WO2022234220A1 - Method for forging a part made of maraging steel - Google Patents

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WO2022234220A1
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Maxime Eric VINCENT
Laurent Ferrer
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Safran Aircraft Engines
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    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/004Dispersions; Precipitations

Definitions

  • the invention relates to the field of preparation of metal parts for the aeronautical industry and more specifically to forging processes for very high-strength steels.
  • Very high resistance steels of the maraging type are particularly used for dimensioned fatigue parts, for example in turbomachines, and in particular for compressor and turbine shafts. Improving the fatigue resistance of these steels represents a considerable potential gain for the service life of parts made from these steels.
  • maraging steel parts are made from ingots, themselves obtained by vacuum arc remelting processes, or by vacuum induction melting.
  • the conventional forging processes making it possible to transform the ingot into a desired part can cause the appearance of zones which are not completely recrystallized, which has an unfavorable impact on the ductility of the steels.
  • recrystallization heterogeneities are observed which appear when the ingots are deformed at rational strain rates greater than or equal to 1 s 1 .
  • the method further comprises at least one stage of recrystallization of the part after the second heating stage, the recrystallization stage being chosen from:
  • ferritic annealing step being carried out:
  • the first two stages of the forging process considered alone correspond to a conventional forging process, and it is observed that these stages, and particularly the second forging stage, can create significant recrystallization heterogeneities in the part obtained directly after forging.
  • significant recrystallization heterogeneities are often observed between the inside and the outside of the ingot.
  • the recrystallization step makes it possible on the one hand to significantly improve the mechanical properties of the parts obtained, and in particular their tensile strength and on the other hand to reduce the background noise of the parts obtained during ultrasonic testing.
  • temperatures Acl, Ac3, Ar3, Arl and Ms referred to in the present application are understood with their usual meaning in the field of steels and are a function of the contents exact in addition elements chosen for the alloy.
  • recrystallization makes it possible to reduce the quantity of non-recrystallized zones and thus to allow better homogenization of the conditions between the core and the periphery of the initial ingot, so as to reduce the non-recrystallized zones. recrystallized, responsible for the aforementioned inconveniences.
  • the proposed method makes it possible to improve the parts obtained after forging while keeping the steps of the forging method unchanged with respect to the methods of the prior art. This results in a forging process whose implementation is facilitated, because it does not require reviewing the existing installations but only adding a recrystallization step as indicated.
  • a maraging steel is a steel having high strength and hardness, while maintaining good ductility, in the usual sense of the terms “maraging steel” in the field of steels.
  • the adjective “Maraging” is a portmanteau word born from the contraction in English of “martensitic aging”, that is to say maturing of martensite, in relation to the process of preparation of these steels.
  • the maraging steel ingot was obtained by vacuum arc remelting.
  • the deformation obtained after the first step is between 1.0 and 2.5, preferably between 1.0 and 2.0.
  • the deformation e obtained during a process step corresponds to the natural logarithm of the ratio between the surface of the cross section of the part obtained after deformation and the surface of the cross section of the initial part.
  • the deformation obtained after the second step is greater than 0.5, for example between 1.0 and 2.0.
  • the first step is performed in a hydraulic press.
  • the second step can be carried out in a 4-hammer type forging machine or in a rolling mill.
  • the recrystallization step is only a heating recrystallization step.
  • the duration of the stage of recrystallization by heating can be chosen between 30 minutes and 4 hours.
  • the recrystallization step is only a ferritic annealing step, carried out directly after the second forging step.
  • the duration of the ferritic annealing step depends on the exact composition of the alloy.
  • the precise determination of the optimal duration of such a step can be made, for example by reading the time-temperature-transformation graph or by reading of the transformation graph in continuous cooling obtained specifically for the chosen steel.
  • the duration may be greater than or equal to one hour, or even greater than or equal to 8.0 hours and less than or equal to 72.0 hours, or even less than or equal to 9.6 hours .
  • the duration of a ferritic annealing step can be between 8.0 hours and 9.6 hours.
  • the temperature of the step of recrystallization by heating can be between the Ac3 temperature and the temperature at which the precipitates blocking the mobility of the grain boundaries are put back into solution.
  • the stage of recrystallization by heating may have a duration greater than or equal to 10 minutes, or even greater than or equal to one hour and less than or equal to 5 hours, or even less than or equal to 1.2 hours.
  • the forging process may further comprise, after the step of recrystallization by heating, an additional heat treatment comprising heating to a temperature between 150°C and Acl + 75°C and for a duration between 1.0 hour and 4.0 hours, preferably followed by air cooling.
  • the choice of the applied heating treatment(s) may depend on the specific alloying elements contained in the maraging steel under consideration.
  • a stage of recrystallization by ferritic annealing is preferred for maraging steels having a carbon content greater than 0.05% by mass of carbon, since it may be suitable on its own, without additional heat treatment and since it therefore makes it possible to obtain the advantages of the process in a simplified manner.
  • the ferritic annealing step is also advantageous for maraging steels having an individual content of vanadium, molybdenum, niobium and/or tungsten greater than or equal to 5%, since the latter may exhibit carbide precipitation. Ferritic annealing then makes it possible to finely homogenize the precipitation of these carbides, leading to homogeneous mechanical properties throughout the part.
  • the step of recrystallization by heating is itself particularly preferred when the carbon content of the maraging steel is less than or equal to 0.05% by mass of carbon, or when the time before the recrystallization step is greater than or equal to 12 o'clock.
  • this step has the advantage of being able to be carried out directly in the forge furnaces, which then facilitates the implementation of the method.
  • the recrystallization step comprises a first step of recrystallization by heating, then a second step of ferritic annealing.
  • the steel of the ingot comprises, in mass percentages:
  • niobium in a content less than or equal to 0.10%
  • the maraging steel ingots can be chosen from alloys with the trade name Maraging 250 or ML 340, the compositions of which are described respectively in the documents EP 3156151 and FR 2885142, for example, the content of which is introduced here. by reference.
  • the invention relates to the preparation of a compressor shaft or a turbine shaft in maraging steel for a turbomachine, comprising a step of forging an ingot as described above.
  • Figure 1 schematically represents an iron-carbon phase diagram.
  • FIG. 2 gives a comparative representation of the dispersion obtained for tests carried out with maraging steel characterization specimens obtained either with a forging process of the invention or with a process of the prior art.
  • Figure 3 gives a comparative representation of the breaking stress as a function of the number of fatigue cycles for maraging steel characterization specimens obtained either with a forging process of the invention or a process of the prior art .
  • the invention relates to a process for forging a part from a maraging steel ingot comprising the following steps:
  • the method further comprises at least one stage of recrystallization of the part after the second heating stage, the recrystallization stage being chosen from:
  • Figure 1 represents an iron-carbon phase diagram, ie it indicates, according to the carbon content 200 and the temperature 100, the phase in which the alloy is located.
  • the domains 101, 102, 103, 104, 105 represent the different domains of predominance of the phases of the alloy and the straight lines the boundaries between these different domains.
  • phase domains are shown schematically in FIG. 1 and no quantitative conclusions should be drawn from this figure, in particular, no importance should be attached to the relative scale between these different phase domains.
  • phase a of ferrite alone corresponds to the domain 101 is relatively restricted, and the phase g of austenite alone corresponds to the domain 104.
  • the domain 105 which is not of interest for the invention, is reached at higher contents of carbon and corresponds to a phase composed of a mixture of austenite and Fe3C.
  • the temperature Ms is the temperature of separation between the martensitic phase, domain 102, composed of a phase a and a phase of Fe 3 C noted below a+Fe 3 C and a phase consisting of a mixture of phases a and g, domain 103, subsequently denoted a+g.
  • phase diagram represented is that of iron-carbon and the real steels include other elements of additions, which are the causes of the phenomenon of hysteresis described above, that is to say of the difference which can be observed between the temperatures Acl and Arl or Ac3 and Ar3.
  • the temperatures Acl, Ac3, Ar3, Arl and Ms depend on the exact composition chosen for the alloy.
  • the recrystallization step corresponds to a step of maintaining the alloy at a temperature either in the g-phase domain 104 in the case of a recrystallization step by heating, or maintaining it in the a-phase domain 103 +g in the case of ferritic annealing.
  • the alloy has, thanks to the heating, sufficient thermal energy to allow the recrystallization of non-recrystallized zones.
  • the recrystallization step can include both heat treatment and ferritic annealing.
  • the Arl and Ar3 values of a maraging steel can be considered to be between Acl-20°C and Acl-5°C for Arl and between Ac3-20°C and Ac3-5°C for Ar3.
  • the Arl and Ar3 values of a maraging steel can be considered to be between Acl-20°C and Acl-5°C for Arl and between Ac3-20°C and Ac3-5°C for Ar3.
  • the inventors have found that the optimum temperature of a ferritic annealing step for a maraging steel can be determined by the following calculation:
  • Trecuit is the optimum temperature of a ferritic annealing step and Ni, Cr, Mo, Co, V and C are, expressed as a percentage, the mass concentrations in the alloy of the elements indicated.
  • the temperature of a ferritic annealing step can be chosen within a temperature range ranging from 20° C. below the optimum temperature of a ferritic annealing step determined above to 50° C. -above. This makes it possible to obtain optimum annealing of the part obtained and thus to reduce the heterogeneities thereof.
  • the optimum annealing temperature that can be calculated using the equation above is 650°C for the ML 340 alloy and 670°C for the maraging 250 alloy.
  • a ferritic anneal is ideally carried out at a temperature between 630°C and 700°C.
  • ferritic annealing is ideally carried out at a temperature between 650°C and 720°C.
  • the inventors have found that the preferred temperature of a stage of recrystallization by heating for a maraging steel can be determined by the following formula:
  • Trecrist is the preferred recrystallization temperature and C, V and Mo are, expressed in percentages, the mass concentrations in the alloy of the elements indicated.
  • the recrystallization treatment by heating is carried out at a temperature between Ac3+25° C. and Trecrist, the preferred recrystallization temperature determined by the above formula.
  • the optimum temperature of a recrystallization step by heating for a maraging steel can be determined by the following formula:
  • the recrystallization treatment is carried out at a temperature between Ac3+25° C. and Trecrist2, the optimum recrystallization temperature determined by the above formula. This makes it possible to obtain an even further improved recrystallization of the part obtained and thus to reduce its heterogeneities.
  • the optimum recrystallization temperature determined using the above equation is 985°C for a ML 340 part and 890°C for a Maraging 250 part.
  • a recrystallization step by heating can ideally be carried out between 885°C and 985°C for a part in ML 340 and between 800°C and 890°C for a part in Maraging 250.
  • Figure 2 shows experimental results obtained with maraging steel characterization specimens stressed in tension. The tensile tests were carried out at 20°C. Curve 3 is obtained with test pieces from the prior art, while curve 4 with test pieces obtained by the forging process described above comprising the recrystallization step. Figure 2 presents for these two sets of specimens, the number of results 1 as a function of the observed elongation at break 2.
  • FIG. 2 shows that the dispersion of the values, in particular -3q 2 for the specimens obtained according to the forging process described, is less important than the dispersion for the specimens of the prior art -3oi.
  • the forging process of the invention makes it possible, on the one hand, to increase the average value of the tensile strength of the specimens, but above all, it makes it possible to increase the value M-3 o, i.e. i.e. the tensile strength of the weakest specimens of the sample of specimens tested.
  • Figure 3 represents experimental results of cyclic fatigue tests, i.e. the number of cycles N that it took to break a steel characterization specimen by subjecting it to a cyclic stress oscillating periodically between two values of constraints a minimum value and a maximum value C max .
  • FIG. 3 illustrates the maximum stress that had to be imposed to break characterization specimens of maraging steel prepared according to the prior art, represented by curve 315, and characterization specimens manufactured by the method of the invention, represented by curve 325.
  • Figure 3 includes cyclic fatigue test results for parts obtained according to one embodiment in which the imposed deformation C max is between 0.72% and 0.80%, with a frequency of stress cycles between 0 .25 Hz and 2 Hz and at a temperature between 20°C and 200°C.
  • FIG. 3 are also represented the envelopes presenting the statistical distribution of the tests around the curves 315 and 325. These envelopes are respectively represented by the curves 314 and 316 on the one hand and 324 and 326 on the other hand.
  • the envelopes correspond to the average curve increased or decreased by three times the statistical difference o determined from the distribution of the experimental results around the average curves, noted +/-3oi around curve 315 and +/- 3O 2 around curve 325.
  • FIG. 3 illustrates the strength gain permitted by a forging method of the invention compared to a forging method of the prior art.
  • the comparison of the lower envelopes of the curves, 314 and 324, also shows that the least resistant specimens are substantially closer to the average values in the case of a process of the invention than in the case of a process of the art. prior.

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Abstract

The invention relates to a method for forging a part from a maraging steel ingot, characterized in that said method, further to conventional forging steps, comprises a recrystallizing step selected from: - a step of recrystallizing by heating to a temperature higher than the temperature Ac3 marking the end of transformation of ferrite to austenite, and a temperature lower than the precipitate redissolution temperature; and/or - a ferritic annealing step, the ferritic annealing step being performed: - either before the coldest temperature of the part is lower than the temperature Ar1, by holding the part at a temperature between Ar1 and Ar3, where Ar1 is the temperature marking the end of transformation of austenite to ferrite and Ar3 is the temperature marking the start of transformation of austenite to ferrite, with the proviso that these temperatures are measured in a cooling cycle; - or, after the hottest temperature of the part is lower than Ms, by holding the part at a temperature between Ac1 and Ac3, where Ms is the martensite formation temperature, Ac1 is the temperature marking the start of transformation of ferrite to austenite and Ac3 is the temperature marking the end of transformation of ferrite to austenite, with the proviso that Ac1 and Ac3 are the temperatures measured in a heating cycle.

Description

PROCEDE DE FORGEAGE D'UNE PIECE EN ACIER MARAGING PROCESS FOR FORGING A PIECE OF MARAGING STEEL
Domaine Technique Technical area
L'invention concerne le domaine de préparation de pièces métalliques pour l'industrie aéronautique et plus précisément les procédés de forgeage pour des aciers de très haute résistance. The invention relates to the field of preparation of metal parts for the aeronautical industry and more specifically to forging processes for very high-strength steels.
Technique antérieure Prior technique
Les aciers de très haute résistance de type maraging sont particulièrement utilisés pour des pièces dimensionnées en fatigue, par exemple dans les turbomachines, et notamment pour les arbres de compresseur et de turbine. L'amélioration de la tenue en fatigue de ces aciers représente un gain potentiel considérable pour la durée de vie de pièces élaborées à partir de ces aciers. Very high resistance steels of the maraging type are particularly used for dimensioned fatigue parts, for example in turbomachines, and in particular for compressor and turbine shafts. Improving the fatigue resistance of these steels represents a considerable potential gain for the service life of parts made from these steels.
De manière classique, les pièces en aciers maraging sont élaborées à partir de lingots, eux-mêmes obtenus par des procédés de refusion à l'arc sous vide, ou par fusion induction sous vide. Il est toutefois observé que les procédés de forgeage classiques permettant de transformer le lingot en une pièce souhaitée peuvent causer l'apparition de zones qui ne sont pas totalement recristallisées, ce qui présente un impact défavorable sur la ductilité des aciers. Notamment, il est observé des hétérogénéités de recristallisation qui apparaissent lorsque les lingots sont déformés à des vitesses rationnelles de déformation supérieures ou égales à 1 s 1.Conventionally, maraging steel parts are made from ingots, themselves obtained by vacuum arc remelting processes, or by vacuum induction melting. However, it is observed that the conventional forging processes making it possible to transform the ingot into a desired part can cause the appearance of zones which are not completely recrystallized, which has an unfavorable impact on the ductility of the steels. In particular, recrystallization heterogeneities are observed which appear when the ingots are deformed at rational strain rates greater than or equal to 1 s 1 .
Ces hétérogénéités ne sont pas souhaitables, car elles sont à l'origine d'une part d'une dispersion importante dans les résultats d'essais en traction en fatigue, et parce qu'elles sont également à l'origine de bruits de fond ultrasons qui dépassent les seuils minimums habituels ce qui réduit la capacité des techniques de caractérisation par ultrasons à détecter d'éventuels défauts. These heterogeneities are not desirable, because they are at the origin on the one hand of a significant dispersion in the results of tensile tests in fatigue, and because they are also at the origin of ultrasonic background noises which exceed the usual minimum thresholds, which reduces the ability of ultrasonic characterization techniques to detect possible defects.
Pour au moins ces deux raisons, il est nécessaire de parvenir à améliorer les procédés de forgeage pour obtenir des pièces dont les propriétés mécaniques sont améliorées, et notamment dont la dispersion des résultats d'essais de traction est diminuée, ou encore dont le bruit de fond ultrasons est réduit. For at least these two reasons, it is necessary to succeed in improving the forging processes in order to obtain parts whose mechanical properties are improved, and in particular whose dispersion of the results of tensile tests is reduced, or even whose ultrasound background is reduced.
Exposé de l'invention Pour répondre à ce besoin, les inventeurs proposent un procédé de forgeage d'une pièce à partir d'un lingot d'acier maraging comprenant les étapes suivantes : Disclosure of Invention To meet this need, the inventors propose a process for forging a part from a maraging steel ingot comprising the following steps:
- une première étape de forgeage du lingot réalisée à une vitesse rationnelle de déformation inférieure à 1 s 1 jusqu'à une déformation supérieure ou égale à 1 à une température comprise entre 1150°C et 1250°C ; suivie - a first step of forging the ingot carried out at a rational deformation rate of less than 1 s 1 until a deformation greater than or equal to 1 at a temperature between 1150° C. and 1250° C.; followed
- d'une deuxième étape de forgeage réalisée à une vitesse rationnelle de déformation supérieure ou égale à 1 s 1 et jusqu'à une déformation supérieure ou égale à 0,5 à une température comprise entre 900°C et 1050°C, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre au moins une étape de recristallisation de la pièce après la deuxième étape de chauffage, l'étape de recristallisation étant choisie parmi : - a second forging step carried out at a rational deformation rate greater than or equal to 1 s 1 and up to a deformation greater than or equal to 0.5 at a temperature between 900°C and 1050°C, characterized in that the method further comprises at least one stage of recrystallization of the part after the second heating stage, the recrystallization stage being chosen from:
- une étape de recristallisation par chauffage à une température supérieure à la température Ac3 de fin de transformation de la ferrite en austénite, et une température inférieure à la température de remise en solution des précipités ; et/ou- a step of recrystallization by heating to a temperature above the Ac3 temperature at the end of transformation of the ferrite into austenite, and a temperature below the temperature at which the precipitates are redissolved; and or
- une étape de recuit ferritique, l'étape de recuit ferritique étant réalisée : - a ferritic annealing step, the ferritic annealing step being carried out:
- soit, avant que la température la plus froide de la pièce ne soit inférieure à la température Arl, par un maintien de la pièce à une température comprise entre Arl et Ar3, où Arl est la température de fin de transformation de l'austénite en ferrite et Ar3 la température de début de transformation de l'austénite en ferrite étant entendu que ces températures sont mesurées dans un cycle de refroidissement ;- either, before the coldest temperature of the part is lower than the Arl temperature, by maintaining the part at a temperature between Arl and Ar3, where Arl is the end temperature of the transformation of austenite into ferrite and Ar3 the start temperature of transformation of austenite into ferrite, it being understood that these temperatures are measured in a cooling cycle;
- soit, après que la température la plus chaude de la pièce soit inférieure à Ms, par un chauffage de la pièce à une température comprise entre Acl et Ac3, où Ms est la température de formation de la martensite, Acl est la température de début de transformation de ferrite en austénite et Ac3 la température de fin de transformation de ferrite en austénite étant entendu que Acl et Ac3 sont les températures mesurées dans un cycle de chauffage. - or, after the hottest part temperature is below Ms, by heating the part to a temperature between Acl and Ac3, where Ms is the martensite formation temperature, Acl is the start temperature transformation of ferrite into austenite and Ac3 the end temperature of transformation of ferrite into austenite, it being understood that Ac1 and Ac3 are the temperatures measured in a heating cycle.
Les deux premières étapes du procédé de forgeage considérées seules correspondent à un procédé de forgeage classique, et il est observé que ces étapes, et particulièrement la deuxième étape de forgeage peuvent créer des hétérogénéités de recristallisation importantes dans la pièce obtenue directement après le forgeage. Notamment, il est souvent constaté des hétérogénéités de recristallisation importantes entre l'intérieur et l'extérieur du lingot. Toutefois, les inventeurs ont observé que l'étape de recristallisation permet d'une part d'améliorer de manière significative les propriétés mécaniques des pièces obtenues, et en particulier leur résistance à la traction et d'autre part de diminuer le bruit de fond des pièces obtenues lors d'essais par ultrasons. The first two stages of the forging process considered alone correspond to a conventional forging process, and it is observed that these stages, and particularly the second forging stage, can create significant recrystallization heterogeneities in the part obtained directly after forging. In particular, significant recrystallization heterogeneities are often observed between the inside and the outside of the ingot. However, the inventors have observed that the recrystallization step makes it possible on the one hand to significantly improve the mechanical properties of the parts obtained, and in particular their tensile strength and on the other hand to reduce the background noise of the parts obtained during ultrasonic testing.
Il est entendu que la « température de remise en solution des précipités » s'entend par rapport aux précipités ayant une influence sur la mobilité des joints de grains dans l'acier maraging. It is understood that the "resolution temperature of the precipitates" is understood with respect to the precipitates having an influence on the mobility of the grain boundaries in the maraging steel.
Ainsi qu'il sera explicité dans la description détaillée de l'invention, les températures Acl, Ac3, Ar3, Arl et Ms dont il est question dans la présente demande sont entendues avec leur signification habituelle dans le domaine des aciers et sont fonction des teneurs exactes en éléments d'addition choisies pour l'alliage. As will be explained in the detailed description of the invention, the temperatures Acl, Ac3, Ar3, Arl and Ms referred to in the present application are understood with their usual meaning in the field of steels and are a function of the contents exact in addition elements chosen for the alloy.
Ces valeurs peuvent être mesurées pour un alliage donné en traçant des thermogrammes à vitesse de refroidissement constante, afin d'obtenir un diagramme de phases précis pour l'acier spécifiquement choisi. These values can be measured for a given alloy by plotting constant cooling rate thermograms, to obtain an accurate phase diagram for the specific steel chosen.
Sans vouloir être lié par la théorie, les inventeurs pensent que la recristallisation permet de diminuer la quantité de zones non recristallisées et ainsi de permettre une meilleure homogénéisation des conditions entre le cœur et la périphérie du lingot initial, de sorte à réduire les zones non-recristallisées, responsable des désagréments précités. Without wishing to be bound by theory, the inventors believe that recrystallization makes it possible to reduce the quantity of non-recrystallized zones and thus to allow better homogenization of the conditions between the core and the periphery of the initial ingot, so as to reduce the non-recrystallized zones. recrystallized, responsible for the aforementioned inconveniences.
De plus, le procédé proposé permet d'améliorer les pièces obtenues après forgeage tout en conservant les étapes du procédé de forgeage inchangées par rapport aux procédés de l'art antérieur. Il s'ensuit un procédé de forgeage dont la mise en place est facilitée, car il ne nécessite pas de revoir les installations existantes mais seulement d'ajouter une étape de recristallisation telle qu'indiquée. In addition, the proposed method makes it possible to improve the parts obtained after forging while keeping the steps of the forging method unchanged with respect to the methods of the prior art. This results in a forging process whose implementation is facilitated, because it does not require reviewing the existing installations but only adding a recrystallization step as indicated.
Au sens de l'invention, un acier maraging est un acier possédant une importante résistance et dureté, tout en gardant une bonne ductilité, au sens habituel des termes « d'acier maraging » dans le domaine des aciers. L'adjectif « Maraging » est un mot valise né de la contraction en langue anglaise de « martensitic ageing », c'est-à-dire maturation de la martensite, en relation avec le procédé de préparation de ces aciers. Dans un mode de réalisation, le lingot d'acier maraging a été obtenu par refusion à l'arc sous vide. Within the meaning of the invention, a maraging steel is a steel having high strength and hardness, while maintaining good ductility, in the usual sense of the terms “maraging steel” in the field of steels. The adjective “Maraging” is a portmanteau word born from the contraction in English of “martensitic aging”, that is to say maturing of martensite, in relation to the process of preparation of these steels. In one embodiment, the maraging steel ingot was obtained by vacuum arc remelting.
Dans un mode de réalisation, la déformation obtenue après la première étape est comprise entre 1,0 et 2,5, préférentiellement entre 1,0 et 2,0. In one embodiment, the deformation obtained after the first step is between 1.0 and 2.5, preferably between 1.0 and 2.0.
Au sens de l'invention, la déformation e obtenue au cours d'une étape de procédé correspond au logarithme népérien du rapport entre la surface de la section transverse de la pièce obtenue après déformation et la surface de la section transverse de la pièce initiale. En d'autres termes, la déformation e peut être mesurée par la formule suivante : e = In (Sfjn/Sjnit) où Sinit est la surface de la section transverse de la pièce avant la déformation et Sfin la surface de la section transverse de la pièce après déformation. Within the meaning of the invention, the deformation e obtained during a process step corresponds to the natural logarithm of the ratio between the surface of the cross section of the part obtained after deformation and the surface of the cross section of the initial part. In other words, the deformation e can be measured by the following formula: e = In (S fj n/Sjnit) where Sinit is the surface of the transverse section of the part before the deformation and S fin the surface of the section transverse part after deformation.
Dans un mode de réalisation, la déformation obtenue après la deuxième étape est supérieure à 0,5, par exemple comprise entre 1,0 et 2,0. In one embodiment, the deformation obtained after the second step is greater than 0.5, for example between 1.0 and 2.0.
Dans un mode de réalisation, la première étape est réalisée dans une presse hydraulique. In one embodiment, the first step is performed in a hydraulic press.
Dans un mode de réalisation, la deuxième étape peut être réalisée dans une machine à forger de type 4 marteaux ou dans un laminoir. In one embodiment, the second step can be carried out in a 4-hammer type forging machine or in a rolling mill.
Dans un mode de réalisation, l'étape de recristallisation est seulement une étape de recristallisation par chauffage. In one embodiment, the recrystallization step is only a heating recrystallization step.
Dans un mode de réalisation, la durée de l'étape de recristallisation par chauffage peut être choisie entre 30 minutes et 4 heures. In one embodiment, the duration of the stage of recrystallization by heating can be chosen between 30 minutes and 4 hours.
Dans un mode de réalisation, l'étape de recristallisation est seulement une étape de recuit ferritique, réalisé directement après la deuxième étape de forgeage. In one embodiment, the recrystallization step is only a ferritic annealing step, carried out directly after the second forging step.
Dans un tel mode de réalisation, la durée de l'étape de recuit ferritique dépend de la composition exacte de l'alliage. In such an embodiment, the duration of the ferritic annealing step depends on the exact composition of the alloy.
La détermination précise de la durée optimale d'une telle étape peut être faite, par exemple par lecture du graphe temps-température-transformation ou encore par lecture du graphe transformation en refroidissement continu obtenu spécifiquement pour l'acier choisi. The precise determination of the optimal duration of such a step can be made, for example by reading the time-temperature-transformation graph or by reading of the transformation graph in continuous cooling obtained specifically for the chosen steel.
Par exemple, dans le cas d'un recuit ferritique, la durée peut être supérieure ou égale à une heure, voire supérieure ou égale à 8,0 heures et inférieure ou égale à 72,0 heures, voire inférieure ou égale 9,6 heures. For example, in the case of ferritic annealing, the duration may be greater than or equal to one hour, or even greater than or equal to 8.0 hours and less than or equal to 72.0 hours, or even less than or equal to 9.6 hours .
Dans un mode de réalisation, la durée d'une étape de recuit ferritique peut être comprise entre 8,0 heures et 9,6 heures. In one embodiment, the duration of a ferritic annealing step can be between 8.0 hours and 9.6 hours.
Dans un mode de réalisation où une étape de recristallisation par chauffage est réalisée, la température de l'étape de recristallisation par chauffage peut être comprise entre la température Ac3 et la température de remise en solution des précipités bloquant la mobilité des joints de grains. In one embodiment where a step of recrystallization by heating is carried out, the temperature of the step of recrystallization by heating can be between the Ac3 temperature and the temperature at which the precipitates blocking the mobility of the grain boundaries are put back into solution.
Dans ce mode de réalisation, l'étape de recristallisation par chauffage peut avoir une durée supérieure ou égale à 10 minutes, voire supérieure ou égale à une heure et inférieure ou égale à 5 heures, voire inférieure ou égale à 1,2 heures. In this embodiment, the stage of recrystallization by heating may have a duration greater than or equal to 10 minutes, or even greater than or equal to one hour and less than or equal to 5 hours, or even less than or equal to 1.2 hours.
Dans le cas particulier où la teneur en carbone de l'acier maraging est supérieure à 0,05 % en masse, le procédé de forgeage peut comprendre en outre après l'étape de recristallisation par chauffage un traitement thermique additionnel comprenant un chauffage à une température comprise entre 150°C et Acl + 75 °C et d'une durée comprise entre 1,0 heure et 4,0 heures, suivi de préférence d'un refroidissement à l'air. In the particular case where the carbon content of the maraging steel is greater than 0.05% by mass, the forging process may further comprise, after the step of recrystallization by heating, an additional heat treatment comprising heating to a temperature between 150°C and Acl + 75°C and for a duration between 1.0 hour and 4.0 hours, preferably followed by air cooling.
Ce traitement thermique additionnel permet de diminuer les risques d'apparition de défauts de fissuration dits « tapures » dans la pièce obtenue à l'issue du procédé.This additional heat treatment makes it possible to reduce the risks of the appearance of cracking defects known as “splits” in the part obtained at the end of the process.
Le choix du ou des traitements de chauffage appliqué(s) peut dépendre des éléments d'alliage spécifiquement contenus dans l'acier maraging considéré. The choice of the applied heating treatment(s) may depend on the specific alloying elements contained in the maraging steel under consideration.
En particulier, une étape de recristallisation par recuit ferritique est préférée pour les aciers maraging ayant une teneur en carbone supérieure à 0,05 % en masse de carbone, puisqu'elle pourra convenir seule, sans traitement thermique additionnel et qu'elle permet donc d'obtenir les avantages du procédé de manière simplifiée. De plus, l'étape de recuit ferritique est également avantageuse pour les aciers maraging ayant une teneur individuelle en vanadium, molybdène, niobium et/ou tungstène supérieure ou égale à 5 %, car ces derniers peuvent présenter une précipitation de carbure. Le recuit ferritique permet alors d'homogénéiser finement la précipitation de ces carbures, conduisant à des propriétés mécaniques homogènes dans l'ensemble de la pièce. In particular, a stage of recrystallization by ferritic annealing is preferred for maraging steels having a carbon content greater than 0.05% by mass of carbon, since it may be suitable on its own, without additional heat treatment and since it therefore makes it possible to obtain the advantages of the process in a simplified manner. In addition, the ferritic annealing step is also advantageous for maraging steels having an individual content of vanadium, molybdenum, niobium and/or tungsten greater than or equal to 5%, since the latter may exhibit carbide precipitation. Ferritic annealing then makes it possible to finely homogenize the precipitation of these carbides, leading to homogeneous mechanical properties throughout the part.
L'étape de recristallisation par chauffage est quant à elle particulièrement préférée quand la teneur en carbone de l'acier maraging est inférieure ou égale à 0,05 % en masse de carbone, ou que la durée avant l'étape de recristallisation est supérieure ou égale à 12 h. The step of recrystallization by heating is itself particularly preferred when the carbon content of the maraging steel is less than or equal to 0.05% by mass of carbon, or when the time before the recrystallization step is greater than or equal to 12 o'clock.
De plus, cette étape présente l'avantage de pouvoir être réalisée directement dans les fours de forge, ce qui facilite alors la mise en œuvre du procédé. In addition, this step has the advantage of being able to be carried out directly in the forge furnaces, which then facilitates the implementation of the method.
Dans un mode de réalisation, l'étape de recristallisation comprend une première étape de recristallisation par chauffage, puis une seconde étape de recuit ferritique.In one embodiment, the recrystallization step comprises a first step of recrystallization by heating, then a second step of ferritic annealing.
L'association de ces deux étapes permet d'obtenir une recristallisation encore meilleure de la pièce obtenue après forgeage. The combination of these two steps makes it possible to obtain an even better recrystallization of the part obtained after forging.
Dans un mode de réalisation, l'acier du lingot comprend, en pourcentages massiques: In one embodiment, the steel of the ingot comprises, in mass percentages:
- une teneur en carbone comprise entre 0,0 % et 0,30 % ; - a carbon content of between 0.0% and 0.30%;
- une teneur en cobalt comprise entre 5,0 % et 8,5 % ; - a cobalt content of between 5.0% and 8.5%;
- une teneur en chrome comprise entre 0,0 % et 5,0 % ; - a chromium content of between 0.0% and 5.0%;
- une teneur en aluminium compris entre 0,0 % et 2,0 % ; - an aluminum content of between 0.0% and 2.0%;
- une teneur en molybdène comprise entre 1,0 % et 5,5 % ; - a molybdenum content of between 1.0% and 5.5%;
- une teneur en nickel comprise entre 10,5 % et 19,0 % ; - a nickel content of between 10.5% and 19.0%;
- éventuellement du vanadium en une teneur inférieure ou égale à 0,30 % ; - optionally vanadium in a content less than or equal to 0.30%;
- éventuellement du niobium en une teneur inférieure ou égale à 0,10 % ; - optionally niobium in a content less than or equal to 0.10%;
- éventuellement du bore en une teneur inférieure ou égale à 60 ppm ; - optionally boron in a content less than or equal to 60 ppm;
- éventuellement du silicium en une teneur inférieure ou égale à 0,10 % ; - optionally silicon in a content less than or equal to 0.10%;
- éventuellement du manganèse en une teneur inférieure ou égale à 0,10 % ; - optionally manganese in a content less than or equal to 0.10%;
- éventuellement du calcium en une teneur inférieure ou égale à 600 ppm ; - éventuellement des terres rares en une teneur inférieure ou égale à 500 ppm ;- optionally calcium in a content less than or equal to 600 ppm; - optionally rare earths in a content less than or equal to 500 ppm;
- éventuellement du titane en une teneur inférieure ou égale à 0,50 % ; - optionally titanium in a content less than or equal to 0.50%;
- éventuellement de l'oxygène en une teneur inférieure ou égale à 50 ppm ; - optionally oxygen in a content less than or equal to 50 ppm;
- éventuellement de l'azote en une teneur inférieure ou égale à 100 ppm ; - optionally nitrogen in a content less than or equal to 100 ppm;
- éventuellement du soufre en une teneur inférieure ou égale à 50 ppm ; - optionally sulfur in a content less than or equal to 50 ppm;
- éventuellement du cuivre en une teneur inférieure ou égale à 1,0 % ; - optionally copper in a content less than or equal to 1.0%;
- éventuellement du phosphore en une teneur inférieure ou égale à 500 ppm ; - optionally phosphorus in a content less than or equal to 500 ppm;
- éventuellement de l'hydrogène en une teneur inférieure ou égale à 5 ppm ; - optionally hydrogen in a content less than or equal to 5 ppm;
- éventuellement du zirconium en une teneur inférieure ou égale à 400 ppm ; le reste étant du fer et des impuretés inévitables. - optionally zirconium in a content less than or equal to 400 ppm; the rest being iron and unavoidable impurities.
Dans des modes de réalisations particuliers, les lingots d'acier maraging peuvent être choisis parmi les alliages de dénomination commerciale Maraging 250 ou ML 340, dont les compositions sont décrites respectivement dans les documents EP 3156151 et FR 2885142 par exemple dont le contenu est introduit ici par référence.In particular embodiments, the maraging steel ingots can be chosen from alloys with the trade name Maraging 250 or ML 340, the compositions of which are described respectively in the documents EP 3156151 and FR 2885142, for example, the content of which is introduced here. by reference.
Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne la préparation d'un arbre de compresseur ou d'un arbre de turbine en acier maraging pour une turbomachine, comprenant une étape de forgeage d'un lingot tel que décrite ci-dessus. According to another of its aspects, the invention relates to the preparation of a compressor shaft or a turbine shaft in maraging steel for a turbomachine, comprising a step of forging an ingot as described above.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
[Fig. 1] La figure 1 représente schématiquement un diagramme de phase fer- carbone. [Fig. 1] Figure 1 schematically represents an iron-carbon phase diagram.
[Fig. 2] La figure 2 donne une représentation comparée de la dispersion obtenue pour des essais réalisés avec des éprouvettes de caractérisation en acier maraging obtenues soit avec un procédé de forgeage de l'invention soit avec un procédé de l'art antérieur. [Fig. 2] FIG. 2 gives a comparative representation of the dispersion obtained for tests carried out with maraging steel characterization specimens obtained either with a forging process of the invention or with a process of the prior art.
[Fig. 3] La figure 3 donne une représentation comparée de la contrainte à la rupture en fonction du nombre de cycles de fatigue pour des éprouvettes de caractérisation en acier maraging obtenues soit avec un procédé de forgeage de l'invention soit un procédé de l'art antérieur. [Fig. 3] Figure 3 gives a comparative representation of the breaking stress as a function of the number of fatigue cycles for maraging steel characterization specimens obtained either with a forging process of the invention or a process of the prior art .
Description des modes de réalisation L'invention est à présent décrite au moyen de figures qui concernent uniquement certains modes de réalisation de l'invention et ne doivent pas être interprétées de manière limitative. Description of embodiments The invention is now described by means of figures which relate only to certain embodiments of the invention and should not be construed in a limiting manner.
Comme décrit plus haut, l'invention concerne un procédé de forgeage d'une pièce à partir d'un lingot d'acier maraging comprenant les étapes suivantes : As described above, the invention relates to a process for forging a part from a maraging steel ingot comprising the following steps:
- une première étape de forgeage du lingot réalisée à une vitesse rationnelle de déformation inférieure à 1 s-1 jusqu'à une déformation supérieure ou égale à 1 à une température comprise entre 1150°C et 1250°C ; suivie - a first step of forging the ingot carried out at a rational deformation rate of less than 1 s-1 until a deformation greater than or equal to 1 at a temperature between 1150° C. and 1250° C.; followed
- d'une deuxième étape de forgeage réalisée à une vitesse rationnelle de déformation supérieure ou égale à 1 s-1 et jusqu'à une déformation supérieure ou égale à 0,5 à une température comprise entre 900°C et 1050°C, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre au moins une étape de recristallisation de la pièce après la deuxième étape de chauffage, l'étape de recristallisation étant choisie parmi : - a second forging step carried out at a rational deformation rate greater than or equal to 1 s-1 and up to a deformation greater than or equal to 0.5 at a temperature between 900°C and 1050°C, characterized in that the method further comprises at least one stage of recrystallization of the part after the second heating stage, the recrystallization stage being chosen from:
- une étape de recristallisation par chauffage à une température supérieure à la température Ac3 de fin de transformation de la ferrite en austénite, et une température inférieure à la température de remise en solution des précipités ; et/ou- a step of recrystallization by heating to a temperature above the Ac3 temperature at the end of transformation of the ferrite into austenite, and a temperature below the temperature at which the precipitates are redissolved; and or
- une étape de recuit ferritique réalisée : - a ferritic annealing step carried out:
- soit, avant que la température la plus froide de la pièce ne soit inférieure à la température Arl, par un maintien de la pièce à une température comprise entre Arl et Ar3, où Arl est la température de fin de transformation de l'austénite en ferrite et Ar3 la température de début de transformation de l'austénite en ferrite étant entendu que ces températures sont mesurées dans un cycle de refroidissement ;- either, before the coldest temperature of the part is lower than the Arl temperature, by maintaining the part at a temperature between Arl and Ar3, where Arl is the end temperature of the transformation of austenite into ferrite and Ar3 the start temperature of transformation of austenite into ferrite, it being understood that these temperatures are measured in a cooling cycle;
- soit, après que la température la plus chaude de la pièce soit inférieure à Ms, un chauffage de la pièce à une température comprise entre Acl et Ac3, où Ms est la température de formation de la martensite, Acl est la température de début de transformation de ferrite en austénite et Ac3 la température de fin de transformation de ferrite en austénite étant entendu que Acl et Ac3 sont les températures mesurées dans un cycle de chauffage. Les températures Acl, Ac3, Ar3, Arl et Ms dont il est question dans la présente demande sont entendues avec leurs significations habituelles dans le domaine des aciers, et sont explicitées ci-dessous en relation avec la figure 1. - or, after the hottest part temperature is below Ms, heating the part to a temperature between Acl and Ac3, where Ms is the martensite formation temperature, Acl is the start temperature of martensite transformation of ferrite into austenite and Ac3 the end temperature of transformation of ferrite into austenite, it being understood that Ac1 and Ac3 are the temperatures measured in a heating cycle. The Acl, Ac3, Ar3, Arl and Ms temperatures referred to in this application are understood with their usual meanings in the field of steels, and are explained below in relation to Figure 1.
La figure 1 représente un diagramme de phase fer-carbone, c'est-à-dire qu'il indique, en fonction de la teneur en carbone 200 et de la température 100, la phase dans laquelle se trouve l'alliage. Les domaines 101, 102, 103, 104, 105 représentent les différents domaines de prédominance des phases de l'alliage et les lignes droites les frontières entre ces différents domaines. Figure 1 represents an iron-carbon phase diagram, ie it indicates, according to the carbon content 200 and the temperature 100, the phase in which the alloy is located. The domains 101, 102, 103, 104, 105 represent the different domains of predominance of the phases of the alloy and the straight lines the boundaries between these different domains.
Les domaines de phase sont représentés sur la figure 1 de manière schématique et il ne doit pas être tiré de conclusions quantitatives de cette figure, notamment, il ne doit pas être prêté d'importance à l'échelle relative entre ces différents domaines de phases. The phase domains are shown schematically in FIG. 1 and no quantitative conclusions should be drawn from this figure, in particular, no importance should be attached to the relative scale between these different phase domains.
La phase a de ferrite seule correspond au domaine 101 est relativement restreint, et la phase g d'austénite seule correspond au domaine 104. Le domaine 105, qui ne représente pas un intérêt pour l'invention, est atteint à de plus hautes teneurs en carbone et correspond à une phase composée d'un mélange d'austénite et de Fe3C.The phase a of ferrite alone corresponds to the domain 101 is relatively restricted, and the phase g of austenite alone corresponds to the domain 104. The domain 105, which is not of interest for the invention, is reached at higher contents of carbon and corresponds to a phase composed of a mixture of austenite and Fe3C.
La température Ms, repérée par le marqueur 111 sur l'axe vertical des températures 100, est la température de séparation entre la phase martensitique, domaine 102, composée d'une phase a et d'une phase de Fe3C noté par la suite a+Fe3C et une phase constituée d'un mélange des phases a et g, domaine 103, noté par la suite a+g. The temperature Ms, identified by the marker 111 on the vertical axis of the temperatures 100, is the temperature of separation between the martensitic phase, domain 102, composed of a phase a and a phase of Fe 3 C noted below a+Fe 3 C and a phase consisting of a mixture of phases a and g, domain 103, subsequently denoted a+g.
Il est connu que lorsque l'on parcourt le diagramme en refroidissement 11, ou en chauffage, 12, les changements de phase de l'acier ne sont pas observés strictement aux températures de séparations entre les domaines de phases. It is known that when the diagram is traversed in cooling 11, or in heating, 12, the phase changes of the steel are not strictly observed at the separation temperatures between the phase domains.
Ainsi, en refroidissement 11, le changement entre les phases g, domaine 104, et a+g, domaine 103, a lieu à une température notée Ar3 et repérée 22 sur la figure 1 un peu plus basse que la séparation entre les domaines correspondant, et de même pour le changement entre les phases a+g, domaine 103, et a+Fe3C, domaine 102, qui a lieu à la température Arl repérée 21. Au contraire, en chauffage 12, le changement entre les phases a+Fe3C, domaine 102, et a+g, domaine 103, a lieu à la température Acl repérée 31 un peu supérieure à la température théorique du diagramme de phase, et de même pour le changement de phase entre les phases a+g, domaine 103, et g, domaine 104, qui a lieu à une température notée Ac3 et repérée 22 sur la figure 1 un peu supérieure à la séparation entre les domaines 103 et 104 correspondants. Thus, in cooling 11, the change between phases g, domain 104, and a+g, domain 103, takes place at a temperature denoted Ar3 and marked 22 in figure 1 a little lower than the separation between the corresponding domains, and the same for the change between the phases a+g, domain 103, and a+Fe 3 C, domain 102, which takes place at the temperature Arl marked 21. On the contrary, in heating 12, the change between the phases a+Fe3C, domain 102, and a+g, domain 103, takes place at the temperature Acl marked 31 a little higher than the theoretical temperature of the phase diagram, and likewise for the phase change between phases a+g, domain 103, and g, domain 104, which takes place at a temperature denoted Ac3 and marked 22 in FIG. 1 a little higher than the separation between the corresponding domains 103 and 104.
Le diagramme de phase représenté est celui du fer-carbone et les aciers réels comprennent d'autres éléments d'additions, qui sont les causes du phénomène d'hystérésis décrit ci-dessus, c'est-à-dire de la différence qui peut être observée entre les températures Acl et Arl ou Ac3 et Ar3. Ainsi, les températures Acl, Ac3, Ar3, Arl et Ms dépendent de la composition exacte choisie pour l'alliage. The phase diagram represented is that of iron-carbon and the real steels include other elements of additions, which are the causes of the phenomenon of hysteresis described above, that is to say of the difference which can be observed between the temperatures Acl and Arl or Ac3 and Ar3. Thus, the temperatures Acl, Ac3, Ar3, Arl and Ms depend on the exact composition chosen for the alloy.
L'étape de recristallisation correspond à une étape de maintien de l'alliage à une température soit dans le domaine 104 de phase g dans le cas d'une étape de recristallisation par chauffage, ou d'un maintien dans le domaine 103 de phase a+g dans le cas d'un recuit ferritique. The recrystallization step corresponds to a step of maintaining the alloy at a temperature either in the g-phase domain 104 in the case of a recrystallization step by heating, or maintaining it in the a-phase domain 103 +g in the case of ferritic annealing.
Dans ces deux cas, l'alliage dispose grâce au chauffage, d'une énergie thermique suffisante pour permettre la recristallisation de zones non-recristallisées. In these two cases, the alloy has, thanks to the heating, sufficient thermal energy to allow the recrystallization of non-recrystallized zones.
Dans un mode de réalisation, l'étape de recristallisation peut comprendre à la fois un traitement thermique, et un recuit ferritique. In one embodiment, the recrystallization step can include both heat treatment and ferritic annealing.
Par exemple, pour l'alliage Maraging 250 les températures Acl, Ac3, Ar3, Arl et Ms sont les suivantes : Acl = 655°C, Ac3 = 775°C et Ms = 150°C. Ces températures sont données à titre indicatif et sont assorties d'une incertitude inhérente aux différences de composition possibles dans un alliage Maraging 250. Ces températures dépendent en effet de la composition exacte de l'alliage Maraging 250 considéré. For example, for the Maraging 250 alloy the temperatures Acl, Ac3, Ar3, Arl and Ms are as follows: Acl = 655°C, Ac3 = 775°C and Ms = 150°C. These temperatures are given as an indication and are accompanied by an inherent uncertainty in the possible differences in composition in a Maraging 250 alloy. These temperatures depend in fact on the exact composition of the Maraging 250 alloy considered.
Par convention, les valeurs Arl et Ar3 d'un acier maraging peuvent être considérées comme étant comprises entre Acl-20°C et Acl-5°C pour Arl et entre Ac3-20°C et Ac3-5°C pour Ar3. By convention, the Arl and Ar3 values of a maraging steel can be considered to be between Acl-20°C and Acl-5°C for Arl and between Ac3-20°C and Ac3-5°C for Ar3.
Pour l'alliage ML 340 les températures Acl, Ac3, Ar3, Arl et Ms sont les suivantes : Acl = 610°C, Ac3 = 860°C et Ms = 175°C. Ces températures sont données à titre indicatif et sont assorties d'une incertitude inhérente aux différences de composition possibles dans un alliage ML 340. Ces températures dépendent en effet de la composition exacte de l'alliage ML 340 considéré. For the ML 340 alloy, the temperatures Acl, Ac3, Ar3, Arl and Ms are as follows: Acl = 610°C, Ac3 = 860°C and Ms = 175°C. These temperatures are given as indicative and are accompanied by an inherent uncertainty in the possible differences in composition in an ML 340 alloy. These temperatures depend in fact on the exact composition of the ML 340 alloy considered.
Par convention, les valeurs Arl et Ar3 d'un acier maraging peuvent être considérées comme étant comprises entre Acl-20°C et Acl-5°C pour Arl et entre Ac3-20°C et Ac3-5°C pour Ar3. By convention, the Arl and Ar3 values of a maraging steel can be considered to be between Acl-20°C and Acl-5°C for Arl and between Ac3-20°C and Ac3-5°C for Ar3.
Les inventeurs ont constaté que la température optimale d'une étape de recuit ferritique pour un acier maraging peut être déterminée par le calcul suivant : The inventors have found that the optimum temperature of a ferritic annealing step for a maraging steel can be determined by the following calculation:
[Math. 1]
Figure imgf000013_0001
où Trecuit est la température optimale d'une étape de recuit ferritique et Ni, Cr, Mo, Co, V et C sont, exprimées en pourcentage, les concentrations massiques dans l'alliage des éléments indiqués.
[Math. 1]
Figure imgf000013_0001
where Trecuit is the optimum temperature of a ferritic annealing step and Ni, Cr, Mo, Co, V and C are, expressed as a percentage, the mass concentrations in the alloy of the elements indicated.
Dans un mode de réalisation, la température d'une étape de recuit ferritique peut être choisie dans un intervalle de température allant de 20°C en dessous de la température optimale d'une étape de recuit ferritique déterminée ci-dessus à 50°C au-dessus. Cela permet d'obtenir un recuit optimal de la pièce obtenue et ainsi d'en diminuer les hétérogénéités. In one embodiment, the temperature of a ferritic annealing step can be chosen within a temperature range ranging from 20° C. below the optimum temperature of a ferritic annealing step determined above to 50° C. -above. This makes it possible to obtain optimum annealing of the part obtained and thus to reduce the heterogeneities thereof.
Par exemple, la température de recuit optimal calculable via l'équation ci-dessus est de 650°C pour l'alliage ML 340 et 670°C pour l'alliage maraging 250. Ainsi pour une pièce en ML 340 un recuit ferritique est idéalement réalisé à une température comprise entre 630°C et 700°C. Pour une pièce en maraging 250, un recuit ferritique est idéalement réalisé à une température comprise entre 650°C et 720°C. For example, the optimum annealing temperature that can be calculated using the equation above is 650°C for the ML 340 alloy and 670°C for the maraging 250 alloy. Thus for a part in ML 340 a ferritic anneal is ideally carried out at a temperature between 630°C and 700°C. For a 250 maraging part, ferritic annealing is ideally carried out at a temperature between 650°C and 720°C.
Les inventeurs ont constaté que la température préférée d'une étape de recristallisation par chauffage pour un acier maraging peut être déterminée par la formule suivante : The inventors have found that the preferred temperature of a stage of recrystallization by heating for a maraging steel can be determined by the following formula:
[Math. 2] où Trecrist est la température préférée de recristallisation et C, V et Mo sont, exprimées en pourcentages, les concentrations massiques dans l'alliage des éléments indiqués. [Math. 2] where Trecrist is the preferred recrystallization temperature and C, V and Mo are, expressed in percentages, the mass concentrations in the alloy of the elements indicated.
Dans un mode de réalisation particulier, le traitement de recristallisation par chauffage est réalisé à une température comprise entre Ac3+25°C et Trecrist, la température préférée de recristallisation déterminée par la formule ci-dessus. In a particular embodiment, the recrystallization treatment by heating is carried out at a temperature between Ac3+25° C. and Trecrist, the preferred recrystallization temperature determined by the above formula.
Dans un mode de réalisation préféré encore davantage, la température optimale d'une étape de recristallisation par chauffage pour un acier maraging peut être déterminée par la formule suivante : In a still more preferred embodiment, the optimum temperature of a recrystallization step by heating for a maraging steel can be determined by the following formula:
[Math. 3]
Figure imgf000014_0001
[Math. 3]
Figure imgf000014_0001
De préférence, le traitement de recristallisation est réalisé à une température comprise entre Ac3+25°C et Trecrist2, la température optimale de recristallisation déterminée par la formule ci-dessus. Cela permet d'obtenir une recristallisation améliorée encore davantage de la pièce obtenue et ainsi d'en diminuer les hétérogénéités Preferably, the recrystallization treatment is carried out at a temperature between Ac3+25° C. and Trecrist2, the optimum recrystallization temperature determined by the above formula. This makes it possible to obtain an even further improved recrystallization of the part obtained and thus to reduce its heterogeneities.
Par exemple, la température optimale de recristallisation déterminée via l'équation ci-dessus est de 985°C pour une pièce en ML 340 et de 890°C pour une pièce en Maraging 250. Ainsi, une étape de recristallisation par chauffage peut être idéalement réalisée entre 885 °C et 985°C pour une pièce en ML 340 et entre 800°C et 890°C pour une pièce en Maraging 250. For example, the optimum recrystallization temperature determined using the above equation is 985°C for a ML 340 part and 890°C for a Maraging 250 part. Thus, a recrystallization step by heating can ideally be carried out between 885°C and 985°C for a part in ML 340 and between 800°C and 890°C for a part in Maraging 250.
La figure 2 représente des résultats expérimentaux obtenus avec des éprouvettes de caractérisation en acier maraging sollicitées en traction. Les essais de traction ont été réalisés à 20°C. La courbe 3 est obtenue avec des éprouvettes de l'art antérieur, tandis que la courbe 4 avec des éprouvettes obtenues par le procédé de forgeage décrit ci-dessus comprenant l'étape de recristallisation. La figure 2 présente pour ces deux ensembles d'éprouvettes, le nombre de résultats 1 en fonction de l'allongement à la rupture observé 2. Figure 2 shows experimental results obtained with maraging steel characterization specimens stressed in tension. The tensile tests were carried out at 20°C. Curve 3 is obtained with test pieces from the prior art, while curve 4 with test pieces obtained by the forging process described above comprising the recrystallization step. Figure 2 presents for these two sets of specimens, the number of results 1 as a function of the observed elongation at break 2.
Sont également reportées sur la figure 2 les valeurs moyennes Mi et M2 des résultats obtenues pour les distributions 3 et respectivement 4, ainsi que les écarts types des distributions +/-3oi pour la distribution 3 et +/-3q2 pour la distribution 4 obtenus par des tests de tractions des éprouvettes des deux distributions. Also reported in Figure 2 are the mean values Mi and M2 of the results obtained for distributions 3 and 4 respectively, as well as the standard deviations of the distributions +/-3oi for distribution 3 and +/-3q 2 for distribution 4 obtained by tensile tests of the specimens of the two distributions.
La figure 2 montre que la dispersion des valeurs, en particulier -3q2 pour les éprouvettes obtenues selon le procédé de forgeage décrit est moins importante que la dispersion pour les éprouvettes de l'art antérieure -3oi. FIG. 2 shows that the dispersion of the values, in particular -3q 2 for the specimens obtained according to the forging process described, is less important than the dispersion for the specimens of the prior art -3oi.
Ainsi, le procédé de forgeage de l'invention permet, d'une part, d'augmenter la valeur moyenne de résistance en traction des éprouvettes, mais surtout, il permet d'augmenter, la valeur M-3 o, c'est-à-dire la résistance à la traction des éprouvettes les moins résistantes de l'échantillon d'éprouvettes testée. Thus, the forging process of the invention makes it possible, on the one hand, to increase the average value of the tensile strength of the specimens, but above all, it makes it possible to increase the value M-3 o, i.e. i.e. the tensile strength of the weakest specimens of the sample of specimens tested.
Ces deux résultats permettent de conclure que le procédé de forgeage proposé permet de fabriquer des éprouvettes en acier maraging plus résistantes que celles de l'art antérieur. These two results make it possible to conclude that the forging process proposed makes it possible to manufacture specimens of maraging steel that are stronger than those of the prior art.
La figure 3 représente des résultats expérimentaux de tests de fatigue cyclique, c'est-à-dire le nombre de cycles N qu'il a fallu pour rompre une éprouvette de caractérisation en acier en la soumettant une contrainte cyclique oscillant périodiquement entre deux valeurs de contraintes une valeur minimale et une valeur maximale Cmax. La figure 3 illustre la contrainte maximale qu'il a fallu imposer pour rompre des éprouvettes de caractérisation d'acier maraging préparées selon l'art antérieur, figurés par la courbe 315, et des éprouvettes de caractérisations fabriquées par le procédé de l'invention, figurés par la courbe 325. Figure 3 represents experimental results of cyclic fatigue tests, i.e. the number of cycles N that it took to break a steel characterization specimen by subjecting it to a cyclic stress oscillating periodically between two values of constraints a minimum value and a maximum value C max . FIG. 3 illustrates the maximum stress that had to be imposed to break characterization specimens of maraging steel prepared according to the prior art, represented by curve 315, and characterization specimens manufactured by the method of the invention, represented by curve 325.
La figure 3 comprend des résultats de test de fatigue cyclique pour des pièces obtenues selon un mode de réalisation auxquelles la déformation imposée Cmax est comprise entre 0,72 % et 0,80 %, avec une fréquence des cycles de contrainte comprise entre 0,25 Hz et 2 Hz et à une température comprise entre 20°C et 200°C.Figure 3 includes cyclic fatigue test results for parts obtained according to one embodiment in which the imposed deformation C max is between 0.72% and 0.80%, with a frequency of stress cycles between 0 .25 Hz and 2 Hz and at a temperature between 20°C and 200°C.
Sur la figure 3 sont également représentées les enveloppes présentant la répartition statistique des essais autours des courbes 315 et 325. Ces enveloppes sont respectivement figurées par les courbes 314 et 316 d'une part et 324 et 326 d'autre part. In FIG. 3 are also represented the envelopes presenting the statistical distribution of the tests around the curves 315 and 325. These envelopes are respectively represented by the curves 314 and 316 on the one hand and 324 and 326 on the other hand.
Les enveloppes correspondent à la courbe moyenne augmentée ou diminuée de trois fois l'écart statistique o déterminé à partir de la distribution des résultats expérimentaux autour des courbes moyennes, noté +/-3oi autour de la courbe 315 et +/- 3O2 autour de la courbe 325. The envelopes correspond to the average curve increased or decreased by three times the statistical difference o determined from the distribution of the experimental results around the average curves, noted +/-3oi around curve 315 and +/- 3O 2 around curve 325.
La figure 3, et en particulier la comparaison des courbes 315 et 325 illustre le gain de résistance permis par un procédé de forgeage de l'invention comparativement à un procédé de forgeage de l'art antérieur. La comparaison des enveloppes basses des courbes, 314 et 324, montre également que les éprouvettes les moins résistantes sont sensiblement plus proches des valeurs moyenne dans le cas d'un procédé de l'invention que dans le cas d'un procédé de l'art antérieur. FIG. 3, and in particular the comparison of curves 315 and 325, illustrates the strength gain permitted by a forging method of the invention compared to a forging method of the prior art. The comparison of the lower envelopes of the curves, 314 and 324, also shows that the least resistant specimens are substantially closer to the average values in the case of a process of the invention than in the case of a process of the art. prior.

Claims

Revendications Claims
[Revendication 1] Procédé de forgeage d'une pièce à partir d'un lingot d'acier maraging comprenant les étapes suivantes : [Claim 1] A method of forging a part from a maraging steel ingot comprising the following steps:
- une première étape de forgeage du lingot réalisée à une vitesse rationnelle de déformation inférieure à 1 s 1 jusqu'à une déformation supérieure ou égale à 1 à une température comprise entre 1150°C et 1250°C ; suivie - a first step of forging the ingot carried out at a rational deformation rate of less than 1 s 1 until a deformation greater than or equal to 1 at a temperature between 1150° C. and 1250° C.; followed
- d'une deuxième étape de forgeage réalisée à une vitesse rationnelle de déformation supérieure ou égale à 1 s 1 et jusqu'à une déformation supérieure ou égale à 0,5 à une température comprise entre 900°C et 1050°C, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre au moins une étape de recristallisation de la pièce après la deuxième étape de chauffage, l'étape de recristallisation étant choisie parmi : - a second forging step carried out at a rational deformation rate greater than or equal to 1 s 1 and up to a deformation greater than or equal to 0.5 at a temperature between 900°C and 1050°C, characterized in that the method further comprises at least one stage of recrystallization of the part after the second heating stage, the recrystallization stage being chosen from:
- une étape de recristallisation par chauffage à une température supérieure à la température Ac3 de fin de transformation de la ferrite en austénite, et une température inférieure à la température de remise en solution des précipités ; et/ou- a step of recrystallization by heating to a temperature above the Ac3 temperature at the end of transformation of the ferrite into austenite, and a temperature below the temperature at which the precipitates are redissolved; and or
- une étape de recuit ferritique réalisée : - a ferritic annealing step carried out:
- soit, avant que la température la plus froide de la pièce ne soit inférieure à la température Arl, par un maintien de la pièce à une température comprise entre Arl et Ar3, où Arl est la température de fin de transformation de l'austénite en ferrite et Ar3 la température de début de transformation de l'austénite en ferrite étant entendu que ces températures sont mesurées dans un cycle de refroidissement ;- either, before the coldest temperature of the part is lower than the Arl temperature, by maintaining the part at a temperature between Arl and Ar3, where Arl is the end temperature of the transformation of austenite into ferrite and Ar3 the start temperature of transformation of austenite into ferrite, it being understood that these temperatures are measured in a cooling cycle;
- soit, après que la température la plus chaude de la pièce soit inférieure à Ms, un chauffage de la pièce à une température comprise entre Acl et Ac3, où Ms est la température de formation de la martensite, Acl est la température de début de transformation de ferrite en austénite et Ac3 la température de fin de transformation de ferrite en austénite étant entendu que Acl et Ac3 sont les températures mesurées dans un cycle de chauffage. - or, after the hottest part temperature is below Ms, heating the part to a temperature between Acl and Ac3, where Ms is the martensite formation temperature, Acl is the start temperature of martensite transformation of ferrite into austenite and Ac3 the end temperature of transformation of ferrite into austenite, it being understood that Ac1 and Ac3 are the temperatures measured in a heating cycle.
[Revendication 2] Procédé de forgeage selon la revendication 1, dans lequel la déformation obtenue après la première étape est comprise entre 1,0 et 2,5. [Claim 2] The forging process according to claim 1, wherein the strain obtained after the first step is between 1.0 and 2.5.
[Revendication 3] Procédé de forgeage selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la déformation obtenue après la deuxième étape est comprise entre 1,0 et[Claim 3] Forging process according to one of Claims 1 or 2, in which the deformation obtained after the second step is between 1.0 and
2,0. 2.0.
[Revendication 4] Procédé de forgeage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première étape est réalisée dans une presse hydraulique. [Claim 4] A forging process according to any one of claims 1 to 3, wherein the first step is carried out in a hydraulic press.
[Revendication 5] Procédé de forgeage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la deuxième étape est réalisée dans une machine à forger de type 4 marteaux ou dans un laminoir. [Claim 5] A forging process according to any one of claims 1 to 4, wherein the second step is carried out in a 4-hammer type forging machine or in a rolling mill.
[Revendication 6] Procédé de forgeage selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'étape de recristallisation par chauffage a une durée comprise entre 30 minutes et 4 heures. [Claim 6] Forging process according to one of Claims 1 to 5, in which the step of recrystallization by heating has a duration of between 30 minutes and 4 hours.
[Revendication 7] Procédé de forgeage selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape de recuit ferritique a une durée comprise entre 8,0 heures et 9,6 heures. [Claim 7] Forging process according to one of Claims 1 to 6, in which the ferritic annealing step has a duration of between 8.0 hours and 9.6 hours.
[Revendication 8] Procédé de forgeage selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'acier du lingot comprend, en pourcentages massiques: [Claim 8] Forging process according to any one of Claims 1 to 7, in which the steel of the ingot comprises, in mass percentages:
- une teneur en carbone comprise entre 0,0 % et 0,30 % ; - a carbon content of between 0.0% and 0.30%;
- une teneur en cobalt comprise entre 5,0 % et 8,5 % ; - a cobalt content of between 5.0% and 8.5%;
- une teneur en chrome comprise entre 0,0 % et 5,0 % ; - a chromium content of between 0.0% and 5.0%;
- une teneur en aluminium compris entre 0,0 % et 2,0 % ; - an aluminum content of between 0.0% and 2.0%;
- une teneur en molybdène comprise entre 1,0 % et 5,5 % ; - a molybdenum content of between 1.0% and 5.5%;
- une teneur en nickel comprise entre 10,5 % et 19,0 % ; - a nickel content of between 10.5% and 19.0%;
- éventuellement du vanadium en une teneur inférieure ou égale à 0,30 % ; - optionally vanadium in a content less than or equal to 0.30%;
- éventuellement du niobium en une teneur inférieure ou égale à 0,10 % ; - optionally niobium in a content less than or equal to 0.10%;
- éventuellement du bore en une teneur inférieure ou égale à 60 ppm ; - optionally boron in a content less than or equal to 60 ppm;
- éventuellement du silicium en une teneur inférieure ou égale à 0,10 % ; - optionally silicon in a content less than or equal to 0.10%;
- éventuellement du manganèse en une teneur inférieure ou égale à 0,10 % ; - optionally manganese in a content less than or equal to 0.10%;
- éventuellement du calcium en une teneur inférieure ou égale à 600 ppm ; - optionally calcium in a content less than or equal to 600 ppm;
- éventuellement des terres rares en une teneur inférieure ou égale à 500 ppm ;- optionally rare earths in a content less than or equal to 500 ppm;
- éventuellement du titane en une teneur inférieure ou égale à 0,50 % ; - optionally titanium in a content less than or equal to 0.50%;
- éventuellement de l'oxygène en une teneur inférieure ou égale à 50 ppm ; - éventuellement de l'azote en une teneur inférieure ou égale à 100 ppm ;- optionally oxygen in a content less than or equal to 50 ppm; - optionally nitrogen in a content less than or equal to 100 ppm;
- éventuellement du soufre en une teneur inférieure ou égale à 50 ppm ; - optionally sulfur in a content less than or equal to 50 ppm;
- éventuellement du cuivre en une teneur inférieure ou égale à 1,0 % ; - optionally copper in a content less than or equal to 1.0%;
- éventuellement du phosphore en une teneur inférieure ou égale à 500 ppm ; - éventuellement de l'hydrogène en une teneur inférieure ou égale à 5 ppm ;- optionally phosphorus in a content less than or equal to 500 ppm; - optionally hydrogen in a content less than or equal to 5 ppm;
- éventuellement du zirconium en une teneur inférieure ou égale à 400 ppm. - optionally zirconium in a content less than or equal to 400 ppm.
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