EP1899490A1 - Bande en acier inoxydable austenitique presentant un aspect de surface brillant et d'excellentes caracteristiques mecaniques. - Google Patents

Bande en acier inoxydable austenitique presentant un aspect de surface brillant et d'excellentes caracteristiques mecaniques.

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EP1899490A1
EP1899490A1 EP06743665A EP06743665A EP1899490A1 EP 1899490 A1 EP1899490 A1 EP 1899490A1 EP 06743665 A EP06743665 A EP 06743665A EP 06743665 A EP06743665 A EP 06743665A EP 1899490 A1 EP1899490 A1 EP 1899490A1
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EP
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strip
stainless steel
austenitic stainless
equal
less
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Christian Proudhon
Patrick Borgna
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Aperam Stainless France SA
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Ugine et Alz France SA
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum

Definitions

  • Austenitic stainless steel strip with a bright surface finish and excellent mechanical characteristics.
  • the present invention relates to an austenitic stainless steel strip, having an elastic limit Rp o , 2 greater than or equal to 600 MPa, a higher tensile strength Rm greater than or equal to 800 MPa, an elongation A 80 greater than or equal to 40% and a shiny surface appearance of annealing-gloss type.
  • the invention also relates to a continuous manufacturing process for this austenitic stainless steel strip. Because of their very good cold forming capacity characterized by high mechanical strength and ductility, good weldability and excellent corrosion resistance, austenitic stainless steels are used in a wide range of end applications such as for example the manufacture of mechanical parts, cooking utensils, and tubes.
  • the strip of austenitic stainless steel is subjected to a heat treatment and a final etching which, according to the conditions of implementation, gives it either a surface appearance having a high gloss, interesting by example for platerie, an aspect of matte surface interesting for the manufacture of building facades.
  • the brightness corresponds to the measurement of the reflectivity of the surface.
  • the gloss is measured according to an angle of illumination of the surface of 60 °, according to the international standard ISO7668 (1986).
  • the term "glossy surface appearance” means a surface having a gloss measured at 60 ° greater than 50, and a dull surface appearance, a surface having a gloss measured at 60 ° less than 20.
  • the austenitic stainless steel strip is cold-rolled beforehand with rolls which impart a glossy surface appearance to the strip.
  • the cold rolled strip is then degreased and rinsed, and then undergoes a heat treatment in a vertical furnace called "bright annealing" in which there is a reducing atmosphere.
  • the strip travels in the oven consisting of a enclosure completely isolated from the outside atmosphere, comprising three zones in which a neutral or reducing gas circulates.
  • This gas> is chosen for example from hydrogen, nitrogen or a mixture of hydrogen and nitrogen (HNX gas), and has a dew point between -60 and -45 ° C.
  • the strip is first heated in the first zone of the oven at a temperature of between 1050 and 1150 ° C, and at a heating rate of 30 to 60 ° C / sec. Then, it is maintained at this temperature in the second zone of the oven for a time sufficient to allow the recrystallization of the steel and the restoration of the mechanical properties. Finally, it is cooled in the third zone of the oven to a temperature of the order of 150 ° C to prevent re-oxidation of the surface of the strip with the oxygen of the air, when the band leaves the oven enclosure.
  • the glossy surface appearance imparted to the strip during cold rolling is maintained, because the oxide film which formed during the annealing is very thin, of a thickness of the order of 10 angstrom.
  • an austenitic stainless steel strip having a glossy surface appearance is to subject the strip to a final treatment of the annealing-pickling type, which gives it an annealed-stripped surface appearance; to say a matte surface appearance, then to proceed to an operation of either polishing the surface of the strip, or skin-pass of the strip.
  • the procedure is as follows. The previously cold-rolled strip undergoes a continuous annealing at a temperature of the order of 1100 ° C., for about 1 minute, in an oven where the thermal energy is generated by combustion of hydrocarbons, the arrival of which is regulated. air to the burner so as to obtain an oxidizing atmosphere.
  • the strip is excluded to subject the strip to a reducing atmosphere, that is to say an atmosphere containing an excess of hydrocarbons, to avoid degradation of the corrosion resistance of the strip by re-carburation of steel by hydrocarbons.
  • the annealed strip then undergoes air cooling and / or forced cooling by spraying water outside the oven.
  • etching capable of removing the thick oxide layer, of the order of 0.1 to 0.3 ⁇ m, which formed on the surface of the strip during annealing in the oven.
  • the pickling is generally carried out in several pickling tanks containing acid solutions capable of removing this oxide layer, such as a mixture of nitric acid and hydrofluoric acid.
  • the strip is subjected to either a skin-pass operation or a polishing operation until the desired glossy surface appearance is obtained.
  • the skin-pass is made with so-called mirror-polishing cylinders, ie cylinders having an arithmetic average roughness Ra of between 0.05 and 0.08 ⁇ m which give the steel strip a surface appearance. gloss.
  • the austenitic stainless steel strips obtained according to these two processes have insufficient mechanical characteristics, since their elastic limit Rp 0i2 is between 250 and 350 MPa, and their load at break Rm is between 600 and 700 MPa, A ⁇ o elongation of between 50 and 60%.
  • the operation of skin-pass or polishing is an additional step.
  • the polishing operation is a long and delicate operation.
  • the present invention therefore aims to avoid the disadvantages of the processes of the prior art, and to provide a method for conferring on a strip austenitic stainless steel treated in an oven with hydrocarbon combustion, a brightening surface appearance, an elastic limit Rp o , 2 of 600 MPa and a tensile strength Rm of 800 MPa associated with an Aso elongation greater than or equal to 40%.
  • the subject of the invention is an austenitic stainless steel strip having an elastic limit Rp o , 2 greater than or equal to 600 MPa, a tensile strength Rm greater than or equal to 800 MPa, an elongation A 8 o greater than or equal to 40%, the composition of which in% by weight is: 0,025 ⁇ C ⁇ 0,15%
  • the strip of steel according to the invention also advantageously has a surface whose arithmetic average roughness is less than or equal to 0.08 ⁇ m, which gives the strip a smooth surface and therefore an even brighter surface appearance.
  • the invention also relates to a continuous manufacturing process for this austenitic stainless steel strip.
  • an austenitic stainless steel strip In order to obtain an austenitic stainless steel strip according to the invention, it is first necessary to form and then flow in the form of a slab an austenitic stainless steel which comprises the following elements;
  • Carbon having a content of between 0.025 and 0.15% by weight. Carbon promotes the formation of austenite, and controls the amount and hardness of deformation martensite. In addition, its solid solution solution hardens the steel and increases its mechanical strength.
  • the carbon content is less than 0.025%, the steel becomes unstable and a lot of martensite is formed, resulting in insufficient A 8 O elongation.
  • the carbon content is greater than 0.15%, the steel becomes stable, the formation of deformation martensite is insufficient and the steel no longer has enough energy to recrystallize.
  • the minimum annealing temperature for initiating recrystallization is high and the size of the austenite grains becomes too large to achieve high mechanical characteristics.
  • even higher carbon contents favor the formation of chromium carbides at the grain boundaries during subsequent heat treatments and thus increase the risk of intergranular corrosion.
  • silicon having a content of between 0.20 and 1.0% by weight. Silicon is used as the deoxidizer of liquid steel, and it participates in hardening in solid solution. Its content is limited to 1.0% by weight because it has a tendency to disturb the manufacturing process of the steel strip by posing problems of segregation during slab casting of the steel. - Manganese at a content between 0.50 and 2.0% by weight.
  • Manganese promotes the formation of austenite. If the manganese content is greater than 2.0%, the austenite being too stable, the formation of deformation martensite is insufficient and this does not occur. does not achieve the required yield point levels. However, if the manganese content is less than 0.50%, the deoxidation of the steel is insufficient.
  • chromium at a content of between 16.0 and 20.0%. Chromium promotes the formation of deformation martensite, and is an essential element in giving steel good corrosion resistance. If the chromium content is greater than 20.0%, too much deformation martensite is generated, which makes it necessary to increase the content of the elements favoring the formation of austenite such as carbon, nitrogen, nickel and manganese. If the chromium content is less than 16.0%, the corrosion resistance of the steel is insufficient.
  • nickel at a content of between 6.0 and 12.0%. Nickel stabilizes the austenite and promotes re-passivation. If the nickel content is less than 6.0%, the corrosion resistance of the steel is insufficient. If the nickel content is greater than 12.0%, the austenite over-stabilizes, there is not enough deformation martensite, and the mechanical characteristics of the steel are insufficient. molybdenum at a content of less than or equal to 3.0%. Molybdenum promotes the formation of deformation martensite and increases corrosion resistance, especially when combined with nitrogen. Beyond a content of 3.0%, the corrosion resistance of the steel will not be improved. nitrogen at a content of between 0.030 and 0.160%.
  • Nitrogen promotes the formation of austenite, delays the precipitation of carbides, stabilizes austenite, and improves formability. In addition, it plays a role in the adjustment of grain size in the structure. However, if it is added at a level greater than 0.160%, it may deteriorate the hot ductility of the steel.
  • Phosphorus is a segregating element. It promotes hardening in solid solution of steel, however its content should be limited to 0.50
  • composition may optionally include:
  • vanadium at a content of between 0, 10 and 0.50%. Vanadium promotes the weldability of steel, and inhibits the growth of austenite grains in the heat affected zone. Above 0.50%, vanadium does not contribute to the improvement of the weldability, and below 0.10%, the weldability of the steel is insufficient.
  • niobium at a content of between 0.03 and 0.50%. Niobium promotes the weldability of steel, however beyond 0.50%, it degrades the hot formability of the steel strip. - with a total niobium and vanadium content of between 0.10 and 0.50% to guarantee the weldability of steel without any adverse effect on hot ductility.
  • the remainder of the composition is iron and other elements usually expected to be found as impurities resulting from the processing of stainless steel, in proportions that do not affect the properties sought.
  • the slab After being cast, the slab is hot rolled in a strip train to form a hot rolled strip which is annealed and optionally etched.
  • the hot-rolled strip then undergoes various treatments, so as to obtain a strip having both excellent characteristics mechanical and surface appearance briliant, and this without resorting either to annealing in a briquetting annealing oven, nor to a final polishing of the surface of the strip or a final skin-pass operation.
  • the installation used to manufacture the strip according to the invention comprises a cold rolling device of strips, consisting of a band train comprising working rolls between which scrolls the austenitic stainless steel strip of composition according to the invention.
  • the working rolls have an arithmetic mean roughness Ra of less than or equal to 0.15 ⁇ m, and preferably less than or equal to 0.10 ⁇ m.
  • the diameter of the working rolls of the belt gear is between 50 and 100 mm, to minimize the rolling forces for the high reduction rates, that is to say from 75% reduction.
  • the band train not only reduces the thickness of the band, but also to help crush the asperities from the previously hot rolled strip.
  • the installation comprises a hydrocarbon combustion furnace comprising an open enclosure through which the band passes, and means for introducing a gas mixture of hydrocarbon and air.
  • the open enclosure comprises, in the running direction of the band shown, two successive zones, a first heating zone and a second temperature maintenance.
  • the first heating zone is equipped with powerful heating means (not shown) capable of rapidly heating the strip at a heating rate V1, up to a holding temperature T1.
  • the strip is maintained at this temperature T1 in the second zone, during a holding time M, and then cooled at a speed V2 in a cooling zone located just after the exit of the oven.
  • the installation comprises a pickling device which comprises at least one acid-resistant pickling tank, and containing a pickling solution.
  • the previously hot rolled austenitic steel strip is cold rolled at room temperature, with a reduction ratio of between 55 and 85%.
  • a cold-rolled strip having a thickness of between 0.6 and 2 mm is thus obtained.
  • the cold rolling operation at a reduction rate of between 55 and 85%, it forms between 50 and 90% by volume of deformation martensite ⁇ '.
  • the deformation martensite ⁇ ' is observed by micrography and its volume fraction can be measured by X-ray diffraction or magnetic induction measurement (ferromagnetic phase).
  • the reduction ratio is between 70 and 85%, so as to obtain a band having a smooth surface topography, ie an arithmetic average roughness Ra of between 0.07 and 0.12 ⁇ m, free micro-defects of shot blasting craters and / or etched grain boundaries.
  • This also makes it possible to store sufficient plastic deformation energy to promote faster recrystallization at low temperatures.
  • Applicants wish to emphasize that obtaining a glossy surface appearance not by a conventional bright annealing process, but by an oxidative annealing process followed by stripping was contrary to the initial expectations of the inventors, which provided, according to their theory, to obtain a strip having a matt low gloss surface appearance characteristic of steels annealed in a hydrocarbon combustion furnace.
  • the inventors thought that, according to their theory, the limitation of the growth of the grain size in volume, obtained by controlled recrystallization of austenitic stainless steel, while increasing the surface density of chemically etched grain boundaries, would favor the diffuse reflection of the light on the surface and thus obtaining a matt and non-glossy surface.
  • the inventors have demonstrated that when the strip is cold rolled with a sufficiently high reduction ratio, and with work rollers having an arithmetic mean roughness Ra less than or equal to 0.15 ⁇ m, then is subject to partial recrystallization annealing at a temperature of the order of 800 0 C, in a hydrocarbon combustion furnace, to form an oxide layer sufficiently thin to be easily removed by acid etching, without the grain boundaries are attacked, then the strip has both excellent mechanical characteristics and a glossy, gloss-like surface finish. Under the conditions of the invention, that is to say in the absence of the attack of the grain boundaries of the steel, the average arithmetic roughness Ra transferred to the strip by the working rolls during the operation of Cold rolling is very little degraded.
  • the working rolls have an arithmetic average roughness of less than or equal to 0.15 ⁇ m, and preferably less than 0.10 ⁇ m.
  • the brightness measured in the context of the present invention corresponds to the measurement of the reflectivity of the surface and is measured according to an illumination angle of 60 °, according to the international standard ISO 7668 (1986).
  • the cold-rolled strip is then passed through the open chamber of the hydrocarbon combustion furnace, inside which there is an oxidizing atmosphere with respect to the iron, in order for it to undergo a heat treatment. consisting of a partial recrystallization annealing of the steel, followed by forced cooling.
  • the atmosphere in the furnace is composed of a gaseous mixture of air and at least one hydrocarbon in an air / hydrocarbon volume ratio of between 1.1 and 1.5, the gas mixture comprising in addition 3 to 8 % by volume of oxygen.
  • the furnace atmosphere is preferably a gaseous mixture of air and hydrocarbon in an air / hydrocarbon volume ratio of between 1.1 and 1.5, the gaseous mixture further comprising 3 to 8% by volume of oxygen.
  • the at least one hydrocarbon is chosen from natural gas, butane and methane. Natural gas is preferentially chosen because of its low cost and ease of transportation.
  • the atmosphere in the annealing furnace is too oxidizing and the formed oxide layer is so thick that to eliminate it, aggressive pickling solutions will have to be used. that will attack the grain boundaries.
  • the air / hydrocarbon volume ratio is less than 1.1, the atmosphere in the annealing furnace is too reducing. Therefore, the re-carburization of the steel by the hydrocarbons can not be avoided, and the corrosion resistance of the steel will be degraded.
  • the heat treatment is adjusted so as to obtain a steel strip whose recrystallized volume fraction is between 60 and 75%.
  • the non-recrystallized volume fraction (measured by micrographic observation and image analysis) is greater than 40%, the microstructure of the steel induces mechanical properties that are too high, and the elongation A 80 of the strip is less than at 40%.
  • the non-recrystallized volume fraction is less than 25%, the mechanical characteristics such as the elastic limit Rpo, 2> will be insufficient.
  • the partial recrystallization annealing is carried out at a speed V1 of between 10 and 80 ° C./s, a temperature T of between 800 and 950 ° C. and a holding time M of between 10 and 100 seconds, advantageously between 60 and 80 seconds.
  • the annealing of the strip at a temperature T between 800 and 950 ° C. makes it possible to limit the diffusion of chromium at the grain boundaries, and consequently limits the attack of the grain boundaries during the subsequent chemical stripping of the strip, which promotes obtaining a glossy surface appearance.
  • the steel When the temperature T is less than 800 ° C., the steel does not recrystallize sufficiently to obtain the desired mechanical properties. Indeed, the steel has an elastic limit Rp o , 2 greater than 600 MPa but an A ⁇ o elongation of less than 40% mediocre, which greatly limits its cold deformation capabilities.
  • the stainless steel can only recrystallize during a holding time M very long which is not compatible with the industrial requirements.
  • the austenite grains grow in favor of martensite, and the elastic limit Rp o , 2 is insufficient to give the stainless steel good mechanical properties.
  • the recrystallized volume fraction of the strip will be less than 60%, and the elongation A 8 o of the strip is insufficient.
  • the austenitic grains enlarge in favor of martensite, and the mechanical characteristics, such as the elastic limit Rpo, 2 become insufficient.
  • the partially recrystallized steel strip then undergoes forced cooling at a speed V 2 of between 10 and 80 ° C / s, for example by blowing air or by blowing air under pressure and spraying water.
  • V 2 a speed of between 10 and 80 ° C / s
  • the yield point Rpo, 2 and the breaking load Rm increase.
  • the strip When the strip is cooled, it is stripped with an acid pickling solution capable of completely removing said oxide layer depending on its thickness and nature, without attacking the grain boundaries of the steel.
  • an acid pickling solution capable of completely removing said oxide layer depending on its thickness and nature, without attacking the grain boundaries of the steel.
  • the strip undergoes a first electrolytic pickling in a bath containing sodium sulphate whose concentration is between 150 and 200 g / l, with a pH of less than 3, and with an amperage of between 5 and 12 kA.
  • the strip according to the invention also has the following advantages: - Better resistance of the gloss after deformation than the strips of austenitic stainless steel having been annealed in a bright annealing furnace (standard 2RB). Indeed, the loss of the brightness of the strip according to the invention is only 30% after stamping, while it is 80% for the standard annealed-gloss tape. - Better resistance against intergranular corrosion than the austenitic stainless steel strips having undergone a standard annealing-pickling treatment (2D standard).
  • austenitic stainless steel strips according to the invention have comparable weldability to standard annealed austenitic stainless steel or standard annealed-pickled stainless steel strips.
  • an austenitic stainless steel strip according to the invention will be compared with, on the one hand, a austenitic stainless steel strip of the standard annealed-pickled type (2D standard), and on the other hand a standard annealing-austenitic stainless steel strip (standard 2RB).
  • the brightness measurement is carried out with an illumination of 60 ° according to the international standard ISO 7668 (1986). Then, the drawability of these three types of tape, their loss of gloss after stamping, their scratch resistance, and finally their resistance to intergranular corrosion will be compared.
  • AS33 steel is cast to form a slab that is hot rolled to a thickness of 4.5 mm. This slab is then cold-rolled with working rolls having an arithmetic average roughness Ra of 0.1 ⁇ m, with a reduction ratio of 82% so as to obtain in a passage a strip of 0.8 mm thickness.
  • This cold-rolled strip is subjected to a partial recrystallization annealing of the steel in a combustion furnace, by heating it with a heating rate of 50 ° C./s up to a holding temperature of 820 ° C. and during a hold time of 50 seconds.
  • the atmosphere in the furnace is a mixture of air and natural gas comprising an oxygen level of 4% by volume.
  • the volume ratio of air to natural gas is 1.3.
  • the web is then cooled at a cooling rate of 70 ° C / sec to room temperature.
  • the strip undergoes a first electrolytic pickling in a bath containing sodium sulphate whose concentration is 175 g / l, pH 2, with an amperage of 9 kA, and for a duration of 15 s, then a second etching electrochemical in a bath containing nitric acid whose concentration is 100 g / l, pH 2, with an amperage of 9 kA, and for a period of 15 s.
  • AS33 steel is cast to form a slab that is hot rolled to a thickness of 4.5 mm. This slab is then cold rolled with a reduction rate of 82% so as to obtain in one pass a 0.8 mm thick strip.
  • This cold-rolled strip is subjected to a complete recrystallization annealing of the steel, in a combustion furnace, at a temperature of 1120 ° C. for a period of 50 seconds.
  • the atmosphere in the furnace is a mixture of air and natural gas comprising an oxygen level of 4% by volume.
  • the volume ratio air / natural gas is 1, 3.
  • the web is then cooled at a cooling rate of 80 ° C / sec to room temperature.
  • the strip is stripped to completely remove the 0.2 ⁇ m thick formed oxide layer in sodium sulfate and sulfuric acid baths.
  • the band obtained undergoes no further treatment, nor polishing of the surface, nor skin pass.
  • AS33 steel is cast to form a slab that is hot rolled to a thickness of 4.5 mm. This slab is then cold rolled with working rolls which give a glossy surface appearance to the strip, with a reduction rate of 82% so as to obtain in one pass a 0.8 mm thick strip.
  • This cold-rolled strip is subjected to a complete recrystallization annealing of the steel, in a bright-annealing furnace inside which an atmosphere consisting of a gaseous mixture comprising 10% by volume of nitrogen and 90% prevails. by volume of hydrogen and having a dew point of -50 ° C., by heating it with a heating rate of 50 ° C./s, up to a holding temperature of 1100 ° C.
  • the strip is cooled at a cooling rate of 60 ° C / s to room temperature.
  • the band obtained undergoes no further treatment, nor polishing of the surface, nor skin pass.
  • Table 2 shows the mechanical and appearance characteristics of these three types of tape.
  • the strip according to the invention has, compared to standard 2D and standard 2RB strips, both a glossy surface appearance and good mechanical characteristics. It also has a superficial hardness greater than the two bands of the prior art.
  • Blanks are cut in the steel strip according to the invention, in the standard 2RB band and in the 2D standard band. These blanks are then stamped in a stamping press conventionally comprising a punch, a die and a blank holder, to form buckets.
  • the loss of gloss is low, and much lower than that observed for the standard 2B and standard 2RB strips.
  • the scratch resistance tests are carried out on the steel strip according to the invention, and the standard strip 2RB according to the international standard ISO 1518 using a Clemen machine whose hemispherical steel hardened tip has a hardness of 1500 Hv, and a diameter of 1 mm.
  • the tests consist in applying, with variable loads of 50 g, 200 g and 400 g, the hemispherical tip on the surface of the strip so as to create a scratch.
  • the test results are summarized in Table 4.
  • test results show that the steel strip according to the invention is more resistant to scratching than the standard 2RB strips, an order of magnitude of 40% on average, corresponding to the difference in relative surface hardness of the strip.
  • the intergranular corrosion resistance test is carried out on samples taken from the steel strip according to the invention and from the standard 2D strip.
  • This test is performed according to the NFA 05-159 standard. It involves immersing the sample in a boiling solution of sulfuric acid and copper sulphate for a period of 20 hours. The sample is then bent at 90 ° and the observation of the convex face of the latter, in comparison with a reference sample which has not been immersed in said solution, makes it possible to determine the degree of cracking in the extreme skin.
  • a low resistance to intergranular corrosion is characterized by the presence of numerous cracks on the convex face of the folded sample.
  • the intergranular corrosion resistance tests show that the austenitic stainless steel strip according to the invention is more resistant to intergranular corrosion than the standard 2D strip.

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Description

Bande en acier inoxydable austénitique présentant un aspect de surface brillant et d'excellentes caractéristiques mécaniques.
La présente invention concerne une bande en acier inoxydable austénitique, présentant une limite élastique Rpo,2 supérieure ou égale à 600 MPa, une charge à la rupture supérieure Rm supérieure ou égale à 800 MPa, un allongement A80 supérieur ou égal à 40 %, et un aspect de surface brillant, de type recuit-brillant. L'invention concerne également un procédé de fabrication en continu de cette bande en acier inoxydable austénitique. Du fait de leur très bonne capacité de conformation à froid caractérisée par une résistance mécanique et une ductilité élevées, leur bonne soudabilité et leur excellente résistance à la corrosion, les aciers inoxydables austénitiques sont utilisés dans une large gamme d'applications finales telles que par exemple la fabrication de pièces mécaniques, les ustensiles de cuisson, et les tubes.
Selon l'application à laquelle on destine la bande en acier inoxydable austénitique, on lui fait subir un traitement thermique et un décapage final qui, selon les conditions de mise en oeuvre, lui confère soit un aspect de surface présentant une brillance élevée, intéressant par exemple pour la platerie, soit un aspect de surface mat intéressant pour la fabrication de façades de bâtiment. Selon l'invention, la brillance correspond à la mesure de la réflectivité de la surface. Dans le cadre de l'invention, la brillance est mesurée selon un angle d'illumination de la surface de 60°, selon la norme internationale ISO7668 (1986). Dans le cadre de la présente invention, on entend par aspect de surface brillant, une surface présentant une brillance mesurée à 60° supérieure à 50, et par aspect de surface mat, une surface présentant une brillance mesurée à 60° inférieure à 20.
Conventionnellement, pour obtenir un aspect de surface brillant, la bande en acier inoxydable austénitique est préalablement laminée à froid avec des cylindres qui confèrent un aspect de surface brillant à la bande. La bande laminée à froid est ensuite dégraissée et rincée, puis subit un traitement thermique dans un four vertical dit de « recuit brillant » dans lequel règne une atmosphère réductrice. A cet effet, la bande défile dans le four constitué d'une enceinte complètement isolée de l'atmosphère extérieure, comprenant trois zones dans lesquelles circule un gaz neutre ou réducteur. Ce gaz>est choisi par exemple parmi l'hydrogène, l'azote ou un mélange d'hydrogène et d'azote (gaz HNX), et présente un point de rosée compris entre -60 et — 45°C. La bande est d'abord chauffée dans la première zone du four à une température comprise entre 1050 et 1150°C, et à une vitesse de chauffage de 30 à 60°C/s. Puis, elle est maintenue à cette température dans la deuxième zone du four pendant une durée suffisante pour permettre la recristallisation de l'acier et la restauration des propriétés mécaniques. Enfin, elle est refroidie dans la troisième zone du four jusqu'à une température de l'ordre de 150°C pour éviter toute ré-oxydation de la surface de la bande avec l'oxygène de l'air, lorsque la bande quitte l'enceinte du four.
A la sortie du four, l'aspect de surface brillant conféré à la bande lors du laminage à froid est maintenu, car le film d'oxyde qui s'est formé lors du recuit est très mince, d'une épaisseur de l'ordre de 10 angstrom.
Cependant, notamment en raison de l'utilisation de gaz tel que l'hydrogène et/ou l'azote, et la nécessité de maintenir dans l'enceinte du four une atmosphère contrôlée avec un point de rosée constant, l'utilisation de ce type de four est complexe et onéreuse. En outre, dans le cas d'un traitement de recuit brillant de la bande en acier inoxydable austénitique sous atmosphère gazeuse comprenant de l'hydrogène, les propriétés mécaniques de l'acier sont dégradées car l'hydrogène favorise l'apparition de fissures dans certaines zones des pièces obtenues par emboutissage de la bande. Cette fragilisation à l'hydrogène est d'autant plus sévère que la température de recuit est élevée et la teneur en hydrogène du mélange HNX est grande.
Un autre moyen de fabrication d'une bande en acier inoxydable austénitique présentant un aspect de surface brillant, consiste à faire subir à la bande un traitement final de type recuit-décapage, qui lui confère un aspect de surface recuit-décapé, c'est à dire un aspect de surface mat, puis à procéder à une opération soit de polissage de la surface de la bande, soit de skin-pass de la bande. Pour obtenir une bande en acier inoxydable austénitique présentant un aspect de surface de type recuit-décapé, on procède comme suit. La bande préalablement laminée à froid subit un recuit continu à une température de l'ordre de 11000C, pendant environ 1 min, dans un four où l'énergie thermique est générée par combustion d'hydrocarbures dont on règle l'arrivée d'air au brûleur de manière à obtenir une atmosphère oxydante. En effet, il est exclu de soumettre la bande à une atmosphère réductrice, c'est à dire une atmosphère contenant un excès d'hydrocarbures, pour éviter la dégradation de la tenue à la corrosion de la bande par re-carburation de l'acier par les hydrocarbures. La bande recuite subit ensuite un refroidissement à l'air et/ou un refroidissement forcé par aspersion d'eau en dehors du four. Enfin, elle est soumise à un décapage apte à éliminer la couche d'oxyde épaisse, de l'ordre de 0,1 à 0,3 μm, qui s'est formée à la surface de la bande lors du recuit dans le four. Le décapage est généralement réalisé dans plusieurs bacs de décapage contenant des solutions acides capables d'éliminer cette couche d'oxyde, comme par exemple un mélange d'acide nitrique et d'acide fluorhydrique.
Enfin, on soumet la bande soit à une opération de skin-pass, soit à une opération de polissage jusqu'à l'obtention de l'aspect de surface brillant souhaité. Le skin-pass est réalisé avec des cylindres de travail dit poli-miroir, c'est à dire des cylindres présentant une rugosité moyenne arithmétique Ra comprise entre 0,05 et 0,08 μm qui confèrent à la bande en acier un aspect de surface brillant.
Cependant, les bandes en acier inoxydable austénitique obtenues selon ces deux procédés présentent des caractéristiques mécaniques insuffisantes, puisque leur limite élastique Rp0i2 est comprise entre 250 et 350 MPa, et leur charge à la rupture Rm est comprise entre 600 et 700 MPa, pour un allongement Aβo compris entre 50 et 60 %. Enfin, l'opération de skin-pass ou de polissage constitue une étape supplémentaire. En outre, l'opération de polissage est une opération longue et délicate.
La présente invention a donc pour but d'éviter les inconvénients des procédés de l'art antérieur, et de mettre à disposition un procédé permettant de conférer à une bande en acier inoxydable austénitique traitée dans un four à combustion d'hydrocarbures, un aspect de surface briiiant, une limite élastique Rpo,2 de 600 MPa et une charge à la rupture Rm de 800 MPa associées à un allongement Aso supérieur ou égal à 40 %.
A cet effet, l'invention a pour objet une bande en acier inoxydable austénitique, présentant une limite élastique Rpo,2 supérieure ou égale à 600 MPa, une charge à la rupture Rm supérieure ou égale à 800 MPa, un allongement A8o supérieur ou égale à 40 %, dont la composition comprend en % en poids : 0,025 ≤ C < 0,15 %
0,20 ≤ Si < 1,0 %
0,50 < Mn ≤ 2,0 %
6,0 < Ni < 12,0 %
16,0 ≤ Cr < 20,0 % Mo ≤ 3,0%
0,030 < N ≤ O, 160 %
Cu ≤ 0,50 %
P ≤ 0,50 %
S ≤ 0,015 % Eventuellement 0,10 ≤ V ≤ 0,50 %, et 0,03 ≤ Nb < 0,50% avec 0,10 ≤ Nb + V ≤ 0,50 % le complément étant du fer et d'éventuelles impuretés résultant de l'élaboration, dont la taille moyenne des grains d'austénite est inférieure ou égale à 4 μm, et la surface présente une brillance mesurée à 60° supérieure à 50.
La bande en acier selon l'invention bande présente en outre avantageusement une surface dont la rugosité moyenne arithmétique est inférieure ou égale à 0,08 μm, ce qui confère à la bande une surface lisse et donc un aspect de surface encore plus brillant. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication en continu de cette bande en acier inoxydable austénitique. Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif.
Pour obtenir une bande d'acier inoxydable austénitique selon l'invention, il faut d'abord élaborer, puis couler sous forme d'une brame un acier inoxydable austénitique qui comprend les éléments suivants ;
- du carbone à une teneur comprise entre 0,025 et 0,15 % en poids. Le carbone favorise la formation d'austénite, et contrôle la quantité et la dureté de la martensite de déformation. En outre, sa mise en solution solide durcit l'acier et augmente sa résistance mécanique.
Si la teneur en carbone est inférieure à 0,025 %, l'acier devient instable et il se forme beaucoup de martensite, avec comme conséquence un allongement A8o insuffisant. En revanche, si la teneur en carbone est supérieure à 0,15 %, l'acier devient stable, la formation de martensite de déformation est insuffisante et l'acier ne possède plus assez d'énergie pour recristalliser. Par conséquent, la température de recuit minimum pour déclencher la recristallisation est élevée et la taille des grains d'austénite devient trop importante pour atteindre des caractéristiques mécaniques élevées. De plus, des teneurs en carbone encore supérieures favorisent la formation de carbures de chrome aux joints de grain lors des traitements thermiques ultérieurs et augmentent ainsi les risques de corrosion inter-granulaire.
- du silicium à une teneur comprise entre 0,20 et 1,0 % en poids. Le silicium est utilisé à titre de désoxydant de l'acier liquide, et il participe au durcissement en solution solide. On limite sa teneur à 1 ,0 % en poids, car il a tendance à perturber le procédé de fabrication de la bande d'acier en posant des problèmes de ségrégation pendant la coulée en brame de l'acier. - du manganèse à une teneur comprise entre 0,50 et 2,0 % en poids.
Le manganèse favorise la formation d'austénite. Si la teneur en manganèse est supérieure à 2,0 %, l'austénite étant trop stable, la formation de martensite de déformation est insuffisante et cela ne permet pas d'atteindre les niveaux de limite d'élasticité requis. Cependant, si la teneur en manganèse est inférieure à 0,50 %, la désoxydation de l'acier est insuffisante.
- du chrome à une teneur comprise entre 16,0 et 20,0 %. Le chrome favorise la formation de martensite de déformation, et est un élément essentiel pour conférer à l'acier une bonne résistance à la corrosion. Si la teneur en chrome est supérieure à 20,0 %, on génère trop de martensite de déformation, ce qui oblige à augmenter la teneur des éléments favorisant la formation d'austénite comme le carbone, l'azote, le nickel et le manganèse. Si la teneur en chrome est inférieure à 16,0 %, la résistance à la corrosion de l'acier est insuffisante.
- du nickel à une teneur comprise entre 6,0 et 12,0 %. Le nickel stabilise l'austénite et favorise la re-passivation. Si la teneur en nickel est inférieure à 6,0 %, la résistance à la corrosion de l'acier est insuffisante. Si la teneur en nickel est supérieure à 12,0 %, l'austénite se sur-stabilise, on ne forme plus suffisamment de martensite de déformation, et les caractéristiques mécaniques de l'acier sont insuffisantes. - du molybdène à une teneur inférieure ou égale à 3,0 %. Le molybdène favorise la formation de martensite de déformation et, augmente la résistance à la corrosion, surtout s'il est combiné avec l'azote. Au-delà d'une teneur de 3,0 %, la résistance à la corrosion de l'acier ne sera pas améliorée. - de l'azote à une teneur comprise entre 0,030 et 0,160 %. L'azote favorise la formation de l'austénite, retarde la précipitation des carbures, stabilise l'austénite, et améliore la formabilité. En outre, il joue un rôle dans l'ajustement de la taille des grains dans la structure. Cependant, s'il est ajouté à une teneur supérieure à 0,160 %, il risque de détériorer la ductilité à chaud de l'acier.
- du cuivre à une teneur inférieure ou égale à 0,50 %. Le cuivre favorise la formation d'austénite et contribue à la résistance contre la corrosion. Cependant, au-delà d'une teneur de 0,50 %, la proportion de cuivre qui n'est pas en solution solide dans l'austénite augmente et la formabilité à chaud de l'acier est dégradée.
- du phosphore à une teneur inférieure ou égale à 0,50 %. Le phosphore est un élément ségrégeant. Il favorise le durcissement en solution solide de l'acier, cependant sa teneur doit être limitée à 0,50
% car il augmente la fragilité de l'acier et son aptitude au soudage.
- du soufre à une teneur inférieure ou égale à 0,015 %. Le soufre est également un élément ségrégeant dont la teneur doit être limitée afin d'éviter les fissure lors du laminage à chaud. En outre, la composition peut éventuellement comprendre :
- du vanadium à une teneur comprise entre 0, 10 et 0,50 %. Le vanadium favorise la soudabilité de l'acier, et freine la croissance des grains d'austénite dans la zone affectée par la chaleur. Au-delà de 0,50 %, le vanadium ne contribue pas à l'amélioration de la soudabilité, et en dessous de 0,10 %, la soudabilité de l'acier est insuffisante.
- du niobium à une teneur comprise entre 0,03 et 0,50 %. Le niobium favorise la soudabilité de l'acier, cependant au-delà de 0,50 %, il dégrade la formabilité à chaud de la bande d'acier. - avec une teneur totale en niobium et vanadium comprise entre 0,10 et 0,50 % pour garantir la soudabilité de l'acier sans effet néfaste sur la ductilité à chaud.
Le reste de la composition est constitué de fer et d'autres éléments que l'on s'attend habituellement à trouver en tant qu'impuretés résultant de l'élaboration de l'acier inoxydable, dans des proportions qui n'influent pas sur les propriétés recherchées.
Après avoir été coulée, la brame est laminée à chaud dans un train à bandes pour former une bande laminée à chaud qui est recuite et, éventuellement décapée.
La bande laminée à chaud subit ensuite divers traitements, de manière à obtenir une bande présentant à la fois d'excellentes caractéristiques mécaniques et un aspect de surface briliant, et cela sans avoir recours ni à un recuit dans un four de recuit-briilant, ni à un polissage final de la surface de la bande ou à une opération de skin-pass finale.
L'installation utilisée pour fabriquer la bande selon l'invention comprend un dispositif de laminage à froid de bandes, constituée d'un train à bandes comprenant des cylindres de travail entre lesquels défile la bande en acier inoxydable austénitique de composition selon l'invention. Les cylindres de travail présente une rugosité moyenne arithmétique Ra inférieure ou égale à 0,15 μm, et de préférence inférieure ou égale à 0,10 μm. Le diamètre des cylindres de travail du train à bandes est compris entre 50 et 100 mm, pour minimiser les efforts de laminage pour les taux de réduction élevés, c'est à dire à partir de 75% de réduction. Le train à bandes permet non seulement de réduire l'épaisseur de la bande, mais également de favoriser l'écrasement des aspérités issues de la bande préalablement laminée à chaud. Successivement au dispositif de laminage à froid, l'installation comprend un four à combustion d'hydrocarbure comportant une enceinte ouverte au travers de laquelle la bande défile, et des moyens d'introduction d'un mélange gazeux d'hydrocarbure et d'air. L'enceinte ouverte comporte, dans le sens de défilement de la bande représenté, deux zones successives, une première zone de chauffage et une deuxième de maintien en température.
La première zone de chauffage est équipée de moyens de chauffage puissants (non représentés) aptes à chauffer rapidement la bande à une vitesse de chauffage V1, jusqu'à une température de maintien T1. La bande est maintenue à cette température T1 dans la deuxième zone, pendant un temps de maintien M, puis est refroidie à une vitesse V2 dans une zone de refroidissement située juste après la sortie du four.
Enfin, après la zone de refroidissement, l'installation comprend un dispositif de décapage qui comporte au moins un bac de décapage résistant aux acides, et contenant une solution de décapage. Selon l'invention, la bande en acier austénitique préalablement laminée à chaud est laminée à froid, à température ambiante, avec un taux de réduction compris entre 55 et 85 %. On obtient ainsi une bande laminée à froid présentant une épaisseur comprise entre 0,6 et 2 mm. Lors de l'opération de laminage à froid à un taux de réduction compris entre 55 et 85 %, il se forme entre 50 et 90 % en volume de martensite de déformation α'. La martensite de déformation α' est observée par micrographie et sa fraction volumique peut être mesurée par diffraction des rayons X ou mesure d'induction magnétique (phase ferromagnétique).
Lorsque le taux de réduction est inférieur à 55%, les taux de martensite de déformation α' et de dislocation sont insuffisants pour conférer à l'acier inoxydable selon l'invention les caractéristiques mécaniques requises. En effet, pour des taux de réduction trop bas, l'énergie de déformation stockée en volume ne permet pas une recristallisation homogène de l'acier pour obtenir des grains austénitiques ayant une taille moyenne inférieure ou égale à 4 μm.
Pour obtenir une limite élastique RpOι2 élevée, il convient de réaliser un recuit de recristallisation permettant d'obtenir des grains d'austénite dont la taille moyenne n'excède pas 4 μm. En effet, il est connu que selon la loi de Hall-Petch, la limite élastique Rpo,2 est inversement proportionnelle à la racine carré de la taille de grain. En outre, une structure à grains fins, c'est à dire une structure dans laquelle la taille moyenne des grains d'austénite n'excède pas 4 μm, résiste de manière significative, comme on le verra ultérieurement, au phénomène de matification (perte de brillance) lors des opérations de mise en forme à froid, par exemple par emboutissage.
En outre, d'un point de vue brillance de surface après laminage à froid, des taux de réduction inférieurs à 55% ne permettent pas de réparer l'aspect de surface de la bande préalablement laminée à chaud, et il persiste en conséquence des cratères de grenaillage ou des restes d'attaques inter- granulaires issus des opérations de décalaminage mécanique et chimique préalables au laminage à froid et postérieures au laminage à chaud. Un taux de réduction supérieur à 55% permet de diminuer la densité de micro-défauts de type cratères de grenaillage et/ou joints de grain et ainsi d'obtenir un aspect surface présentant une brillance homogène et élevée après laminage à froid. Cependant, lorsque le taux de laminage à froid est supérieur à 85 %, on inflige des contraintes trop importantes sur les cylindres de travail, et il n'est plus possible de laminer la bande. De plus, le risque d'apparition de micro- défauts de type « griffes de chaleur » dus à des contraintes de cisaillement à l'interface cylindre/bande laminée à froid trop élevées, devient trop important.
De préférence, le taux de réduction est compris entre 70 et 85 %, de manière à obtenir une bande présentant une topographie de surface lisse, c'est à dire une rugosité moyenne arithmétique Ra comprise entre 0,07 et 0,12 μm, exempte de micro-défauts de type cratères de grenaillage et/ou joints de grain attaqués chimiquement. Cela permet en outre de stocker une énergie de déformation plastique suffisante pour favoriser une recristallisation plus rapide à basse température. Les demandeurs tiennent à souligner que l'obtention d'un aspect de surface brillant non pas par un procédé de recuit brillant classique, mais par un procédé de recuit oxydant suivi d'un décapage était contraire aux attentes initiales des inventeurs, qui prévoyaient, selon leur théorie, d'obtenir une bande présentant un aspect de surface mat à faible brillance caractéristique des aciers recuits dans un four à combustion d'hydrocarbure. En effet, les inventeurs pensaient, que selon leur théorie, la limitation de la croissance de la taille de grain en volume, obtenue par recristallisation contrôlée d'un acier inoxydable austénitique, tout en augmentant la densité surfacique des joints de grains attaqués chimiquement, favoriserait la réflexion diffuse de la lumière à la surface et donc l'obtention d'une surface mate et non brillante.
Or, les inventeurs ont mis en évidence, que lorsque la bande est laminée à froid avec un taux de réduction suffisamment élevé, et avec des cylindres de travail présentant une rugosité moyenne arithmétique Ra inférieure ou égale à 0,15 μm, puis est soumise à un recuit de recristallisation partiel à une température de l'ordre de 8000C, dans un four à combustion d'hydrocarbure, pour former une couche d'oxyde suffisamment mince pour être facilement éliminée par un décapage acide, sans que les joints de grains soient attaqués, alors la bande présente à la fois d'excellentes caractéristiques mécaniques et un aspect de surface brillant, de type recuit-brillant. Dans les conditions de l'invention, c'est à dire en l'absence de l'attaque des joints de grain de l'acier, la rugosité moyenne arithmétique Ra transférée à la bande par les cylindres de travail lors de l'opération de laminage à froid est très peu dégradée. Ainsi, pour obtenir une bande ayant une brillance mesurée avec un angle d'illumination de 60° supérieure à 50, il est essentiel que les cylindres de travail présentent une rugosité moyenne arithmétique inférieure ou égale à 0,15 μm, et de préférence inférieure à 0,10 μm. La brillance mesurée dans le cadre de la présente invention, correspond à la mesure de la réflectivité de la surface et est mesurée selon un angle d'illumination de 60°, selon la norme internationale ISO 7668 (1986).
Selon l'invention, on fait ensuite défiler la bande laminée à froid dans l'enceinte ouverte du four à combustion d'hydrocarbure, à l'intérieur de laquelle règne une atmosphère oxydante vis à vis du fer, pour lui faire subir un traitement thermique consistant en un recuit de recristallisation partiel de l'acier, suivi par un refroidissement forcé.
L'atmosphère régnant dans le four est composée d'un mélange gazeux d'air et d'au moins un hydrocarbure dans un rapport volumique air/hydrocarbure compris entre 1,1 et 1,5, le mélange gazeux comprenant en outre 3 à 8% en volume d'oxygène. L'atmosphère du four est préférentiellement un mélange gazeux d'air et d'hydrocarbure dans un rapport volumique air/hydrocarbure compris entre 1,1 et 1 ,5, le mélange gazeux comprenant en outre 3 à 8% en volume d'oxygène.
L'au moins un hydrocarbure est choisi parmi le gaz naturel, le butane et le méthane. Le gaz naturel est préférentiellement choisi en raison de son faible coût, et de sa facilité de transport.
Si le rapport volumique air/hydrocarbure est supérieur à 1,5, l'atmosphère régnant dans le four de recuit est trop oxydante et la couche d'oxyde formée est tellement épaisse que pour l'éliminer, il faudra utiliser des solutions de décapage agressives qui vont attaquer les joints de grain.
L'aspect de surface de la bande sera alors mat.
Cependant, si le rapport volumique air/hydrocarbure est inférieur à 1,1, l'atmosphère régnant dans le four de recuit est trop réductrice. Par conséquent, la re-carburation de l'acier par les hydrocarbures ne pourra pas être évitée, et la tenue à la corrosion de l'acier sera dégradée.
Pour obtenir une bande dont la surface présente un aspect brillant, on doit veiller à régler les conditions du traitement thermique de manière à obtenir une bande couverte par une couche d'oxyde, dont l'épaisseur est inférieure à 0,10 μm. En effet, si l'épaisseur d'oxyde est supérieure ou égale à 0,10 μm, il faudra, pour retirer cette couche d'oxyde épaisse, mettre en œuvre des acides de décapage agressifs qui vont attaquer les joints de grain, et cela conférera un aspect de surface mat à la bande. Pour obtenir les caractéristiques mécaniques requises, on ajuste le traitement thermique de manière à obtenir une bande en acier dont la fraction volumique recristallisée est comprise entre 60 et 75 %. En effet, si la fraction volumique non recristallisée (mesurée par observation micrographique et analyse d'image) est supérieure à 40 %, la microstructure de l'acier induit des propriétés mécaniques trop élevées, et l'allongement A80 de la bande est inférieur à 40 %. En revanche, si la fraction volumique non recristallisée est inférieure à 25 %, les caractéristiques mécaniques comme la limite élastique Rpo,2> seront insuffisantes.
De préférence, le recuit de recristallisation partiel est réalisé à une vitesse V1 comprise entre 10 et 80°C/s, une température T comprise entre 800 et 9500C et un temps de maintien M compris entre 10 et 100 secondes, avantageusement entre 60 et 80 secondes.
Le recuit de la bande à une température T comprise entre 800 et 9500C permet de limiter la diffusion du chrome aux joints de grain, et par conséquent limite l'attaque des joints de grains lors du décapage chimique ultérieur de la bande, ce qui favorise l'obtention d'un aspect de surface brillant.
Lorsque la température T est inférieure à 8000C, l'acier ne recristallise pas suffisamment pour obtenir les propriétés mécaniques recherchées. En effet, l'acier présente une limite élastique Rpo,2 supérieure à 600 Mpa mais un allongement Aβo inférieur à 40% médiocre, ce qui limite fortement ses capacités de déformation à froid.
Lorsque la température T est supérieure à 9500C, non seulement la limite élastique Rpo,2 de la bande est insuffisante en raison du grossissement des grains d'austénite au profit de la martensite qui disparaît complètement, mais aussi, la brillance de la surface de la bande diminue car la couche d'oxyde devient importante.
Lorsque la vitesse de chauffage V1 de la bande est inférieure à 10°C/s, l'acier inoxydable ne peut recristalliser que pendant un temps de maintien M très long qui n'est pas compatible avec les exigences industrielles. D'autre part, les grains d'austénite grossissent au profit de la martensite, et la limite élastique Rpo,2 est insuffisante pour conférer à l'acier inoxydable de bonnes propriétés mécaniques. En dessous d'un temps de maintien M à la température T inférieure à
10 secondes, la fraction volumique recristallisée de la bande sera inférieure à 60 %, et l'allongement A8o de la bande est insuffisant. En revanche, au-delà de 100 secondes, les grains austénitiques grossissent au profit de la martensite, et les caractéristiques mécaniques, telle que la limite élastique Rpo,2, deviennent insuffisantes.
La bande d'acier partiellement recristallisé subit ensuite un refroidissement forcé à une vitesse V2 comprise entre 10 et 80°C/s, par exemple par insufflation d'air ou par insufflation d'air sous pression et pulvérisation d'eau. Lorsque la vitesse de refroidissement V2 est supérieure à 10 °C/s, la limite élastique Rpo,2 et la charge à la rupture Rm augmentent.
Lorsque la bande est refroidie, elle subit un décapage à l'aide d'une solution de décapage acide capable d'éliminer complètement ladite couche d'oxyde en fonction de son épaisseur et de sa nature, sans attaquer les joints de grains de l'acier. Par exemple, la bande subit un premier décapage électrolytique dans un bain contenant du sulfate de sodium dont la concentration est comprise entre 150 et 200 g/l, de pH inférieur à 3, et avec un ampérage compris entre 5 et 12 kA.
Elle subit ensuite un second décapage électrochimique dans un bain contenant de l'acide nitrique dont la concentration est comprise entre 80 et 120 g/l, le pH inférieur à 3, et avec un ampérage compris entre 5 et 12 kA.
La bande selon l'invention présente en outre les avantages suivants : - Une meilleure résistance de la brillance après déformation que les bandes en acier inoxydable austénitique ayant subi un recuit dans un four de recuit- brillant (standard 2RB). En effet, la perte de la brillance de la bande selon l'invention n'est que de 30 % après emboutissage, alors qu'elle est de 80 % pour la bande recuit-brillant standard. - Une meilleure résistance contre la corrosion inter-granulaire que les bandes en acier inoxydable austénitique ayant subi un traitement de type recuit-décapé standard (standard 2D).
- Une meilleure résistance contre les rayures que les bandes en acier inoxydable austénitique recuit-brillant standard (standard 2RB).
- Une dureté Vickers HV5, mesurée par indentation, supérieure à celle des bandes en acier inoxydable austénitique ayant subi un traitement de type recuit-décapé standard (standard 2D), et à celle des bandes en acier inoxydable austénitique recuit-brillant standard (standard 2RB).
Par ailleurs, les bandes en acier inoxydables austénitiques selon l'invention présentent une aptitude au soudage comparable aux bandes en acier inoxydable austénitique recuit-brillant standard ou recuit-décapé standard.
L'invention va à présent être illustrée par des exemples donnés à titre indicatif, et non limitatif.
Dans un premier temps, on va comparer les caractéristiques mécaniques et la brillance d'une bande en acier inoxydable austénitique selon l'invention avec d'une part une bande en acier inoxydable austénitique de type recuit-décapé standard (standard 2D), et d'autre part une bande en acier inoxydable austénitique de type recuit-brillant standard (standard 2RB). La mesure de la brillance est réalisée avec un d'illumination de 60° selon la norme internationale ISO 7668 (1986). Puis, on comparera l'aptitude à l'emboutissage de ces trois types de bande, leur perte de brillance après emboutissage, leur résistance à la rayure, et enfin leur résistance à la corrosion inter-granulaire.
Pour cela, on va d'abord fabriquer à partir d'une même nuance d'acier inoxydable austénitique AS33, dont la composition chimique est donnée dans le tableau 1 ci-dessous, une bande en acier selon l'invention, une bande standard 2D et une bande standard 2RB. Tableau 1 : composition chimique de l'acier inoxydable selon l'invention, exprimée en % en poids, le complément étant du fer et des impuretés inévitables.
TABLEAU 1
1- Fabrication de la bande selon l'invention
L'acier AS33 est coulé pour former une brame qui est laminée à chaud jusqu'à atteindre une épaisseur de 4,5 mm. Cette brame est ensuite laminée à froid avec des cylindres de travail présentant une rugosité moyenne arithmétique Ra de 0,1 μm, avec un taux de réduction de 82 % de manière à obtenir en un passage une bande de 0,8 mm d'épaisseur.
Cette bande laminée à froid est soumise à un recuit de recristallisation partiel de l'acier dans un four à combustion, en la chauffant avec une vitesse de chauffage de 50°C/s, jusqu'à une température de maintien de 8200C et pendant un temps de maintien de 50 secondes. L'atmosphère régnant dans le four est un mélange d'air et de gaz naturel comprenant un taux d'oxygène de 4% en volume. Le rapport volumique air/gaz naturel est de 1,3.
La bande est ensuite refroidie à une vitesse de refroidissement de 70°C/s jusqu'à la température ambiante.
Après refroidissement, une couche d'oxyde de 0,08 μm d'épaisseur s'est formée à la surface de la bande.
Enfin, la bande subit un premier décapage électrolytique dans un bain contenant du sulfate de sodium dont la concentration est de 175 g/l, de pH 2, avec un ampérage de 9 kA, et pendant une durée de 15 s, puis un second décapage électrochimique dans un bain contenant de l'acide nitrique dont la concentration est de 100 g/l, de pH 2, avec un ampérage de 9 kA, et pendant une durée de 15 s.
La bande obtenue ne subit aucun autre traitement ultérieur, ni polissage de la surface, ni skin-pass. 2- Fabrication de la bande standard 2D d'aspect de surface mat
L'acier AS33 est coulé pour former une brame qui est laminée à chaud jusqu'à atteindre une épaisseur de 4,5 mm. Cette brame est ensuite laminée à froid avec un taux de réduction de 82 % de manière à obtenir en un passage une bande de 0,8 mm d'épaisseur.
Cette bande laminée à froid est soumise à un recuit de recristallisation complet de l'acier, dans un four à combustion, à une température de 1120 °C, pendant un temps de 50 secondes. L'atmosphère régnant dans le four est un mélange d'air et de gaz naturel comprenant un taux d'oxygène de 4% en volume. Le rapport volumique air/gaz naturel est de 1 ,3.
La bande est ensuite refroidie à une vitesse de refroidissement de 80 °C/s, jusqu'à la température ambiante.
Enfin, la bande subit un décapage pour éliminer complètement la couche d'oxyde formée d'épaisseur de 0,2 μm, dans des bains de sulfate de sodium et d'acide sulfurique.
La bande obtenue ne subit aucun autre traitement ultérieur, ni polissage de la surface, ni skin-pass.
3- Fabrication de la bande standard 2RB
L'acier AS33 est coulé pour former une brame qui est laminée à chaud jusqu'à atteindre une épaisseur de 4,5 mm. Cette brame est ensuite laminée à froid avec des cylindres de travail qui confèrent un aspect de surface brillant à la bande, avec un taux de réduction de 82 % de manière à obtenir en un passage une bande de 0,8 mm d'épaisseur.
Cette bande laminée à froid est soumise à un recuit de recristallisation complet de l'acier, dans un four de recuit-brillant à l'intérieur duquel règne une atmosphère composée d'un mélange gazeux comprenant 10% en volume d'azote et 90% en volume d'hydrogène et présentant un point de rosée de - 50 0C, en la chauffant avec une vitesse de chauffage de 50°C/s, jusqu'à une température de maintien de 11000C.
Enfin, la bande est refroidie à une vitesse de refroidissement de 60°C/s jusqu'à la température ambiante. La bande obtenue ne subit aucun autre traitement ultérieur, ni polissage de la surface, ni skin-pass.
On a regroupé dans le tableau 2, les caractéristiques mécaniques et d'aspect de ces trois types de bande.
TABLEAU 2
La bande selon l'invention présente par rapport aux bandes standard 2D et standard 2RB, à la fois un aspect de surface brillant, et de bonnes caractéristiques mécaniques. Elle présente en outre, une dureté superficielle supérieure aux deux bandes de l'art antérieur.
4- Aptitude à l'emboutissage, et conséquences sur la brillance Des flans sont découpés dans la bande en acier selon l'invention, dans la bande standard 2RB et dans la bande standard 2D. Ces flans sont ensuite emboutis dans une presse d'emboutissage comprenant classiquement un poinçon, une matrice et un serre-flan, pour former des godets.
Après opération de mise en forme par emboutissage, la brillance de la surface mesurée avec un angle d'illumination de 60° est mesurée à la fois dans le fond du godet et sur la jupe du godet, ce qui permet d'estimer une valeur moyenne de brillance de la pièce emboutie. Les résultats sont regroupés dans le tableau 3.
TABLEAU 3
Par rapport à la valeur de la brillance du produit à plat, on observe classiquement une perte de brillance des pièces mises en forme à froid. Les essais réalisés sur les différents types de bandes étudiés montrent que la bande en acier inoxydable austénitique selon l'invention résiste mieux à la matification de surface par déformation que les bandes standard 2D et standard 2RB.
Après emboutissage de la bande en acier selon l'invention, la perte de brillance est faible, et largement inférieure à ce qu'on observe pour les bandes standard 2B et standard 2RB.
5- Résistance à la rayure
Les tests de résistance à la rayure sont réalisés sur la bande en acier selon l'invention, et la bande standard 2RB selon la norme internationale ISO 1518 en utilisant une machine Clemen dont la pointe hémisphérique en acier trempé a une dureté de 1500 Hv, et un diamètre de 1 mm. Les tests consistent à appliquer, avec des charges variables de 50 g, 200 g et 400 g, la pointe hémisphérique à la surface de la bande de manière à créer une rayure. Les résultats des tests sont regroupés dans le tableau 4.
TABLEAU 4
Les résultats des tests montrent que la bande en acier selon l'invention résiste mieux à la rayure que les bandes standard 2RB, d'un ordre de grandeur de 40 % en moyenne, correspondant à la différence de dureté superficielle relative de la bande.
6- Résistance à la corrosion inter-qranulaire
Le test de résistance à la corrosion inter-granulaire est réalisé sur des échantillons prélevés dans la bande en acier selon l'invention et dans la bande standard 2D.
Ce test est réalisé selon la norme NFA 05-159. Il consiste à immerger l'échantillon dans une solution bouillante d'acide sulfurique et de sulfate de cuivre pendant une durée de 20 heures. L'échantillon est ensuite plié à 90° et l'observation de la face convexe de ce dernier, en comparaison avec un échantillon de référence n'ayant pas été immergé dans ladite solution, permet de déterminer le degré de fissuration en extrême peau. Une faible résistance à la corrosion inter-granulaire se caractérise par la présence de nombreuses fissures sur la face convexe de l'échantillon plié. Les tests de résistance à la corrosion inter-granulaire montrent que la bande en acier inoxydable austénitique selon l'invention résiste mieux à la corrosion inter-granulaire que la bande standard 2D.

Claims

REVENDICATIONS
1. Bande en acier inoxydable austénitique, présentant une limite élastique Rpo,2 supérieure ou égale à 600 MPa, une charge à la rupture Rm supérieure ou égale à 800 MPa, un allongement A80 supérieur ou égal à
40 %, dont la composition comprend en % en poids :
0,025 ≤ C ≤ 0,15 % 0,20 ≤ Si ≤ 1 ,0 % 0,50 ≤ Mn ≤ 2,0 % 6,0 ≤ Ni ≤ 12,0 %
16,0 < Cr < 20,0 %
Mo ≤ 3,0% 0,030 ≤ N < 0,16 %
Cu ≤ 0,50 % P ≤ 0,50 %
S ≤ 0,015 % éventuellement 0,10 ≤ V ≤ 0,50 %, et 0,03 ≤ Nb ≤ 0,50%, avec 0, 10 ≤ Nb + V < 0,50 % le complément étant du fer et d'éventuelles impuretés résultant de l'élaboration, dont la taille moyenne des grains d'austénite est inférieure ou égale à 4 μm, et la surface présente une brillance mesurée selon un angle d'illumination de 60° supérieure à 50.
2. Bande en acier inoxydable austénitique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une surface dont la rugosité moyenne arithmétique Ra est inférieure ou égale à 0,08 μm.
3. Procédé de fabrication en continu d'une bande en acier inoxydable austénitique selon l'une des revendications 1 ou 2 comprenant les étapes consistant à :
- laminer à froid une bande en acier inoxydable austénitique comprenant, en % en poids :
0,025 ≤ C < 0,15 % 0,20 ≤ Si < 1 ,0 % 0,50 < Mn < 2,0 % 6,0 ≤ Ni < 12,0 % 16,0 ≤ Cr ≤ 20,0 %
Mo ≤ 3,0% 0,030 ≤ N < 0,16 % Cu ≤ 0,50 %
P < 0,50 %
S ≤ 0,015 % éventuellement 0,10 ≤ V < 0,50 %, et 0,03 ≤ Nb < 0,50%, avec 0,10 < Nb + V ≤ 0,50 % le complément étant du fer et d'éventuelles impuretés résultant de l'élaboration, le laminage à froid étant réalisé avec des cylindres de travail présentant une rugosité moyenne arithmétique Ra inférieure ou égale à 0,15 μm,
- faire subir un traitement thermique à la bande laminée à froid, dans un four de recuit à l'intérieur duquel règne une atmosphère oxydante vis à vis du fer, pour obtenir une bande couverte d'une couche d'oxyde, ledit traitement thermique étant ajusté de manière à effectuer une recristallisation partielle de l'acier pour obtenir une bande dont la fraction volumique recristallisée est comprise entre 60 et 75 % et, - à décaper la bande ayant subi le traitement thermique, à l'aide d'au moins une solution de décapage acide capable d'éliminer complètement ladite couche d'oxyde en fonction de son épaisseur et de sa nature, sans attaquer les joints de grains de l'acier.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la rugosité moyenne arithmétique Ra des cylindres de travail est inférieure ou égale à
0,10 μm.
5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la bande est laminée à froid avec un taux de réduction compris entre 55 et 85 %.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le taux de réduction est compris entre 70 et 85 %.
7. Procédé selon l'une quelconques des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'atmosphère du four est un mélange gazeux d'air et d'au moins un hydrocarbure dans un rapport volumique air/hydrocarbure compris entre 1 ,1 et 1,5, ledit mélange gazeux comprenant en outre 3 à 8 % en volume d'oxygène.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le rapport volume air/hydrocarbure est compris entre 1 ,1 et 1 ,3.
9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'au moins un hydrocarbure est choisi parmi le gaz naturel, le butane et le méthane.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le traitement thermique comprend une phase de chauffage à une vitesse de chauffage V1, une phase de maintien à une température T et pendant un temps de maintien M, suivi d'une phase de refroidissement à une vitesse de refroidissement V2.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la température T est comprise entre 800 et 95O0C.
12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la vitesse V1 est comprise entre 10 et 80°C/s.
13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le temps de maintien M est compris entre 10 s et 100 s.
14. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la vitesse V2 est comprise entre 10 et 8O0CVs.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 14, caractérisé en ce que la bande partiellement recuite subit un premier décapage électrolytique dans un bain contenant du sulfate de sodium dont la concentration est comprise entre 150 et 200 g/l, de pH inférieur à 3, et avec un ampérage compris entre 5 et 12 kA, suivi d'un second décapage électrochimique dans un bain contenant de l'acide nitrique dont la concentration est comprise entre 80 et 120 g/l, le pH inférieur à 3 , et avec un ampérage compris entre 5 et 12 kA.
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