LU86530A1 - Procede de traitement thermique de fil machine en acier inoxydable - Google Patents
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Description
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PROCÉDÉ DE TRAITEMENT THERMIQUE DE FIL MACHINE EN ACIER INOXYDABLE
La présente invention concerne un procédé de traitement thermique de fil machine en acier inoxydable 05 et à trait, plus particulièrement, aux modalités du traitement du fil machine immédiatement après son laminage à chaud.
Suivant les procédés de traitement classiques, le fil machine en acier inoxydable était soumis, après le 10 laminage, à un refroidissement non contrôlé dans l'air jusqu'à la température ambiante, à un réchauffage ultérieur à température élevée, à un maintien à la température maximale de réchauffage pendant 30 à 120 minutes et à un refroidissement rapide dans de l'eau.
15 Les techniciens de la branche connaissent bien les raisons de ce traitement et il est par conséquent superflu de les rappeler et de les commenter.
Par contre, il est intéressant de noter que ce traitement, bien que donnant un produit de qualité éle-20 vée, était d'un côté trop long et utilisait de grandes quantités d'énergie et d'un autre côté donnait souvent un produit de qualité excessive par rapport à celle qui est nécessaire pour les traitements ultérieurs ou pour le produit final désiré.
25 On a dès lors proposé de nombreux traitements plus simple, plus courts et surtout moins coûteux au - point de vue de l'énergie. Toutefois, chacun de ces traitements tient compte uniquement des nécessités finales d'un seul produit, de sorte qu'ils sont différents 30 les uns des autres.
Ainsi, par exemple, la demande de brevet allemand No. 2.824.393 concerne un fil machine en acier inoxydable austénitique qui est laminé à une température de fin de laminage de 700-750°C et immédiatement refroidi de 35 manière contrôlée dans 1'air et/ou dans 1'eau afin d'empêcher la croissance du grain, qui nuirait à la résistance mêanique du fil. Le refroidissement dans l'air est J * i 4 2 utilisé quand on veut éviter un durcissement excessif du fil.
La demande de brevet japonais non examinée 80- 164036, qui concerne un fil machine inoxydable austé-05 nitique, propose de terminer le laminage à une température supérieure à 1000°C et d'effectuer un refroidissement forcé jusqu'à moins de 500°C, ici aussi en vue d'empêcher la croissance du grain.
Suivant le brevet belge 885.093, qui a également 10 trait à un fil machine inoxydable austénitique, on désire que le grain croisse jusqu'à une dimension comprise entre 3 et 7 ASTM; le laminage est terminé à une température du fil machine supérieure à 1100°C, on maintient cette température pour favoriser la croissance du grain 15 et enfin on refroidit rapidement le fil machine. Ce traitement vise à assurer une meilleure déformabilité à froid du fil machine.
La demande de brevet japonais non examinée 81- 166335 décrit un traitement de fil machine inoxydable 20 ferritique dans lequel le fil machine -après le laminage- est maintenu entre 740 et 820°C pendant au moins 5 minutes, en évitant toutefois de descendre en dessous de 650eC, puis est finalement refroidi rapidement dans 1 ' eau. Ce traitement a pour but de permettre la forma- 25 tion complète des carbures (comprenant aussi du chrome) de type M23C6, de permettre la diffusion du chrome vers les sites appauvris et d'empêcher la précipitation de carbures du type M7C3 qui se forment aux environs de 600°C, température à laquelle la diffusion du chrome 30 commence à être insuffisamment rapide.
Comme on le voit déjà d'après cette revue très succincte de l'état de la technique, les exigences finales sont quelque peu diversifiées et nécessitent des temps et des températures de traitement très diffé-35 rents. Comme, en pratique, aucune installation ne dispose d'une grande capacité de variation de ses propres paramètres opératoires, il est aisé de comprendre que la 3 .¾ 3 t- nécessité de diversifier et de spécialiser les cycles de production du fil machine se traduit, suivant les enseignements de l'état de la technique, par une grande difficulté d'exécuter tous les traitements avec la même 05 installation. De même, il devient très problématique de réussir à organiser un mix de production qui ne nécessite pas des ajustements continus et excessifs des conditions du procédé.
La présente invention se propose d'obvier à ces 10 inconvénients en procurant un procédé simple permettant de traiter aussi bien les aciers austénitiques que les aciers ferritiques.
Un autre objet de la présente invention est de procurer un procédé simple mais capable, au prix de pe-15 tits ajustements, de personnaliser le produit en fonction des nécessités des traitements ultérieurs.
Suivant la présente invention, le fil machine est laminé avec une température de fin de laminage (TFL) comprise entre 850 et 1050°C, maintenue ensuite à une 20 température comprise entre TFL-50°C et TFL+100°C, pendant une période de temps allant jusqu'à 30 minutes, et enfin refroidi dans de l'eau.
Les températures extrêmes de fin de laminage, à savoir 850 et 1050°C, sont évidemment réservées respec-25 tivement aux aciers ferritiques et aux aciers austénitiques? toutefois, un intervalle de température restreint aux environs de 95°C peut être considéré comme adéquat, pour la fin du laminage, aussi bien pour les aciers aus-ténitiques que pour les aciers ferritiques.
30 Un autre point intéressant consiste dans le fait que le traitement final est le même dans tous les cas, à savoir un traitement dans l'eau. En fait, on a trouvé de manière surprenante que pour les aciers ferritiques le cycle de traitement permet de réduire le temps de séjour 35 à température des 1-2 heures traditionnelles à 15 à 30 minutes, soit à un intervalle de temps analogue à celui convenant pour les aciers austénitiques.
9.
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Le temps pendant lequel le fil machine est maintenu à une température élevée, entre la fin du laminage et le refroidissement dans l'eau, constitue en fait un facteur extrêmement important du procédé. Pour la plu-05 part des aciers ferritiques, cette période sert essentiellement à permettre la précipitation complète et la globulisation des carbures de chrome et à permettre la rediffusion du chrome vers les zones adjacentes aux carbures, en conservant ainsi les caractéristiques de ré-10 sistance à la corrosion qui seraient sinon endommagées en raison de l'appauvrissement local en chrome causé par la précipitation des carbures.
En outre, en particulier pour l'acier de tye AISI 430, le traitement a aussi pour but de favoriser la 15 transformation en ferrite de l'austênite généralement présente à la température de fin de laminage, ce qui confère les caractéristiques mécaniques désirées.
Pour les aciers austénitiques, la période d'arrêt sert essentiellement à permettre une certaine croissance 20 du grain nécessaire pour donner une bonne déformabilité à froid (pour l'étirage poussé, l'estampage pour la boullonnerie, etc.).
Ce fait d'avoir limité à 30 minutes la durée maximale de ce maintien à température permet de traiter 25 aussi bien les aciers austénitiques que les aciers ferritiques dans un four continu unique disposé à la suite *· du laminoir.
La durée minimale de traitement n'a pas été mentionnée, et ce intentionnellement. Pour les aciers aus-30 ténitiques, cette durée peut être sensiblement inférieure à 30 minutes et descendre jusqu'à 2-3 minutes, tout en assurant la croissance du grain désirée, si la température de fin de laminage est maintenue dans la partie supérieure à l'intervalle de température mentionné.
35 En outre, il est possible que la croissance du grain soit tout à fait indésidérable, comme par exemple pour les aciers austénitiques pour ressorts et/ou pour * 5 k ï les fils non excessivement étirés. Dans ce cas, le laminage est terminé sous contrôle entre 100 et 1050°C et le fil machine est immédiatement refroidi dans de l'eau avant d'avoir subi un refroidissement de 50-100°C.
05 On va à présent décrire 1'invention de manière plus détaillée en se référant à quelques formes d'exécution données ci-après à titre exclusivement exemplatif et non limitatif des buts ou de la portée de l'invention.
10
Exemple 1
Un fil machine en acier AISI 304 (C = 0,055%, Cr = 18,6%, Ni = 8,8%) de 5,5 mm de diamètre a été laminé à 15 chaud avec une température de fin de laminage de 980 eC.
Il a ensuite été traité suivant les méthodes ci-après : A) refroidissement à l'air, B) refroidissement à l'air; réchauffage en four à 1080°C avec maintien pendant 60 minutes; refroidissement 20 dans l'eau, C) introduction immédiate dans le four à 1050°C avec maintien pendant 30 minutes; refroidissement dans 1'eau.
Les produits obtenus présentaient les caractêri-25 stiques indiquées au tableau 1.
TABLEAU I
' R(MPa) Rs(MPa) A% Z% Grain Vitesse de Etirabi- 30 No. corrosion lité % ASTM intergranulaire mm/an A 700 304 67 76 11 0,90 rupture 35 B 600 220 77 80 5 0,21 93 C 588 216 77 82 5 0,20 93 * V * * ' i ^ 6
Dans ce tableau et dans ceux qui suivent, R indique la résistance à la rupture, Rs la résistance à la déformation plastique, A l'allongement et Z la striction dans l'essai de traction; le grain est mesuré suivant le 05 numéro ASTM.
On peut voir que la méthode C, conforme à l'invention, permet d'obtenir des résultats absolument comparables à ceux de la méthode traditionnelle (B), mais en faisant une économie considérable d'énergie.
10 La vitesse de corrosion a été mesurée suivant la norme ASTM A-262, méthode C; on considère comme bonne une résistance à la corrosion inférieure à 0,6 mm/an.
L'êtirabilitê est mesurée par la réduction de section obtenue au cours de l'étirage; des valeurs supé-15 rieurs à 90% sont considérées comme excellentes.
Exemple 2
Un fil machine en acier AISI 304 (C = 0,040%, Cr 20 = 18,4%, Ni = 10,3%) de 9,5 mm de diamètre a été laminé à chaud avec une température de fin de laminage de 1000°C. Il a ensuite été traité suivant les méthodes A, B, C de l'exemple 1. Les produits obtenus présentaient les caractéristiques suivantes : 25
TABLEAU II
R(MPa) Rs(MPa) A% Z% Grain Vitessse de Indice d' ' No. corrosion aptitude 30 ASTM intergranu- â l'apla- laire tissement mm/an ho/hi A 610 256 58 75 10 5,1 rupture 35 immédiate B 516 190 73 79 4-5 0,18 6,8 C 525 198 72 80 5 0,21 6,9 7 « * L'aptitude à l'aplatissement est mesurée par le rapport entre la hauteur initiale de l'échantillon (ho) et la hauteur atteinte au moment de la première fissuration (hi).
05
Exemple 3
Un acier AISI 316 (C = 0,036%, Cr = 16,9%, Ni = 11,9%, Mo = 2,37%) a été laminé à chaud en un fil machi-10 ne de 11 mm de diamètre avec une température de fin de laminage de 1035°C. Le fil machine a ensuite été traité suivant les méthodes suivantes ï D) refroidissement dans l'eau depuis la température de fin de laminage, 15 E) comme suivant la méthode B, P) introduction dans un four à 1050°C et maintien pendant 15 minutes? refroidissement dans l'eau.
Les produits obtenus présentaient les caractéristiques suivantes : 20
TABLEAU III
R(MPa) Rs(MPa) A% Z% Grain Vitesse de Indice d'
No. corrosion aptitude 25 ASTM intergra- à l'apla- nulaire tissement * mm/an ho/hi D 660 340 54 71 12 1,00 5,5 30 E 540 230 66 77 5-6 0,97 7,1 F 538 220 69 78 5 0,96 7,4
La vitesse de corrosion a été mesurée suivant la norme ASTM A-262, méthode D. On considère comme bonne 35 une vitesse de corrosion de R41.
~ ff -. ·* « * ! « 8
Exemple 4
Un acier ferritique AISI 430 (C = 0/025%, Cr = 17,2%) a été laminé à chaud en un fil machine de 6 mm de 05 diamètre avec une température de fin de laminage de 860°C, puis a été soumis aux traitements suivants : G) refroidissement à l'air, «r 9 9 H) refroidissement à l'air; réchauffage en four à 800eC avec maintien à température pendant 120 minutes; re- 10 froidissement dans l'eau, I) introduction en four à 840ÙC; maintien pendant 30 minutes; refroidissement dans l'eau.
Les produits obtenus présentaient les caractéristiques suivantes : 15
TABLEAU IV
R(MPa) Rs(MPa) A% Z% Grain Vitesse de Etira-
No. corrosion bilitê 20 ASTM intergra- % nulaire mm/an G 694 405 32 74 10 31 rupture 25 H 540 305 44 79 10 4,8 84 I 465 270 45 83 10 5,0 84
Pour cet acier, la vitesse de corrosion a été me-- surêe suivant la norme ASTM 763, méthode X, dans laquel- 30 le on considère comme acceptable une vitesse de corrosion inférieure à 10 mm/an.
On voit que la présente invention permet d'obtenir des résultats absolument comparables à ceux des méthodes de traitement classiques, mais avec une consomma-35 tion d'énergie nettement inférieure.
La présente invention a été décrite en se référant particulièrement à quelques-unes de ses formes spé- « ^ i . » * % 9 cifiques de réalisation, mais il faut comprendre que des modifications et des variantes pourront être apportées par des experts dans la branche sans sortir pour autant de la protection conférée par le brevet.
Claims (3)
- 2. Procédé de traitement thermique de fil machine suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la partie supérieure dudit intervalle de température de fin de laminage est réservée aux aciers austénitiques tandis que la partie inférieure est réservée aux aciers 15 ferritiques, un intervalle de température restreint aux environs de 950°C étant utilisable aussi bien pour les aciers austénitiques que pour les aciers ferritiques.
- 3. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que des aciers de type austénitique destinés 20 à la fabrication de ressorts ou de fils non excessivement étirés sont laminés avec une température de fin de laminage comprise entre 100 et 1050°C et que le fil machine est immédiatement refroidi dans de 1 ' eau avant d'avoir subi un refroidissement de 50-100°C.
- 4. Procédé de traitement thermique de fil machine en acier inoxydable suivant les revendications 1-3, essentiellement tel qu'on l'a illustré et décrit ci-des-sus.
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