Brevet FR2896514A1 — publié le 20070727

L'invention concerne la sidérurgie. Plus précisément, elle concerne des aciers destinés notamment à la fabrication de soupapes de moteur à explosion. Une application privilégiée de ces aciers est la fabrication de soupapes d'admission de moteurs diesel dits EGR (exhaust gases recyling) dans lesquels ces soupapes sont mises au contact de gaz de combustion réinjectés à l'admission pour assurer leur complète combustion et la diminution de la quantité de rejets polluants. Lors de leur utilisation, ces soupapes peuvent localement atteindre lo des températures de 400 à 500 C et sont soumises à des sollicitations mécaniques élevées et à un environnement corrosif. En outre les conderisats qui se déposent sur les soupapes lors de l'arrêt prolongé de ce type de moteur sont aussi très agressifs. Dans ces conditions agressives, les nuances d'aciers au carbone, 15 d'aciers faiblement alliés et d'aciers alliés au chrome et au silicium habituellement utilisées pour fabriquer des soupapes ont une tenue insuffisante à la corrosion. Les aciers austénitiques très alliés offrent une très bonne tenue à la corrosion dans ces conditions, mais leur coût matière est nettement plus :levé. De plus, ces aciers austénitiques ne peuvent pas être dL rcis par 20 trempe. Or la portée de la soupape et l'extrémité de sa tige doivent présenter des duretés élevées et une bonne résistance à l'abrasion. Généralement, les soupapes en acier austénitique sont donc constituées de deux à trois composants, dont : - la portée du siège de soupape, réalisée dans un alliage cle haute 25 dureté et résistant à la corrosion, déposé par revêtement, - l'extrémité la plus froide de la tige, réalisée dans un acier martensitique capable de duretés élevées par trempe. Dans tous les cas, cela augmente le coût de la soupape. En outre, la haute tenue au fluage des aciers austénitiques n'est pas 30 utile à des températures inférieures ou égales à 500 C. Enfin, la plus faible conductivité thermique des aciers austénitiques est plutôt défavorable en service. L'emploi des aciers austénitiques constitue donc une surqualité sur certains aspects, et présente également des inconvénients techniques. Et le coût élevé de la mise en oeuvre de cette solution la rend globalement insatisfaisante sur le plan industriel. Il existe donc un besoin de la part des motoristes de disposer d'un acier permettant de fabriquer des soupapes d'admission de moteurs diesel EGR, ayant des propriétés mécaniques en service élevées et une résistance à la corrosion élevée, tout en conservant un coût de fabrication bas, notamment parce qu'il serait possible de réaliser cette soupape sous forme d'une seule pièce massive. A cet effet, l'invention a pour objet un acier inoxydable martensitique, caractérisé en ce que sa composition est, en pourcentages pondéraux : - 0,45%C50,55% - 12%Cr 0,25 0/0 - traces De préférence 14 % Cr 16 % De préférence 1 % 1. De préférence 0,2 % Mo 0,5 %. De préférence traces Ni L'invention a également pour objet une pièce en acier martensitique inoxydable, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé précédent. Comme on l'aura compris, l'invention repose sur un équilibrage précis de la composition d'un acier inoxydable. II permet de procurer à la pièce fabriquée une structure martensitique et des propriétés mécaniques favorables, à la suite de traitements thermomécaniques adéquats, ainsi qu'une résista nce à la corrosion proche de celle des aciers inoxydables austénitiques. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, donnée en référence à : io - la figure 1 qui montre le diagramme de phases d'un exemple d'acier selon l'invention, en fonction de sa teneur en Si ; - la figure 2 qui montre les propriétés mécaniques en fonction de la température d'un exemple d'acier selon l'invention. L'acier doit répondre à différents critères propres à l'application is envisagée de façon privilégiée, à savoir la fabrication de soupapes monobloc pour moteurs à explosion. Le volume de métal dans la tige et la tête de soupape doit présenter une dureté et une résistance à l'abrasion pas trop élevées eu égard à le gamme de finition des pièces (usinage, rectification, polissage, ...) et une ductilité 20 suffisante. En revanche, la portée du siège de soupape et l'extrémité de la tige doivent offrir une dureté et une tenue à l'abrasion très élevées : pour cela, l'acier doit pouvoir répondre à un traitement de surface spécifique, classiquement dénommé trempe sous haute fréquence ou trempe HF : cette opération 25 consiste à réchauffer fortement les seules zones concernées, au moifen d'un système inductif, pendant un bref instant. La surface des soupapes en acier martensitique, localement réausténisée par ce flash thermique, subit ensuite une trempe martensitique drastique du fait que la faible épaisseur superficielle réchauffée est rapidement refroidie par conduction par le substrat sous-jacent 3o qui est resté froid. Dans ces conditions, les surfaces traitées lpar trempe HF, et dont la structure est martensitique, atteignent aisément des duretés de 58 à 60 HRC, qui sont celles requises pour l'application envisagée. La dureté moyenne recherchée pour des contraintes de tenue à l'usure est le plus généralement de 58 HRC. Outre ces différents critères liés à l'utilisation de la soupape, l'acier selon l'invention doit également remplir différentes contraintes liées à sa fabrication. En effet, la fabrication des soupapes a généralement lieu en deux phases principales, qui imposent chacune des contraintes fortes sur les propriétés et le comportement du métal. Le métallurgiste va tout d'abord élaborer, couler et mettre en forme à 10 chaud un acier de composition donnée, qu'il va ensuite livrer au fabriquant de soupapes sous forme de barres. Ce fabriquant procède au cisaillage de ces barres, opération encore appelée lopinage , puis il procède à la mise en forme des soupapes, typiquement par forgeage ou extrusion. 15 Une première exigence est que l'acier selon l'invention ait un coût matière modéré. Pour le métallurgiste, un faible coût matière implique d'abord l'absence d'additions conséquentes en éléments coûteux tels que le nickel, le molybdène, le tungstène,... et ensuite l'utilisation de matières premières à faible 20 coût, couramment disponibles sur le marché et ne nécessitant pas de sélection sévère. Ce dernier point implique lui-même que l'acier recherché puisse accepter les éléments résiduels inévitables et en teneurs variables (nickel, cuivre, vanadium, molybdène,...) que l'on trouve dans les ferrailles de recyclage courantes. 25 Lors de l'élaboration de l'acier, le métallurgiste doit encore pouvoir utiliser des installations à haut rendement (fours électriques classiques, coulée continue,...) et des procédés d'élaboration simples et fiables. En premier lieu, dès lors que la voie lingot est utilisée par l'élaborateur, l'acier Joit être suffisamment peu trempant de façon à éviter les phénomènes de tapure 30 des lingots (fissurations superficielles lors du refroidissement), qui sont fréquemment une source de rebus. Pour le transformateur en demi-produits (le lamineur, ou le forgeron par exemple), l'acier doit idéalement offrir de bonnes propriétés de malléabilité à haute température et l'absence de sensibilité à la formation de criques à chaud. Là encore, une faible trempabilité de l'acier constitue un avantage lorsque la gamme de transformation comporte plusieurs étapes intermédiaires de laminage ou de forgeage. En effet, une faible trempabilité limite les risques de tapure des demi-produits intermédiaires, en favorisant un adoucissement de l'acier par un mécanisme d'auto-recuit lors des retours à température ambiante. Les contraintes que doit ensuite respecter l'acier chez le fabricant de ro soupapes sont multiples et généralement incontournables, étant donné que les lignes de fabrication sont largement intégrées et automatisées. Le fabricant procède dans un premier temps au cisaillage de: barres, puis il réalise ensuite l'opération proprement dite de mise en forme des soupapes à chaud, soit par forgeage, soit par extrusion. 15 La première opération de cisaillage suppose que le métal ne soit pas fragile, que sa dureté soit peu élevée et qu'il offre un comportement peu abrasif vis-à-vis des outils de cisaillage. En particulier, les carbures grossiers dans l'acier à cisailler sont source de détérioration du tranchant des cisailles, et sont donc à éviter. 20 Dans la deuxième opération majeure de transformation à chaud des lopins en soupape, le métal doit répondre aux critères suivants. Les opérations de transformation étant réalisées généralement aux températures les plus élevées possible (1150 à 1200 C), le métal doit cffrir une bonne malléabilité à ces températures. 25 En outre, comme la tige de la soupape est généralement peu déformée pendant cette opération, sa structure est largement tributaire de la structure de la barre initiale, et surtout de son évolution au cours du cycle de réchauffage avant mise en forme de la soupape. La structure de l'acier doit donc présenter une grande stabilité vis-à-vis des chauffages à des températures 30 élevées (1150-1200 C). Après la mise en forme, le fabricant procède au traitement thermique et au parachèvement de la soupape. L'acier doit alors répondre aux traitements thermiques appliqués de façon à être conforme au cahier des charges de l'utilisateur. On peut classer en deux catégories les aciers inoxydables martensitiques connus de l'art antérieur, la première étant constituée d aciers à basse teneur en carbone (C 0,25% Co: traces à 1% W : traces à 0,2% Nb: traces à 0,15% Traces Al Traces Ti Traces Sur ce diagramme : - la limite repérée par 1 correspond à la température dite Ae3 correspondant à l'équilibre entre le domaine de l'austénite y et le domaine où coexistent l'austénite y et la ferrite a ; - la limite repérée par 4 correspond à la température d'apparition du nitrure de vanadium VN lors du refroidissement ; - les limites repérées par 5 correspondent à l'apparition du carbure (Fe, Cr)7C3 dans l'austénite ; - la limite repérée 6 correspond à la température cite Ael 10 correspondant à l'équilibre entre le domaine où coexistent l'austénite y et la ferrite a et le domaine de la ferrite a ; - la limite repérée 7 correspond au solvus du carbure (Fe Cr)23C6, qui devient le carbure stable, en substitution du carbure (Fe,Cr)7C3, en dessous de la limite 5 inférieure ; 15 - la limite repérée 8 , entre les limites 1 et 6 , est le solvus du nitrure Cr2N. Sur le plan expérimental, on a élaboré puis forgé les deux compositions suivantes, l'une de référence (non conforme à l'invention) à basse teneur en silicium (A), l'autre (B) représentative de l'invention, à haute teneur en 20 silicium et au moins très voisine de la précédente sur les autres éléme its. Ces deux compositions sont situées sur le diagramme de la figure 1, et sont décrites dans le tableau 1. 25 30 Elé- C Si Mn Ni Cr Mo V N W Nb Cu Co Al Ti S P ments (% en poids) A 0,55 0,43 0,45 0,09 15,5 0,3 0,31 0,12 On note en particulier que les deux coulées ont une teneur er C+N de 5 0,67%, proche de la limite maximale de l'invention (0,70%). Les produits ont été forgés à 1180 C à l'aide d'un pilon à la suite d'un chauffage prolongé à 1180 C. Le cycle d'adoucissement appliqué sur les barres forgées a été le suivant : - maintien isotherme de 8h à 775 C ; (o - puis refroidissement lent en four (moins de 40 /h) jusqu'à 50 C. Après forgeage et application du traitement thermique initial du type recuit d'adoucissement, ces deux compositions ont été testées en dilatométrie, de façon à définir leurs diagrammes de transformations métallurgiques en refroidissement continu à partir d'une température de 1050 C, située clans leur ls domaine d'austénisation. Le taux de transformation martensitique ou bainitique de la composition A' reste toujours très élevé pour toutes les vitesses de refroidissement imposées, qui correspondent à des refroidissements à l'air du coeur de barres de diamètres compris entre 25 et 200 mm. Ce maté -iau sera 20 donc sensible à la formation de tapures aux divers stades de sa mise en forme. En revanche, la composition B enrichie en silicium selon l'invention se transforme rapidement à haute température (entre 700 et 800 C), selon une décomposition de l'austénite en ferrite, carbures et nitrures. IEn dilatornétrie, la décomposition de l'austénite de cet acier riche en silicium s'apparente fortement à la transformation perlitique classique des aciers au carbone. Pour cette composition B selon l'invention, le taux résiduel de transformation martensitique est négligeable pour toutes les vitesses de refroidissement correspondant à un refroidissement à l'air à coeur de barres de diamètres supérieurs ou égaux à 50mm, et reste limité à coeur jusqu'au diamètre 25mm. Le risque d'apparition de tapures sur les produits est donc très faible pendant tout le cycle de la fabrication des soupapes. Par ailleurs, la pleine transformation martensitique de la composition B de l'invention reste possible moyennant l'application d'une grande vitesse de refroidissement. Après mise en solution à 1050 C et trempe a l'huile d'échantillons de diamètre 20 mm, la structure de l'acier B est martensitique et offre une dureté de 58 HRC. Elle est, en outre, notablement plus fine et homogène que celle de l'acier A. On voit sur la figure 1 qu'au moment de la trempe, ce sont les carbures (Fe, Cr)7C3 qui sont présents dans l'acier B, alors que ce sont les carbures (Fe, Cr)23C6 qui sont présents dans l'acier A. Les propriétés revendiquées pour les compositions d'acier selon l'invention sont obtenues grâce à l'équilibrage précis des éléments d'alliage. Le carbone est l'élément essentiel pour conférer sa dureté à la martensite, ou éventuellement à la bainite, formée(s) à la trempe. Sa teneur minimale doit être de 0,45% pour atteindre une dureté de 58 HRO après traitement thermique, mais aussi pour atteindre une structure métallurgique exempte de ferrite delta. Sa teneur maximale est limitée à 0,55%. Au-delà le carbone forme une trop grande quantité de carbures de chrome, fragilisante et inutile pour l'application, voire nocive dans le cas de carbures massifs issu: de la solidification des lingots, tandis que la fraction de chrome libre dans la matrice devient trop faible pour que celle-ci présente la tenue requise à l'oxydation. Le silicium est un élément d'addition majeur de l'invention. De façon à obtenir la faible trempabilité recherchée, sa teneur doit être supérieure à 1%, préférablement supérieure à 1,4%. Elle est limitée au maximum à 2,5%, de façon à conserver une structure sans ferrite stable. Le silicium offre une deuxième action très favorable pour l'emploi de l'acier en renforçant sa tenue à l'o:Kydation et à la corrosion par le soufre : il complète l'action du chrome. Il constitue aussi un élément de désoxydation efficace et peu coûteux. Toutefois, le silicium abaisse la température de début de fusion (solidus) de l'acier, ce qui a pour conséquence de réduire le domaine de forgeabilité. Préférablement, la teneur maximale en silicium sera limitée à 2% lorsqu'on recherche la meilleure malléabilité à haute température, soit jusqu'à 1200 C. Le chrome est un élément essentiel de l'acier selon l'invention et permet sa protection vis-à-vis des environnements de la soupape d'admission. Ceux-ci, dans les moteurs diesels à réinjection de gaz d'échappement, sont constitués en fonctionnement de gaz chauds oxydants, et éventuellement sulfurants selon la teneur en soufre dans le carburant. Les condensate; de ces 1s gaz sont également corrosifs. L'oxyde de chrome qui se forme en surface de l'acier n'est réellement continu et protecteur que pour une teneur minimale moyenne dans la matrice de l'acier de 12%. On considère donc que cette valeur est la teneur minimale en chrome dans le cadre de l'invention. Compte tenu de ce que le carbone présent dans l'acier fixe une fraction du chrome, et que cette 20 fraction n'est donc plus disponible pour la formation du film d'oxyde, la teneur minimale en chrome dans la composition est, cependant, préférablement de 14%. La teneur maximale en chrome est dictée par l'équilibre métallurgique de l'acier et, en particulier, par le souci d'obtenir une structure à matrice 25 purement austénitique, sans ferrite, aux températures de traitement thermique et de transformation à chaud. Sans addition de nickel, élément qui maintient la structure austénitique mais qui est aussi coûteux, et en présence de teneurs en carbone + azote de 0,55 à 0,70% comme requis par l'invention, la teneur maximale admissible en chrome est de 18%. Comme une addition conséquente 30 de silicium est pratiquée dans l'invention, et que cet élément a un effet similaire au chrome, c'est-à-dire qu'il favorise l'apparition de la phase ferritique, la teneur is maximale en chrome est préférablement limitée à 16%. Au-delà, il y a un risque d'apparition de ferrite delta lorsque les teneurs en Si sont hautes et les teneurs en C + N basses. Une addition d'azote est pratiquée jusqu'à une teneur maximale de 0,15%, préférentiellement jusqu'à 0,12%, de façon à ne pas dépasser le maximum de solubilité de cet élément lors de la solidification. Cela conduirait à la formation de bulles de gaz dans le métal, se traduisant par l'apparition de porosités (soufflures) sur le métal solidifié. L'azote, peu coûteux, est utilisé comme addition complémertaire au ro carbone pour deux raisons. D'une part, il stabilise la structure austénitique entre 1000 et 1200 C environ, et peut donc se substituer pour partie au carbone sans les inconvénients d'une précipitation tropabondante des carbures. Ainsi, grâce à l'addition d'azote, on peut éviter la formation de ferrite delta dans un acier riche ts en chrome et à teneur limitée en carbone. D'autre part, l'azote est bénéfique à la tenue à la corrosion de l'acier en présence de condensats corrosifs. Pour ces deux raisons, la teneur minimale en azote est de 0,05%, et doit être telle que C + N 0,55% de façon à atteindre le bon équilibre de 20 composition (absence de ferrite delta). Elle doit être telle que C + N 0,70% pour que les teneurs maximales en carbone et azote telles que définies précédemment ne soient pas dépassées. Une addition de vanadium est pratiquée de façon à former avec l'azote et le carbone des précipités de nitrure et de carbure de vanadium, stables 25 aux températures de traitement thermique. Cela permet de limiter le grossissement du grain de la structure à ces températures, où se prcduit une recristallisation du métal transformé par laminage ou forgeage. Les nitrures et carbures de vanadium sont favorables à la tenue à l'abrasion de l'acier, et sont aussi connus pour accroître la tenue au fluage des 30 aciers martensitiques. En outre, la formation du nitrure de vanadium VN permet de limiter celle du nitrure de chrome Cr2N qui appauvrit la matrice en chrome. Ces effets sont obtenus pour une teneur en vanadium comprise entre 0,2 et 0,5%. Une addition mineure de molybdène peut aussi être pratiquée pour son effet, connu de l'art antérieur, qui est de contribuer à limiter la fragilité de l'acier traité pour de hautes duretés. Un effet significatif comrnence à exister à partir de 0,2%. Une teneur maximale de 0,5% est admise pour ne pas augmenter inutilement le coût matières de l'acier. Ces additions modérées en molybdène et vanadium offrent enfin l'avantage économique important, lors de l'élaboration de l'acier selon l'invention, de permettre l'utilisation de matières premières issues du recyclage d'aciers qui contiennent ces éléments. Ces matières peuvent aussi contenir d'autres éléments résiduels, non 1s indispensables aux propriétés de l'acier de l'invention, et pouvant donc n'être présents qu'à l'état de traces. Les éléments métalliques résiduels que l'on retrouve le plus souvent dans les charges issues d'aciers à recycler sont essentiellement le manganèse, le nickel, le cuivre, le tungstène, le niooium et, plus rarement, le cobalt. 20 Le manganèse est présent dans la plupart des matières premières ferreuses que l'on peut trouver sur le marché. C'est un élément facilement oxydable dans les fours d'élaboration comme le four à arc électrique, niais son élimination délibérée et poussée lors de l'élaboration peut se révéler coûteuse, et elle n'est pas utile dans l'acier de l'invention. Les charges de recyclage peuvent 25 en contenir ordinairement jusqu'à 2%, ce qui est tolérable dans le cadre de l'invention, et une large fraction est de toute façon perdue par oxydation lors de l'élaboration : il est donc aisé de contenir la teneur finale en manganèse à moins de 1% dans les aciers selon l'invention, grâce à un choix judicieux d'un rnélange de matières premières adapté à la conduite de l'élaboration de l'acier de 30 l'invention dans les fours des aciéries. Au regard des propriétés recherchées pour l'acier selon l'invention, le manganèse peut se révéler nocif à des teneurs supérieures à 2% car il est connu, d'une façon générale, pour réduire la résistance à l'oxydation et à la sulfuration, pour stabiliser l'austénite et pour accroître la trempabilité martensitique des aciers. Sa teneur résiduelle maximale dans l'acier selon l'invention devra donc être contenue à moins de 2% et, préférentiellement, entre des traces et 1 %, ce qui est aisé et peu coûteux pour l'aciériste. Encore préférentiellement, l'acier de l'invention contient des teneurs en manganèse et silicium telles que leur rapport Si% / Mn% est supérieur ou égal ro à 1, car cette condition favorise la coulabilité du métal liquide dans les réfractaires de coulée en présence d'une atmosphère naturelle. Le nickel est de plus en plus présent dans les matières premières ferreuses de recyclage : ainsi, il est commun de le retrouver dans des proportions de 0,2 à 0,4%. Contrairement au manganèse, le nickel des matières premières 15 est peu oxydé lors de l'élaboration, par exemple dans les fours à arc électrique conventionnels. Il va donc se retrouver quasi-intégralement dans le métal final. Au regard de l'acier selon l'invention, c'est un élément qui accroît fortement la trempabilité et qui est, à ce titre, indésirable à des teneurs supérieures à 1 %. Préférentiellement, il sera contenu au maximum entre des 20 traces et 0,5 /o. Le cuivre, comme le nickel, est lui aussi présent dans les matières premières ferreuses courantes de recyclage, à des teneurs d'environ 0,1 à 0,2%, voire jusqu'à 0,4 %, et n'est pas éliminé lors de l'élaboration. Le cuivre est connu pour dégrader la forgeabilité des aciers fer û chrome, parce qu'il favorise la 25 formation d'un film liquide dans les joints de grains des aciers lorsqu'ils sont portés aux très hautes températures de la gamme de transformation thermomécanique. Il est aussi connu que le nickel combat très efficacement ce mécanisme de liquation inter-granulaire en stabilisant la phase austénite au détriment de la phase liquide. Si du nickel est significativement présent, l'acier 30 selon l'invention peut donc tolérer une teneur en cuivre relativement élevàe. Pour toutes ces raisons, la teneur maximale en cuivre de l'acier de l'invention est : soit limitée au maximum à 0,25% ; soit, si Cu > 0,25%, limitée à 0,5 fois la teneur en nickel. Le tungstène, qui est un élément coûteux, est présent dans certaines matières premières de recyclage. A de faibles teneurs, le tungstène apporte aux aciers des propriétés semblables à celles qu'apporte le molybdène. Ainsi, dans l'art antérieur, le tungstène est souvent considéré sous forme d'un équivalent molybdène qui est défini par Mo (équivalent) = 0,5 fois la teneur en tungstène, en % pondéral. Pour ces raisons, l'acier de l'invention peut contenir de 0 à 0,2 % de tungstène. Le cobalt peut exceptionnellement se retrouver dans certaines matières premières spécifiques. Comme le nickel, il est peu oxydable lors des élaborations dans les fours classiques à arc électrique. Toutefois, contrairement is au nickel, le cobalt n'a pas d'effet nocif sur les propriétés et le comportement de l'acier de l'invention dans l'application aux soupapes. La composition d'acier selon l'invention peut donc comporter jusqu'à 1% de cobalt, sous forme d'élément résiduel. Le niobium est connu pour former, dès de très faibles teneurs, des 20 carbures et des nitrures stables qui contribuent, dans les aciers, à limiter le grossissement du grain austénitique aux températures d'austénisation ou de transformation thermo-mécanique. Le niobium peut donc compléter efficacement le rôle du vanadium pour le contrôle de la taille des grains dans l'acier de l'invention. Mais le niobium est aussi réputé pour promouvoir la précipitation de 25 carbures et nitrures eutectiques en réseau fragilisant, lors de la solidification des lingots d'acier. Pour ces raisons, la teneur en niobium de l'acier selon l'invention est limitée à 0,15 %. Une addition de bore est possible. On pense que cet élérrent peut apporter, dans certains cas, une cohésion forte aux joints de grains. Si on désire 30 en ajouter, ce qui n'est nullement indispensable dans le cadre de l'invention, sa teneur doit être comprise entre des traces et 0,0050%, de préférence entre des traces et 0,0020%. L'aluminium et le titane sont à éviter du fait qu'ils formeraient avec l'azote des nitrures fragilisants, donc indésirables. La teneur en aluminium doit être 0,025%, de préférences 0,015%. La teneur en titane doit être 0,010%. Concernant le soufre, les normes concernant ce type d'aciers tolèrent jusqu'à 0,030%. Toutefois, une teneur maximale de 0,003% est préférée, pour éviter les problèmes de fragilité intergranulaire et de ségrégations classiquement t0 liés à la présence de cet élément. Concernant le phosphore, on en tolère jusqu'à 0,040% comme dans les normes, mais on préfère une teneur maximale de 0,010% pour les mêmes raisons que pour le soufre. Concernant l'oxygène, l'invention n'a pas d'exigences. particulières. 15 Sauf si on désire une propreté inclusionnaire particulièrement bonne, pour certaines applications, on se contente de la teneur en oxygène résultant naturellement de la teneur en silicium (qui est généralement l'élément désoxydant prédominant) et des conditions d'élaboration nécessaires à l'obtention des teneurs visées pour les autres éléments. Une teneur en oxygène 20 de l'ordre de 0,0050% ou encore moins pourra être couramment obtenue, mais n'a rien d'impératif dans le cas général, car les propriétés mécaniques qui sont prioritairement à optimiser dans le cadre de l'invention ne dépendent que peu de la propreté inclusionnaire. Les aciers selon l'invention peuvent être élaborés selon les procédés 25 applicables aux matériaux usuels, en tenant compte de leurs particularités. Ainsi, on ne peut pas les élaborer sous vide car il faut pratiquer une additior d'azote sous forme gazeuse. On pourra utiliser à cet effet un four électrique, ou un réacteur AOD, ou tout autre moyen adapté à l'élaboration d'aciers contenant des teneurs 30 élevées en azote, y compris les procédés d'affinage secondaire par refusion sous laitier électroconducteur. La refusion peut se faire, par exemple, sous laitier avec électrode consommable si l'on recherche une grande propreté inclusionnaire. La coulée du métal s'effectue soit par la voie lingots, soit par la voie coulée continue. Un traitement thermique d'homogénéisation des structures de solidification est réalisable, si nécessaire, à des températures comprises entre 1150 et 1225 C. Ces opérations sont suivies d'une étape de transformation thermomécanique à chaud du demi-produit coulé, par exemple un forgeage et/ou ro un laminage, à des températures typiquement comprises entre 1000 et 1200 C. Un recuit est optionnellement applicable après la transformation à chaud, si l'on souhaite adoucir au maximum la structure en vue d'opérations à température ambiante telles qu'un redressage des barres, un usinage. L'adoucissement des produits est réalisable moyennant un recuit d'adoucissement isotherme à des 15 températures comprises entre 650 et 900 C, pendant des durées de 2 à 8h, suivi d'un refroidissement à l'air ou dans le four à la vitesse de refroidissement du four. Puis on réalise le ou les traitements thermiques ou thermoméc:aniques finaux qui vont conférer aux pièces leur forme et leurs propriétés définitives. Dans le cas des soupapes, on procède à partir de lopins d àcoupés 20 dans les demi-produits résultant de la transformation à chaud et du recuit d'adoucissement éventuel précédents. Ces lopins sont ensuite fo -gés ou extrudés à haute température (1150-1200 C par exemple) pour former les soupapes. Puis, après refroidissement, on procède aux traitements thermiques finaux. Ceux-ci peuvent être une trempe suivie d'un revenu, ou un recuit 25 préalable à un usinage final. On peut, en plus, procéder à une trempe HF dans des zones qui doivent présenter une dureté élevée : la portée du siège de soupa De et/ou l'extrémité de la tige. Un exemple de traitement appliqué à un acier selon l'invention est le 30 suivant. suivante : 21 L'acier a été élaboré au four électrique, avec la composition C C = 0,510 % Mn = 0,462 0/0 - Si=1,43% - Cr = 15,77 % V = 0,370 % Mo = 0,305 % - N=0,129% - S=0,0019% - P=0,0094% - Ni=0,075% - W 0,020% Nb 0,010% - Cu 0,02% - Co=0,017% - Al 0,025% - Ti 0,010% - Fe = le reste La somme C + N est de 0,64%, donc située dans le milieu de la gamme de l'invention. II a été ensuite coulé en lingots et transformé en barres de 85 mm par laminage, après chauffage à 1180 C. Les barres ont ensuite subi un recuit isotherme de 8 h à 88CI C, puis 25 un refroidissement dans le four jusqu'à 550 C, température à laquelle les barres ont été sorties du four et refroidies à l'air. La dureté des barres après cet adoucissement est alors effectivement faible : 235 HB, soit 22 HRC environ (la mesure HRC n'ayant, à ce faible niveau de dureté, plus grande signification). La limite de trempabilité à coeur, pour un 30 refroidissement à l'air, correspond à un diamètre de 40 mm. 10 Après une mise en solution à 1050 C pendant 30 minutes et un refroidissement rapide qui correspond à un diamètre de 17 mm refroidi naturellement à l'air, la dureté de la structure bainito-martensitique est de 58,5 HRC. Cette dureté peut ensuite être classiquement modifiée par un traitement de trempe et revenu. Le tableau 2 montre des exemples de conditions de revenu et les duretés HRC qu'elles permettent d'obtenir sur le:; barres précédentes. Revenu dureté HRC température/durée/refroidissement 500 C/2h/Air 57.1 525 C/2h/Air 54.4 550 C/2h/Air 47.4 575 C/2h/Air 44.0 600 C/2h/Air 41.1 625 C/2h/Air 39.5 650 C/2h/Air 37.5 700 C/2h/Air 33.1 750 C/2h/Air 29.4 800 C/2h/Air 24.6 Tableau 2 : Duretés HRC obtenues sur l'acier C en fonction des conditions de revenu. Un autre exemple de traitement appliqué à un acier selon l'invention 15 est le suivant : L'acier a été élaboré, avec la composition D suivante : -C = 0,470% Mn = 0,585% Si = 1,36% - Cr = 15,40% - V=0,36% - Mo = 0,31 /o N = 0,100% - S=0,0021% - P = 0,0068% Ni = 0,08% - W Les courbes d'évolution de ces variables en fonction de la température sont présentées sur la figure 2 ; la malléabilité de l'acier de composition D présente un maximum entre 1100 et 1230 C, caractérisé par les plus fortes valeurs de A et de Z (%). En deçà de 1100 C, l'accroissement continu de la résistance mécanique (Rm), réduit progressivement la plasticité du métal. Pour cette composition D, dont la somme des teneurs C + N est située en limite inférieure des valeurs selon l'invention, le taux de transformation martensitique, mesuré à la suite d'essais de dilatométrie conduits à diverses vitesses de refroidissement depuis la température d'austénitisation de 1050 C, devient négligeable pour toutes les vitesses de refroidissement inférieures ou ~o égales à celle correspondant à un refroidissement naturel à l'air à cce:ar d'une barre de diamètre 60mm environ. Par ailleurs, la martensite formée à la suite d'un refroidissement plus rapide depuis 1050 C, offre une dureté de 57,7 HRC. Un revenu ultérieur de la structure purement martensitique permet 15 d'obtenir une très large variété de duretés dans l'acier de l'invention de composition D, comme indiqué ci-dessous dans le tableau 3 : Traitement de revenu Dureté HRC 500 C/2h/Air 56,6 525 C/2h/Air 52,3 550 C/2h/Air 46,9 575 C/2h/Air 43,8 600 C/2h/Air 41,2 625 C/2h/Air 39,6 650 C/2h/Air 38,2 700 C/2h/Air 32,2 750 C/2h/Air 27,6 800 C/2h/Air 24,5 Tableau 3 : Duretés HRC obtenues sur l'acier D en fonction des 20 conditions de revenu. A titre de comparaison, la figure 3 présente, de la même façon que la figure 2, les courbes d'évolution de A%, Z% et Rm en fonction de la température pour un acier E de l'art antérieur de composition -C=0,837% -Si = 0,758% - Mn = 1,22% - S La malléabilité de cet acier présente un maximum marqué dans une plage d'ampleur limitée entre 1120 et 1200 C environ, puis chute brutalement. Cet acier est donc très sensiblement moins tolérant que l'acier D à des variations dans les conditions de traitement. Surtout, dans l'absolu, sa malléabilité est nettement moindre que celle de l'acier D, ses valeurs maximales de A% et Z% étant très inférieures à celles de l'acier D. Ainsi, en plus d'avoir un coCt matière nettement plus élevé dû à la présence massive de molybdène, cet acier E de référence répond sensiblement moins bien aux problèmes techniques posés que les aciers selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Acier inoxydable martensitique, caractérisé en ce que sa composition est, en pourcentages pondéraux : -0,45%SC50,55% -12%SCr518% - 1 % 0,25 % - traces 2. Acier selon la revendication 1, caractérisé en ce que 14 % 5 Cr 5 3. Acier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que 1 % Si 25 2%. 4. Acier selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 0,05 % • N50,12%. 5. Acier selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que traces • Mn 6. Acier selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que Si%/Mn%1. 7. Acier selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que 0,2 % • Mo0,5%. 5 8. Acier selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qLe traces • Ni 9. Acier selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qLe traces Al 0,015%. 10. Acier selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ~o traces 11. Acier selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que traces 5 P 0,010%. 12. Acier selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que traces 13. Procédé de fabrication d'une pièce en un acier inoxydable martensitique, caractérisé en ce que : - on élabore et on coule un acier selon l'une des revendications 1 à 12 ; - optionnellement on effectue un traitement d'homogénéisaticn de la structure entre 1150 et 1225 C ; 20 on le transforme thermomécaniquement à chaud, par exeriple par laminage et/ou forgeage entre 1000 et 1200 C ; - optionnellement on réalise un recuit d'adoucissement, entre 650 at 900 C pendant 2 à 8 h suivi d'un refroidissement à l'air ou dans le four ; - et on réalise le ou les traitements thermique ou thermomécaniques finaux 25 qui vont conférer à la pièce sa forme et/ou ses propriétés définitives. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qua lesdits traitements thermiques ou thermomécaniques finaux comportent une t'-empe et un revenu. 15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qua lesdits 3o traitements thermique ou thermomécaniques finaux comportent un re'.,uit suivi d'un usinage. 16. Procédé selon l'une des revendications 13 à 15, caractérise en ce qu'on termine la fabrication par une trempe HF d'au moins certaines parties de la pièce 17. Procédé de fabrication d'une pièce selon l'une des revendications 13 à 5 16, caractérisé en ce que la pièce est une soupape monobloc de moteur à explosion. 18. Procédé selon les revendications 16 et 17 prises er semble, caractérisé en ce que les parties de la soupape concernées par la trempe HF sont l'extrémité de la tige et/ou la portée du siège. to 19. Pièce en acier martensitique inoxydable, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une des revendications 13 à 18.