CA2930140C - Martensitic stainless steel, part made of said steel and method for manufacturing same - Google Patents

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Abstract

The invention relates to martensitic stainless steel, characterised by having the following composition: traces = C = 0.030%; traces = Si = 0.25%; traces = Mn = 0.25%; traces = S = 0.020%; traces = P = 0.040%; 8% = Ni = 14%; 8% = Cr = 14%; 1.5% = Mo + W/2 = 3.0%; 1.0% = Al = 2.0%; 0.5% = Ti = 2.0%; 2% = Co = 9%; traces = N = 0.030%; traces = O = 0.020%; the balance being iron and production impurities; and in that the martensitic transformation starting temperature Ms, calculated by the formula (1) Ms (°C) = 1302 - 28Si - 50Mn - 63Ni - 42Cr - 30Mo + 20AI - 12Co - 25Cu + 10[Ti - 4(C+N)], in which the contents of the various elements are expressed in weight percentages, is no lower than 50 °C, preferably no lower than 75 °C. The invention also relates to a part made of said steel and to the method for manufacturing same.

Description

WO 2015/07526 WO 2015/07526

2 Acier inoxydable martensitique, pièce réalisée en cet acier et son procédé de fabrication La présente invention concerne les aciers inoxydables à hautes résistance à la traction et ténacité, destinés notamment à la fabrication de pièces de structure aéronautique, notamment pour des trains d'atterrissage.
Des aciers inoxydables martensitique à durcissement structural ont été
développés dans le but de répondre aux besoins liés, en particulier, à cette application.
Traditionnellement, on utilise des aciers non inoxydables de type 40NiSiCrMo7, dit plus usuellement 300M, et contenant, notamment, 0,40% de C, 1,80% de Ni, 0,85% de Cr et 0,40% de Mo. Il s'agit de pourcentages pondéraux, comme le seront toutes les teneurs citées dans le texte. Après des traitements thermiques adéquats, cet acier peut présenter une résistance à la traction Rm de plus de 1930 MPa et une ténacité K1, de plus de 55 MPa.m1/2. Il serait avantageux de pouvoir disposer d'aciers présentant, en plus de ces propriétés mécaniques, des propriétés élevées de résistance à la corrosion.
Dans ce but, différentes nuances ont été développées, mais sans qu'aucune ne donne entière satisfaction.
La nuance décrite dans le document US-A-3 556 776 et pour laquelle typiquement, C 5 0,050%, Si 5 0,6%, Mn 5 0,5%, S 5 0,015%, Cr = 11,5-13,5%, Ni = 7-10%, Mo = 1,75-2,5%, Al = 0,5-1,5%, Ti 5 0,5%, Nb 5 0,75%, N 5 0,050%, présente un niveau de résistance mécanique trop faible, inférieure à 1800 MPa.
La nuance décrite dans le document US-B-7 901 519, pour laquelle, typiquement, C 5 0,020%, Cr = 11-12,5%, Ni = 9-11%, Mo = 1-2,5%, Al = 0,7-1,5%, Ti = 0,15-0,5%, Cu = 0,5-2,5%, W = 0,5-1,5%, B 5 0,0010%, a, elle aussi, une Rm insuffisante.
La nuance décrite dans le document US-A-5 855 844, pour laquelle, typiquement, C 5 0,030%, Si 5 0,75%, Mn 5 1%, S 5 0,020%, P 5 0,040%, Cr = 10-13%, Ni =
10,5-11,6%, Mo = 0,25-1,5%, Al 5 0,25%, Ti = 1,5-1,8%, Cu 5 0,95%, Nb 5 0,3%, N 5 0,030%, B 5 0,010% a, elle aussi, une Rm insuffisante.
La nuance décrite dans le document US-A-2003/0049153, pour laquelle, typiquement, C 5 0,030%, Si 5 0,5%, Mn 5 0,5%, S 5 0, 0025%, P 5 0, 0040%, Cr = 9-13%, Ni = 7-9%, Mo = 3-6%, Al = 1-1,5%, Ti 5 1%, Co = 5-11%, Cu 50,75%, Nb 5 1%, N
5 0, 030%, 0 5 0, 020%, B 5 0, 0100%, pourrait présenter les niveaux de propriétés mécaniques souhaités, mais aurait une résistance à la corrosion insuffisante.
Elle pourrait aussi ne pas être suffisamment apte à être mise sous forme de pièces massives, car elle a été mise au point pour la fabrication de produits minces. Lors des traitements thermiques, elle doit subir une mise en solution à une température généralement élevée, de 930 à 980 C.
Le document WO-A-2012/002208 décrit un acier de composition typique C 5 0,200%, Si 5 0,1%, Mn 5 0,1%, S 5 0,008%, P 5 0,030%, Cr = 9,5-14%, Ni = 7-14%, Mo =
0,5-3%, Al = 0,25-1%, Ti = 0,75-2,5%, Co 5 3,5%, Cu 5 0,1%, N 5 0,010%, 0 5 0,005%, présenterait de bonnes propriétés mécaniques pour ce qui est des principales d'entre elles qui ont été citées. Mais sa ductilité serait insuffisante si on y ajoutait plus de 1% d'Al.
La mise en solution est toujours effectuée à une température très élevée, de 940 à
1050 C, pendant 1/2h à 3h, de façon à être suffisamment complète sans entraîner un grossissement du grain excessif.
Le document EP-A-1 896 624 décrit un acier de composition typique C 5 0,025%, Si 5 0,25%, Mn 5 3%, S 5 0,005%, P 5 0,020%, Cr = 9-13%, Ni = 8-14%, Mo = 1,5-
2 Martensitic stainless steel, part made of this steel and its method of manufacturing The present invention relates to stainless steels with high resistance to corrosion.

traction and tenacity, intended in particular for the manufacture of parts of structure aeronautics, in particular for landing gear.
Martensitic age-hardening stainless steels have been developed with the aim of meeting the needs linked, in particular, to this application.
Traditionally, non-stainless steels of the 40NiSiCrMo7 type are used, say more usually 300M, and containing, in particular, 0.40% C, 1.80% Ni, 0.85%
Cr and 0.40% Mo. These are weight percentages, as will be all contents cited in the text. After adequate heat treatments, this steel can present a tensile strength Rm of more than 1930 MPa and a toughness K1, of over 55 MPa.m1/2. It would be advantageous to be able to have steels having, in more of these mechanical properties, high corrosion resistance properties.
For this purpose, different shades have been developed, but none of them give full satisfaction.
The grade described in document US-A-3,556,776 and for which typically, C 5 0.050%, Si 5 0.6%, Mn 5 0.5%, S 5 0.015%, Cr = 11.5-13.5%, Ni = 7-10%, Mo = 1.75-2.5%, Al = 0.5-1.5%, Ti 5 0.5%, Nb 5 0.75%, N 5 0.050%, exhibits a level of mechanical strength too low, less than 1800 MPa.
The grade described in US-B-7,901,519, for which, typically, C 5 0.020%, Cr = 11-12.5%, Ni = 9-11%, Mo = 1-2.5%, Al = 0.7-1.5%, Ti = 0.15-0.5%, Cu = 0.5-2.5%, W = 0.5-1.5%, B 5 0.0010%, also has insufficient Rm.
The grade described in US-A-5,855,844, for which, typically, C 5 0.030%, Si 5 0.75%, Mn 5 1%, S 5 0.020%, P 5 0.040%, Cr = 10-13%, Ni =
10.5-11.6%, Mo = 0.25-1.5%, Al 5 0.25%, Ti = 1.5-1.8%, Cu 5 0.95%, Nb 5 0.3%, N 5 0.030%, B 5 0.010% also has an insufficient Rm.
The grade described in document US-A-2003/0049153, for which, typically, C 5 0.030%, Si 5 0.5%, Mn 5 0.5%, S 5 0.0025%, P 5 0.0040%, Cr = 9-13%, Ni = 7-9%, Mo = 3-6%, Al = 1-1.5%, Ti 5 1%, Co = 5-11%, Cu 50.75%, Nb 5 1%, N
5 0.030%, 0 5 0.020%, B 5 0.0100%, could present the levels of properties desired mechanical properties, but would have insufficient corrosion resistance.
She could also not be sufficiently suitable to be formed into massive pieces, because she was developed for the manufacture of thin products. During the treatments thermal, it must be put into solution at a temperature generally high, from 930 to 980 C.
Document WO-A-2012/002208 describes a steel of typical composition C 5 0.200%, Si 5 0.1%, Mn 5 0.1%, S 5 0.008%, P 5 0.030%, Cr = 9.5-14%, Ni = 7-14%, MB =
0.5-3%, Al = 0.25-1%, Ti = 0.75-2.5%, Co 5 3.5%, Cu 5 0.1%, N 5 0.010%, 0 5 0.005%, exhibit good mechanical properties with respect to the main of between those who have been cited. But its ductility would be insufficient if we added more than 1% Al.
Dissolution is always carried out at a very high temperature, 940 to 1050 C, for 1/2h to 3h, so as to be sufficiently complete without cause a excessive grain coarsening.
Document EP-A-1 896 624 describes a steel of typical composition C 5 0.025%, Si 5 0.25%, Mn 5 3%, S 5 0.005%, P 5 0.020%, Cr = 9-13%, Ni = 8-14%, Mo = 1.5-

3%, Al = 1-2%, Ti = 0,5-1,5%, Co 5 2%, Cu 5 0,5%, W 5 1%, N 5 0,006%, 0 5 0,005%. Il a l'avantage de contenir peu ou pas de Co qui est un élément coûteux, et de tolérer des mises en solution à des températures pas très élevées (850-950 C), donc avec une moindre dépense d'énergie et un moindre risque de grossissement du grain. Mais son compromis résistance à la traction-ténacité n'est pas aussi favorable que ce qui serait souhaitable.
Le but de l'invention est de proposer un acier inoxydable martensitique à
durcissement structural présentant simultanément des propriétés de résistance à la traction Rm et de ténacité K1, élevées, une résistance à la corrosion élevée et une excellente aptitude à la mise sous forme de pièces massives.
A cet effet, l'invention a pour objet un acier inoxydable martensitique, caractérisé
en ce que sa composition est, en pourcentages pondéraux :
- traces 5 C 5 0,030%, de préférence 5 0,010%;
- traces 5 Si 5 0,25%, de préférence 5 0,10%;
- traces 5 Mn 5 0,25%, de préférence 5 0,10%;
- traces 5 S 5 0,020%, de préférence 5 0,005%;
- traces 5 P 5 0,040%, de préférence 5 0,020%;
- 8% 5 Ni 5 14%, de préférence 11,3% 5 Ni 5 12,5%;
- 8% 5 Cr 5 14%, de préférence 8.5% 5 Cr 5 10%;
- 1,5% 5 Mo +W/2 53,0%, de préférence 1,5 5 Mo +W/2 5 2,5 /0 ;
- 1,0% 5 Al 5 2,0%, de préférence 1,0% 5 Al 5 1,5%;
- 0,5% 5 Ti 5 2,0%, de préférence 1,10% 5 Ti 5 1,55%;
- 2% 5 Co 5 9%, de préférence 2,5% 5 Co 5 6,5% ; mieux entre 2,50 et 3,50%;

- traces 5 N 5 0,030%, de préférence 5 0,0060%;
- traces 5 0 5 0,020%, de préférence 5 0,0050%;
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration ;
et en ce que sa température de début de transformation martensitique Ms calculée par la formule (1) Ms ( C) = 1302 - 28Si - 50Mn - 63Ni - 42Cr - 30Mo + 20AI - 12Co - 25Cu +
10[Ti - 4(C+N)]
dans laquelle les teneurs des différents éléments sont exprimées en pourcentages pondéraux, est supérieure ou égale à 50 C, de préférence supérieure ou égale à
75 C.
De préférence, 1.05% 5 Al 5 2,0%, et de préférence 1,05% 5 Al 5 1,5%.
La proportion de ferrite delta dans sa microstructure est de préférence inférieure ou égale à1%.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pièce en acier inoxydable martensitique, caractérisé en ce que :
- on prépare un demi-produit en acier ayant la composition précitée par l'un des procédés suivants :
* on prépare un acier liquide ayant la composition précitée, et à partir de cet acier liquide, on coule et on solidifie un lingot et on le transforme en un demi-produit par au moins une transformation à chaud ;
* on prépare par métallurgie des poudres un demi-produit fritté en un acier ayant la composition précitée ;
- on réalise une mise en solution complète du demi-produit dans le domaine austénitique, à une température comprise entre 800 et 940 C;
- on réalise une trempe du demi-produit jusqu'à une température finale de trempe inférieure ou égale à -60 C, de préférence inférieure ou égale à -75 C;
- on réalise un vieillissement entre 450 et 600 C pendant 4 à 32 h.
Entre la solidification du lingot coulé et solidifié et la mise en solution du demi-produit, on peut réaliser une homogénéisation du lingot ou du demi-produit à

1300 C pendant au moins 24h.
Entre la trempe et le vieillissement, on peut réaliser une transformation à
froid du demi-produit.
La trempe peut être réalisée en deux étapes, dans deux milieux de trempe différents.
La première étape de trempe est effectuée dans l'eau.
3%, Al = 1-2%, Ti = 0.5-1.5%, Co 5 2%, Cu 5 0.5%, W 5 1%, N 5 0.006%, 0 5 0.005%. He has the advantage of containing little or no Co which is an expensive element, and of tolerate put into solution at not very high temperatures (850-950 C), therefore with a less energy expenditure and less risk of grain enlargement. But his tensile strength-toughness trade-off is not as favorable as this who would be desirable.
The object of the invention is to provide a martensitic stainless steel with structural hardening simultaneously exhibiting strength properties to the high tensile Rm and toughness K1, high corrosion resistance and an excellent aptitude for shaping into massive parts.
To this end, the subject of the invention is a martensitic stainless steel, characterized in that its composition is, in weight percentages:
- traces 5 C 5 0.030%, preferably 5 0.010%;
- traces 5 Si 5 0.25%, preferably 5 0.10%;
- traces 5 Mn 5 0.25%, preferably 5 0.10%;
- traces 5 S 5 0.020%, preferably 5 0.005%;
- traces 5 P 5 0.040%, preferably 5 0.020%;
- 8% 5 Ni 5 14%, preferably 11.3% 5 Ni 5 12.5%;
- 8% 5 Cr 5 14%, preferably 8.5% 5 Cr 5 10%;
- 1.5% 5 Mo +W/2 53.0%, preferably 1.5 5 Mo +W/2 5 2.5 /0;
- 1.0% 5 Al 5 2.0%, preferably 1.0% 5 Al 5 1.5%;
- 0.5% 5 Ti 5 2.0%, preferably 1.10% 5 Ti 5 1.55%;
- 2% 5 Co 5 9%, preferably 2.5% 5 Co 5 6.5%; better between 2.50 and 3.50%;

- traces 5 N 5 0.030%, preferably 5 0.0060%;
- traces 5 0 5 0.020%, preferably 5 0.0050%;
the remainder being iron and impurities resulting from the elaboration;
and in that its martensitic transformation onset temperature Ms calculated by the formula (1) Ms (C) = 1302 - 28Si - 50Mn - 63Ni - 42Cr - 30Mo + 20Al - 12Co - 25Cu +
10[Ti - 4(C+N)]
in which the contents of the various elements are expressed in percentages by weight, is greater than or equal to 50 C, preferably greater than or equal to 75 C.
Preferably 1.05% 5 Al 5 2.0%, and more preferably 1.05% 5 Al 5 1.5%.
The proportion of delta ferrite in its microstructure is preferably lower or equal to 1%.
The invention also relates to a method of manufacturing a part in steel martensitic stainless steel, characterized in that:
- a steel semi-finished product having the aforementioned composition is prepared by one from following processes:
* a liquid steel having the aforementioned composition is prepared, and from this liquid steel, we cast and solidify an ingot and transform it into a semi-finished by at least one hot transformation;
* a sintered steel semi-finished product is prepared by powder metallurgy having the aforementioned composition;
- the semi-finished product is completely dissolved in the field austenitic, at a temperature between 800 and 940 C;
- the semi-finished product is quenched to a final temperature of quench less than or equal to -60 C, preferably less than or equal to -75 C;
- aging is carried out between 450 and 600 C for 4 to 32 hours.
Between the solidification of the cast and solidified ingot and the dissolution of the half-product, it is possible to homogenize the ingot or the semi-finished product 1300 C for at least 24 hours.
Between quenching and ageing, a transformation can be carried out at cold from semi-finished product.
Quenching can be done in two steps, in two quenching media different.
The first quenching step is carried out in water.

4 On peut préparer l'acier liquide par un double traitement par fusion sous vide, le deuxième traitement sous vide étant un traitement de refusion ESR ou VAR.
L'invention a également pour objet une pièce en acier inoxydable martensitique, caractérisé en ce qu'elle a été préparée par le procédé précédent.
Il peut s'agir d'une pièce de structure aéronautique.
Comme on l'aura compris, l'invention consiste à proposer une nuance d'acier inoxydable martensitique qui, après avoir subi des traitements thermomécaniques adéquats qui, combinés à ladite nuance, sont aussi un élément de l'invention, présente à
la fois des propriétés de résistance à la traction, de ténacité et de ductilité qui la rendent adaptée à son usage pour la fabrication de pièces massives tels que des trains d'atterrissage, ainsi qu'une excellente résistance à la corrosion par rapport aux nuances déjà utilisées à cet effet.
Les aciers de l'invention ont une structure martensitique qui est obtenue :
- par une mise en solution complète dans le domaine austénitique, donc réalisée au-delà de la température Ac3 de l'acier concerné ; pour la nuance considérée, cette température de mise en solution est de de 800 à 940 C ; la mise en solution est réalisée pendant une durée de 30 min à 3h ; une température de l'ordre de 850 C
combinée à une durée de l'ordre de 1 h 30 min sont généralement adéquates pour, à la fois, obtenir une mise en solution complète et un grossissement du grain modéré ; un grain trop grossier serait néfaste aux propriétés de résilience, corrosion sous contrainte et ductilité ;
- puis une trempe, réalisée de préférence à partir d'une température proche de la température de mise en solution, ladite trempe étant prolongée jusqu'à une température cryogénique, à savoir -60 C ou plus bas, de préférence jusqu'à -75 C ou plus bas, typiquement jusqu'à -80 C.
La durée de maintien dans le milieu cryogénique doit être suffisante pour que le refroidissement à la température choisie et les transformations recherchées affectent la pièce d'acier dans tout son volume. Cette durée dépend donc fortement de la masse et des dimensions de la pièce traitée, et est, bien entendu, d'autant plus élevée que, par exemple, la pièce traitée est épaisse. Différents milieux de trempe peuvent être utilisés :
air, eau, huile, gaz, polymère, azote liquide, neige carbonique (liste non limitative), et la trempe n'est pas forcément réalisée avec une vitesse de refroidissement très élevée.
On peut envisager d'utiliser successivement deux milieux de trempe différents, le premier milieu amenant l'acier par exemple à une température intermédiaire, et le deuxième milieu amenant ensuite l'acier à -60 C ou plus bas. Pour les pièces les plus massives, l'eau est un premier milieu de trempe privilégié car il permet d'assurer que le coeur de la pièce est refroidi suffisamment rapidement. La température de début de trempe est, de préférence, la température à laquelle a eu lieu la mise en solution, pour garantir qu'entre la mise en solution et la trempe il ne se produise pas de transformations métallurgiques difficiles à contrôler et qui pourraient défavorablement affecter les
4 Liquid steel can be prepared by double melting treatment under empty, the second vacuum processing being an ESR or VAR reflow processing.
The invention also relates to a stainless steel part martensitic, characterized in that it has been prepared by the above process.
It may be a part of an aeronautical structure.
As will have been understood, the invention consists in proposing a grade of steel martensitic stainless steel which, after being treated thermomechanical suitable which, combined with said nuance, are also an element of the invention, introduced to properties of tensile strength, toughness and ductility which makes it adapted to its use for the manufacture of massive parts such as trains landing, as well as excellent corrosion resistance compared to to the nuances already used for this purpose.
The steels of the invention have a martensitic structure which is obtained:
- by a complete solution in the austenitic domain, therefore realized above the Ac3 temperature of the steel concerned; for the grade considered, this solution temperature is from 800 to 940 C; dissolving is carried out for a period of 30 minutes to 3 hours; a temperature of about 850 C
combined with a duration of the order of 1 h 30 min are generally adequate for both get a complete dissolution and moderate grain growth; a bit too much rude would be detrimental to the properties of resilience, corrosion under stress and ductility;
- then quenching, preferably carried out from a temperature close to the solution temperature, said quenching being prolonged up to a temperature cryogenic, i.e. -60 C or lower, preferably up to -75 C or higher low, typically down to -80 C.
The duration of maintenance in the cryogenic medium must be sufficient so that the cooling to the chosen temperature and the desired transformations affect the piece of steel in all its volume. This duration therefore strongly depends on the mass and of the dimensions of the part treated, and is, of course, all the higher by example, the treated part is thick. Different quenching media can be used:
air, water, oil, gas, polymer, liquid nitrogen, dry ice (list not limiting), and the quenching is not necessarily carried out with a very high cooling rate.
high.
It is possible to consider successively using two different quenching media, the first medium bringing the steel, for example, to an intermediate temperature, and the second medium then bringing the steel to -60 C or lower. For parts most massive, water is a prime quenching medium because it allows to ensure that the core of the part is cooled sufficiently quickly. The temperature of beginning of tempering is, preferably, the temperature at which the setting took place solution, for guarantee that between solution treatment and quenching there is no transformations metallurgical conditions which are difficult to control and which could adversely affect the

5 propriétés mécaniques finales du produit Si la trempe est interrompue pendant une certaine durée en-dessous de Ms et au-dessus de la température Mf de fin de transformation martensitique, l'interruption doit être courte pour éviter de risquer de bloquer la transformation lorsque la trempe sera reprise.
Une autre possibilité serait d'interrompre la trempe au-dessus de Ms et de la reprendre ensuite jusqu'à la température cryogénique.
Un avantage possible de telles interruptions est qu'elles permettent d'éviter de devoir utiliser immédiatement un milieu de trempe cryogénique, donc d'éviter d'avoir une vitesse de refroidissement d'emblée très élevée qui risquerait de conduire à
l'apparition de tapures (fissurations superficielles), ou de fissures à l'intérieur du demi-produit qui pourraient être dues à des phénomènes de transformation martensitique différentielle entre la surface et le coeur encore chaud du demi-produit si celui-ci est relativement épais.
Mais dans la pratique il est préférable de réaliser la trempe en une seule étape, pour plus de commodités et pour ne pas risquer d'effets métallurgiques indésirables sur la microstructure de l'acier, car une trempe en deux étapes est souvent difficile à maîtriser quant à la température finale de la première étape et à l'homogénéité de ses effets dans la pièce traitée.
Le passage à la température cryogénique peut se faire dans un milieu solide, gazeux ou liquide en fonction de la technologie de traitement disponible. Afin d'obtenir une structure entièrement martensitique le début de la transformation martensitique au refroidissement, Ms, doit être maitrisé. Ce point Ms dépend de la composition de l'alliage et est calculé suivant l'Équation (1) :
(1) Ms ( C) = 1302- 285i - 50Mn - 63Ni - 42Cr - 30Mo + 20AI - 12Co - 25Cu +
10[Ti - 4(C+N)]
dans laquelle les teneurs des différents éléments sont exprimées en pourcentages pondéraux.
Dans le cadre de l'invention, Ms est nécessairement supérieure ou égale à 50 C

et préférentiellement supérieure ou égale à 75 C. Si cette condition n'est pas remplie, l'acier présente de l'austénite résiduelle de trempe qui est préjudiciable aux propriétés mécaniques, en particulier à la résistance à la rupture.
5 final mechanical properties of the product If quenching is interrupted for a certain time below Ms and above above the martensitic transformation end temperature Mf, the interruption must be short to avoid the risk of blocking the transformation when quenching will be resumed.
Another possibility would be to interrupt quenching above Ms and the then resume to cryogenic temperature.
A possible advantage of such interruptions is that they avoid of having to immediately use a cryogenic quenching medium, therefore avoiding to have a very high cooling rate from the outset which could lead to the appearance cracks (surface cracks), or cracks inside the half-product which could be due to martensitic transformation phenomena differential between the surface and the still hot core of the semi-finished product if the latter is relatively thick.
But in practice it is preferable to carry out the quenching in one step, for more convenience and to avoid the risk of undesirable metallurgical effects on the microstructure of the steel, since a two-step hardening is often difficult to master as to the final temperature of the first stage and the homogeneity of its effects in the treated part.
The transition to cryogenic temperature can take place in a solid medium, gaseous or liquid depending on the treatment technology available. To to get a fully martensitic structure the beginning of the transformation martensitic cooling, Ms, must be mastered. This point Ms depends on the composition alloy and is calculated according to Equation (1):
(1) Ms (C) = 1302- 285i - 50Mn - 63Ni - 42Cr - 30Mo + 20Al - 12Co - 25Cu +
10[Ti - 4(C+N)]
in which the contents of the various elements are expressed in percentages weight.
In the context of the invention, Ms is necessarily greater than or equal to 50 C

and preferably greater than or equal to 75 C. If this condition is not filled, the steel has residual austenite from quenching which is detrimental to properties mechanical, in particular the resistance to rupture.

6 Après la mise en solution et la trempe prolongée jusqu'à la température cryogénique visée, les propriétés mécaniques finales sont obtenues à l'issue d'un vieillissement entre 450 et 600 C d'une durée de 4 à 32 heures. Le durcissement obtenu est assuré par la formation de précipités intermétalliques type NiAl et Ni3Ti de taille nanométrique. Au cours du vieillissement, de l'austénite de réversion peut se former et contribuer à la ténacité de l'acier. Ce vieillissement peut, éventuellement, être interrompu à l'aide d'une trempe à l'eau pour améliorer la ténacité.
La structure finale, pour les applications envisagées de façon privilégiée, notamment dans l'aéronautique, doit être exempte de ferrite delta qui dégrade les propriétés mécaniques. Un maximum de 1% de ferrite delta est tolérable. La composition de l'acier selon l'invention est choisie, justement, pour éviter autant que possible que de la ferrite delta subsiste à la fin des traitements exécutés lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. De ce point de vue, il est très préférable, pour assurer cette absence de subsistance de ferrite delta, que le rapport Cr eq / Ni eq de l'acier, c'est-à-dire le rapport entre la somme pondérée des teneurs des principaux éléments alphagènes comme Cr (chrome équivalent) et la somme pondérée des teneurs des principaux éléments gammagènes comme Ni (nickel équivalent), soit inférieur ou égal à
1,05, avec :
Cr eq = Cr + 2 Si + Mo + 1,5 Ti + 5,5 Al + 0,6 W
Ni eq = 2 Ni + 0,5 Mn + 30 C + 25 N + Co + 0,3 Cu La solidification des nuances de l'invention doit être contrôlée pour limiter la ségrégation des lingots qui peut être préjudiciable aux propriétés mécaniques, notamment lorsque la sollicitation mécanique se fait en sens travers, et les teneurs en inclusions d'oxydes et de nitrures doivent être minimisées autant que possible. A cet effet, un mode privilégié de préparation des aciers selon l'invention est une double élaboration par fusion sous vide avec fusion par induction (Vacuum Induction Melting, VIM) puis coulée de l'acier en lingot pour l'obtention d'une électrode, qui est ensuite traitée par refusion à l'arc sous vide (Vacuum Arc Remelting, VAR) ou par refusion sous un laitier électroconducteur (Electroslag Remelting, ESR). Les élaborations sous vide permettent d'éviter les oxydations de Al et Ti par l'air, donc la formation excessive d'inclusions oxydées, et permettent aussi d'éliminer une partie de l'azote et de l'oxygène dissous. On peut ainsi obtenir des durées de vie en fatigue élevées.
Après l'obtention du lingot solidifié, on réalise les transformations à chaud (laminage, forgeage, matriçage ...) qui le mettent sous forme d'un demi-produit (barre, plat, bloc, pièce forgée ou matricée...) pour lui donner des dimensions au moins proches de ses dimensions définitives. Ces transformations à chaud sont tout simplement celles
6 After solution treatment and prolonged quenching to the temperature targeted cryogenic, the final mechanical properties are obtained after of one aging between 450 and 600 C for a period of 4 to 32 hours. the hardening obtained is ensured by the formation of intermetallic precipitates such as NiAl and Ni3Ti size nanometric. During ageing, reversion austenite can occur train and contribute to the toughness of the steel. This aging may eventually be interrupted using water quenching to improve toughness.
The final structure, for the applications envisaged in a privileged way, particularly in aeronautics, must be free of delta ferrite which degrades the mechanical properties. A maximum of 1% delta ferrite is tolerable. The composition steel according to the invention is chosen, precisely, to avoid as much as possible that of delta ferrite remains at the end of the treatments carried out during the work of process according to the invention. From this point of view, it is very preferable, for ensure this absence of delta ferrite subsistence, that the Cr eq / Ni eq ratio of steel, that is the ratio between the weighted sum of the contents of the main elements alphagens as Cr (equivalent chromium) and the weighted sum of the contents of the main gammagenic elements such as Ni (equivalent nickel), either less than or equal to 1.05, with:
Cr eq = Cr + 2 Si + Mo + 1.5 Ti + 5.5 Al + 0.6 W
Ni eq = 2 Ni + 0.5 Mn + 30 C + 25 N + Co + 0.3 Cu The solidification of the shades of the invention must be controlled to limit the segregation of ingots which can be detrimental to mechanical properties, particularly when the mechanical stress is in the transverse direction, and the contents of inclusions oxides and nitrides should be minimized as much as possible. In this effect, a mode privileged preparation of steels according to the invention is a double elaboration by fusion under vacuum with induction melting (Vacuum Induction Melting, VIM) then casting of ingot steel to obtain an electrode, which is then treated by arc reflow under vacuum (Vacuum Arc Remelting, VAR) or by remelting under a slag electrically conductive (Electroslag Remelting, ESR). Vacuum-packed preparations avoid the oxidations of Al and Ti by air, therefore the excessive formation of inclusions oxidized, and also eliminate some of the nitrogen and dissolved oxygen. We can so achieve high fatigue life.
After obtaining the solidified ingot, the hot transformations are carried out (rolling, forging, stamping...) which put it in the form of a half-product (bar, flat, block, forged or stamped part...) to give it dimensions less close of its final dimensions. These hot transformations are everything just those

7 qui sont habituelles pour les demi-produits visés de compositions générales comparables à celles de l'invention, aussi bien pour ce qui est des déformations que des températures de traitement.
De préférence, on réalise aussi un traitement d'homogénéisation du lingot ou du demi-produit à une température de 1200 à 1300 C pendant au moins 24 h pour limiter la ségrégation des différents éléments présents et assurer ainsi plus aisément l'obtention des propriétés mécaniques visées. Cependant, l'homogénéisation n'a, généralement, de préférence, pas lieu lors des dernières opérations de mise en forme à chaud ou après celles-ci, afin de conserver plus assurément une taille de grains acceptable sur les produits, en fonction de leur utilisation future.
Le demi-produit subit ensuite, selon l'invention, un traitement thermique consistant en:
- Une mise en solution entre 800 et 940 C pratiquée, comme il est classique, pendant une durée suffisante pour dissoudre les précipités présents dans l'intégralité du demi-produit et qui dépend donc étroitement des dimensions dudit demi-produit, suivie d'une trempe jusqu'à une température de -60 C ou inférieure, de préférence -75 C ou inférieure, ladite trempe débutant, de préférence, à une température proche de la température de mise en solution, et pouvant être réalisée en deux étapes séparées par un séjour à une température intermédiaire (par exemple l'ambiante, ou une température comprise entre le début et la fin de transformation martensitique, ou une température supérieure à la température de début de la transformation martensitique) ;
- Puis, éventuellement, une mise en forme à froid du demi-produit ;
- Puis un vieillissement entre 450 et 600 C pendant 4 à 32 heures permettant d'équilibrer les propriétés de résistance, ténacité et ductilité selon les critères suivants :
= La résistance maximale atteinte diminue lorsque la température de vieillissement croît, mais réciproquement la ductilité et la ténacité
croissent ;
= La durée de vieillissement nécessaire pour provoquer un durcissement donné augmente lorsque la température du vieillissement diminue ;
= A chaque niveau de température, la résistance passe par un maximum pour une durée déterminée, qui est appelé pic de durcissement ;
7 which are usual for the covered semi-finished products of general compositions comparable to those of the invention, both in terms of deformations and temperatures treatment.
Preferably, a homogenization treatment of the ingot or of semi-finished product at a temperature of 1200 to 1300 C for at least 24 hours for limit the segregation of the various elements present and thus ensure more easily obtaining targeted mechanical properties. However, homogenization did, generally, of preferably not take place during the last hot forming operations or after these, in order to more assuredly maintain an acceptable grain size on the products, depending on their future use.
The semi-finished product then undergoes, according to the invention, a heat treatment consistent in:
- A solution treatment between 800 and 940 C practiced, as it is classic, for a time sufficient to dissolve the precipitates present in the entire semi-finished product and which is therefore closely dependent on the dimensions said semi-finished product, followed by quenching to a temperature of -60 C or lower, preferably -75 C or lower, said quenching beginning, from preferably, at a temperature close to the solution temperature, and can be carried out in two stages separated by a stay at a intermediate temperature (for example ambient, or a temperature between the beginning and the end of martensitic transformation, or a temperature higher than the start temperature of the transformation martensitic);
- Then, possibly, cold shaping of the semi-finished product ;
- Then aging between 450 and 600 C for 4 to 32 hours allowing to balance the properties of strength, toughness and ductility according to the criteria following:
= The maximum resistance reached decreases when the temperature of aging increases, but reciprocally ductility and toughness grow;
= The aging time required to cause hardening given increases when the aging temperature decreases;
= At each temperature level, the resistance passes through a maximum for a determined duration, which is called hardening peak;

8 = Pour chaque niveau de résistance visé, qui peut être atteint par plusieurs couples de variables temps-température de vieillissement, il existe un seul tel couple qui confère le meilleur compromis résistance/ductilité à l'acier ;
ces conditions optimales correspondent à un début de survieillissement de la structure, et sont obtenues lorsqu'on va au-delà du pic de durcissement ;
l'homme du métier peut déterminer expérimentalement quel est le couple optimal à l'aide de réflexions et d'essais de routine.
Les éléments d'alliage de l'acier selon l'invention sont présents dans les quantités indiquées pour les raisons qui vont être exposées. Comme on l'a dit, les pourcentages sont des pourcentages pondéraux.
La teneur en C est d'au plus 0,030% (300 ppm), de préférence au plus 0,010%
(100 ppm). Dans la pratique il n'est généralement présent qu'à l'état d'élément résiduel résultant de la fusion des matières premières et de l'élaboration, sans qu'un ajout volontaire soit effectué. Il pourrait former des carbures de Cr de type M23C6 et pénaliser ainsi la résistance à la corrosion en captant du Cr qui n'est ainsi plus disponible pour assurer le caractère inoxydable de l'acier de façon satisfaisante. Il pourrait aussi s'associer au Ti pour former des carbures et carbonitrures néfastes pour la tenue en fatigue, et la consommation de Ti sous ces formes diminuerait la quantité
d'intermétalliques durcissants formée.
La teneur en Si est d'au plus 0,25%, de préférence au plus 0,10% pour mieux assurer le bon compromis entre Rm et K1C recherché. Typiquement il n'est qu'un élément résiduel non ajouté volontairement. Il tend à abaisser Ms (voir l'équation (1)) et à
fragiliser l'acier, d'où son caractère non souhaitable en quantités plus importantes que ce qui a été dit.
La teneur en Mn est d'au plus 0,25%, de préférence au plus 0,10%. Typiquement il n'est qu'un élément résiduel non ajouté volontairement. Il tend à abaisser Ms (voir l'équation (1)). Il pourrait éventuellement être utilisé en substitution partielle du Ni pour éviter la présence de ferrite delta et contribuer à la présence d'austénite de réversion lors du vieillissement de durcissement. Mais la facilité avec laquelle il s'évapore lors des traitements sous vide le rend difficile à maîtriser et conduit à un encrassement des dispositifs de dépoussiérage des fumées des fours. On ne préconise donc pas une présence significative de Mn dans les aciers de l'invention.
La teneur en S est d'au plus 0,020% (200 ppm), de préférence au plus 0,005%
(50 ppm), pour mieux assurer le bon compromis entre Rm et K1C recherché. Là
encore il est présent à l'état de résiduel et, si nécessaire, sa teneur doit être contrôlée par un choix
8 = For each target resistance level, which can be reached by many pairs of aging time-temperature variables, there is only one such torque which gives the best strength/ductility compromise to the steel;
these optimal conditions correspond to the onset of overaging of the structure, and are obtained when going beyond the hardening peak;
a person skilled in the art can determine experimentally what is the torque optimum through routine reflection and testing.
The steel alloying elements according to the invention are present in the quantities indicated for the reasons which will be explained. As we said, the percentages are percentages by weight.
The C content is at most 0.030% (300 ppm), preferably at most 0.010%
(100ppm). In practice it is generally present only in the state of residual element resulting from the fusion of raw materials and the development, without a addition voluntary is done. It could form M23C6 type Cr carbides and penalize thus the resistance to corrosion by capturing Cr which is thus no longer available for ensure the stainless character of the steel in a satisfactory manner. He could also combine with Ti to form carbides and carbonitrides harmful to the held in fatigue, and the consumption of Ti in these forms would decrease the amount of hardening intermetallics formed.
The Si content is at most 0.25%, preferably at most 0.10% for better ensure the good compromise between Rm and K1C sought. Typically there is only one residual element not added voluntarily. It tends to lower Ms (see equation (1)) and embrittle the steel, hence its undesirability in larger quantities important than this which has been said.
The Mn content is at most 0.25%, preferably at most 0.10%. Typically it is only a residual element not added voluntarily. It tends to lower Mrs (see equation (1)). It could possibly be used as a substitute partial Ni for avoid the presence of delta ferrite and contribute to the presence of austenite of reversion during hardening aging. But the ease with which it evaporates during the vacuum treatments makes it difficult to control and leads to a fouling of furnace smoke dust removal devices. We therefore do not recommend a significant presence of Mn in the steels of the invention.
The S content is at most 0.020% (200 ppm), preferably at most 0.005%
(50 ppm), to better ensure the good compromise between Rm and K1C sought. The still he is present as a residual and, if necessary, its content must be controlled by choice

9 soigneux des matières premières et/ou un traitement métallurgique de désulfuration lors de l'étape de fusion et de réglage de la composition de l'acier. Il réduit la ténacité par ségrégation aux joints de grains, et forme des sulfures dommageables pour les propriétés mécaniques.
La teneur en P est d'au plus 0,040% (400 ppm), de préférence au plus 0,020%
(200 ppm) pour mieux assurer le bon compromis entre Rm et K1C recherché. Il s'agit là
encore d'un élément résiduel qui tend à ségréger aux joints de grains et, donc, diminue la ténacité.
La teneur en Ni est comprise entre 8 et 14%, de préférence entre 11,3 et 12,5%.
C'est un élément gammagène, et il doit être à un niveau suffisamment élevé
pour éviter la stabilisation de la ferrite delta lors des opérations de mise en solution et d'homogénéisation. Mais il doit aussi être maintenu à un niveau suffisamment bas pour assurer une complète transformation martensitique lors de la trempe puisqu'il a fortement tendance à abaisser Ms selon l'équation (1). D'autre part, il participe au durcissement de l'acier lors du vieillissement par précipitation des phases durcissantes NiAl et Ni3Ti qui donnent aux aciers de l'invention leur niveau de résistance mécanique. Il a aussi pour fonction de former de l'austénite de réversion lors du vieillissement, qui précipite finement entre les lattes de martensite et procure leur ductilité et leur ténacité aux aciers de l'invention.
La teneur en Cr est comprise entre 8 et 14%, de préférence entre 8.5 et 10%.
Il est l'élément principal qui procure la résistance à la corrosion, ce qui justifie la limite inférieure de 8%. Mais on doit limiter sa teneur à 14% pour qu'il ne contribue pas à la stabilisation de la ferrite delta et qu'il ne fasse pas passer Ms, calculée selon l'équation (1), au-dessous de 50 C.
La teneur en Mo + W/2 est comprise entre 1,5 et 3,0%, de préférence entre 1,5 et 2,5%. Mo participe à la résistance à la corrosion et est susceptible de former une phase durcissante Fe7Mo6. Cependant, l'ajout d'une quantité excessive de Mo peut conduire à la formation d'une phase ji. Fe6Mo7 et diminuer ainsi la quantité de Mo disponible pour limiter la corrosion. Eventuellement, on peut remplacer au moins une partie du Mo par du W. Il est bien connu que dans les aciers, ces deux éléments sont fonctionnellement souvent comparables, et que, à pourcentage massique égal, W est deux fois plus efficace que Mo.
La teneur en Al est comprise entre 1,0 et 2,0%, de préférence entre 1,05 et 2,0%, mieux entre 1,0 et 1,5%, optimalement entre 1,05 et 1,5%. Lors du vieillissement, il forme la phase durcissante NiAl. L'AI a, habituellement, la réputation de dégrader la ductilité, mais cet inconvénient est annulé par la possibilité offerte par l'invention de réaliser la mise en solution à des températures relativement basses.
La teneur en Ti est comprise entre 0,5 et 2,0%, de préférence entre 1,10 et 1,55%. Lui aussi participe au durcissement lors du vieillissement en formant la phase Ni3Ti. Il permet aussi de fixer C et N sous forme de carbures et carbonitrures de Ti et d'éviter ainsi les effets néfastes du C. Toutefois, comme on l'a dit, ces carbures et carbonitrures sont néfastes à la tenue en fatigue, et on ne peut se permettre d'en former en trop grande quantité. Les teneurs en C, N et Ti doivent donc être maintenues dans les limites prescrites.
9 careful treatment of raw materials and/or metallurgical treatment of desulfurization during of the melting stage and adjustment of the composition of the steel. It reduces the tenacity by segregation at grain boundaries, and forms sulfides that are harmful to properties mechanical.
The P content is at most 0.040% (400 ppm), preferably at most 0.020%
(200 ppm) to better ensure the good compromise between Rm and K1C sought. He this is it still a residual element which tends to segregate at the grain boundaries and, so decrease the tenacity.
The Ni content is between 8 and 14%, preferably between 11.3 and 12.5%.
It is a gammagenic element, and it must be at a high enough level to avoid the stabilization of delta ferrite during solution treatment and of homogenization. But it must also be maintained at a level sufficiently low for ensure complete martensitic transformation during quenching since it strongly tendency to lower Ms according to equation (1). On the other hand, he participates in hardening of steel during precipitation aging of hardening NiAl phases and Ni3Ti which give the steels of the invention their level of mechanical strength. He has also for function of forming reversion austenite during aging, which finely precipitates between the martensite laths and provides their ductility and toughness to the steels of the invention.
The Cr content is between 8 and 14%, preferably between 8.5 and 10%.
He is the primary element that provides corrosion resistance, which justify the limit 8% lower. But we must limit its content to 14% so that it does not contribute not at the stabilization of the delta ferrite and that it does not pass Ms, calculated according to the equation (1), below 50 C.
The Mo+W/2 content is between 1.5 and 3.0%, preferably between 1.5 and 2.5%. Mo contributes to corrosion resistance and is likely to form a phase hardener Fe7Mo6. However, adding an excessive amount of MB may drive to the formation of a ji phase. Fe6Mo7 and thus reduce the amount of Mo available to limit corrosion. Optionally, we can replace at least part of the Mo by of the W. He is well known that in steels these two elements are functionally often comparable, and that, for an equal mass percentage, W is twice as efficient than Mo.
The Al content is between 1.0 and 2.0%, preferably between 1.05 and 2.0%, better between 1.0 and 1.5%, optimally between 1.05 and 1.5%. During the aging, it forms the hardening NiAl phase. AI usually has a reputation for degrade the ductility, but this disadvantage is canceled by the possibility offered by the invention of carry out the solution treatment at relatively low temperatures.
The Ti content is between 0.5 and 2.0%, preferably between 1.10 and 1.55%. It also participates in hardening during aging by forming the sentence Ni3Ti. It also allows to fix C and N in the form of carbides and carbonitrides of Ti and to avoid the harmful effects of C. However, as we have said, these carbides and carbonitrides are detrimental to fatigue resistance, and we cannot afford to form in too large a quantity. The C, N and Ti contents must therefore be kept in the prescribed limits.

10 La teneur en Co est comprise entre 2 et 9%, de préférence entre 2,50 et 6,5%, mieux entre 2,50 et 3,50%. Il permet de stabiliser l'austénite aux températures d'homogénéisation et de mise en solution, et donc d'éviter la formation de ferrite delta. Il participe au durcissement par sa présence en solution solide et aussi en ce qu'il favorise la précipitation des phases NiAl et Ni3Ti. On peut l'ajouter en substitution au Ni de façon à
élever la température Ms et assurer qu'elle est supérieure à 50 C. Par rapport à l'acier décrit dans EP-A-1 896 624 où Co doit être d'au plus 2%, le but est ici d'utiliser Co pour contribuer de façon importante au durcissement, ceci en combinaison avec les autres éléments présents et les traitements thermiques requis. La teneur préférentielle visée de 2,50-3,50% représente le meilleur compromis entre le coût de l'acier et ses performances.
N doit être d'au plus 0,030% (300 ppm), de préférence au plus 0,0060% (60 ppm) pour mieux assurer le bon compromis entre Rm et K1C recherché. On n'ajoute pas volontairement d'azote au métal liquide, et les traitements sous vide qui sont généralement pratiqués pendant l'élaboration permettent de protéger l'acier liquide contre les reprises d'azote atmosphérique, voire d'enlever une partie de l'azote dissous. N est défavorable à la ductilité de l'acier et forme des nitrures de Ti anguleux qui sont susceptibles d'être des sites d'amorçage de fissures lors de sollicitations en fatigue.
0 doit être d'au plus 0,020% (200 ppm), de préférence 0,0050% (50 ppm) pour mieux assurer le bon compromis entre Rm et K1C recherché. Il est lui aussi défavorable à la ductilité, et les inclusions oxydées qu'il forme sont aussi potentiellement des sites d'amorçage de fissures en fatigue. La teneur en 0 devra être choisie selon les critères habituels pour l'homme du métier, en fonction des caractéristiques mécaniques précises requises pour le produit final.
De manière générale, les propriétés mécaniques de l'acier de l'invention sont défavorablement affectées par les inclusions d'oxydes et de nitrures.
L'utilisation de
10 The Co content is between 2 and 9%, preferably between 2.50 and 6.5%, better between 2.50 and 3.50%. It stabilizes austenite at temperatures homogenization and dissolution, and therefore to avoid the formation of delta ferrite. He participates in hardening by its presence in solid solution and also in this that he favors the precipitation of the NiAl and Ni3Ti phases. It can be added as a substitute to Ni so as to raise the Ms temperature and ensure that it is above 50 C. Compared to steel described in EP-A-1 896 624 where Co must be at most 2%, the goal here is to use Co for contribute significantly to the hardening, this in combination with the others elements present and the heat treatments required. Content preferential aim of 2.50-3.50% represents the best compromise between the cost of steel and its performance.
N should be no more than 0.030% (300 ppm), preferably no more than 0.0060% (60 ppm) to better ensure the good compromise between Rm and K1C sought. We do not add voluntarily from nitrogen to the liquid metal, and the vacuum treatments which are generally practiced during the elaboration allow to protect the steel cash against absorption of atmospheric nitrogen, or even to remove part of the nitrogen dissolved. N is unfavorable to the ductility of steel and forms angular Ti nitrides which are likely to be crack initiation sites during stresses in fatigue.
0 should be at most 0.020% (200 ppm), preferably 0.0050% (50 ppm) for better ensure the good compromise between Rm and K1C sought. He too is unfavorable to ductility, and the oxidized inclusions it forms are also potentially sites fatigue crack initiation. The 0 content should be chosen according to the criteria usual for those skilled in the art, depending on the mechanical characteristics precise required for the final product.
In general, the mechanical properties of the steel of the invention are adversely affected by oxide and nitride inclusions.
The use of

11 procédés d'élaboration visant à minimiser leur présence dans l'acier final (VIM, ESR, VAR) est préférée notamment pour cette raison.
Les autres éléments présents dans l'acier de l'invention sont du fer et les impuretés résultant de l'élaboration.
Il doit être entendu que les gammes données comme préférentielles pour chaque élément sont indépendantes les unes des autres, c'est-à-dire que la composition de l'acier peut ne se situer dans ces gammes préférentielles que pour certains éléments seulement.
Des essais ont été effectués sur des échantillons issus de coulées de lingots ayant les compositions exposées dans le tableau 1. Les compositions des échantillons A
à E correspondent à des aciers de référence : A, D et E sont conformes à
l'enseignement de EP-A-1 896 624. B et C sont deux exemples de référence qui permettent de mettre en valeur l'intérêt d'imposer Ms selon l'invention. Les compositions des échantillons 1 à 16 correspondent à des aciers selon l'invention. Les échantillons A, B, C et 1 à
5 sont issus de lingots de 6 kg, et les autres échantillons sont issus de lingots de 150 kg. Les lingots de 6 kg ont été élaborés dans un premier temps pour une première validation du concept de l'invention, et leurs propriétés encourageantes ont conduit à poursuivre les expériences avec des coulées de 150 kg pour confirmer et affiner la définition de l'invention. Les lingots de 6 kg ont aussi permis de réaliser directement des essais de traction, alors qu'il a été nécessaire de former les lingots de 150 kg pour en extraire ensuite les échantillons sur lesquels les mesures des paramètres régissant la ténacité ont été effectuées.
0% Si % Mn % S% P%
Ni % Cr % Mo % Al %
A 0,0031 0,031 <0,010 0,0005 <0,0050 12,41 9,80 2,03 1,38 B <0,0020 0,024 <0,010 0,0004 <0,0050 12,38 9,75 2,04 1,38 C <0,0020 0,028 <0,010 0,0005 <0,0050 12,41 9,68 2,03 1,36 D 0,0020 0,057 <0,010 0,0012 <0,0050 12,24 10,03 2,01 1,47 E
0,0042 0,087 <0,010 0,0001 <0,0050 12,48 9,97 2,05 1,42 F
0,0130 0,064 <0,010 0,0011 <0,0050 8,21 10,63 4,99 1,19 1 <0,0020 0,030 <0,010 0,0004 <0,0050 12,41 9,70 2,03 1,38 0,0039 0,022 <0,010 0,0006 <0,0050 12,01 9,66 2,02 1,40 0,0022 0,035 <0,010 0,0004 <0,0050 11,47 9,74 2,03 1,33 4 <0,0020 0,026 <0,010 0,0004 <0,0050 10,52 9,71 2,05 1,39 0,0026 0,035 <0,010 0,0005 <0,0050 9,52 9,80 2,06 1,37
11 production processes aimed at minimizing their presence in the final steel (VIM, ESR, VAR) is preferred for this reason in particular.
The other elements present in the steel of the invention are iron and the impurities resulting from processing.
It should be understood that the ranges given as preferential for each element are independent of each other, i.e. the composition of steel may only be within these preferential ranges for certain elements only.
Tests were carried out on samples from ingot castings having the compositions set forth in Table 1. The compositions of the A-samples to E correspond to reference steels: A, D and E comply with teaching of EP-A-1 896 624. B and C are two examples of reference which make it possible to bring into value the interest of imposing Ms according to the invention. The compositions of samples 1 to 16 correspond to steels according to the invention. Samples A, B, C and 1 to 5 are from of 6 kg ingots, and the other samples are taken from ingots of 150 kg. ingots of 6 kg were initially developed for a first validation of the concept of the invention, and their encouraging properties have led to pursue the experiments with 150 kg castings to confirm and refine the definition of the invention. The 6 kg ingots also made it possible to carry out direct trials of traction, while it was necessary to form the 150 kg ingots to extract then the samples on which the measurements of the parameters governing the tenacity have been carried out.
0% Si % Mn % S% P%
Ni% Cr% Mo% Al%
A 0.0031 0.031 <0.010 0.0005 <0.0050 12.41 9.80 2.03 1.38 B <0.0020 0.024 <0.010 0.0004 <0.0050 12.38 9.75 2.04 1.38 C <0.0020 0.028 <0.010 0.0005 <0.0050 12.41 9.68 2.03 1.36 D 0.0020 0.057 <0.010 0.0012 <0.0050 12.24 10.03 2.01 1.47 E
0.0042 0.087 <0.010 0.0001 <0.0050 12.48 9.97 2.05 1.42 F
0.0130 0.064 <0.010 0.0011 <0.0050 8.21 10.63 4.99 1.19 1 <0.0020 0.030 <0.010 0.0004 <0.0050 12.41 9.70 2.03 1.38 0.0039 0.022 <0.010 0.0006 <0.0050 12.01 9.66 2.02 1.40 0.0022 0.035 <0.010 0.0004 <0.0050 11.47 9.74 2.03 1.33 4 <0.0020 0.026 <0.010 0.0004 <0.0050 10.52 9.71 2.05 1.39 0.0026 0.035 <0.010 0.0005 <0.0050 9.52 9.80 2.06 1.37

12 6 0,0059 0,046 <0,010 0,0013 <0,0050 11,86 10,04 2,01 1,25 7 0,0049 0,046 <0,010 0,0015 <0,0050 11,33 10,18 2,00 1,23 8 0,0018 0,023 <0,010 0,0016 <0,0050 10,32 10,15 2,01 1,33 9 0,0130 0,029 <0,010 0,0014 <0,0050 11,47 10,14 1,99 1,32 0,0018 0,041 <0,010 0,0013 <0,0050 12,21 9,12 2,05 1,31 11 0,0020 0,036 <0,010 0,0016 <0,0050 11,26 9,16 2,00 1,35 12 0,0030 0,063 <0,010 0,0001 <0,0050 12,43 8,98 2,08 1,38 12 6 0.0059 0.046 <0.010 0.0013 <0.0050 11.86 10.04 2.01 1.25 7 0.0049 0.046 <0.010 0.0015 <0.0050 11.33 10.18 2.00 1.23 8 0.0018 0.023 <0.010 0.0016 <0.0050 10.32 10.15 2.01 1.33 9 0.0130 0.029 <0.010 0.0014 <0.0050 11.47 10.14 1.99 1.32 0.0018 0.041 <0.010 0.0013 <0.0050 12.21 9.12 2.05 1.31 11 0.0020 0.036 <0.010 0.0016 <0.0050 11.26 9.16 2.00 1.35 12 0.0030 0.063 <0.010 0.0001 <0.0050 12.43 8.98 2.08 1.38

13 0,0023 0,061 <0,010 0,0001 <0,0050 11,75 9,40 2,06 1,39 13 0.0023 0.061 <0.010 0.0001 <0.0050 11.75 9.40 2.06 1.39

14 0,0048 0,022 <0,010 0,0003 <0,0050 11,82 9,60 2,03 1,09 0,0052 0,024 <0,010 0,0004 <0,0050 11,77 9,39 2,01 1,72 16 0,0049 0,024 <0,010 0,0004 <0,0050 11,15 9,55 2,00 1,05 Ti % Co % N % 0 % Fe Ms ( C) suivant équation (1) A 1,18 <0,010 0,0029 0,0008 reste 85 B 1,17 6,11 0,0021 0,0009 reste 16 C 1,16 9,11 0,0006 0,0009 reste -19 D 1,15 <0,010 0,0024 0,0010 reste 88 E 1,17 <0,010 0,0022 0,0013 reste 72 F 0,051 8,22 0,0018 0,0008 reste 210 1 1,18 3,06 0,0015 0,0015 reste 53 2 1,18 3,07 0,0017 0,0019 reste 81 3 1,17 6,13 0,0014 0,0012 reste 73 4 1,18 6,11 0,0015 0,0010 reste 135 5 1,18 6,14 0,0004 0,0013 reste 193 6 1,20 3,19 0,0009 0,0010 reste 69 7 1,23 6,02 0,0008 0,0006 reste 63 8 1,17 6,22 0,0021 0,0026 reste 128 9 1,16 5,00 0,0009 0,0007 reste 70 10 1,22 3,09 0,0016 0,0006 reste 88 11 1,17 6,20 0,0019 0,0008 reste 111 12 1,23 3,12 0,0039 0,0009 reste 79 13 1,21 3,09 0,0029 0,0005 reste 106 14 1,45 3,06 0,0044 0,0003 reste 91 14 0.0048 0.022 <0.010 0.0003 <0.0050 11.82 9.60 2.03 1.09 0.0052 0.024 <0.010 0.0004 <0.0050 11.77 9.39 2.01 1.72 16 0.0049 0.024 <0.010 0.0004 <0.0050 11.15 9.55 2.00 1.05 Ti% Co% N% 0% Fe Ms ( C) according to equation (1) A 1.18 <0.010 0.0029 0.0008 remainder 85 B 1.17 6.11 0.0021 0.0009 remainder 16 C 1.16 9.11 0.0006 0.0009 remainder -19 D 1.15 <0.010 0.0024 0.0010 remainder 88 E 1.17 <0.010 0.0022 0.0013 remainder 72 F 0.051 8.22 0.0018 0.0008 remainder 210 1 1.18 3.06 0.0015 0.0015 remainder 53 2 1.18 3.07 0.0017 0.0019 remainder 81 3 1.17 6.13 0.0014 0.0012 remainder 73 4 1.18 6.11 0.0015 0.0010 remainder 135 5 1.18 6.14 0.0004 0.0013 remainder 193 6 1.20 3.19 0.0009 0.0010 remainder 69 7 1.23 6.02 0.0008 0.0006 remainder 63 8 1.17 6.22 0.0021 0.0026 remainder 128 9 1.16 5.00 0.0009 0.0007 remainder 70 10 1.22 3.09 0.0016 0.0006 remainder 88 11 1.17 6.20 0.0019 0.0008 remainder 111 12 1.23 3.12 0.0039 0.0009 remainder 79 13 1.21 3.09 0.0029 0.0005 remainder 106 14 1.45 3.06 0.0044 0.0003 remainder 91

15 0,94 3,03 0,0036 0,0013 reste 112 15 0.94 3.03 0.0036 0.0013 remainder 112

16 1,45 4,08 0,0016 0,0010 reste 124 Tableau 1 : Compositions des échantillons d'essai, avec leurs Ms calculées suivant l'équation (1) Les lingots de 6 kg (A, B, C 1 à 5) ont été élaborés par traitement sous vide du métal liquide avant leur coulée. Ils ont été homogénéisés à 1250 C pendant 48h. Ils ont ensuite été filés après chauffage à 940 C pour être mis sous forme de barres de diamètre 22 mm. Le tableau 2 indique quels traitements ces barres ont ensuite subis, et quelles étaient leurs principales propriétés mécaniques finales mesurées en sens long :
résistance à la traction Rm, limite conventionnelle d'élasticité à 0,2% Rp0,2, allongement à
la rupture A, striction à la rupture Z, dureté Vickers. La taille réduite des échantillons filés n'a pas permis d'en extraire des éprouvettes qui auraient eu les dimensions nécessaires pour réaliser les essais de ténacité.
Ech. Traitement thermique Vieillissement Rm RP0,2 A Z
Dureté
Mise Température Température Durée (MPa) (MPa) (%) (%) (Hv) en de trempe ( C) (h) solution ( C) ( C/ h) A 850/1,5 -80 510 16 1868 1758 11 48 548 B 850/1,5 -80 510 16 Essais non réalisés 216 C 850/1,5 -80 510 16 (trop d'austénite dans la 146 structure) 1 850/1,5 -80 510 16 1826 1678 11 48 546 2 850/1,5 -80 510 16 1947 1797 11 49 577 3 850/1,5 -80 510 16 1910 1794 11 50 574 4 850/1,5 -80 510 16 1966 1872 11 49 590 5 850/1,5 -80 510 16 1977 1893 8 25 583 Tableau 2 : Conditions de traitement et propriétés mécaniques des échantillons issus des lingots de 6 kg On notera que la présence excessive d'austénite dans la structure s'est traduite, pour les échantillons de référence B et C, par une dureté très faible, qui était l'indice d'une résistance à la traction médiocre et assurément insuffisante par rapport aux exigences de l'invention. On a donc jugé inutile de procéder à d'autres essais mécaniques sur ces échantillons. Ces échantillons avaient des compositions qui, pour ce qui est des teneurs individuelles de chaque élément, étaient conformes aux exigences de l'invention, mais qui, prises ensemble, procuraient une température de transformation martensitique Ms trop basse (inférieure à 50 C). La trempe, effectuée dans les conditions d'expérimentation, qui correspondent à ce qui est habituellement pratiqué
industriellement, n'a pas permis d'obtenir une structure suffisamment martensitique dans le cas de ces échantillons. Cela montre que la condition posée sur Ms est importante à
considérer dans le cadre de l'invention.
Concernant les lingots de 150 kg (D, E, 6 à 16), ils ont été élaborés sous vide, coulés, puis refondus également sous vide par le procédé VAR pour donner des lingots de diamètre 200 mm. Ils ont ensuite été homogénéisés à 1250 C pendant 48 h, puis forgés à cette température en demi-produits de section octogonale de 110 mm, puis, après un réchauffage à 940 C, à nouveau forgés, cette fois en barres de section 80x40 mm. Le tableau 3 expose les conditions dans lesquelles ont été réalisés les traitements thermiques qui ont suivi, et les propriétés mécaniques mesurées en sens long sur les échantillons. Par rapport aux essais du tableau 2, on n'a pas réalisé de mesure de la dureté qui auraient fait double emploi avec les mesures de Rm, et on a réalisé
des essais de résilience (mesure de Kv) et de ténacité (mesure de K1C).
Traitement thermique Vieillissement Rm R130,2 A Z
Kv K1C
Mise en Température Température Durée (MPa) (MPa) (%) (%) (J) (MPa.m1/2) solution de ( c) (h) ( C/h) trempe ( c) D 850/1,5 -80 480 16 1952 1825 10 47 7 43 D 850/1,5 -80 490 16 1900 1696 10 48 9 46 D 850/1,5 -80 510 16 1829 1733 11 53 12 49 D 850/1,5 -80 530 E 850/1,5 -80 490 16 1872 1712 12 47 10 46 E 850/1,5 -80 510 E 900/1,5 -80 510 16 1885 1761 12 48 7 56 F 930/1,5 -80 540 4 1949 1809 14 52 8 50 F 930/1,5 -80 510 4 1908 1756 12 48 14 52 6 850/1,5 -80 490 16 1892 1748 13 53 15 67 6 850/1,5 -80 510 16 1814 6 850/1,5 -80 530 16 1692 1563 16 59 32 115 7 850/1,5 -80 480 16 1888 1659 12 45 10 52 7 850/1,5 -80 490 16 1897 1755 13 53 19 63 7 850/1,5 -80 510 16 1809 7 850/1,5 -80 530 16 1682 1521 16 61 31 125 8 850/1,5 -80 490 16 2078 1970 10 42 5 31 8 850/1,5 -80 510 16 2021 1952 10 51 6 40 8 850/1,5 -80 530 16 1820 1753 11 50 12 63 9 850/1,5 -80 490 16 1920 1768 12 52 16 56 9 850/1,5 -80 510 16 1868 1719 13 53 17 68 9 850/1,5 -80 530 16 1721 1585 15 59 28 104 10 850/1,5 -80 490 16 1957 10 850/1,5 -80 500 16 1949 10 850/1,5 -80 510 16 1917 1787 13 59 18 65 10 850/1,5 -80 530 16 1785 10 850/1,5 -80 490 4 1968 1839 11 43 10 46 10 850/1,5 -80 510 4 1969 1878 11 49 10 52 10 850/1,5 -80 530 4 1943 1812 12 53 10 58 11 850/1,5 -80 490 16 2014 1933 9 51 14 43 11 850/1,5 -80 500 16 2040 1940 12 53 7 45 11 850/1,5 -80 510 16 2004 1920 10 50 12 49 11 850/1,5 -80 530 16 1800 11 850/1,5 -80 490 4 2011 1883 11 42 4 41 11 850/1,5 -80 510 4 2019 1934 10 46 7 38 11 850/1,5 -80 530 4 1983 1889 12 54 7 45 12 850/1,5 -80 490 16 1989 1840 13 55 14 52 12 850/1,5 -80 510 16 1953 12 850/1,5 -80 530 16 1835 1721 13 61 16 74 13 850/1,5 -80 490 16 2028 13 850/1,5 -80 510 16 1982 1870 12 56 15 55 13 850/1,5 -80 530 16 1851 14 850/1,5 -80 490 16 1991 14 850/1,5 -80 510 16 1943 14 850/1,5 -80 530 16 1818 1698 11 48 16 72 14 875/1,5 -80 490 16 1984 14 875/1,5 -80 510 16 1940 14 875/1,5 -80 530 16 1819 15 850/1,5 -80 490 15 850/1,5 -80 510 15 850/1,5 -80 530 16 850/1,5 -80 490 16 850/1,5 -80 510 16 850/1,5 -80 530 Tableau 3 : Conditions de traitement et propriétés mécaniques des échantillons issus des lingots de 150 kg Les propriétés des différents échantillons peuvent être commentées comme suit.
Les échantillons de référence A, D et E correspondent aux aciers à teneur en Co faible ou nulle décrits dans EP-A-1 896 624 . Par rapport aux aciers de l'invention, on voit que leur Rm est relativement faible.
Les échantillons de référence B et C ont une Ms de moins de 50 C, donc trop faible pour être conforme à l'invention. Cela explique la présence excessive d'austénite résiduelle qui empêche d'obtenir une Rm suffisante, traduite par une faible dureté.
L'échantillon de référence F montre qu'une teneur en Mo trop élevée et une teneur en Ti trop basse par rapport aux exigences de l'invention conduisent à
l'obtention de propriétés mécaniques qui sont seulement au niveau de celles des autres échantillons de référence.
L'échantillon 1 est conforme à l'invention, mais a une Ms inférieure à
l'optimum de 75 C et davantage. Sa Rm est donc relativement faible et ne conviendra pas pour toutes les applications envisageables. On peut dire la même chose, mais dans une moindre mesure, de l'échantillon 3.
L'échantillon 2 a, au contraire, une Ms conforme à l'optimum, et sa Rm de 1947 MPa est excellente.
Les échantillons 4 et 5, à haute Ms du fait de leur substitution importante du Ni par Co, ont une excellente Rm de 1966 et 1977 MPa respectivement.
L'échantillon 6 a une Ms qui n'est pas optimale par rapport à l'échantillon 2 qui a lui aussi environ 3% de Co. De même pour l'échantillon 7 qui a une teneur en Co d'environ 6%, mais une moins bonne Rm que l'échantillon 4 du fait de sa plus basse Ms.
16 1.45 4.08 0.0016 0.0010 remainder 124 Table 1: Compositions of test samples, with their calculated Ms according to equation (1) The 6 kg ingots (A, B, C 1 to 5) were produced by vacuum treatment of liquid metal before casting. They were homogenized at 1250 C for 48h. They have then spun after heating to 940 C to be formed into bars of diameter 22mm. Table 2 indicates what treatments these bars then underwent, and what were their main final mechanical properties measured in the long direction :
tensile strength Rm, yield strength at 0.2% Rp0.2, elongation at fracture A, necking at fracture Z, Vickers hardness. The reduced size of spun samples did not make it possible to extract from it specimens which would have had the dimensions required to perform toughness tests.
Scale Heat treatment Aging Rm RP0.2 AZ
Hardness Setting Temperature Temperature Duration (MPa) (MPa) (%) (%) (Hv) quenching ( C) (h) solution (C) (C/h) A 850/1.5 -80 510 16 1868 1758 11 48 548 B 850/1.5 -80 510 16 Tests not carried out 216 C 850/1.5 -80 510 16 (too much austenite in the 146 structure) 1850/1.5 -80 510 16 1826 1678 11 48 546 2,850/1.5 -80,510 16 1,947 1,797 11 49,577 3850/1.5 -80 510 16 1910 1794 11 50 574 4,850/1.5 -80,510 16 1966 1,872 11 49,590 5,850/1.5 -80,510 16 1977 1893 8 25,583 Table 2: Processing conditions and mechanical properties of samples from 6 kg ingots It will be noted that the excessive presence of austenite in the structure is translated, for the reference samples B and C, by a very low hardness, which was the index of a mediocre and certainly insufficient tensile strength compared to the requirements of the invention. It was therefore deemed unnecessary to carry out further mechanical tests.
on these samples. These samples had compositions which, in terms of grades individual elements of each element, complied with the requirements of the invention, but which, taken together, provided a transformation temperature martensitic Ms too low (below 50 C). Hardening, carried out under the conditions of experimentation, which correspond to what is usually practiced industrially, did not make it possible to obtain a sufficiently martensitic in the case of these samples. This shows that the condition on Ms is important to consider within the scope of the invention.
Concerning the 150 kg ingots (D, E, 6 to 16), they were produced under empty, cast, then also remelted under vacuum by the VAR process to give ingots 200mm diameter. They were then homogenized at 1250 C for 48 h, then forged at this temperature into semi-finished products with an octagonal section of 110 mm, then, after reheating at 940 C, again forged, this time into bars of section 80x40 mm. Table 3 shows the conditions under which the tests were carried out.
treatments thermal conditions that followed, and the mechanical properties measured in the long direction on the samples. Compared to the tests in Table 2, no measurement of hardness which would have duplicated the measurements of Rm, and we realized tests resilience (measurement of Kv) and toughness (measurement of K1C).
Heat treatment Aging Rm R130.2 AZ
Kv K1C
Heating Temperature Duration (MPa) (MPa) (%) (%) (J) (MPa.m1/2) solution of (c)(h) ( C/h) hardening ( vs) D 850/1.5 -80 480 16 1952 1825 10 47 7 43 D 850/1.5 -80 490 16 1900 1696 10 48 9 46 D 850/1.5 -80 510 16 1829 1733 11 53 12 49 D 850/1.5 -80 530 E 850/1.5 -80 490 16 1872 1712 12 47 10 46 E 850/1.5 -80 510 E 900/1.5 -80 510 16 1885 1761 12 48 7 56 F 930/1.5 -80 540 4 1949 1809 14 52 8 50 F 930/1.5 -80 510 4 1908 1756 12 48 14 52 6850/1.5 -80 490 16 1892 1748 13 53 15 67 6,850/1.5 -80,510 16,1814 6,850/1.5 -80,530 16 1692 1563 16 59 32 115 7850/1.5 -80 480 16 1888 1659 12 45 10 52 7850/1.5 -80 490 16 1897 1755 13 53 19 63 7,850/1.5 -80,510 16,1809 7,850/1.5 -80,530 16 1682 1521 16 61 31 125 8,850/1.5 -80,490 16 2078 1970 10 42 5 31 8,850/1.5 -80,510 16 2021 1952 10 51 6 40 8850/1.5 -80 530 16 1820 1753 11 50 12 63 9850/1.5 -80 490 16 1920 1768 12 52 16 56 9850/1.5 -80 510 16 1868 1719 13 53 17 68 9,850/1.5 -80,530 16 1721 1585 15 59 28 104 10,850/1.5 -80,490 16,1957 10,850/1.5 -80,500 16,1949 10,850/1.5 -80,510 16 1917 1787 13 59 18 65 10,850/1.5 -80,530 16,1785 10,850/1.5 -80,490 4 1968 1839 11 43 10 46 10,850/1.5 -80,510 4 1969 1878 11 49 10 52 10,850/1.5 -80,530 4 1943 1812 12 53 10 58 11,850/1.5 -80,490 16 2014 1933 9 51 14 43 11,850/1.5 -80,500 16 2040 1940 12 53 7 45 11,850/1.5 -80,510 16 2004 1920 10 50 12 49 11,850/1.5 -80,530 16,1800 11,850/1.5 -80 490 4 2011 1883 11 42 4 41 11,850/1.5 -80,510 4 2019 1934 10 46 7 38 11,850/1.5 -80,530 4 1983 1889 12 54 7 45 12,850/1.5 -80,490 16 1989 1840 13 55 14 52 12,850/1.5 -80,510 16,1953 12,850/1.5 -80,530 16 1835 1721 13 61 16 74 13,850/1.5 -80,490 16,2028 13,850/1.5 -80,510 16 1982 1870 12 56 15 55 13,850/1.5 -80,530 16,1851 14,850/1.5 -80,490 16,1991 14,850/1.5 -80,510 16,1943 14,850/1.5 -80,530 16 1818 1698 11 48 16 72 14,875/1.5 -80,490 16,1984 14,875/1.5 -80,510 16,1940 14,875/1.5 -80,530 16,1819 15,850/1.5 -80,490 15,850/1.5 -80,510 15,850/1.5 -80,530 16,850/1.5 -80,490 16,850/1.5 -80,510 16,850/1.5 -80,530 Table 3: Processing conditions and mechanical properties of samples from 150 kg ingots The properties of the different samples can be commented on as follows.
Reference samples A, D and E correspond to steels with a Co low or zero described in EP-A-1 896 624. Compared to steels of the invention, we see that their Rm is relatively low.
Reference samples B and C have a Ms of less than 50 C, so too low to be in accordance with the invention. This explains the excessive presence austenite residual which prevents obtaining a sufficient Rm, translated by a weak hardness.
Reference sample F shows that too high a Mo content and a too low Ti content compared to the requirements of the invention lead to obtaining mechanical properties that are only at the level of those of other samples reference.
Sample 1 is in accordance with the invention, but has an Ms lower than the optimum 75 C and more. Its Rm is therefore relatively low and will not be suitable for all possible applications. We can say the same thing, but in a lesser extent, of sample 3.
Sample 2 has, on the contrary, an Ms conforming to the optimum, and its Rm of 1947 MPa is excellent.
Samples 4 and 5, at high Ms due to their significant substitution of the Neither by Co, have an excellent Rm of 1966 and 1977 MPa respectively.
Sample 6 has a Ms that is not optimal compared to sample 2 who has also about 3% of Co. The same for sample 7 which has a content of Co of about 6%, but a lower Rm than sample 4 due to its higher bass Ms.

17 La Rm très élevée de l'échantillon 8 est due à sa Ms élevée combiné à une teneur en Co d'environ 6%.
L'échantillon 9 à 5% de Co présente une Ms inférieure à l'optimum et sa Rm est relativement limitée. Cela montre bien qu'une teneur relativement élevée en Co n'est pas suffisante pour assurer une Rm élevée dans le cadre de l'invention.
Les échantillons 10 et 12 sont ceux qui présentent le meilleur compromis entre Rm et K1C. De fait, leurs compositions sont conformes aux teneurs préférentielles sur tous les éléments.
L'échantillon 11 présente une Ms élevée, et une Rm élevée. L'équilibre entre Rm et K1C est meilleur que pour l'échantillon 8 du fait d'un meilleur équilibrage entre les teneurs en Ni et Cr.
La comparaison entre les échantillons 13, 14 et 15 met en évidence l'effet avantageux de la substitution partielle de Al par Ti : l'échantillon 14 est celui qui a le meilleur compromis entre Rm et K1C. On notera aussi que ces échantillons ont une teneur en Cr (9,4-9,6%) plus élevée que celle (9% environ) des échantillons 10 et 12.
L'échantillon 16 présente une Ms élevée. Sa Rm est équivalente à celle de l'échantillon 12 mais sa K1C est moins favorable à cause d'une teneur en Cr un peu plus forte.
La figure 1 traduit les résultats du tableau 3 en termes de compromis entre Rm et K1C pour les échantillons issus de lingots de 150 kg, ceux-ci étant les seuls pour lesquels la ténacité a été mesurée. Globalement, K1C diminue lorsque Rm augmente, et les aciers selon l'invention présentent un meilleur compromis entre ces deux propriétés que les aciers de référence D et E dont les compositions sont relativement voisines de l'invention sauf sur la teneur en Co.
Pour les échantillons de référence, une Rm de 1701 MPa correspond à une ténacité de 66 MPA.m1/2. Cet acier ne serait donc pas du tout adapté aux utilisations privilégiées envisagées du fait de sa Rm très insuffisante. La Rm maximale des échantillons de référence est de 1952 MPa, ce qui serait correct pour lesdites utilisations, mais la ténacité correspondante n'est que de 43 MPa.m1/2, ce qui serait très insuffisant.
Les meilleurs compromis résistance/ténacité sont obtenus pour des Rm de 1845 à

MPa, auxquelles correspondent des ténacités de l'ordre de 46 à 56 MPA.m1/2.
Ces propriétés mécaniques prises dans leur ensemble ne sont donc pas aussi favorables que pour les aciers au carbone de type 300M.
Pour ce qui est des échantillons selon l'invention, on voit sur la figure 1 qu'un très bon compromis entre Rm et K1C est généralement obtenu pour des Rm de l'ordre de
17 The very high Rm of sample 8 is due to its high Ms combined with a Co content about 6%.
Sample 9 at 5% Co has Ms below optimum and its Rm is relatively limited. This clearly shows that a relatively high content of Co is not sufficient to ensure a high Rm within the scope of the invention.
Samples 10 and 12 are those which present the best compromise between Rm and K1C. In fact, their compositions conform to the levels preferential on all the elements.
Sample 11 has a high Ms, and a high Rm. The balance between Rm and K1C is better than for sample 8 due to a better balance between Ni and Cr contents.
The comparison between samples 13, 14 and 15 highlights the effect advantage of the partial substitution of Al by Ti: the sample 14 is the one who has the best compromise between Rm and K1C. Note also that these samples have a Cr content (9.4-9.6%) higher than that (about 9%) of samples 10 and 12.
Sample 16 has a high Ms. Its Rm is equivalent to that of sample 12 but its K1C is less favorable due to a Cr content little more strong.
Figure 1 translates the results of Table 3 in terms of compromise between Rm and K1C for samples from 150 kg ingots, these being the only ones for which toughness was measured. Overall, K1C decreases when Rm increases, and the steels according to the invention have a better compromise between these two properties that reference steels D and E whose compositions are relatively close to the invention except on the Co content.
For the reference samples, an Rm of 1701 MPa corresponds to a tenacity of 66 MPA.m1/2. This steel would therefore not be at all suitable for uses privileged considered because of its very insufficient Rm. The maximum Rm of reference samples is 1952 MPa, which would be correct for said uses, but the corresponding toughness is only 43 MPa.m1/2, which would be very insufficient.
The best resistance/toughness compromises are obtained for Rm from 1845 to MPa, to which correspond tenacities of the order of 46 to 56 MPA.m1/2.
Those mechanical properties taken as a whole are therefore not as favorable than for type 300M carbon steels.
As regards the samples according to the invention, it is seen in FIG. 1 that a very good compromise between Rm and K1C is generally obtained for Rm of the order of

18 1950 MPa, qui correspondent à des K1C de l'ordre de 46 à 63 MPa.m1/2, le plus souvent supérieures à 50 MPa.m1/2. On retombe donc sur les ordres de grandeur des propriétés correspondantes des aciers 300M
On voit également que si une diminution de Rm était acceptable, la ténacité
serait augmentée dans des proportions importantes, et inversement. Les aciers selon l'invention procurent donc à l'utilisateur une grande souplesse dans le choix de leurs propriétés, qui sont modulables par la composition, les traitements thermiques et le vieillissement final choisis dans le cadre qui a été cité.
Concernant la ductilité, les valeurs de A% et Z% des échantillons selon l'invention sont très comparables à celles que l'on obtient sur les aciers de type 300M.
L'invention ne procure donc aucune dégradation par rapport au 300M de ce point de vue.
Sur certains de ces mêmes échantillons issus de coulées de lingots de 150 kg (les échantillons D, 6 à 8 et 10 à 16), on a aussi réalisé des essais de corrosion au brouillard salin, dans une solution aqueuse à 50 g/I de NaCI à 35 C. Ils avaient tous, auparavant, été soumis au même traitement thermique de mise en solution à 850 C
pendant 1 h 30 min, à une trempe à -80 C et à un vieillissement à 510 C
pendant 16 h.
Aucun de ces échantillons ne montrait de traces de corrosion après 200 h d'exposition.
Les aciers selon l'invention ne voient donc pas leurs résultats en corrosion au brouillard salin dégradés par rapport à l'acier de référence D qui ne contient pas de Co.
On a également réalisé des essais de corrosion sous contrainte, dans un milieu aqueux à 3,5% de NaCI à 23 C, sur les échantillons E et 10, soumis à une mise en solution à 850 C pendant 1 h 30 min, à une trempe à -80 C et vieillis à 510 C
pendant 16 h. On a mesuré la ténacité K1C dans l'air et les durées avant rupture pour des charges égales à 75% de K1C. Dans les deux cas, les échantillons ont résisté pendant plus de 500 h avant la rupture. C'est un bon résultat, et l'invention ne dégrade donc pas la tenue à
la corrosion sous contrainte par rapport aux aciers de référence sans Co.
Les aciers selon l'invention peuvent donc se substituer de façon mécaniquement satisfaisante aux aciers de type 300M, avec en plus le fait qu'ils présentent des performances de résistance à la corrosion en brouillard salin et en corrosion sous contrainte qui sont tout à fait favorables, car comparables à celles des aciers inoxydables par lesquels on pouvait envisager de remplacer les 300M.
Il doit être entendu que dans toute cette description, le lingot solidifié
qui est coulé à partir du métal liquide peut avoir toute forme susceptible de conduire, après les diverses déformations, à un produit final ayant la forme et les dimensions souhaitées pour son utilisation. En particulier, la coulée dans une lingotière classique munie d'un fond et
18 1950 MPa, which correspond to K1C of the order of 46 to 63 MPa.m1/2, the highest often greater than 50 MPa.m1/2. We therefore fall back on the orders of magnitude of the properties corresponding to 300M steels We also see that if a decrease in Rm was acceptable, the tenacity would be increased significantly, and vice versa. Steels according to the invention therefore provide the user with great flexibility in the choice of their properties, which can be modulated by the composition, the heat treatments and the final aging chosen within the framework that has been cited.
Concerning the ductility, the values of A% and Z% of the samples according to the invention are very comparable to those obtained on the steels of type 300M.
The invention therefore provides no degradation compared to the 300M of this point of sight.
On some of these same samples from castings of 150 kg ingots (samples D, 6 to 8 and 10 to 16), we also carried out tests of corrosion salt spray, in an aqueous solution containing 50 g/l of NaCl at 35 C. They all had, previously been subjected to the same solution heat treatment at 850 VS
for 1 h 30 min, quenching at -80 C and aging at 510 C
for 4 p.m.
None of these samples showed signs of corrosion after 200 h of exposure.
The steels according to the invention therefore do not see their corrosion results in the fog salt degraded compared to the reference steel D which does not contain Co.
Stress corrosion tests were also carried out in an environment solution at 3.5% NaCl at 23 C, on samples E and 10, subjected to in solution at 850 C for 1 h 30 min, quenched at -80 C and aged at 510 C
for 16 h. K1C toughness in air and times to failure were measured for fillers equal to 75% of K1C. In both cases, the samples resisted for more than 500 h before failure. This is a good result, and the invention therefore does not degrade not holding on to corrosion under stress compared to reference steels without Co.
The steels according to the invention can therefore replace themselves mechanically satisfactory to 300M type steels, with the added fact that they present from salt spray and corrosion resistance performance under constraint which are quite favorable, as they are comparable to those of stainless steels by which one could consider replacing the 300M.
It should be understood that throughout this description, the solidified ingot who is cast from the liquid metal can have any shape capable of drive, after various deformations, to a final product having the shape and dimensions desired for its use. In particular, casting in a conventional ingot mold fitted with of a background and

19 de parois latérales fixes n'est qu'une des façons possibles de procéder, et les différents procédés de coulée continue dans une lingotière sans fond à parois fixes ou mobiles peuvent être utilisés pour réaliser la solidification du lingot .
Une solution alternative à celle qui vient d'être décrite est de réaliser la suite de traitements thermiques sur un demi-produit issu non d'un lingot transformé à
chaud par laminage, forgeage, matriçage ou autre, mais sur un demi-produit fritté
fabriqué par métallurgie des poudres, auquel il serait donc possible de conférer directement une forme, éventuellement complexe, et des dimensions très proches de celles de la pièce définitive. La poudre utilisée est une poudre métallique qui a la composition de l'acier selon l'invention. Dans son cas, une homogénéisation du demi-produit fritté
n'est pas nécessaire. Mais le processus de fabrication peut comporter préalablement au frittage proprement dit, comme cela est classique pour l'homme du métier, une étape de pré-frittage effectuée dans des conditions moins sévères que le frittage en termes de température et/ou de durée. De manière générale, le processus de frittage est conduit comme l'homme du métier le ferait en utilisant ses connaissances habituelles.
19 fixed sidewalls is only one possible way to do this, and the different continuous casting processes in a bottomless ingot mold with fixed walls or mobiles can be used to achieve ingot solidification.
An alternative solution to that which has just been described is to carry out the Following heat treatments on a semi-finished product not originating from an ingot transformed hot by rolling, forging, stamping or other, but on a sintered semi-finished product made by powder metallurgy, to which it would therefore be possible to confer directly a form, possibly complex, and dimensions very close to those of the room final. The powder used is a metal powder which has the composition steel according to the invention. In his case, a homogenization of the sintered semi-finished product is not necessary. But the manufacturing process may include prior to the sintering strictly speaking, as is conventional for those skilled in the art, a step of pre-sintering carried out under less severe conditions than sintering in terms of temperature and/or time. Generally speaking, the sintering process is leads as the person skilled in the art would do using his usual knowledge.

Claims (24)

REVENDICATIONS 20 1.- Acier inoxydable martensitique, caractérisé en ce que sa composition est, en pourcentages pondéraux :
- traces <= C <= 0,030% ;
- traces <= Si <= 0,25% ;
- traces <= Mn <= 0,25% ;
- traces <= S <= 0,020% ;
- traces <= P <= 0,040% ;
- 8% <= Ni <= 14%, ;
- 8% <= Cr <= 14% ;
- 1,5% <= Mo + W/2 <= 3,0%;
- 1,05% <= Al <= 2,0% ;
- 0,5% <= Ti <= 2,0%;
- 2% <= Co <= 9% ;
- traces <= N <= 0,030%;
- traces <= O <= 0,020%;
le reste étant du fer et des impuretés résultant de l'élaboration ;
et en ce que sa température de début de transformation martensitique Ms calculée par la formule (1) Ms (°C) = 1302 - 28Si - 50Mn - 63Ni - 42Cr - 30Mo + 20A1 - 12Co -25Cu + 10[Ti - 4(C+N)]
dans laquelle les teneurs des différents éléments sont exprimées en pourcentages pondéraux, est supérieure ou égale à 50°C, de préférence supérieure ou égale à
75°C, en ce que Creq/Nieq < 1,05, avec Cr eq Cr + 2 Si + Mo + 1,5 Ti + 5,5 Al + 0,6 W
Ni eq = 2 Ni + 0,5 Mn + 30 C + 25 N + Co + 0,3 Cu ;
et en ce que la proportion de ferrite delta dans sa microstructure est inférieure ou égale à 1%.
1.- Martensitic stainless steel, characterized in that its composition is, in weight percentages:
- traces <= C <= 0.030%;
- traces <= Si <= 0.25%;
- traces <= Mn <= 0.25%;
- traces <= S <= 0.020%;
- traces <= P <= 0.040%;
- 8% <= Ni <= 14%;
- 8% <= Cr <= 14%;
- 1.5% <= Mo + W/2 <= 3.0%;
- 1.05% <= Al <= 2.0%;
- 0.5% <= Ti <= 2.0%;
- 2% <= Co <= 9%;
- traces <= N <= 0.030%;
- traces <= O <= 0.020%;
the remainder being iron and impurities resulting from the elaboration;
and in that its martensitic transformation onset temperature Ms calculated by the formula (1) Ms (°C) = 1302 - 28Si - 50Mn - 63Ni - 42Cr - 30Mo + 20A1 - 12Co -25Cu + 10[Ti - 4(C+N)]
in which the contents of the various elements are expressed in weight percentages, is greater than or equal to 50°C, preferably greater than or equal to 75°C, in that Creq/Nieq < 1.05, with Cr eq Cr + 2 Si + Mo + 1.5 Ti + 5.5 Al + 0.6 W
Ni eq = 2 Ni + 0.5 Mn + 30 C + 25 N + Co + 0.3 Cu;
and in that the proportion of delta ferrite in its microstructure is less than or equal to 1%.
2.- Acier inoxydable martensitique selon la revendication 1, caractérisé en ce que traces <
C <= 0,010%.
2.- martensitic stainless steel according to claim 1, characterized in that what traces <
C <= 0.010%.
3.- Acier inoxydable martensitique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé
en ce que traces <= Si <= 0,10%.
3.- martensitic stainless steel according to claim 1 or 2, characterized in that traces <= Si <= 0.10%.
4.- Acier inoxydable martensitique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que traces < Mn < 0,10%. 4.- martensitic stainless steel according to one of claims 1 to 3, characterized in that only traces < Mn < 0.10%. 5.- Acier inoxydable martensitique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que traces < S < 0,005%. 5.- martensitic stainless steel according to one of claims 1 to 4, characterized in that that traces < S < 0.005%. 6.- Acier inoxydable martensitique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que traces < P < 0,020%. 6.- martensitic stainless steel according to one of claims 1 to 5, characterized in that only traces < P < 0.020%. 7.- Acier inoxydable martensitique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que 11,3% <Ni < 12,5%. 7.- martensitic stainless steel according to one of claims 1 to 6, characterized in that that 11.3% < Ni < 12.5%. 8.- Acier inoxydable martensitique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que 8.5% < Cr < 10%. 8.- martensitic stainless steel according to one of claims 1 to 7, characterized in that that 8.5% < Cr < 10%. 9.- Acier inoxydable martensitique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que 1,5 < Mo + W/2 < 2,5%. 9.- martensitic stainless steel according to one of claims 1 to 8, characterized in that that 1.5 < MB + W/2 < 2.5%. 10.- Acier inoxydable martensitique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que 1,05% < Al < 1,5%. 10.- martensitic stainless steel according to one of claims 1 to 9, characterized in that 1.05% < Al < 1.5%. 11.- Acier inoxydable martensitique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que 1,10% < Ti < 1,55%. 11.- martensitic stainless steel according to one of claims 1 to 10, characterized in that 1.10% < Ti < 1.55%. 12.- Acier inoxydable martensitique selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que 2,5% < Co < 6,5%. 12.- martensitic stainless steel according to one of claims 1 to 11, characterized in that 2.5% < Co < 6.5%. 13.- Acier inoxydable martensitique selon la revendication 12, caractérisé en ce que 2,50% < Co < 3,50%. 13.- martensitic stainless steel according to claim 12, characterized in that 2.50% < Co < 3.50%. 14.- Acier inoxydable martensitique selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que traces < N < 0,0060%. 14.- martensitic stainless steel according to one of claims 1 to 13, characterized in what traces < N < 0.0060%. 15.- Acier inoxydable martensitique selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que traces < 0 < 0,0050%. 15.- martensitic stainless steel according to one of claims 1 to 14, characterized in what traces < 0 < 0.0050%. 16.- Procédé de fabrication d'une pièce en acier inoxydable martensitique, caractérisé en ce que :
- on prépare un demi-produit en acier ayant la composition selon l'une des revendications 1 à 15 par l'un des procédés suivants :
* on prépare un acier liquide ayant la composition selon l'une des revendications 1 à
15, et à partir de cet acier liquide, on coule et on solidifie un lingot et on le transforme en un demi-produit par au moins une transformation à chaud ;

* on prépare par métallurgie des poudres un demi-produit fritté en un acier ayant la composition selon l'une des revendications 1 à 15 ;
- on réalise une mise en solution complète du demi-produit dans le domaine austénitique, à une température comprise entre 800 et 940°C ;
- on réalise une trempe du demi-produit jusqu'à une température finale de trempe inférieure ou égale à -60°C ;
- on réalise un vieillissement entre 450 et 600°C pendant 4 à 32 h.
16.- Manufacturing process of a martensitic stainless steel part, characterized in that :
- a steel semi-finished product having the composition according to one of the claims 1 to 15 by one of the following methods:
* a liquid steel is prepared having the composition according to one of the claims 1 to 15, and from this liquid steel, we cast and solidify an ingot and we turns it into a semi-finished product by at least one hot transformation;

* a sintered steel semi-finished product is prepared by powder metallurgy having the composition according to one of claims 1 to 15;
- the semi-finished product is completely dissolved in the field austenitic, at a temperature of between 800 and 940° C.;
- the semi-finished product is quenched to a final temperature of quench less than or equal to -60°C;
- aging is carried out between 450 and 600° C. for 4 to 32 hours.
17.- Procédé de fabrication d'une pièce en acier inoxydable martensitique selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'on réalise ladite trempe du demi-produit jusqu'à une température finale de trempe inférieure ou égale à -75°C 17.- Manufacturing process of a martensitic stainless steel part according to claim 16, characterized in that said quenching of the half-produced up to a final quenching temperature less than or equal to -75°C 18.- Procédé selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce qu'on coule et solidifie un lingot, et en ce que, entre la solidification du lingot et la mise en solution du demi-produit, on réalise une homogénéisation du lingot ou du demi-produit à 1200-1300°C
pendant au moins 24h.
18.- Process according to claim 16 or 17, characterized in that one pours and solidifies a ingot, and in that, between the solidification of the ingot and the dissolving semi-finished product, performs homogenization of the ingot or semi-finished product at 1200-1300°C
for at least 24 hours.
19.- Procédé selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que entre la trempe et le vieillissement, on réalise une transformation à froid du demi-produit. 19.- Method according to one of claims 16 to 18, characterized in that between tempering and aging, a cold transformation of the semi-finished product is carried out. 20.- Procédé selon l'une des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que la trempe est réalisée en deux étapes, dans deux milieux de trempe différents. 20.- Method according to one of claims 16 to 19, characterized in that the temper is carried out in two stages, in two different quenching media. 21.- Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que la première étape de trempe est effectuée dans l'eau. 21.- Method according to claim 20, characterized in that the first quenching step is performed in water. 22.- Procédé selon l'une des revendications 16 à 21, caractérisé en ce qu'on prépare l'acier liquide par un double traitement par fusion sous vide, le deuxième traitement sous vide étant un traitement de refusion ESR ou VAR. 22.- Method according to one of claims 16 to 21, characterized in that prepared liquid steel through double vacuum melting treatment, the second vacuum treatment being an ESR or VAR reflow treatment. 23.- Pièce en acier inoxydable martensitique, caractérisé en ce qu'elle a été
préparée par le procédé selon l'une des revendications 16 à 22.
23.- Martensitic stainless steel part, characterized in that it has been prepared by the method according to one of claims 16 to 22.
24.- Pièce en acier inoxydable martensitique selon la revendication 23, caractérisée en ce qu'il s'agit d'une pièce de structure aéronautique. 24.- Martensitic stainless steel part according to claim 23, characterized in that that it is an aeronautical structural part.
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