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CA 02988850 2017-12-07
WO 2016/198915
PCT/1B2015/054390
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Objet laminé en acier inoxydable et son procédé de fabrication
La présente invention concerne le domaine des aciers inoxydables mis sous
forme de produits plats laminés, notamment des bandes, des plaques et des
tôles,
ou des produits découpés et/ou mis en forme à partir de telles bandes, plaques
et tôles.
Les aciers inoxydables sont utilisés dans de très nombreux domaines pour
constituer des objets destinés à demeurer visibles et à présenter un aspect de
surface
propre et séduisant à l'oeil par sa brillance. C'est, en particulier, le cas
lorsqu'ils sont
utilisés pour fabriquer des meubles, des appareils électroménagers, des
couverts, des
revêtements de façades d'immeubles...
Ils ont cependant l'inconvénient de rendre très visibles les traces de doigt
laissées par les utilisateurs des objets concernés, de sorte que les surfaces
de ces objets
doivent être régulièrement nettoyées pour que l'on profite pleinement des
propriétés
esthétiques de l'acier inoxydable.
On a déjà imaginé diverses solutions techniques pour atténuer ce problème. Il
existe ainsi des vernis que l'on dépose par laquage sur la surface de l'acier
inoxydable, et
qui rendent les traces de doigt visibles seulement si l'objet est observé
selon des angles
particuliers. Cette solution n'est cependant pas idéale, car elle ne résout
pas totalement le
problème posé puisque les traces de doigt restent visibles dans certaines
conditions
d'observation. De plus ce vernis doit être déposé au cours d'une opération de
fabrication
spécialement dédiée, ce qui augmente fatalement de façon sensible le coût de
la
fabrication de l'objet, et dégrade la productivité de la ligne de fabrication
des objets, ou
celle des demi-produits précurseurs (bandes, plaques, tôles ou autres) dont
ils sont issus.
Pour que l'effet anti-traces de doigt subsiste, il faut aussi que la couche de
vernis ne soit
pas sensiblement détériorée au cours de l'utilisation de l'objet, ce qui n'est
pas garanti
lorsque l'objet est susceptible d'être soumis à des frottements lors de son
utilisation (cas,
par exemple, des couteaux, des plans de travail de cuisines...). Enfin, le
revêtement est
susceptible d'être détérioré si, après son application, l'objet traité doit
subir une mise en
forme par emboutissage, pliage ou autre. Et appliquer le revêtement seulement
après
cette mise en forme ne serait pas toujours possible ou aisé.
Le but de l'invention est de proposer aux fabricants d'acier inoxydable ou
d'objets
en acier inoxydable des produits laminés qui ne soient pas sensibles aux
traces de doigt,
et ce de manière assurément pérenne, sans que cela n'influe trop sensiblement
sur la
durée et le coût de la fabrication des objets ou des demi-produits dont ils
sont issus.
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A cet effet, l'invention a pour objet un objet laminé en acier inoxydable,
caractérisé
en ce que sa surface présente un motif en relief et en creux comportant une
juxtaposition
aléatoire d'au moins deux espèces de polygones, chacun desdits polygones ayant
au
moins trois côtés, présentant une surface comprise entre 1 et 9 mm2, une
différence entre
sa plus petite et sa plus grande dimension comprise entre 0,5 et 3 mm, chaque
polygone
étant constitué de stries rectilignes sensiblement parallèles, s'écartant
chacune de 15
par rapport à l'orientation moyenne des stries, de 5 à 30 lm de profondeur
séparées par
des lignes de crête, et dont les axes sont distants de 0,1 à 0,3 mm, et dont
une analyse
spectrale par transformée de Fourier, réalisée sur un carré d'au moins 100
mm2, montre
qu'elle présente une isotropie d'au moins 40% entre la direction de laminage
et la
direction travers, et dont parmi les trois principales orientations angulaires
préférentielles,
deux orientations angulaires préférentielles voisines sont espacées d'au moins
20 et d'au
plus 60 .
De préférence, le plan de référence de chaque polygone est incliné par rapport
aux plans de référence de ses polygones contigus, de 1 à 10 .
De préférence, l'analyse spectrale de sa surface présente entre trois et huit
orientations angulaires préférentielles.
De préférence, les flancs desdites stries présentent des surfaces incurvées
et/ou
comportant des aspérités.
Il peut s'agir d'une tôle, d'une plaque ou d'une bande.
L'objet peut avoir été réalisé par découpe et/ou mise en forme d'une tôle,
d'une
plaque ou d'une bande du type précédent, constituant un précurseur dudit objet
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un objet du
type
précédent, caractérisé en ce que ladite surface présentant ledit motif est
obtenue lors du
laminage de l'objet, ou d'un précurseur dudit objet, par la pression d'un
cylindre de
laminage sur la surface de l'objet ou de son précurseur, ledit cylindre
présentant lui-même
sur sa surface un motif permettant d'obtenir ledit motif sur la surface de
l'objet.
Comme on l'aura compris, l'invention consiste à imprimer, lors d'un laminage,
sur
la surface de l'objet, ou sur la surface d'un demi-produit qui en serait un
précurseur, un
motif gravé en reliefs et en creux d'un type particulier bien défini. Ce motif
est fondé sur
une juxtaposition aléatoire de deux espèces au moins de polygones, pas
forcément
réguliers, ayant au moins trois côtés. Les plans des surfaces de polygones
voisins sont,
de préférence, légèrement inclinés les uns par rapport aux autres. Les
polygones
délimitent eux-mêmes chacun une aire où sont présentes des stries sensiblement
parallèles de profondeurs et largeurs définies. Ils présentent chacun une
surface comprise
entre 1 et 9 mm2, une différence entre leur plus petite et leur plus grande
dimension
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comprise entre 0,5 et 3 mm, et le plan de référence de chaque polygone est
incliné de 1 à
100 par rapport à celui de ses polygones voisins immédiats.
Chaque polygone est constitué de stries sensiblement parallèles, c'est-à-dire
s'écartant chacune de 150 par rapport à l'orientation moyenne des stries.
Elles ont de 5
à 30 lm de profondeur et sont séparées par des lignes de crête. Leurs axes
sont distants
de 0,1 à 0,3 mm. Une analyse spectrale par transformée de Fourier de la
surface de
l'objet, réalisée sur un carré d'aire 100 mm2 au moins, montre qu'elle
présente une
isotropie d'au moins 40% entre la direction de laminage et la direction
travers, et parmi les
trois principales orientations angulaires préférentielles déterminées par
l'analyse
spectrale, deux orientations voisines sont espacées de 20 à 60 .
De préférence, le motif imprimé sur la surface de l'objet comporte entre trois
et
huit orientations angulaires préférentielles. Au-delà de huit telles
orientations
préférentielles, il n'est plus assuré que l'écart angulaire entre deux
orientations
préférentielles voisines serait toujours suffisant pour que l'effet recherché
d'atténuation
des traces de doigt soit correctement obtenu.
La profondeur des stries de 5 à 30 lm est justifiée par le fait qu'en dessous
de 5
lm, l'impression serait trop difficile à réaliser et son résultat ne serait de
toute façon plus
assez efficace. Au-dessus de 30 11m, l'effet anti-trace de doigt obtenu n'est
pas
significativement amélioré, et on risque de se retrouver avec une rugosité de
la tôle qui
pourrait être excessive pour certaines applications. La gravure des cylindres
du laminoir
avec un tel niveau de rugosité serait également problématique.
Les inventeurs ont aussi testé d'autres types de gravure de la surface de
tôles en
acier inoxydable. Un exemple de tel autre type de gravure sera décrit plus
loin. Mais il
s'est avéré que le type de gravure selon l'invention était le plus apte, parmi
ceux testés, à
conférer à la surface les particularités d'isotropie et de réflexion
multidirectionnelle qui
permettent de résoudre au mieux le problème de la visibilité des traces de
doigt.
Cette impression est réalisée par le cylindre de travail du laminoir qui vient
au
contact de la surface à traiter. Ce cylindre présente lui-même sur sa surface
un motif
gravé qui est, au moins approximativement, le négatif du motif que l'on
veut graver sur
la surface de l'objet. Il faut laminer sans polir, les creux de la surface de
l'objet sont
imprimés par des reliefs correspondants ménagés sur le cylindre, et les
reliefs de la
surface de l'objet sont imprimés par des creux correspondants ménagés sur le
cylindre.
Le degré d'identité entre les dimensions des motifs du cylindre et du motif à
imprimer, en
particulier concernant les dimensions des reliefs/creux du cylindre, sont à
déterminer par
l'expérience, et peuvent varier selon les duretés respectives des surfaces du
cylindre et
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de la surface à traiter et selon l'intensité de la pression appliquée à la
surface par le
cylindre.
Si seule une des surfaces de l'objet laminé doit être traitée, il n'est, bien
sûr,
nécessaire d'utiliser qu'un seul cylindre de travail présentant sur sa surface
la gravure en
négatif du motif à imprimer. Si les deux surfaces de l'objet laminé doivent
être traitées, les
deux cylindres de travail du laminoir doivent présenter cette gravure en
négatif. Le
laminoir peut être de tout type connu, classique à une paire de cylindres de
travail et une
ou plusieurs paires de cylindres de soutien, ou, par exemple, de type
Sendzimir, ou un
laminoir de type planétaire.
Les cylindres sont eux-mêmes gravés par un procédé industriel tel qu'une
gravure laser, une électro-érosion...
L'invention va être à présent décrite plus précisément, en référence aux
figures
annexées suivantes :
- La figure 1 et la figure 2 qui montrent la surface d'une tôle d'acier
inoxydable
non gravée de l'art antérieur, et son diagramme d'analyse spectrale, en
prenant pour direction de référence la direction de laminage (pour la figure
1)
et la direction travers (pour la figure 2) ;
- Les figures 3 et 4 qui montrent la surface d'une tôle d'acier inoxydable
gravée
d'une manière non conforme à l'invention, et son diagramme d'analyse
spectrale, en prenant pour direction de référence la direction de laminage ;
- Les figures 5 à 7 qui montrent des exemples de polygones isolés,
appartenant à une gravure effectuée sur une tôle d'acier inoxydable selon
l'invention, avec leurs diagrammes d'analyse spectrale respectifs ;
- La figure 8 qui montre vue en perspective un exemple de portion de
surface
d'une tôle en acier inoxydable gravée selon l'invention ;
- Les figures 9 à 12 qui montrent, vus de dessus, des exemples de portions
de
surface de tôles en acier inoxydable gravées selon l'invention, avec leurs
diagrammes d'analyse spectrale respectifs ;
- La figure 13 qui montre la surface d'une tôle en acier inoxydable de
référence
à la surface non gravée, sur laquelle une trace de doigt est visible ;
- La figure 14 qui montre, au même grandissement que la figure 13, la
surface
d'une tôle en acier inoxydable de référence à la surface gravée selon les
figures 3 et 4, sur laquelle une trace de doigt est visible ;
- La figure 15 qui montre, au même grandissement que la figure 13, la
surface
d'une tôle en acier inoxydable gravée selon l'invention, et sur laquelle une
trace de doigt n'est pratiquement pas visible.
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A titre de références, les figures 1 et 2 montrent des surfaces d'échantillons
d'une tôle 1 d'acier inoxydable laminée avec des cylindres de travail
sensiblement lisses
comme c'est habituellement le cas, et qui ne présentaient donc pas de gravure
particulière. Les surfaces des échantillons de tôles sont elles-mêmes
relativement lisses :
5 on n'y voit que des stries peu profondes (environ 1 à 1,5 lm) et très
étroites, orientées
franchement selon la direction de laminage, et leurs diagrammes d'analyse
spectrale par
transformée de Fourier, réalisés par une méthode classique (voir, par exemple,
le
document Techniques de l'Ingénieur, La transformée de Fourier et ses
applications ,
2007, vol. AFM3, AF1440-1443), sont présentés. Dans l'exemple de la figure 1,
l'analyse
est réalisée en prenant comme orientation de référence (90 ) la direction de
laminage, et
dans l'exemple de la figure 2, l'analyse est réalisée en prenant comme
orientation de
référence la direction travers, c'est-à-dire la direction perpendiculaire à la
direction de
laminage.
Le taux d'isotropie entre direction de laminage et direction travers est,
logiquement puisqu'il s'agit de la même tôle, identique pour les deux images,
et il est de
11,6%. C'est un taux bas, ce qui est normal puisqu'aucune mesure particulière
n'a été
prise pour que l'effet du laminage de la tôle sur la structure de la surface
soit atténué, ce
laminage étant réalisé selon une direction bien définie. Cette très faible
isotropie de la
surface est un inconvénient pour la visibilité des traces de doigt, car elle
favorise la
réflexion de la lumière selon des directions bien définies dans lesquelles la
trace de doigt
est particulièrement visible.
Observées dans la direction de laminage (figure 1), les stries présentent des
directions privilégiées de 90,0 , 95,5 et 84,3 par rapport à la direction
travers (les angles
0 et 180 correspondant aux deux sens de la direction travers), qui sont donc
identiques
à, ou très proches de, la direction de laminage.
Observées dans la direction travers (figure 2), les stries présentent des
directions
privilégiées de 0,289 , 5,48 et 174 par rapport à l'un des sens de la
direction travers, et
qui sont donc très sensiblement perpendiculaires à la direction travers et
correspondent
donc à la direction de laminage. La cohérence des résultats des mesures des
figures 1 et
2 est donc raisonnablement bien assurée, aux imprécisions habituelles des
mesures près.
Les figures 3 et 4 présentent une surface de tôle gravée selon un motif non
conforme à l'invention. Elle comporte des reliefs selon deux réseaux réguliers
imbriqués.
Un premier réseau, orienté selon la direction de laminage, comporte des
reliefs 2
de hauteur 45 iim, et de section sensiblement elliptique dont, à la base, le
grand axe
mesure 1,25 mm et le petit axe 0,85 mm. Ils sont disposés en quinconce, selon
des lignes
distantes de 1,13 mm. La section de chaque relief diminue progressivement
lelong de la
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hauteur du relief, et les sommets de deux reliefs 2 voisins situés sur une
même ligne sont
distants de 2 mm.
Un deuxième réseau, orienté selon la direction travers, comporte des reliefs
3,
intercalés de façon régulière entre les reliefs 2 du premier réseau. Les
reliefs 3 ont une
hauteur de 30 lm et une section sensiblement elliptique dont, à la base, le
grand axe
mesure 0,88 mm et le petit axe 0,57 mm. Ils sont disposés en quinconce, selon
des lignes
distantes de 1 mm. La section de chaque relief diminue progressivement selon
la hauteur
du relief, et les sommets de deux reliefs 3 voisins situés sur une même ligne
sont distants
de 2,26 mm.
Le diagramme d'analyse spectrale de cette surface montre que son isotropie est
de 40,9%, ce qui est relativement élevé et pourrait être favorable du point de
vue de
l'absence de visibilité des traces de doigt. Toutefois, ce diagramme ne
présente que trois
directions privilégiées, de 16 , 89,9 et 160 par rapport à la direction
travers. Ces écarts
sont très importants, supérieurs au maximum de 60 qu'exige l'invention, et on
verra que,
de fait les traces de doigt demeurent très visibles sur une surface d'acier
inoxydable
présentant cette gravure.
Les figures 5 à 7 montrent les surfaces de polygones 4 isolés faisant partie
d'un
motif imprimé sur la surface de l'objet, réalisé selon l'invention. Comme on
le voit, ces
polygones 4 sont, dans les cas représentés, des hexagones irréguliers, dans
les limites
desquels sont ménagées des stries rectilignes 5, elles-mêmes séparées par des
lignes de
crêtes 6. Les axes de chaque strie 5 sont séparés de 0,2 mm environ dans
l'exemple
représenté, et selon l'invention cette distance peut varier entre 0,1 et 0,3
mm. La
profondeur des stries 5 par rapport aux sommets des crêtes 6 est, dans
l'exemple
représenté, d'environ 20 m. Selon l'invention, elle pourrait être de 5 à 30
m. Les figures
5 à 7 montrent aussi les diagrammes d'analyse spectrale par transformée de
Fourier du
polygone 4 isolé correspondant
La figure 5 montre un polygone 4 dont l'axe des stries 5 est orienté presque
parallèlement à la direction de laminage. Le taux d'isotropie entre la
direction de laminage
et la direction travers est de 8,36%, et est donc très bas, traduisant une
orientation très
marquée des stries dans leur ensemble. La principale direction privilégiée est
effectivement dans la direction 99,1 par rapport à la direction travers, une
deuxième
direction privilégiée est dans la direction 90 , une troisième direction
privilégiée est dans
la direction 84,3 .
La figure 6 montre un polygone 4 identique à celui de la figure 3, dont l'axe
des
stries est oblique (environ 45 ) par rapport à la direction de laminage. Le
taux d'isotropie
est de 4,92%. La principale direction privilégiée est dans la direction 130
par rapport à la
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direction travers, une deuxième direction privilégiée est dans la direction
136 , une
troisième direction privilégiée est dans la direction 123 .
La figure 7 montre un autre polygone 4 identique à celui de la figure 3, dont
l'axe
des stries 5 est sensiblement perpendiculaire à la direction de laminage. Le
taux
d'isotropie est de 7,08%. La principale direction privilégiée est dans la
direction 0,0729
par rapport à la direction travers, une deuxième direction privilégiée est
dans la direction
171 , une troisième direction privilégiée est dans la direction 166 .
La figure 8 montre en perspective une portion de la surface d'une tôle 1 selon
l'invention, dont la surface présente une juxtaposition aléatoire de polygones
4 tels que
définis plus haut. On y voit que les contours et les orientations des stries
des différents
polygones 4 sont très variés, de sorte qu'on doit s'attendre à ce que le taux
d'isotropie de
la surface prise dans son ensemble soit relativement élevé, ce que confirment
les
mesures qui seront vues plus loin. On y voit aussi que, selon une variante
préférée de
l'invention, les polygones 4 ne sont pas tous situés dans le même plan, et que
les plans
de référence de deux polygones contigus sont inclinés de 1 à 10 l'un par
rapport à
l'autre.
La figure 9 montre en vue de dessus une portion de 400 mm2 de la surface d'une
tôle 1 selon l'invention, avec son diagramme d'analyse spectrale par
transformée de
Fourier. Les mesures du taux d'isotropie entre direction de laminage et
direction travers et
des orientations angulaires préférentielles sont, comme sur les figures 1, 2
et 3, réalisées
sur l'ensemble de la surface représentée, et non plus, comme sur les figures 5
à 7, sur
des polygones isolés. L'isotropie est donc sensiblement plus marquée puisque
les
orientations privilégiées des stries des divers polygones sont très diverses :
40,3%. Les
raies des orientations préférentielles de la surface prise dans son ensemble
forment une
gerbe de six groupes de raies, ces groupes ayant des orientations principales
franchement différentes. On ne trouve donc plus une orientation privilégiée
quasiment
unique selon la direction de laminage comme dans les exemples de référence des
figures
1 et 2. Les trois orientations privilégiées sont respectivement à 97,0 , 75,5
et 119 , et
sont donc très franchement distinctes les unes des autres puisqu'entre deux
orientations
privilégiées voisines il y a un écart de, respectivement, 21,5 et 22 . Mais
l'écart entre ces
trois directions privilégiées est nettement plus faible que dans le cas de la
gravure de
référence, non conforme à l'invention, des figures 3 et 4.
La figure 10 montre un autre exemple de surface d'une tôle 1 selon
l'invention.
Son isotropie est de 53,3% donc encore meilleure que pour l'exemple de la
figure 7. On
voit sur le spectre sept orientations privilégiées, dont les trois principales
sont écartées de
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21,8 et 22,2 par rapport à leur(s) voisine(s), comme il ressort des données
du
diagramme.
La figure 11 montre un autre exemple de surface d'une tôle 1 selon
l'invention.
Son isotropie est de 50,2%. On voit sur le spectre sept orientations
privilégiées, dont les
trois principales sont écartées de 22,8 et 30 par rapport à leur(s)
voisine(s), comme il
ressort des données du diagramme.
La figure 12 montre un autre exemple de surface d'une tôle 1 selon
l'invention. Elle
présente, en particulier, beaucoup de polygones comportant quatre côtés. Son
isotropie
est de 60,5% donc encore meilleure que celles des autres exemples représentés
sur les
figures 7 à 9. On voit sur le spectre sept orientations privilégiées, dont les
trois principales
sont écartées de 54 et 30 par rapport à leur(s) voisine(s), comme il ressort
des données
du diagramme.
La figure 13 montre la surface lisse 7 de référence d'une tôle d'un acier
inoxydable de type AISI 304 ayant subi un recuit brillant, sur lequel un
utilisateur a laissé
une empreinte digitale clairement visible.
La figure 14 montre, avec le même grandissement que la figure 13, la surface 8
d'une tôle d'un acier inoxydable de type AISI 304 ayant subi un recuit
brillant, sur lequel
un utilisateur a également laissé une empreinte digitale visible, bien que
cette surface 8
présente une gravure conforme à celle représentée sur les figures 3 et 4. Il
est donc clair
que n'importe quel type de gravure de la surface de la tôle d'acier inoxydable
n'est pas
apte à résoudre le problème de l'atténuation de la visibilité des traces de
doigt de façon
satisfaisante.
La figure 15 montre, avec le même grandissement que la figure 13, la surface 9
d'une tôle acier inoxydable du même type que celle de la figure 13 et observée
dans les
mêmes conditions d'éclairage, dont la surface est gravée conformément à la
présente
invention (il s'agit du type de gravure de la figure 12) et sur laquelle un
utilisateur a
également posé son doigt. Ici, cette trace de doigt n'est pas visible en tant
que telle, et ne
se manifeste que par la présence d'une zone un peu plus sombre, signe d'une
réflexion
de la lumière légèrement moindre que sur le restant de la surface de la tôle.
L'aspect
esthétique de la surface 9, notamment sa brillance, n'est donc pas
sensiblement modifié
pour un observateur qui la regarde à une distance habituelle.
Il est préférable que les flancs des stries 5 ne soient pas rectilignes, mais
présentent une surface incurvée et/ou, mieux, des aspérités. De cette façon,
la diffusion
de la lumière sortant des stries 5 est plus aléatoire, et cela accentue
l'effet recherché
d'atténuation de la visibilité des traces de doigt.
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L'invention peut s'appliquer à tous les types d'aciers inoxydables, quelle que
soit
leur microstructure. Elle est particulièrement intéressante à utiliser pour
les aciers qui
subissent un recuit brillant, et sur lesquels les traces de doigt sont les
plus visibles. Mais
des aciers traités par un recuit classique, et pour lesquels une brillance de
la surface est
également obtenue, peuvent aussi bénéficier avantageusement de l'invention.
