Acier maraging sans cobalt

Description

[0001] La présente invention concerne un acier maraging sans cobalt ayant une limite d'élasticité élevée et une bonne ductilité à l'état vieilli après écrouissage à froid.

[0002] Les aciers maraging sont des aciers autotrempants susceptibles d'acquérir par refroidissement à l'air une structure martensitique douce qui peut être considérablement durcie par un traitement thermique de vieillissement engendrant la formation de précipités intermétalliques. Pour l'essentiel, ces aciers contiennent de 10 % à 30 % de nickel destiné à permettre d'obtenir une structure martensitique par refroidissement à l'air, une faible teneur en carbone pour obtenir une martensite douce et des éléments d'addition destinés à permettre un durcissement par formation de précipités intermétalliques. Les éléments d'addition destinés à obtenir le durcissement par précipitation sont notamment le titane, l'aluminium et le molybdène dont les effets sont sensiblement renforcés par la présence de cobalt. On peut également ajouter du niobium afin de fixer le carbone et ainsi adoucir la structure martensitique non vieille

[0003] La principale difficulté à laquelle se heurtent les concepteurs de ces aciers est l'obtention simultanée d'une très haute limite d'élasticité et d'une bonne ductilité. Dans un premier temps, la bonne ductilité a été obtenue par une addition simultanée de plusieurs % de cobalt et de molybdène. Cependant, le cobalt est un élément d'alliage coûteux et dont les conditions d'approvisionnement ne sont pas fiables. Afin de se dégager de la contrainte imposée par le cobalt, on a mis au point des aciers maraging sans cobalt (c'est à dire sans les additions massives citées ci-dessus) contenant de 17 % à 26 % de nickel, de 0,2 % à 4 % de molybdène, de 1 % à 2,5 % de titane, moins de 1 % d'aluminium, éventuellement du niobium, le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration. Ces aciers sont décrits notamment dans le brevet GB 1 355 475 et dans le brevet US 4,443,254. Ils permettent d'obtenir sur du métal homogénéisé à haute température puis refroidi et vieilli une résistance à la traction élevée (de l'ordre de 1800 MPa) et une ductilité satisfaisante.

[0004] Cependant, pour certaines applications, il est souhaitable de pouvoir obtenir une limite d'élasticité supérieure à 1900 MPa avec un allongement à rupture supérieur à 6,5 % sur du métal vieil directement après laminage à froid. C'est le cas, notamment, lorsque l'acier maraging est utilisé sous forme de bandes minces destinées à fabriquer des pièces d'horlogerie ou des courroies.

[0005] Le but de la présente invention est de proposer un acier maraging ayant les propriétés indiquées ci-dessus, en particulier lorsqu'il est utilisé sous forme de bandes minces laminées à froid.

[0006] A cet effet, l'invention a pour objet un acier maraging sans cobalt dont la composition chimique comprend, en poids :

18 % ≤ Ni ≤ 23 %

4,5 % ≤ Mo ≤ 8 %

1 % ≤ Ti ≤ 2 %

0 % ≤ Al ≤ 0,3 %

C ≤ 0,01 %

le reste étant du fer et des impuretés ; la composition chimique satisfaisant, en outre, les conditions suivantes :

23 ≤ Ni + Mo ≤ 27 %

et:

Ni + 3 x Mo + 20 x Ti + 10 x Al ≥ 60 %

[0007] Cet acier a une limite d'élasticité Re supérieure ou égale à 1900 MPa et un allongement supérieur ou égal à 6,5 % à l'état vieilli après écrouissage à froid, le taux d'écrouissage étant compris entre 0% et 50 %, et de préférence entre 10 % et 45 %.

[0008] L'invention va maintenant être décrite plus en détails et illustrée par des exemples.

[0009] L'acier maraging contient d'une part de 18 % à 23 %, et de préférence plus de 19 % de nickel, d'autre part de 4,5 % à 8 % , et de préférence plus de 5 %, de molybdène, la somme des teneurs en nickel et en molybdène étant comprise entre 23 % et 27 %, et de préférence entre 24 % et 26 %, de façon a avoir une température de début de transformation martensitique qui ne soit ni trop haute ni trop basse, et pour obtenir un effet durcissant suffisant du molybdène.

[0010] L'acier contient également de 1 % à 2 %, et de préférence moins de 1,6 % de titane, ainsi que de 0 % à 0,3 % d'aluminium, afin d'obtenir un effet de durcissement par précipitation tout en limitant les risques de défaut lors du laminage à chaud.

[0011] La teneur en carbone est limitée à 0,01 % au maximum pour obtenir une martensite suffisamment douce avant vieillissement. Le reste de la composition est constitué de fer et d'impuretés résultant de l'élaboration.

[0012] Cet acier est élaboré puis coulé et laminé à chaud conformément à l'état de l'art. En outre il peut être laminé à froid, par exemple pour obtenir une bande de moins de 1,5 mm d'épaisseur. Lorsqu'il est laminé à froid, selon l'épaisseur du produit de départ et l'épaisseur finale visée, le laminage à froid peut être exécuté en plusieurs étapes séparées par des recuits à une température supérieure ou égale à 800 °C. On peut, notamment, prévoir que la dernière étape de laminage à froid corresponde à un taux d'écrouissage compris entre 0 % et 50 %, et de préférence entre 10 % et 45 %, et mieux encore, inférieur à 35 %. Dans ce cas, après vieillissement entre 450 °C et 510 °C, la limite d'élasticité Re obtenue est supérieure à 1900 MPa et l'allongement à rupture A % est supérieur à 6,5 %.

[0013] A titre d'exemple on a réalisé les coulées 1 à 7 conformes à l'invention, et à titre de comparaison la coulée A conforme à l'art antérieur. Avec ces coulées on a fabriqué des bandes laminées à froid avec des taux d'écrouissage variables au cours de la dernière étape de laminage à froid, celle-ci étant précédée d'un recuit au défilé à 1020 °C. Ces bandes ont alors été durcies par vieillissement à 480 °C pendant 4 heures, puis on a mesuré les caractéristiques mécaniques par un essai de traction.

[0014] Les compositions chimiques des aciers étaient, en % en poids :

échantillon	Ni	Mo	Ti	Al	C	Fe
1	19,66	4,84	1,34	0,14	0,0021	bal.
2	19,30	5,07	1,42	0,1	0,0015	bal.
3	19,86	4,62	1,29	0,11	<0,001	bal.
4	20,28	5,06	1,24	0,11	<0,001	bal.
5	20,81	4,61	1,28	0,12	<0,001	bal.
6	18,86	6,58	1,23	0,13	0,0087	bal.
7	19,84	6,55	1,23	0,13	0,0015	bal.
A comparaison	18,13	2,92	1,36	0,14	0,0031	bal.

[0015] Les résultats des essais mécaniques ont été les suivants :

Echantillon 1 (invention) :

[0016] 

écrouissage %	0 %	25 %	50 %	75 %
Re (MPa)	1859,5	1934,5	2001,5	2138,5
A %	7,13	7,67 %	7 %	3,54 %

Echantillon 2 (invention) :

[0017] 

écrouissage %	0 %	7,4 %	24,1 %	45,9 %	72,9 %
Re (MPa)	1946	1979,1 %	2029,5	2120,2	2268
A %	6,88 %	7,3 %	7,07 %	6,65 %	2,87 %

Echantillon 3 (invention) :

[0018] 

écrouissage %	0 %	5,4 %	22,7 %	48,2 %	74,6 %
Re (MPa)	1887,4	1932,3	1912	1994,8	2127,5
A %	7,65 %	7,96 %	7,47 %	6,83 %	2,57 %

Echantillon 4 (invention) :

[0019] 

écrouissage %	0 %	3 %	19,2 %	44,6 %	71,2 %
Re (MPa)	1840,6	1967,6	1967,6	2001,2	2198,2 %
A %	9,48 %	10,08 %	8,85 %	8,24 %	7,79 %

Echantillon 5 (invention):

[0020] 

écrouissage %	0 %	4 %	22 %	48,4 %	74,5 %
Re (MPa)	1852,1	1908,8	1970,7	2032,5 %	2197,2 %
A %	8,99 %	8,17 %	7,39 %	5,59 %	3,32 %

Echantillon 6 (invention):

[0021] 

écrouissage %	0 %	8 %	25,2 %	49,8 %	74 %
Re (MPa)	1956,3	2043,6	2097	2216,1	2318,6
A %	9,64 %	9,02 %	8,65 %	7,93 %	6,32 %

Echantillon 7 (invention) :

[0022] 

écrouissage %	0 %	8,8 %	23,5 %	48,8 %	74,3 %
Re (MPa)	1696,7	1836,5	2012,5	2151,1	2336,7
A %	9,93 %	8,37 %	8,25 %	7,05 %	3,98 %

Echantillon A (comparaison) :

[0023] 

écrouissage %	0 %	25 %	50 %	75 %
Re (MPa)	1724	1771	1861	1965,5
A %	9,3 %	8,94 %	10,16 %	6,1 %

[0024] L'ensemble de ces résultats montre d'une part, qu'avec un acier conforme à l'invention, il est possible d'obtenir à la fois une limite d'élasticité supérieure à 1900 MPa et un allongement supérieur à 6,5 % lorsque le traitement de vieillissement est effectué directement après un écrouissage à froid compris entre 0 % et 50 %, alors qu'avec l'acier selon l'art antérieur ce n'est pas possible.

Revendications

1. Acier maraging sans cobalt caractérisé en ce que sa composition chimique comprend, en poids :

18 % ≤ Ni ≤ 23 %

4,5 % ≤ Mo ≤ 8 %

1 % ≤ Ti ≤ 2 %

0 % ≤ Al ≤ 0,3 %

C ≤ 0,01 %

le reste étant du fer et des impuretés, la composition chimique satisfaisant, en outre, les conditions suivantes :

23 ≤ Ni + Mo ≤ 27 %

et:

Ni + 3 x Mo + 20 x Ti + 10 x Al ≥ 60 %

2. Acier maraging sans cobalt selon la revendication 1 caractérisé en ce que :

Mo ≥ 5 %

3. Acier maraging sans cobalt selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que :

Ni ≥ 19 %

4. Acier maraging sans cobalt selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que :

24 ≤ Ni + Mo ≤ 26 %

5. Acier maraging sans cobalt selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que :

Ti ≤ 1,6 %

6. Acier maraging sans cobalt selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il a une limite d'élasticité Re supérieure ou égale à 1900 MPa et un allongement supérieur ou égal à 6,5 % à l'état vieilli après écrouissage à froid, le taux d'écrouissage étant compris entre 0 % et 50 %.

7. Acier maraging selon la revendication 6 caractérisé en ce que le taux d'écrouissage est comprise entre 10 % et 45 %.

8. Acier maraging selon la revendication 7 caractérisé en ce que le taux d'écrouissage est inférieur à 35 %.