haute charge à la rupture, à structure biphasée ferrite martensite, présentant une bonne malléabilité et une haute résistance à l'abrasion, caractérisé en ce que l'acier de composition pondérale suivante :

- carbone inférieur à 0,10%

- chrome compris entre 16 et 20%

- nickel compris entre 0,2 et 2%

- manganèse inférieur à 2%

- cuivre inférieur à 2%
le reste étant du fer et des impuretés inhérentes au mode d'élaboration,
et dont les différentes teneurs répondent à la relation

est soumis successivement à :

- une trempe après élévation à une température comprise entre 800 à 1200°C,

- et au moins un écrouissage à un taux supérieur à 15%.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en carbone est inférieure à 0,05%.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acier comprend, en outre, dans sa composition pondérale, moins de 2,5% de molybdène.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'acier est soumis à une trempe après une élévation de température comprise entre 900 et 1100°C.

5. Acier inoxydable à structure biphasée ferrite martensite, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.

6. Acier selon la revendication 5, caractérisé en ce que les phases ferritiques ou martensitiques sont dans une proportion comprise entre 40 et 60%.

7. Acier selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les phases ferritiques ou martensitiques sont dans une proportion d'environ 50%.

8. Acier selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il présente une charge à la rupture supérieure à 900 MPa.

9. Acier selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il présente une limite élastique supérieure à 800 MPa, la limite élastique étant supérieure ou égale à 90% de la charge à la rupture.

10. Chaîne transporteuse, caractérisée en ce qu'elle est réalisée à partir d'un acier biphasé ferrite martensite, selon l'une quelconque des revendications 5 à 9.

Dessins