Acier maraging sans cobalt et sans titane

Abstract

 Acier maraging sans cobalt dont la composition chimique comprend, en poids : 14 % ≤ Ni ≤ 23 % ; 4% ≤ Mo ≤ 13 %; 1 % ≤ Al ≤ 3,5 % ; C ≤ 0,01 % ;le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration, la composition chimique satisfaisant, en outre, les conditions suivantes : 23 ≤ Ni + Mo ≤ 27 % et Ni + 2,5 x Mo +2,3 x Al ≥ 38 %.

Description

[0001] La présente invention concerne un acier maraging sans cobalt et sans titane ayant une limite d'élasticité élevée et une bonne résistance à la fatigue.

[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 vieillie.

[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 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 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 4 % et une bonne résistance à la fatigue. De ce point de vue, il est souhaitable que l'acier ne contienne pas de titane. En effet, du fait de l'élaboration, l'acier contient toujours un peu d'azote qui forme avec le titane des nitrures défavorables à une bonne résistance à la fatigue.

[0005] Le but de la présente invention est de proposer un acier maraging ayant les propriétés indiquées ci-dessus.

[0006] A cet effet, l'invention a pour objet un acier maraging sans cobalt (c'est à dire, sans addition volontaire de Co, il peut en exister des petites quantités, généralement moins de 0,2%) dont la composition chimique comprend, en poids :







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

et:

[0007] Cet acier a une limite d'élasticité Re supérieure ou égale à 1900 MPa et un allongement supérieur ou égal à 4 % à l'état vieilli après recuit de mise en solution au dessus de 800 °C ou à l'état vieilli directement après écrouissage à froid, le taux d'écrouissage étant alors compris entre 0% et 30 %.

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

[0009] L'acier maraging contient d'une part de 14 % à 23 %, et de préférence plus de 16 % de nickel, d'autre part de 4 % à 13 % , et de préférence de 5 % à 8 %, de molybdène. Les domaines préférentiels permettent d'obtenir les caractéristiques mécaniques souhaitées dans des conditions économiques meilleures ; en effet, le molybdène coûtant de 2 à 4 fois plus cher que le nickel, il est préférable d'utiliser plus de nickel et moins de molybdène. De plus, la somme des teneurs en nickel et en molybdène doit être 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 3,5 % d'aluminium, afin d'obtenir un effet de durcissement par précipitation tout en limitant les risques de défaut lors du laminage à chaud. Il ne contient pas de titane (c'est à dire, moins de 0,01%) pour éviter la formation de nitrures défavorables à la tenue en fatigue.

[0011] Les teneurs en Ni, Mo et Al sont telles que : Ni + 2,5 x Mo +2,3 x Al ≥ 72 %, de façon à obtenir la limite d'élasticité souhaitée.

[0012] 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.

[0013] 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 30 %. Dans tous les cas, les caractéristiques mécaniques sont obtenues après un traitement de vieillissement entre 450 °C et 540 °C. Ce traitement peut être effectué soit immédiatement après le recuit de mise en solution au dessus de 800 °C, soit après la dernière étape de laminage à froid. La limite d'élasticité Re obtenue est supérieure à 1900 MPa et l'allongement à rupture A % est supérieur à 4 %.

[0014] A titre d'exemple on a réalisé les coulées 1, 2, 3, 4 et 5 conformes à l'invention. Avec ces coulées on a fabriqué des bandes laminées à froid avec des taux d'écrouissage variables au cours de la demière 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 510 °C pendant 4 heures, puis on a mesuré les caractéristiques mécaniques par un essai de traction. On a également fabriqué des bandes vieillies directement après le recuit au défilé, c'est à dire sans laminage à froid final.

[0015] Les compositions chimiques des aciers étaient, en % en poids :

échantillon	Ni	Mo	Al	C	Fe
1	15	9,91	2,16	0,0021	bal.
2	17,99	6,75	2,98	0,0015	bal.
3	17,02	7,86	1,39	0,002	bal;
4	18,28	6,69	2,00	0,0071	bal;
5	19,55	5,46	2,21	0,0047	bal.

[0016] Les résultats des essais mécaniques ont été les suivants :

Echantillon 1:
écrouissage %	pas de laminage à froid	4,5 %	22,2 %	47 %
Re (MPa)	2237	2320,8	2392	2479
A %	5,82	4,13 %	5,53 %	3,62%

Echantillon 2 :
écrouissage %	pas de laminage à froid	2,9 %	26,3 %	48 %
Re (MPa)	2123,2	2140,1 %	2216,8	2327,8
A %	6,03 %	5,9 %	6,79 %	2,79 %

Echantillon 3
écrouissage %	pas de laminage à froid	8,0 %	24,7 %	50,4 %
Re (MPa)	1971	2019 %	2068	2129
A %	8,11 %	8,21 %	8,49 %	7,59 %

Echantillon 4
écrouissage %	pas de laminage à froid	11,1 %	28,7 %	51,57 %
Re (MPa)	1936	2038 %	2102	2185
A %	8,73 %	7,90 %	8,19 %	7,45 %

Echantillon 5
écrouissage %	pas de laminage à froid	12 %	27,6 %	52,2 %
Re (MPa)	1905	1986 %	2021	2117
A %	8,77 %	8,12 %	7,89 %	7,37 %

[0017] Ces résultats montrent 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 4 % lorsque le traitement de vieillissement est effectué soit après recuit de mise en solution, soit directement après un écrouissage à froid compris entre 0 % et 30 %. Dans certains cas, l'allongement reste supérieur à 4 %, même pour un écrouissage supérieur à 50 %. Dans tous les cas, avec un écrouissage supérieur à 8 %, la limite d'élasticité est supérieure à 2000 MPa.

[0018] Cet acier maraging est particulièrement adapté à la fabrication de pièces d'horlogerie et à celle courroies.

Revendications

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







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

et:

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

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

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

5. Acier maraging sans cobalt selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il a une limite d'élasticité Re supérieure ou égale à 1900 MPa et un allongement supérieur ou égal à 4 % à l'état vieilli soit directement après recuit de mise en solution au dessus de 800 °C, soit directement après écrouissage à froid, le taux d'écrouissage étant compris entre 0 % et 30 %.