[0001] La présente invention concerne un acier inoxydable martensitique à l'azote et à faible
teneur en carbone ainsi que son procédé de fabrication.
[0002] Il existe déjà des aciers du type (1% en poids de carbone - 17% en poids de chrome
et 0,5% en poids de molybdène) qui sont inoxydables et traditionnellement employés
pour des applications dans l'outillage ou pour réaliser des pièces mécaniques soumises
à des conditions corrosives et/ou à des contraintes mécaniques relativement sévères.
[0003] Cependant, ces aciers ne présentent pas une résistance à la corrosion suffisante,
notamment vis-à-vis de la piqûration, pour satisfaire à certaines applications. De
plus, leur structure trop riche en carbures grossiers ne permet pas l'obtention de
la ténacité requise pour certaines pièces soumises à des chocs, ni l'obtention d'une
bonne aptitude au polissage.
[0004] D'autre part, ces aciers, après des revenus à 500/525°C qui sont nécessaires pour
subir plusieurs types de dépôts thermochimiques et/ou thermophysiques, ne permettent
plus d'obtenir une dureté suffisante et voient leur tenue à la corrosion à température
ambiante encore diminuée.
[0005] Le document DE-C-3901470 décrit un tel acier martensitique comprenant:
a - de 0 à 1% en poids de carbone + azote
b - de 0,2 à 0,7% d'azote
c - de 0,2 à 1% de silicium
d - de 0,2 à 0,7% de manganèse
e - de 0 à 0,5% de nickel
f - de 10 à 20% de chrome
g - de 0,5 à 4% de molybdène
h - de 0,01 à 0,1% de vanadium.
[0006] L'invention a pour but, grâce à une addition appropriée de vanadium et à l'utilisation
de limites de composition resserrées, de résoudre les problèmes techniques liés aux
insuffisances relevées tout en permettant de fabriquer l'acier sans recourir à des
moyens d'élaboration spéciaux mettant en oeuvre des pressions d'azote supérieures
à 1 bar au-dessus du bain liquide. Cet objectif est atteint par l'acier inoxydable
martensitique de l'invention comprenant
a - de 0,5 à 0,85% en poids de carbone + azote
b - de 0,15 à 0,24% en poids d'azote
c - de 0 à 0,50% en poids de silicium
d - de 0 à 0,70% en poids de manganèse
e - de 0 à 0,50% en poids de nickel
f - de 14 à 17% en poids de chrome
g - de 1 à 2,5% en poids de molybdène
h - de 0,20 à moins de 1% en poids de vanadium
la fraction restante étant constituée de fer et de résidus et les teneurs respectives
de chacun de ces éléments étant déterminées de façon à limiter la teneur en austénite
résiduelle à une valeur inférieure à 10% en volume et à obtenir une dureté Rockwell
C supérieure ou égale à 58 HRC après traitement thermique.
[0007] De préférence, la teneur en vanadium est comprise entre 0,20 et 0,70%.
[0008] Grâce à l'invention, on obtient un acier inoxydable martensitique à l'azote de grande
pureté, ayant une dureté élevée (HRC ≥58 après traitement thermique) et présentant
une structure fine (nuance ES 2299 W). Cet acier garantit en outre une bonne reproductibilité
des résultats en réponse aux traitements thermiques ainsi qu'une grande stabilité
structurale et, par suite, dimensionnelle, ce qui rend cet acier plus particulièrement
apte à la fabrication de roulements.
[0009] Selon une caractéristique avantageuse, la teneur en azote est comprise entre 0,18
et 0,23% en poids.
[0010] Selon une autre caractéristique, la teneur en carbone est comprise entre 0,30 et
0,60% en poids.
[0011] De préférence, la teneur en carbone + azote est comprise entre 0,55 et 0,80% en poids.
Selon encore une autre caractéristique, de préférence, la taille des carbures est
inférieure ou égale à 40µm.
[0012] Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un acier inoxydable
martensitique à l'azote et à faible teneur en carbone, comprenant notamment des étapes
de préparation d'un bain métallique, d'affinage de ce bain en acier à l'état liquide,
de coulée de l'acier en lingots et de transformation thermomécanique des lingots solidifiés,
caractérisé en ce qu'on abaisse la teneur en carbone dans l'acier liquide jusqu'à
des valeurs comprises entre 0,30 et 0,60% du poids total de l'acier et on y ajoute
une quantité d'azote telle que l'on ne dépasse pas la limite de solubilité de celui-ci
dans l'acier liquide.
[0013] Selon une caractéristique avantageuse, on ajuste la teneur totale en carbone et en
azote à une valeur comprise entre 0,50 et 0 85% du poids de l'acier.
[0014] Selon un mode de mise en oeuvre particulier, on introduit l'azote sous forme gazeuse
dans l'acier liquide par bullage.
[0015] Selon un autre mode de mise en oeuvre, on introduit l'azote sous forme solide par
charges nitrurées.
[0016] Selon encore une autre caractéristique, on maintient la pression partielle d'azote
s'exerçant au-dessus de l'acier liquide à une valeur inférieure ou égale à 1 bar.
[0017] Selon une première variante, on effectue après transformation thermomécanique un
traitement thermique comprenant une étape de chauffage préalable à une température
d'austénitisation comprise entre 1020°C et 1070°C suivie d'une trempe puis d'un cycle
de revenu entre 130°C et 180°C pendant 2 heures.
[0018] Selon une autre variante, après transformation thermomécanique, on effectue un traitement
thermique des lingots comprenant une étape de chauffage préalable à une température
d'austénitisation comprise entre 1070°C et 1120°C suivie d'une trempe puis d'un double
cycle de revenu entre 500°C et 525°C pendant 2 heures.
[0019] Selon encore une autre variante, on effectue après la trempe et avant revenu, un
traitement cryogénique à -80°C.
[0020] Encore un autre objet de l'invention réside dans l'utilisation de l'acier précédent
pour réaliser des pièces mécaniques, des roulements à billes, des outils chirurgicaux,
ou destinés aux industries chimiques, agroalimentaires pour la transformation des
matières plastiques.
[0021] L'acier de l'invention possède une faible concentration en carbures grossiers et
offre en outre la possibilité d'être traité avec des températures de revenu pouvant
atteindre 500°C en vue de présenter une dureté supérieure ou égale à 58 HRC afin de
permettre la réalisation de traitements superficiels thermochimiques et/ou thermophysiques
et l'emploi dans des éléments mécaniques travaillant jusqu'à environ 450°C.
[0022] Afin d'obtenir une structure pauvre en carbures eutectiques grossiers, il est nécessaire
de limiter la teneur en carbone. D'autre part, pour atteindre l'objectif de dureté
supérieure ou égale à 58 HRC, il est possible de durcir la matrice de l'acier par
une addition d'azote. Toutefois l'importance de celle-ci est conditionnée par la limite
de solubilité de cet élément dans le bain métallique résultant d'une élaboration ne
mettant pas en jeu de pressions partielles d'azote supérieures à 1 bar (tant au niveau
de la phase de fusion que de la phase d'affinage). Une valeur carbone + azote de 0,50-0,85%
en poids a été retenue en privilégiant une teneur élevée en azote (0,15-0,24%).
[0023] Pour obtenir un potentiel élevé de résistance à la corrosion, particulièrement vis-à-vis
de la piqûration, la teneur en chrome a été fixée entre 14 et 17 % en poids et le
molybdène à une valeur de 1-2,5% en poids. Leur action est renforcée par la présence
de l'azote.
[0024] L'addition de vanadium à moins de 1% en poids a pour objet de limiter l'adoucissement
lors du revenu et de favoriser le durcissement secondaire nécessaire à l'obtention
d'une dureté élevée lorsque ce traitement est réalisé vers 500°C.
[0025] Enfin, l'équilibre entre l'ensemble des constituants a été déterminé de façon à limiter
la teneur en austénite résiduelle, à une valeur inférieure à 10% en volume afin de
répondre aux soucis des fabricants, notamment de roulements, de garantir une très
bonne repétitivité de réponse aux traitements thermiques ainsi qu'une grande stabilité
structurale et, par suite, dimensionnelle.
[0026] La composition de l'acier de l'invention est ainsi ajustée dans les limites suivantes
(les % étant en poids) :
Silicium |
≤0,50% |
Manganèse |
≤ 0,70% |
Nickel |
≤ 0,50% |
Chrome |
14-17% |
Molybdène |
1,00-2,50% |
Vanadium |
0,20-moins de 1% ou mieux 0,20-0,70 % et de préférence de 0,2 à 0,6% |
Azote |
0,15-0,24% ou mieux 0,18-0,23% |
Carbone + azote |
0,50-0,85% ou mieux 0,55-0,80% |
et de préférence carbone |
0,30 - 0,60 |
[0027] Le solde est constitué de fer et de résidus classiques liés au mode d'élaboration.
[0028] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre accompagnée
des photographies annexées représentant la structure micrographique de l'acier de
l'invention après traitement à grossissement x 100 (figure 1) et à grossissement x
500 (figure 2).
[0029] La figure 3 symbolise un lingot transformé en billette avec localisation des cinq
zones de prélèvements ayant servi aux analyses chimiques dont les résultats figurent
dans les tableaux 1 et 2.
[0030] Il a été préparé deux coulées de 1 t dont les compositions nominales sont les suivantes
:
[0031] L'élaboration au four électrique et la refusion sous laitier par électrode consommable
(refusion ESR Electro Slag Remelting) se sont déroulées dans des conditions contrôlées.
Les lingots obtenus sont sains, sans retassures ni soufflures.
[0032] Les modes de fabrication comprennent au moins l'un des cycles suivants :
- passage dans un four à arc puis dans un convertisseur A.O.D (Argon Oxygène Decarburizing).
- passage dans un four à arc puis dans un convertisseur A.O.D. et refusion sous laitier
au four à électrode consommable
- passage dans un four à induction puis refusion sous laitier au four à électrode consommable.
[0033] L'addition d'azote est realisée directement dans le bain constitué par l'acier à
l'état liquide, par des moyens conventionnels du type bullage pour l'introduction
sous forme gazeuse ou du type charges nitrurées pour la forme solide.
[0034] Les opérations de transformation à chaud ont été pratiquées selon des processus identiques
à ceux réalisés habituellement avec les aciers de la même famille.
[0035] Par opération de forgeage et de laminage les lingots ont été transformés en billettes
de 150 x 135 mm puis en barres de diamètres 90 mm, 24 mm et 14 mm.
[0036] Les traitements de recuit sont ensuite pratiqués sur tous les diamètres, selon les
gammes prévues.
[0037] Les contrôles de fabrication sont ensuite effectués de la manière décrite ci-dessous.
a- Composition chimique
[0038] La composition chimique est vérifiée sur la billette à partir des prélèvements représentatifs
de diverses zones du lingot initial (voir tableaux 1 et 2 et figure 3).
[0039] Entre la zone de tête T et la zone de pied P, se trouvent les zones intermédiaires
MT, M et MP.
[0040] Pour les deux coulées on constate que les valeurs obtenues en azote et azote + carbone
sont stables et conformes aux objectifs visés, y compris dans le cas de la coulée
B présentant une valeur carbone + azote particulièrement élevée.
b- Contrôle de santé interne par ultrasons
[0041] Les contrôles par ultrasons sur billette 150 x 135 mm, de diamètre 90 mm n'ont pas
décelé d'indications équivalentes ou supérieures au trou à fond plat de 1,2 mm pris
comme référence.
c- Macrographie
[0042] Toutes les macrographies réalisées sur billettes et barres de diamètre 90 mm ont
mis en évidence après attaque (HCl chaud) une structure homogène quelle que soit la
position du prélèvement par rapport au lingot. On ne décèle ni crique, ni soufflure,
ni ségrégation.
d- Duretés
[0043] A l'état recuit la dureté relevée sur les diamètres de 90 mm, de 24 mm et de 14 mm
est homogène.
[0044] Les valeurs obtenues sont :
HV50 192 - 212 pour la coulée A,
HV50 207 - 229 pour la coulée B.
[0045] Sur chacune des deux coulées A et B on a testé l'influence de la température d'austénitisation
et de revenu sur la dureté et la teneur en austénite résiduelle.
[0046] L'austénitisation a toujours été suivie d'une trempe à l'huile et d'un traitement
cryogénique à -75/-80°C avant revenu, dans le but d'éliminer le plus possible l'austénite
résiduelle. Volontairement, l'étude des températures de revenu a été limitée à deux
zones de température réduites correspondant à deux domaines d'utilisation de l'acier
:
[0047] Revenu simple cycle 130-180°C/2 h : ce revenu répond à la pratique habituelle sur les aciers de la même famille et
convient dans le cas d'utilisation à température inférieure à 120°C.
[0048] Revenu double cycle de 500-525°C/2 h : ce revenu permet d'envisager l'emploi de l'acier jusqu'à des températures de service
de 450°C et rend possible la réalisation de traitements thermochimiques et/ou thermophysiques
nécessitant des températures de mise en oeuvre pouvant atteindre 500°C.
[0049] Ces essais ont permis d'obtenir simultanément, pour les deux coulées (A et B), une
dureté au moins égale à 58 HRC et une teneur en austénite résiduelle inférieure à
10%, à condition d'adopter, pour chaque type de revenu, une température d'austénitisation
adaptée :
1020-1070°C dans le cas du cycle de revenu à 130-180°C
1070-1120°C dans le cas du cycle de revenu à 500-525°C.
[0050] Ces valeurs s'expliquent par le fait que la dureté finale ainsi que la valeur en
austénite résiduelle sont très fortement conditionnées par l'importance de la quantité
de carbone mis en solution lors de l'austénitisation, d'une part, et par la possibilité
de décomposition thermique de l'austénite lors des cycles de revenu d'autre part.
Ces considérations ont conduit à limiter la teneur en carbone à 0,60% en poids.
[0051] En ce qui concerne la structure, la taille des carbures observés sur les deux extrémités
des barres de diamètre 90 mm atteint 35 µm pour les plus grossiers, dans le cas de
la coulée A et 40 µm dans le cas de la coulée B.
[0052] Pour cette dernière coulée on observe une densité plus importante de ces carbures,
mais leur répartition est plus homogène que dans le cas de la coulée A. Dans tous
les cas, de nombreux autres carbures globulaires de taille ≤ 5 µm sont uniformément
répartis dans la matrice. Pour les deux coulées testées la structure est nettement
plus fine que celle observée sur l'acier "1% carbone - 17% chrome - 0,5% molybdène",
avec un aspect moins "anguleux" pour les plus gros carbures.
[0053] Les figures 1 et 2 représentent les structures micrographiques de l'acier de la coulée
B, respectivement à grossissement x100 et x500. Cette structure a été photographiée
à mi-rayon après traitement thermique comprenant d'abord une étape à 1050°C pendant
30 min à l'huile, puis à -80°C pendant 2 h et enfin à 180°C pendant 2 h à l'air.
[0054] La ténacité a été déterminée sur l'acier de la coulée B, présentant la structure
la moins favorable, après traitement avec le double revenu à 500-525°C. Les valeurs
de K1C (coefficient de contrainte critique) obtenues sont les suivantes : 22 à 25
MPa.m
1/2. Pour un niveau de dureté de 58/60 HRC ce résultat est équivalent à celui de l'acier
non inoxydable 0,8% carbone - 4% molybdène - 4% chrome - 1% vanadium, largement utilisé
en aéronautique et supérieur à celui de l'acier inoxydable de référence 1% carbone
- 17% chrome - 0,5% molybdène, pour lequel la littérature donne une valeur moyenne
de K1C de 15 MPa.m
1/2.
[0055] Les essais de corrosion ont été menés sur la coulée B dont la composition présente
le rapport
le plus faible, donc le moins favorable.
[0056] La dureté HRC ≥ 58 a été obtenue par traitement thermique avec revenu à 130-180°C.
Les essais ont été menés parallèlement dans les mêmes conditions avec l'acier de référence
1% carbone - 17% chrome - 0,5% molybdène traité pour HRC ≥ 58 par trempe et revenu
à 150°C.
[0057] Les résultats obtenus sont les suivants :
[0058] Essais de corrosion en brouillard salin selon les conditions décrites dans la norme
NFX 41 002 (qui prévoit 11 niveaux de corrosion repérés de 0 à 10) :
[0059] Après 95 h d'exposition.
[0060] Acier de référence quelques piqûres dispersées (sans auréoles de produits de corrosion - niveau 9).
[0061] Coulée B : aucune trace de corrosion (niveau 10)
[0062] Après 145 h d'exposition
[0063] Acier de référence : piqûres avec quelques "spots" de produits de corrosion autour des piqûres (niveau
8).
[0064] Coulée B : aucune trace de corrosion (niveau 10).
[0065] Test électrochimique potentiocinétique en milieu non chloruré. Ce test se déroule
dans une solution aqueuse d'acide sulfurique à 1% en poids, désaérée par barbotage
d'argon. L'éprouvette de l'acier à tester est polarisée pendant 15 min à 550 mV par
rapport au potentiel de l'électrode au calomel saturé (E.C.S.). Ensuite il est effectué
un balayage potentiocinétique aller et retour entre -550 et +500 mV/ECS avec une vitesse
de balayage de 60 mV/min.
[0066] Le critère retenu pour caractériser la tenue à la corrosion est la valeur de la densité
du courant au niveau du pic de réactivation de la courbe retour. Les résultats obtenus
sont les suivants :
Acier de référence : I = 520 µA/cm
2
[0067] Coulée B : I ≤ 20 µA/cm
2 (c'est-à-dire au seuil de mesure).
[0068] Ces deux essais mettent clairement en évidence la meilleure tenue à la corrosion
de la coulée B par rapport à l'acier inoxydable de référence 1% carbone - 17% chrome
- 0,5% molybdène, traité pour un niveau de dureté équivalent.
Tableau 1
Analyse chimique en diverses positions du lingot refondu, transformé en billette 150
x 135 mm |
COULEE A |
Eléments |
Composition nominale visée (%) |
Composition obtenue (%) |
|
|
Tête |
MT |
Milieu |
MP |
Pied |
C |
0,45 |
0,435 |
0,435 |
0,436 |
0,434 |
0,436 |
Si |
|
0,275 |
0,278 |
0,28 |
0,275 |
0,269 |
Mn |
|
0,495 |
0,494 |
0,49 |
0,49 |
0,495 |
S |
|
0,0015 |
0,0015 |
0,3001 |
0,0014 |
0,0013 |
P |
|
0,012 |
0,012 |
0,013 |
0,012 |
0,012 |
Ni |
|
0,132 |
0,136 |
0,135 |
0,136 |
0,134 |
Cr |
15,5 |
15,27 |
15,34 |
15,35 |
15,38 |
15,41 |
Mo |
1,8 |
1,72 |
1,73 |
1,72 |
1,71 |
1,71 |
V |
0,3 |
0,255 |
0,258 |
0,263 |
0,26 |
0,26 |
N2 |
0,18 |
0,172 |
0,172 |
0,178 |
0,177 |
0,18 |
C+N |
|
0,607 |
0,607 |
0,614 |
0,611 |
0,616 |
Tableau 2
Analyse chimique en diverses positions du lingot refondu, transformé en billette 150
x 135 mm |
COULEE B |
Eléments |
Composition nominale visée (%) |
Composition obtenue (%) |
|
|
Tête |
MT |
Milieu |
MP |
Pied |
C |
0,55 |
0,548 |
0,548 |
0,549 |
0,549 |
0,548 |
Si |
|
0,235 |
0,216 |
0,224 |
0,216 |
0,216 |
Mn |
|
0,485 |
0,482 |
0,48 |
0,479 |
0,479 |
S |
|
0,0012 |
0,0013 |
0,0018 |
0,0012 |
0,0013 |
P |
|
0,010 |
0,010 |
0,010 |
0,010 |
0,010 |
Ni |
|
0,157 |
0,160 |
0,160 |
0,157 |
0,158 |
Cr |
15,5 |
15,08 |
15,25 |
15,26 |
15,48 |
15,35 |
Mo |
1,8 |
1,70 |
1,71 |
1,72 |
1,74 |
1,72 |
V |
0,5 |
0,460 |
0,465 |
0,47 |
0,479 |
0,471 |
N2 |
0,22 |
0,210 |
0,218 |
0,217 |
0,220 |
0,217 |
C+N |
|
0,758 |
0,766 |
0,766 |
0,769 |
0,765 |
1. Acier inoxydable martensitique comprenant:
a - de 0,5 à 0,85% en poids de carbone + azote
b - de 0,15 à 0,24% en poids d'azote
c - de 0 à 0,50% en poids de silicium
d - de 0 à 0,70% en poids de manganèse
e - de 0 à 0,50% en poids de nickel
f - de 14 à 17% en poids de chrome
g - de 1 à 2,5% en poids de molybdène
h - de 0,20 à moins de 1% en poids de vanadium
la fraction restante étant constituée de fer et de résidus et les teneurs respectives
de chacun de ces éléments étant déterminées de façon à limiter la teneur en austénite
résiduelle à une valeur inférieure à 10% en volume et à obtenir une dureté Rockwell
C supérieure ou égale à 58 HRC après traitement thermique.
2. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en vanadium est comprise
entre 0,20 et 0,70%.
3. Acier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la teneur en azote est
comprise entre 0,18 et 0,23% en poids.
4. Acier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur
en carbone est comprise entre 0,30 et 0,60% en poids.
5. Acier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur
en carbone + azote est comprise entre 0,55 et 0,80% en poids.
6. Acier selon l'une des revendication précédentes, caractérisé en ce que la taille des
carbures est inférieure ou égale à 40µm.
7. Procédé de fabrication d'un acier inoxydable martensitique à l'azote et à faible teneur
en carbone comprenant notamment des étapes de préparation d'un bain métallique, d'affinage
de ce bain en acier à l'état liquide, de coulée de l'acier en lingots et de transformation
thermomécanique des lingots solidifiés, caractérisé en ce qu'on abaisse la teneur
en carbone dans l'acier liquide jusqu'à des valeurs comprises entre 0,30 et 0,60%
du poids total de l'acier et on y ajoute une quantité d'azote telle que l'on ne dépasse
pas la limite de solubilité de celui-ci dans l'acier liquide.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on ajuste la teneur totale
en carbone et en azote à une valeur comprise entre 0,50 et 0,85% du poids de l'acier.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'on limite la teneur en
austénite résiduelle à une valeur inférieure à 10% en volume.
10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'on introduit l'azote
sous forme gazeuse dans l'acier liquide par bullage.
11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'on introduit l'azote
sous forme solide par charges nitrurées.
12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'on maintient la
pression partielle d'azote au-dessus de l'acier liquide à une valeur inférieure ou
égale à 1 bar.
13. Procédé selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu'on effectue après
transformation thermomécanique un traitement thermique comprenant une étape de chauffage
préalable à une température d'austénisation, comprise entre 1020°C et 1070°C suivie
d'une trempe puis d'un cycle de revenu entre 130°C et 180°C pendant 2 heures.
14. Procédé selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé en ce qu'on effectue après
transformation thermomécanique un traitement thermique comprenant une étape de chauffage
préalable à une température d'austénisation comprise entre 1070°C et 1120°C suivie
d'une trempe puis d'un double cycle de revenu entre 500°C et 525°C pendant 2 heures.
15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu'on effectue,
après la trempe et avant revenu, un traitement cryogénique à -80° C.
16. Utilisation d'un acier selon l'une des revendications 1 à 6, pour réaliser des pièces
mécaniques, des roulements à billes, des outils chirurgicaux, ou destinés aux industries
chimiques, agroalimentaires ou bien à la transformation des matières plastiques.
1. Martensitic stainless steel comprising:
a - from 0.5 to 0.85% by weight carbon + nitrogen
b - from 0.15 to 0.24% by weight nitrogen
c - from 0 to 0.50% by weight silicon
d - from 0 to 0.70% by weight manganese
e - from 0 to 0.50% by weight nickel
f - from 14 to 17% by weight chromium
g - from 1 to 2.5% by weight molybdenum
h - from 0.20 to less than 1% by weight vanadium
the remaining fraction consisting of iron and residues and the respective contents
of each of these elements being determined so as to limit the residual austenite content
to a value less than 10% by volume and to obtain a Rockwell C hardness greater than
or equal to HRC 58 after heat treatment.
2. Steel as described in claim 1, characterised by the fact that the vanadium content
is between 0.20 and 0.70%.
3. Steel as described in claim 1 or 2, characterised by the fact that the nitrogen content
is between 0.18 and 0.23% by weight.
4. Steel as described in one of the preceding claims, characterised by the fact that
the carbon content is between 0.30 and 0.60% by weight.
5. Steel as described in one of the preceding claims, characterised by the fact that
the carbon + nitrogen content is between 0.55 and 0.80% by weight.
6. Steel as described in one of the preceding claims, characterised by the fact that
the size of the carbides is less than or equal to 40 µm.
7. Process for the manufacture of a martensitic nitrogen stainless steel with a low carbon
content comprising in particular the steps of preparation of a metallic bath, refinement
of this bath into steel in the liquid state, casting the steel into ingots and thermomechanical
transformation of the solidified ingots, characterised by the fact that the carbon
content in the liquid steel is lowered to values between 0.30 and 0.60% by total weight
of the steel and to it is added a quantity of nitrogen such that it does not exceed
the limit of solubility of the latter in the liquid steel.
8. Process as described in claim 7, characterised by the fact that the total content
of carbon and nitrogen is adjusted to a value between 0.50 and 0.85% of the weight
of the steel.
9. Process as described in claim 7 or 8, characterised by the fact that the residual
austenite content is limited to a value lower than 10% by volume.
10. Process as described in one of claims 7 to 9, characterised by the fact that the nitrogen
is introduced into the liquid steel in gaseous form by bubbling.
11. Process as described in one of claims 7 to 9, characterised by the fact that the nitrogen
is introduced in solid form by nitrided charges.
12. Process as described in one of claims 7 to 11, characterised by the fact that the
partial pressure of nitrogen over the liquid steel is maintained at a value less than
or equal to 1 bar.
13. Process as described in one of claims 7 to 12, characterised by the fact that after
thermomechanical transformation a heat treatment is carried out comprising a pre-heating
step to an austenisation temperature of between 1020°C and 1070°C followed by quenching
and then a tempering cycle between 130°C and 180°C for 2 hours.
14. Process as described in one of claims 7 to 12, characterised by the fact that after
thermomechanical transformation a heat treatment is carried out comprising a pre-heating
step to an austenisation temperature between 1070°C and 1120°C followed by quenching
and then a double tempering cycle between 500°C and 525°C for 2 hours.
15. Process as described in either of claims 13 or 14, characterised by the fact that,
after quenching and before tempering, a cryogenic treatment is carried out at -80°C.
16. Use of a steel as described in one of claims 1 to 6, to make mechanical parts, ball
bearings, surgical tools, or those intended for the chemical or agro-nutritional industries,
or for the transformation of plastics materials.
1. Martensitischer rostfreier Stahl, umfassend:
a - von 0,5 bis 0,85 Gew.-% Kohlenstoff + Stickstoff
b - von 0,15 bis 0,24 Gew.-% Stickstoff
c - von 0 bis 0,50 Gew.-% Silizium
d - von 0 bis 0,70 Gew.-% Mangan
e - von 0 bis 0,50 Gew.-% Nickel
f- von 14 bis 17 Gew.-% Chrom
g - von 1 bis 2,5 Gew.-% Molybdän
h - von 0,20 bis weniger als 1 Gew.-% Vanadium
wobei der verbleibende Teil aus Eisen und Resten gebildet ist und die jeweiligen
Gehalte jedes dieser Elemente so bestimmt sind, daß der Gehalt an restlichem Austenit
auf einen Wert unter 10 Vol.-% beschränkt ist und daß ein Rockwell-Härte C größer
oder gleich 58 HRC nach thermischer Behandlung erhalten wird.
2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vanadiumgehalt zwischen 0,20
und 0,70% beträgt.
3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoffgehalt zwischen
0,18 und 0,23 Gew.-% beträgt.
4. Stahl nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt
zwischen 0,30 und 0,60 Gew.-% beträgt.
5. Stahl nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt
an Kohlenstoff + Stickstoff zwischen 0,55 und 0,80 Gew.-% beträgt.
6. Stahl nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe
der Karbide kleiner oder gleich 40 µm ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines martensitischen rostfreien Stickstoff-Stahls mit geringem
Kohlenstoffgehalt, welches vor allem die Schritte der Herstellung eines Metallbads,
des Frischens dieses flüssigen Stahlbads, des Gießens des Stahls in Blöcke und der
thermomechanischen Umwandlung der erstarrten Blöcke umfaßt, dadurch gekennzeichnet,
daß man den Kohlenstoffgehalt im flüssigen Stahl auf Werte zwischen 0,30 und 0,60%
des Gesamtgewichts des Stahls absenkt und daß man eine solche Menge Stickstoff zufügt,
daß dessen Löslichkeitsgrenze im flüssigen Stahl nicht überschritten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt an Kohlenstoffund
Stickstoff auf einen Wert zwischen 0,50 und 0,85% des Gewichts des Stahls eingestellt
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an restlichem
Austenit auf einen Wert unter 10 Vol.-% eingestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Stickstoff
in gasförmiger Form in den flüssigen Stahl durch Durchperlen eingebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Stickstoff
in fester Form mittels nitrierter Chargen eingebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Partialdruck
des Stickstoffs über dem flüssigen Stahl auf einem Wert kleiner oder gleich 1 bar
gehalten wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach der
thermomechanischen Umwandlung eine thermische Behandlung durchgeführt wird, welche
einen Schritt der vorläufigen Aufheizung auf eine Austenitisierungstemperatur zwischen
1020°C und 1070°C, gefolgt vom Abschrecken und danach einem Anlaß-Zyklus zwischen
130°C und 180°C während 2 Stunden umfaßt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach der
thermomechanischen Umwandlung eine thermische Behandlung durchgeführt wird, welche
einen Schritt der vorläufigen Aufheizung auf eine Austenitisierungstemperatur zwischen
1070°C und 1120°C, gefolgt vom Abschrecken und danach einem doppelten Anlaß-Zyklus
zwischen 500°C und 525°C während 2 Stunden umfaßt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem
Abschrecken und vor dem Anlassen eine kryogene Behandlung bei -80°C durchgeführt wird.
16. Verwendung eines Stahls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, um mechanische Teile, Kugellager,
chirurgische Instrumente oder bestimmt für die chemische und Nahrungsmittel-Industrie
ebenso wie für die Bearbeitung von Kunststoffen herzustellen.