Brevet FR2701272A1 — publié le 19940812

Procédé de traitement thermique après le soudaae de deux pièces en acier allié de nuances distinctes 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 AC 1 Cette température, suivant la nature de l'acier constituant l'assemblage soudé, est comprise environ entre 550 et 7500 C Elle est soigneusement choisie pour être suffisamment élevée pour avoir les effets de25 détensionnement et adoucissement, tout en étant néanmoins limitée pour éviter de dépasser cette tempétature AC, 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 affecter30 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 température5 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 AC 1 A et AC 3 A et une température optimale de traitement après soudage &A inférieure à AC 1 A, la deuxième pièce, appelée B, ayant des températures15 critiques de transformation au chauffage AC 1 B et AC 3 B, respectivement inférieures à AC 1 A et AC 3 A et une température optimale de traitement après soudage O B inférieure à A Cl B et à a A, caractérisé en ce que l'on fait un premier cycle thermique de traitement à ladite température B A suivi20 d'un second cycle thermique à une température 9 B. Selon une réalisation particulière, ledit premier cycle du traitement, à la température O A dépasse la température AC 1 B, l'ensemble du traitement constituant ainsi, pour le matériau B, un traitement intercritique.25 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 Ce même diagramme est reporté sur la figure 2 On voit que le35 traitement thermique se compose de deux cycles: un premier cycle à la température 9 A et un deuxième cycle à la température 9 B- Sur la figure 1, on a représenté les températures critiques de commencement et de fin de transformation au chauffage: AC 1 et AC 3 pour un acier allié appelé A Ces deux températures sont ainsi notées: AC 1 A et AC 3 A. Sur la figure 2, on a représenté les températures critiques de commencement et de fin de transformation au chauffage: AC 1 et AC 3 pour un acier allié appelé B de10 nuance distincte du précédent Ces deux températures sont ainsi notées: AC 1 B et AC 3 B. La température 9 A, inférieure à AC 1 A, est la température optimale de traitement après soudage pour l'acier A.15 La température 9 B, inférieure à AC 1 B, et à 9 A est la température optimale de traitement après soudage pour l'acier B. En superposant les deux figures, on voit que AC 1 B est inférieure à AC 1 A et que AC 3 B est inférieure à AC 3 A. Ainsi, l'invention consiste donc à procéder à ce double traitement thermique aux températures e A et 3 B après le soudage de deux pièces d'acier allié de nuance respective A et B. Ainsi, pour l'acier A, figure 1, ce double cycle à OA et 9 B a le même effet qu'un simple traitement à la température 9 A correspondant à la température optimale de traitement thermique après soudage pour cet acier et le second cycle à 9 B n'a aucun effet. En revanche, pour l'acier B, figure 2, le premier cycle à 9 A/ dépasse la température P B optimale pour lui, et dans l'exemple donné cette température 1 A dépasse même la température AC 1 B, c'est-à-dire que, lors de ce cycle, se produira pour cet acier un début de transformation en austénite Lors du refroidissement subséquent, cette35 austénite, fortement carburée, se transformera en martensite, constituant de trempe dur et fragile Lors du second cycle à la température O 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 nuances10 d'acier. Ainsi, grâce à ce double cycle à ces températures ( A et 1 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.15 Il est généralement avantageux qu'au moins le premier cycle thermique à O 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 pas20 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 AC 1 (A) est de 750 C et la température AC 3 (A) est de 900 C, sa température A optimale de traitement après soudage est de 670 C. Sa limite de résistance élastique Re = 500 M Pa, sa résistance à la rupture Rm = 650 M Pa. 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 AC 1 (B) = 630 C AC 3 (B) = 810 C 0 B = 600 C Re = 680 M Pa Rm = 800 M Pa 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 M Pa Rm = 650 M Pa 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 9 A = 670 C pendant cinq heures, puis refroidissement à 20 C, deuxième cycle de chauffage à 9 B = 6000 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. 5 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 et10 chuteront aux valeurs suivantes: Re = 500 M Pa Rm = 650 M Pa 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 BA et O B auront ainsi les propriétés nécessaires. REVENDICATIONS 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 AC 1 A et AC 3 A et une température optimale de traitement après soudage 9 A inférieure à ACA, la deuxième pièce, appelée B, ayant des températures critiques de transformation au chauffage AC 1 B et AC 3 B, respectivement inférieures à AC 1 A et AC 3 A et une température optimale de traitement après soudage G B inférieure à AC 1 B et à 9 Ar caractérisé en ce que l'on fait un premier cycle thermique de traitement à ladite température 9 A suivi d'un second cycle thermique à une température O B* 2/ Procédé de traitement thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier cycle du traitement, à la température L A dépasse la température AC 1 B, l'ensemble 5 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 les10 parties immédiatement avoisinantes ( 2, 3) des deux pièces soudées (A, B).