Brevet FR2669937A1 — publié le 19920605

La présente invention a pour objet un acier inoxydable utilisable notamment pour la réalisation de revêtement ou le rechargement d'outils travaillant à chaud. La présente invention a également pour objet un outil travaillant à chaud comportant un revêtement ou un rechargement en un tel acier inoxydable et l'utilisation d'un tel acier inoxydable. Pour augmenter la durée de vie en service d'outils travaillant à chaud, il est connu de revêtir ceux-ci d'un acier inoxydable de haute dureté, par -exemple un acier inoxydable à 13 % de chrome. De tels revêtements sont couramment réalisés par des procédés comme par exemple de fusion sous flux d'un fil d'un métal d'apport. Plusieurs passes de soudage successives permettent de déposer des revêtements d'environ 15 mm d'épaisseur. Il est connu, dans un exemple de réalisa- tion, un revêtement de rouleaux de coulée continue d'acier dont la composition pondérale est la suivante: carbone: 0,12 % chrome: 11,5 % nickel: 2 % molybdène: 1 % manganèse: 1 % silicium: 0,4 % soufre: 0,01 % phosphore: 0,01 % { O Ces aciers utilisés pour le revêtement d'outils travaillant à chaud ont pour principal inconvénient de se détériorer, dans le temps, par fatigue thermique et/ou fatigue à la corrosion. La présente invention a pour but d'améliorer les caractéristiques à la fatigue et à la corrosion des aciers inoxydables utilisés comme revêtement ou rechargement d'outils travaillant à chaud. La présente invention a donc pour objet un acier inoxydable utilisable notamment pour la réalisation de revêtement ou le rechargement d'outils travaillant à chaud, caractérisé en ce que sa compo- sition pondérale est la suivante: carbone: 0,1 à 0,1 5 % 1 O chrome: 10,5 à 12,5 % nickel: 2 à 2,5 % molybdène: 1 à 1,5 % manganèse:0,8 à 1,2 % silicium:0,3 à 0,7 % niobium:0,2 à 0,25 % vanadium: 0,1 à 0,2 %, le reste étant du fer. On impose des teneurs résiduelles infé- rieures à 50 ppm pour le soufre, inférieures à 50 ppm pour le bore et inférieures à 100 ppm pour le phos- phore. Le fait de réduire, voir d'éliminer les éléments tels que le soufre, le phosphore et le bore améliore de façon conséquente le comportement à la fatigue thermique et à la corrosion. En effet, il a été constaté que le phosphore favorise une phase intermétallique fragilisante et que le soufre favorise une corrosion localisée par piqû- res, les piqûres générant une propagation de la Jo corrosion. Selon d'autres caractéristiques de l'inven- tion: l'acier est élaboré sous forme de poudre pr 4 a Jliée par atomisation, la granulométrie de la poudre est inférieure à 200 microns pour un revêtement par exemple par compaction isostatique à chaud, la granulométrie de la poudre est comprise dans un intervale de 20 à 160 microns, pour un revête- ment par exemple par rechargement par plasma d'arc transféré, Lors de l'élaboration de la poudre, il a également été constaté que le soufre a tendance à * 10 ségréger en surface des microbilles de poudre et à former, lors de leur projection au moyen d'une technique par exemple de rechargement par plasma d'arc transféré, un réseau favorisant des sites de corrosion et une hétérogénéité de composition chimique. La présente invention a également pour objet un outil travaillant à chaud, caractérisé en ce qu'il comporte sur tout ou partie de sa surface un revêtement en acier inoxydable dont la composition pondérale est mentionnée ci-dessus. L'acier inoxydable selon la présente invention est utilisable pour la réalisation de revêtement d'outils travaillant notamment à chaud tels que des rouleaux de coulée continue d'acier par exem- ple ou encore des poinçons et/ou des matrices de presses d'emboutissage. Par exemple, un acier inoxydable dont la composition pondérale est la suivante: carbone: 0,11 % chrome: 11,10 % nichel: 2,3 % molybdène: 1,16 % manganèse: 0,89 % silicium: 0,49 % niobium: 0,25 % vanadium: 0,16 %, le reste étant du fer et les teneurs en soufre, bore et phosphore étant résiduels, est mis sous la forme d'une poudre pr 4 alliée par atomisation sous gaz neutre dont la granulométrie est inférieure à microns pour une compaction isostatique à chaud et comprise dans l'intervalle de 20 à 160 microns pour un rechargement par plasma d'arc transféré. On entend par poudre préalliée une poudre dont chaque grain a la composition de l'acier. Dans cette composition, la teneur en bore est inférieure à 50 ppm celle du soufre est inférieure à 50 ppm et celle du phosphore est inférieure à 100 ppm. Les poudres obtenues par atomisation au gaz neutre sont projetées sur les parties actives de l'outil par un procédé de rechargement par arc plasma transféré (P T A). Le procédé consiste à créer une différence de potentiel électrique entre une électrode et la pièce à revêtir On réalise sous le champ électrique obtenu, un plasma par l'apport contrôlé d'un gaz plasmagène, le plasma s'étendant entre l'électrode et ladite pièce à revêtir. La poudre de l'acier inoxydable selon la présente invention est introduite, par projection, sous l'effet d'un flux de gaz dans le plasma, et la poudre est projetée à l'état fondu sur la pièce à revêtir. L'épaisseur du revêtement peut être d'environ 10 mm et le dépot peut être réalisé en plusieurs passes. Le procédé de réalisation du revêtement par arc plasma transféré a pour avantage l'obtention de couches métalliques de structure fine, avec des taux de dilution très bas, une porosité très faible comparativement aux couches métalliques obtenues par fusion sous flux d'un fil de métal d'apport. Le procédé de revêtement par compaction isostatique à chaud (CIC) consiste à assurer la densification, sans refusion de la poudre d'acier et le soudage diffusion sur la pièce à revêtir par une s action simultanée d'une température dans un conteneur constitué par la pièce à revêtir et une enveloppe en tôle d'acier, qui est éliminée ultérieurement par usinage A la suite de la compaction, un traitement thermique approprié permet de restaurer les caracté- ristiques de l'acier du substrat. L'acier inoxydable selon la présente invention utilisé par exemple sous la forme de poudre permet d'une part la réalisation d'un revêtement ou d'un rechargement dense, homogène et d'autre part, la réalisation d'outils travaillant à chaud et ayant des caractéristiques à la fatigue thermique et à la corrosion améliorées, l'absence de soufre, de phosphore et de bore dans l'acier inoxydable selon la présente invention conférant à celui-ci une meilleure résistance mécanique à haute température. REVENDICATIONS 1 Acier inoxydable utilisable notamment pour la réalisation de revêtement ou le rechargement d'outils travaillant notamment à chaud, caractérisé en ce que sa composition pondérale est la suivante: carbone: 0,1 à 0,15 % chrome:10,5 à 12,5 % nickel:2 à 2,5 % molybdène:1 à 1,5 % manganèse: 0,8 à 1,2 % silicium: 0,3 à 0,7 % niobium: 0,2 à 0,25 % vanadium: 0,1 à 0,2 %, 1 5 le reste étant du fer. 2 Acier inoxydable selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est élaboré sous la forme de poudre préalliée par atomisation. 3 Acier inoxydable selon la revendication 2, caractérisé en ce que la granulométrie de la poudre est inférieure à 200 microns. 4 Acier inoxydable selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la granulométrie de la poudre est comprise dans un intervalle de 20 à 160 microns. Outil travaillant à chaud, caractérisé en ce qu'il comporte sur tout ou partie de sa surface un revêtement ou un rechargement en acier inoxydable selon la revendication 1. no O 6 Utilisation d'un acier inoxydable selon la revendication 1, pour le revêtement ou le rechar- gement d'outils travaillant notamment à chaud tels que des rouleaux de coulée continue d'acier ou des poin- çons et matrices de presses d'emboutissage.