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Acier ferritique à 14% de chrome stabilisé au niobium et son utilisation dans le domaine de l'automobile
EP1083241A1
European Patent Office
- Other languages
German English - Inventor
Silke Liesert Laurent Antoni Pierre Olivier Santacreu - Current Assignee
- Aperam Stainless France SA
Worldwide applications
Application EP00402447A events
2000-09-06
2001-03-14
2004-11-10
Application granted
2004-11-10
2020-09-06
Anticipated expiration
Status
Expired - Lifetime
Description
translated from
L'invention concerne un acier ferritique dit à 14% de chrome
stabilisé au niobium et son utilisation dans le domaine de l'automobile.
Les aciers utilisés pour des pièces situées en amont d'une ligne
d'échappement d'un véhicule automobile, partie chaude de la ligne, doivent
présenter simultanément une bonne résistance à l'oxydation et une bonne
tenue au fluage. Pour la fabrication du collecteur, une bonne caractéristique
de mise en forme est également nécessaire. Les aciers utilisés pour ces
parties chaudes sont souvent, soit des aciers austénitiques relativement
coûteux et de faible tenue à l'oxydation, mais présentant de bonnes
caractéristiques de mise en forme, soit des aciers ferritiques bistabilisés.
Les aciers ferritiques bistabilisés présentent une bonne tenue à l'oxydation
mais sont relativement difficiles à mettre en forme.
Le but de l'invention est de proposer un acier ferritique,
économique, qui présente une très bonne tenue à chaud tant au fluage qu'à
l'oxydation, jusqu'à 1000°C et une caractéristique en dureté améliorée pour
sa mise en forme.
L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une bande de
tôle en acier ferritique dit à 14% de chrome stabilisée au niobium,
caractérisée en ce que l'acier de composition pondérale suivante :
carbone ≤ 0,02%
0,002% ≤ azote ≤ 0,02%
0,05% ≤ silicium ≤ 1%
0% ≤ manganèse ≤ 1%
0,2% ≤ niobium ≤ 0,6%
13,5% ≤ chrome ≤ 16,5%
0.02% ≤ molybdène ≤ 1.5%
0% < cuivre ≤ 1,5%
0% < nickel ≤ 0.2%
0% < phosphore ≤ 0,020%
0% < soufre ≤ 0,003%
0,005% < étain ≤ 0,04%
les impuretés inhérentes à l'élaboration
la teneur en niobium, carbone, azote satisfaisant la relation:
9.5≤ Nb/(C+N)
est soumis à :
carbone ≤ 0,02%
0,002% ≤ azote ≤ 0,02%
0,05% ≤ silicium ≤ 1%
0% ≤ manganèse ≤ 1%
0,2% ≤ niobium ≤ 0,6%
13,5% ≤ chrome ≤ 16,5%
0.02% ≤ molybdène ≤ 1.5%
0% < cuivre ≤ 1,5%
0% < nickel ≤ 0.2%
0% < phosphore ≤ 0,020%
0% < soufre ≤ 0,003%
0,005% < étain ≤ 0,04%
les impuretés inhérentes à l'élaboration
la teneur en niobium, carbone, azote satisfaisant la relation:
9.5≤ Nb/(C+N)
est soumis à :
- un réchauffage avant laminage à chaud à une température comprise entre 1150°C et 1250°C et de préférence à environ 1175°C,
- un bobinage à une température comprise entre 600°C et 800°C et de préférence à environ 600°C,
- un laminage à froid de la bobine avec ou sans recuit préalable,
- un recuit final de la bande de tôle à une température comprise entre 800°C
et 1100°C pendant une durée comprise entre 1 mn et 5 mn et de préférence
à une température d'environ 1050°C pendant un temps d'environ 2 mn,
Les autres caractéristiques de l'invention sont : - après recuit final ou préalable à l'utilisation, la tôle est soumise à un
traitement thermique à une température comprise entre 800°C et 1000°C
pendant un temps compris entre 1mn et 100h et de préférence à une
température d'environ 850°C pendant un temps égal ou inférieur à 30mn.
L'invention concerne également une tôle en acier ferritique dit à 14% de
chrome stabilisé au niobium obtenue pour la mise en oeuvre du procédé qui
se caractérise en la composition pondérale suivante :
carbone ≤ 0,02%
0,002% ≤ azote ≤ 0,02%
0,05% ≤ silicium ≤ 1%
0% < manganèse ≤ 1%
0,2% ≤ niobium ≤ 0,6%
13,5% ≤ chrome ≤ 16,5%
0.02% ≤ molybdène ≤ 1.5%
0% < cuivre ≤ 1,5%
0% < nickel ≤ 0.2%
0% < phosphore ≤ 0,020%
0% < soufre ≤ 0,003%
0,005% < étain ≤ 0,04%
les impuretés inhérentes à l'élaboration
la teneur en niobium, carbone, azote satisfaisant la relation:
9.5≤ Nb/(C+N)
- la teneur en Nb satisfait la relation 0.1 ≤ ΔNb ≤ 0.5 avec ΔNb = Nb - 7(C+N) et de préférence 0.2 ≤ ΔNb ≤ 0.3
- les teneurs en niobium, silicium, molybdène satisfont la relation:
ΔNb/(Si+Mo) ≤ 0.9 - les teneurs pondérales en niobium et étain satisfont la relation :
ΔNb/Sn ≤ 50 - les teneurs en manganèse et en Silicium satisfont la relation :
Si/Mn ≥ 1.
Les teneurs en niobium, titane, zirconium, aluminium satisfont la relation:
N/(Ti+Zr+Al) ≥ 0,16 - l'acier comporte, après traitement thermique, au niveau des joints des grains, un intermétallique de maille quadratique de type Fe2Nb3.
L'invention concerne également une utilisation de la tôle d'acier
ferritique dans le domaine automobile et notamment pour la réalisation de
collecteur de ligne d'échappement.
La description qui suit et les figures annexées fera bien comprendre
l'invention :
Les figures 1A et 1B présentent respectivement une microstructure
d'un acier selon l'invention, référencé 1 dans les tableaux I et II, et une
microstructure d'un acier de comparaison, référencé 6 dans les tableaux I et
II, après traitement thermique chacun des deux aciers comportant un même
ΔNb d'environ 0.25%.
La figure 2 présente une microstructure d'un acier de comparaison
référencé 9 dans les tableaux I et II, avec un ΔNb relativement élevé
d'environ 0.43% présentant après traitement thermique, des précipités
intergranulaires de type Fe2Nb, répartis de manière désordonnée.
La figure 3 présente les caractéristiques mécaniques en dureté pour
un acier selon l'invention, référencé 1 dans les tableaux I et II, et deux
aciers de comparaison, référencé 6 et 9 dans les tableaux I et II, avant et
après traitement thermique de formation de précipités respectivement de
type Fe2Nb3 ou Fe2Nb.
Les aciers ferritiques contenant les éléments tels que titane,
zirconium, aluminium, et manganèse comme il est précisé dans les
compositions des aciers de référence 5-9 des tableaux I et II, présentent à
toutes températures comme phase intermétallique, la phase de Laves
Fe2Nb. Pour une valeur de ΔNb ≤ 0,3%, la phase de Laves Fe2Nb est
complètement mise en solution à des températures égales ou supérieures à
950°C, comme le montre la figure 1 B. Ceci explique le mauvais
comportement de ces aciers à la tenue en fluage à ou au-delà de 950°C.
Les éléments comme le titane, le zirconium ou l'aluminium, bien que
devant être évités dans la composition de l'acier selon l'invention peuvent
néanmoins être présents dans la composition dans les teneurs telles que :
titane ≤ 0,01%
zirconium ≤ 0,01%
aluminium ≤ 0,1%
et satisfaire de préférence la relation:
N/(Ti+Zr+Al) ≥ 0.16%
titane ≤ 0,01%
zirconium ≤ 0,01%
aluminium ≤ 0,1%
et satisfaire de préférence la relation:
N/(Ti+Zr+Al) ≥ 0.16%
Dans les aciers concernant l'invention où les éléments molybdène,
compris entre 0,02% et 1%, silicium compris entre 0,05% et 1%, étain
compris entre 0,005% et 0,04%, sont présents et où les relations
ΔNb/(Si+Mo) ≤ 0.9, Si/Mn ≥ 1, ΔNb/Sn ≤ 50 et N/(Ti+Zr+Al) ≥ 0.16% sont
satisfaites, nous rencontrons la phase de Laves Fe2Nb seulement à basse
température c'est à dire vers environ 650°C. Pour des températures plus
élevées, c'est à dire égale ou au-dessus de 700°C, la phase quadratique du
type Fe2Nb3 est la seule phase intermétallique observée. Cette phase
présente une solubilité moins importante que la phase de Laves Fe2Nb.
Pour un faible ΔNb de 0,23%, même à 950°C, une quantité importante de
Fe2Nb3 reste présente comme on peut le voir sur la microstructure de la
figure 1A. La présence de la phase Fe2Nb3 à haute température, en
quantité importante a l'avantage de générer une très bonne tenue au fluage
et mise en forme des aciers selon l'invention.
La phase de Laves Fe2Nb est un composé intermétallique, qui,
lorsqu'il existe dans un acier, précipite de façon intragranulaire et aux joints
de grains de manière anarchique et n'empêche pas de façon suffisante le
déplacement des joints de grains, donc le matériau flue. Une quantité
importante de ce précipité intermétallique est nécessaire pour améliorer la
tenue au fluage.
La précipitation de la phase Fe2Nb3 aux joints de grains assure une
diminution de la dureté de l'acier par rapport à un acier où tous les
précipités intermétalliques ont été mis en solution ou ont précipité de façon
intragranulaire (figure 3).
Si le rapport Si/Mn supérieur à 1 n'est pas respecté, c'est
également l'intermétallique Fe2Nb3 qui apparaít. Cependant, le manganèse
augmente la solubilité de l'intermétallique Fe2Nb3 et la formation, à haute
température, d'une phase Z du type CrNbN dans les grains. A 950°C,
l'intermétallique Fe2Nb3 est ainsi dissout. L'acier présente une mauvaise
tenue en fluage et en oxydation. Le silicium compense cet effet.
Pour assurer une bonne mise en forme et une bonne tenue en
fluage, ce qui se manifeste par une quantité élevée des précipités
intermétalliques aux joints de grains, un traitement thermique à une
température de l'ordre de 900°C, de préférence de l'ordre de 850°C,
pendant une période relativement courte, inférieure ou égale à 30 mn, après
recuit final ou préalablement à l'utilisation a été effectué. Le traitement
thermique permet une précipitation homogène très fine aux niveaux des
joints de grains de la phase Fe2Nb3. Ces précipités servent comme centre
de germination. Ils permettent une précipitation très homogène, aux joints
de grains, de la phase Fe2Nb3 à toute température supérieure ou égale à
750°C ce qui est favorable pour une bonne tenue au fluage.
Pour améliorer la tenue à la corrosion un ajout de cuivre dans une
teneur modérée, inférieure ou égale à 1.5%, peut être effectué.
Le tableau I présente les analyses chimiques des nuances étudiées.
Les nuances 1 à 4 sont des nuances selon l'invention. Les nuances 5 à 9
sont des exemples de comparaisons.
Le tableau Il présente les résultats de fluage à 950°C après 100h,
de l'oxydation cyclique à 950°C et 1000°C après 200h, la dureté après recuit
finale et après traitement thermique à 850°C selon l'invention, ainsi que le
ANb, le type d'intermétallique présent à T>700°C et la présence ou absence
des intermétalliques à 950°C. Ce tableau présente également les relations
satisfaites ou non par les éléments des compositions présentées.
Les compositions qui satisfont toutes les relations et qui présentent
ainsi les meilleures caractéristiques en fluage, oxydation et dureté avant et
après traitement thermique, avec le ΔNb le plus faible, sont les nuances 1-4
selon l'invention.
Claims (10)
Hide Dependent
translated from
Claims (10)
Hide Dependent
translated from
- Procédé de réalisation d'une bande de tôle en acier ferritique dit à 14% de chrome stabilisé au niobium, caractérisé en ce que l'acier de composition pondérale suivante :
carbone ≤ 0,02%
0,002% ≤ azote ≤ 0,02%
0,05% ≤ silicium ≤ 1%
0% < manganèse ≤ 1%
0,2% ≤ niobium ≤ 0,6%
13,5% ≤ chrome ≤ 16,5%
0.02% ≤ molybdène ≤ 1.5%
0% < cuivre ≤ 1,5%
0% < nickel ≤ 0.2%
0% < phosphore ≤ 0,020%
0% < soufre ≤ 0,003%
0,005% < étain ≤ 0,04%
les impuretés inhérentes à l'élaboration
la teneur en niobium, carbone, azote satisfaisant la relation :
9.5 ≤ Nb/(C+N)
est soumis à :un réchauffage avant laminage à chaud à une température comprise entre 1150°C et 1250°C et de préférence à environ 1175°C,un bobinage à une température comprise entre 600°C et 800°C et de préférence à environ 600°C,un laminage à froid de la bobine avec ou sans recuit préalable,un recuit final de la bande de tôle à une température comprise entre 800°C et 1100°C pendant une durée comprise entre 1 mn et 5 mn et de préférence à une température d'environ 1050°C pendant un temps d'environ 2 mn. - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'après le recuit final ou préalablement à l'utilisation, la tôle est soumise à un traitement thermique à une température comprise entre 800°C et 1000°C pendant un temps compris entre 1 mn et 100 h et de préférence à une température d'environ 850°C pendant un temps égal ou inférieur à 30 mn.
- Tôle en acier ferritique dit à 14% de chrome stabilisé au niobium, obtenue pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par la composition pondérale suivante :
carbone ≤ 0,02%
0,002% ≤ azote ≤ 0,02%
0,05% ≤ silicium ≤ 1%
0% < manganèse ≤ 1%
0,2% ≤ niobium ≤ 0,6%
13,5% ≤ chrome ≤ 16,5%
0.02% ≤ molybdène ≤ 1.5%
0% < cuivre ≤ 1,5%
0% < nickel ≤ 0.2%
0% < phosphore ≤ 0,020%
0% < soufre ≤ 0,003%
0,005% < étain ≤ 0,04%
les impuretés inhérentes à l'élaboration
la teneur en niobium, carbone, azote satisfaisant la relation :
9.5 ≤ Nb/(C+N) - Tôle d'acier ferritique selon la revendication 3 caractérisée en ce que la teneur en Nb satisfait la relation 0.1 ≤ ΔNb ≤ 0.5 avec ΔNb = Nb - 7(C+N) et de préférence 0.2 ≤ ΔNb ≤ 0.3.
- Tôle en acier ferritique selon l'une des revendications 3 et 4 caractérisée en ce que les teneurs en niobium, silicium et molybdène satisfont la relation :
ΔNb /(Si+Mo) < 0.9 - Tôle en acier selon l'une des revendications 3 à 5 caractérisée en ce que les teneurs pondérales en niobium et étain satisfont la relation : ΔNb/Sn > 50
- Tôle en acier selon l'une des revendications 3 à 6 caractérisée en ce que les teneurs pondérales en silicium et manganèse satisfont la relation : Si/Mn ≥ 1
- Tôle en acier ferritique selon l'une des revendications 3 à 7 caractérisée en ce que les teneurs en niobium, titane, zirconium, aluminium satisfont la relation : N/(Ti+Zr+Al) ≥ 0.16
- Tôle en acier ferritique selon l'une des revendications 3 à 8 caractérisée en ce que l'acier comporte, après traitement thermique, au niveau des joints de grains, un composé intermétallique de maille quadratique du type Fe2Nb3.
- Utilisation de la tôle d'acier ferritique selon les revendications 3 à 9, obtenue par le procédé selon les revendications 1 et 2, dans le domaine de l'automobile et notamment pour la réalisation de collecteur de ligne d'échappement.