EP0610135B1 - Procédé de traitement thermique après le soudage de deux pièces en acier allié de nuances distinctes - Google Patents

Procédé de traitement thermique après le soudage de deux pièces en acier allié de nuances distinctes Download PDF

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EP0610135B1 EP94400217A EP94400217A EP0610135B1 EP 0610135 B1 EP0610135 B1 EP 0610135B1 EP 94400217 A EP94400217 A EP 94400217A EP 94400217 A EP94400217 A EP 94400217A EP 0610135 B1 EP0610135 B1 EP 0610135B1
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    • C21D2251/00—Treating composite or clad material

Definitions

  • the present invention relates to a method of heat treatment after welding of two pieces in alloy steel of different grades.
  • This heat treatment generally consists of a simple tempering at a temperature slightly below the first critical temperature of transformation on heating, called AC 1 .
  • This temperature depending on the nature of the steel constituting the welded assembly, is between approximately 550 and 750 ° C. It is carefully chosen to be high enough to have the effects of stress relieving and softening, while nevertheless being limited to avoid exceeding this temperature AC 1 at the start of transformation on heating and even reaching the temperature of the metallurgical income previously undergone by the parts to be joined by welding, so as not to affect the properties of the base metal.
  • a treatment temperature a temperature intermediate between the optimal temperatures of the two steels which is therefore too high for the one whose optimal treatment temperature is the lowest or well, more often we use the temperature corresponding to that of the two steels whose temperature optimal treatment is the weakest, so in this case, the temperature is too low for the other steel.
  • the present invention thus relates to a new heat treatment process after welding of two alloy steel parts of different grades, the first part, called A, having critical transformation temperatures on heating AC 1 A and AC 3 A and a optimal treatment temperature after welding ⁇ A lower than AC 1 A, the second part, called B, having critical transformation temperatures on heating AC 1 B and AC 3 B, respectively lower than AC 1 A and AC 3 A and a temperature optimal treatment after welding ⁇ B less than AC 1 B and ⁇ A , characterized in that a first thermal treatment cycle is carried out at said temperature ⁇ A followed by a second thermal cycle at a temperature ⁇ B ,, the temperature having dropped below 100 ° C between the two cycles.
  • said first cycle of the treatment at the temperature ⁇ A exceeds the temperature AC 1 B, the whole of the treatment thus constituting, for the material B, an intercritical treatment.
  • FIGS 1 and 2 are representative diagrams of the treatment method according to the invention.
  • Figure 3 is a partial schematic view showing for example, two welded portions of a rotor turbomachine, the two welded portions each being in alloy steel of different grades, serving as a concrete example for the description of the process according to the invention.
  • FIG. 1 there is seen a diagram of the thermal treatment of the invention according to a particular embodiment (intercritical treatment). This same diagram is shown in Figure 2.
  • the heat treatment consists of two cycles: a first cycle at temperature ⁇ A and a second cycle at temperature ⁇ B.
  • the temperature ⁇ A lower than AC 1 A, is the optimal treatment temperature after welding for steel A.
  • the invention therefore consists in carrying out this double heat treatment at temperatures ⁇ A and ⁇ B after welding two pieces of alloy steel of respective grades A and B, with the temperature falling below 100 ° C. between the two treatments at temperatures ⁇ A and ⁇ B.
  • this double cycle at ⁇ A and ⁇ B has the same effect as a simple treatment at temperature ⁇ A corresponding to the optimal temperature of heat treatment after welding for this steel and the second cycle at ⁇ B has no effect.
  • a double cycle of this type, for steel B, is a so-called “intercritical” processing which is capable of generating very ductile micrographic structures.
  • At least the first thermal cycle at ⁇ A ° C is a local treatment, that is to say only affecting the deposited metal and the base metal immediately adjacent on either side.
  • the material B outside of the waiting weld is not affected by the intercritical treatment and retains its initial properties.
  • Figure 3 describes an application of the method of the invention to a turbine rotor.
  • HP-BP a rotor rotor
  • the heat treatment applied is a local treatment affecting only welded joint 1 and weld expectations 2 and 3 which have been delimited in the figure by the two dashed lines 4 and 5.
  • Part A HP in its entirety, and the metal deposited 1, will retain their characteristics after this double cycle normal mechanical.

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Description

La présente invention concerne un procédé de traitement thermique après le soudage de deux pièces en acier allié de nuances distinctes.
On sait qu'après le soudage de deux pièces en acier allié, on procède en général à un traitement thermique appelé traitement de détensionnement.
Ce traitement à un double but :
  • supprimer ou au moins réduire les contraintes internes d'origine thermiques apparues au cours du refroidissement, et de la solidification conséquente du joint soudé,
  • adoucir le métal fondu et la zone avoisinante du métal de base également affectée thermiquement, afin d'améliorer la ductilité de ces zones qui est très médiocre à l'état brut de soudage.
Ce traitement thermique consiste en général en un simple revenu à une température légèrement au-dessous de la première température critique de transformation au chauffage, appelée AC1. Cette température, suivant la nature de l'acier constituant l'assemblage soudé, est comprise environ entre 550 et 750°C. Elle est soigneusement choisie pour être suffisamment élevée pour avoir les effets de détensionnement et adoucissement, tout en étant néanmoins limitée pour éviter de dépasser cette tempétature AC1 de début de transformation au chauffage et même d'atteindre la température du revenu métallurgique subi préalablement par les pièces à assembler par soudure, afin de ne pas affecter les propriétés du métal de base.
Il existe ainsi, pour chaque nuance d'acier, une température optimale de traitement thermique après soudage.
Lorsque l'on veut assembler par soudage deux pièces d'acier de nuances distinctes, le choix de la température de traitement est un problème difficile. Ainsi il est connu d'utiliser comme température de traitement une température intermédiaire entre les températures optimales des deux aciers qui est donc trop élevée pour celui dont la température optimale de traitement est la plus faible ou bien, plus fréquemment, on utilise la température correspondant à celui des deux aciers dont la température optimale de traitement est la plus faible, alors dans ce cas, la température est trop basse pour l'autre acier.
La présente invention a ainsi pour objet un nouveau procédé de traitement thermique après le soudage de deux pièces en acier allié de nuances distinctes, la première pièce, appelée A, ayant des températures critiques de transformation au chauffage AC1A et AC3A et une température optimale de traitement après soudage A inférieure à AC1A, la deuxième pièce, appelée B, ayant des températures critiques de transformation au chauffage AC1B et AC3B, respectivement inférieures à AC1A et AC3A et une température optimale de traitement après soudage B inférieure à AC1B et à A, caractérisé en ce que l'on fait un premier cycle thermique de traitement à ladite température A suivi d'un second cycle thermique à une température B,, la température étant descendue au dessous de 100°C entre les deux cycles.
Selon une réalisation particulière, ledit premier cycle du traitement, à la température A dépasse la température AC1B, l'ensemble du traitement constituant ainsi, pour le matériau B, un traitement intercritique.
Les figures 1 et 2 sont des diagrammes représentatifs du procédé de traitement selon l'invention.
La figure 3 est une vue schématique partielle montrant à titre d'exemple deux portions soudées d'un rotor de turbomachine, les deux portions soudées étant chacune en acier allié de nuances distinctes, servant d'exemple concret pour la description du procédé selon l'invention.
Ainsi, en se reportant à la figure 1, on voit un diagramme du traitement thermique de l'invention selon une réalisation particulière (traitement intercritique). Ce même diagramme est reporté sur la figure 2. On voit que le traitement thermique se compose de deux cycles : un premier cycle à la température A et un deuxième cycle à la température B.
Sur la figure 1, on a représenté les températures critiques de commencement et de fin de transformation au chauffage : AC1 et AC3 pour un acier allié appelé A. Ces deux températures sont ainsi notées : AC1A et AC3A.
Sur la figure 2, on a représenté les températures critiques de commencement et de fin de transformation au chauffage : AC1 et AC3 pour un acier allié appelé B de nuance distincte du précédent. Ces deux températures sont ainsi notées : AC1B et AC3B.
La température A, inférieure à AC1A, est la température optimale de traitement après soudage pour l'acier A.
La température B, inférieure à AC1B, et à A est la température optimale de traitement après soudage pour l'acier B.
En superposant les deux figures, on voit que AC1B est inférieure à AC1A et que AC3B est inférieure à AC3A.
Ainsi, l'invention consiste donc à procéder à ce double traitement thermique aux températures A et B après le soudage de deux pièces d'acier allié de nuance respective A et B, avec une descente de la température au dessous de 100°C entre les deux traitements aux températures A et B.
Ainsi, pour l'acier A, figure 1, ce double cycle à A et B a le même effet qu'un simple traitement à la température A correspondant à la température optimale de traitement thermique après soudage pour cet acier et le second cycle à B n'a aucun effet.
En revanche, pour l'acier B, figure 2, le premier cycle à A, dépasse la température B optimale pour lui, et dans l'exemple donné cette température A dépasse même la température AC1B, c'est-à-dire que, lors de ce cycle, se produira pour cet acier un début de transformation en austénite. Lors du refroidissement subséquent, cette austénite, fortement carburée, se transformera en martensite, constituant de trempe dur et fragile. Lors du second cycle à la température B (ou voisine de B), ce constituant trempé se trouvera adouci et sa ténacité sera très améliorée.
Un double cycle de ce type, pour l'acier B, est un traitement dit "intercritique" qui est capable de générer des structures micrographiques très ductiles.
En ce qui concerne le métal d'apport déposé, selon que son analyse chimique est similaire au composant A ou B, son comportement sera celui de l'une ou l'autre de ces nuances d'acier.
Ainsi, grâce à ce double cycle à ces températures A et B, les objectifs essentiels du traitement thermique après soudage sont atteints, à la fois dans le métal d'apport déposé et dans les deux matériaux assemblés.
Il est généralement avantageux qu'au moins le premier cycle thermique à A °C soit un traitement local, c'est-à-dire n'affectant que le métal déposé et le métal de base immédiatement adjacent de part et d'autre. Ainsi, le matériau B en dehors de l'attente de soudure n'est pas affecté par le traitement intercritique et conserve ses propriétés initiales.
La figure 3 permet de décrire une application du procédé de l'invention à un rotor de turbine.
Il s'agit de réaliser un rotor dit "HP-BP" par assemblage de deux parties de nuances d'acier A et B différentes. L'une choisie pour ses propriétés à chaud (la partie haute pression HP) et l'autre pour ses propriétés à froid (la partie basse pression BP).
La partie HP(A) est par exemple un acier 1% Cr Mo V ayant la composition suivante :
   C = 0,23
   Ni = 0,6
   Cr = 1
   Mo = 1
   V = 0,3
   pour cet acier, la température AC1(A) est de 750°C et la température AC3(A) est de 900°C, sa température A optimale de traitement après soudage est de 670°C.
Sa limite de résistance élastique Re = 500 MPa, sa résistance à la rupture Rm = 650 MPa.
La partie BP(B) est par exemple un acier : 3% Ni Cr Mo V
   ayant la composition suivante :
   C = 0,23
   Ni = 3,0
   Cr = 1,75
   Mo = 0,5
   V = 0,1
   ses températures
      AC1 (B) = 630°C
      AC3 (B) = 810°C      B = 600°C
   Re = 680 MPa
   Rm = 800 MPa
Le métal d'apport déposé, repéré 1 sur la figure 3, est du type : 2 1/4 Cr 1 Mo capable après un traitement thermique à 670°C de présenter les caractéristiques d'élasticité et de ruptures suivantes :
      Re = 500 MPa       Rm = 650 MPa
Après l'assemblage par soudure des deux parties A et B, le traitement thermique appliqué est un traitement local n'affectant que le joint soudé 1 et les attentes de soudures 2 et 3 qui ont été délimitées sur la figure par les deux lignes en pointillés 4 et 5.
Le traitement appliqué à cette zone est le suivant : premier cycle de chauffage à A = 670°C pendant cinq heures, puis refroidissement à 20°C, deuxième cycle de chauffage à B = 600°C pendant cinq heures, puis refroidissement.
La partie A HP, dans sa totalité, et le métal déposé 1, garderont après ce double cycle leurs caractéristiques mécaniques normales.
La partie B BP, référencée 6, hors de l'attente de soudure 3, conservera ses caractéristiques mécaniques d'origine, puisque le chauffage à A = 670°C ne l'atteint pas.
Enfin, l'attente de soudure 3 de la partie B : BP subira un traitement intercritique (correspondant à la figure 2) lui conférant une excellente ténacité et une très bonne ductilité. En revanche, ses caractéristiques de traction Re et Rm seront diminuées par ce traitement et chuteront aux valeurs suivantes :
      Re = 500 MPa
      Rm = 650 MPa
   ce qui est parfaitement admissible, puisque ces caractéristiques sont celles de l'autre attente de soudure 2, côté HP, soumise aux mêmes contraintes en service.
Toutes les zones de la pièce assemblée et traitée selon le double cycle de l'invention aux valeurs A et B auront ainsi les propriétés nécessaires.

Claims (3)

  1. Procédé de traitement thermique après le soudage de deux pièces en acier allié de nuances distinctes, la première pièce, appelée A, ayant des températures critiques de transformation au chauffage AC1A et AC3A et une température optimale de traitement de revenu après soudage A inférieure à AC1A, la deuxième pièce, appelée B, ayant des températures critiques de transformation au chauffage AC1B et AC3B, respectivement inférieures à AC1A et AC3A et une température optimale de traitement de revenu après soudage B inférieure à AC1B et à A, caractérisé en ce que l'on fait un premier cycle thermique de traitement à ladite température A suivi d'un second cycle thermique à une température B, la température étant descendue au dessous de 100°C entre les deux cycles.
  2. Procédé de traitement thermique selon la revendication caractérisé en ce que ledit premier cycle du traitement, à la température A dépasse la température AC1B, l'ensemble du traitement constituant ainsi, pour le matériau B, un traitement intercritique.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, au moins le premier cycle du traitement n'affecte que le métal d'apport déposé (1) et les parties immédiatement avoisinantes (2, 3) des deux pièces soudées (A, B).
EP94400217A 1993-02-05 1994-02-02 Procédé de traitement thermique après le soudage de deux pièces en acier allié de nuances distinctes Expired - Lifetime EP0610135B1 (fr)

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