Brevet FR2111703A1 — publié le 19720609

.2111703 La présente invention a pour objet l'amélioration de la ductilité à chaud des aciers contenant du tellure. On sait que le plomb, le bismuth, le soufre, le sélénium et le tellure améliorent les possibilités d'usinage de l'acier 5 lorsque ces corps sont ajoutés en faibles quantités. Il est désirable d'utiliser le tellure comme additif en vue d'améliorer les.possibilités d'usinage de tels aciers, car de faibles quantités de tellure n'ont pas ou ont moins d'effets nuisibles sur d'autres propriétés des pièces d'acier ainsi obtenues. 10 Toutefois, le tellure, même lorsqu'il n'est présent qu'en faibles proportions, a sur l'acier un effet très particulier, par comparaison avec les additions de plomb ou de sélénium en quantités propres à améliorer les possibilités d'usinage. La présence du tellure dans les aciers, dans les proportions requi-15 ses pour améliorer leurs possibilités d'usinage, exerce un effet très nuisible en réduisant la ductilité de l'acier aux températures de travail élevées. Ce problème est illustré par les résultats qui ont été obtenus avec un acier AISI 4 142 auquel du tellure, du sélénium 20 et du plomb ont été séparément ajoutés en quantités propres à améliorer les possibilités d'usinage. Les aciers essayés présentaient les compositions suivantes: Tableau 1.- Composition chimique des aciers essayés pour mesurer la réduction de section en pourcentage. 25 Compositions en pourcentage Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3 Exemple 4 Carbone 0,47 0,48 0,48 0,37 Manganèse 0,88 0,95 1,12 0,87 Phosphore 0,015 0,014 0,016 0,022 Soufre 0,018 0,023 0,021 0,015 Silicium 0,35 0,30 0,32 0,09 Nickel 0,16 0,15 0,14 0,15 Chrome 1,00 1,00 0,98 0,91 Molybdène 0,18 0,18 0,16 0,20 Cuivre 0,15 0,16 0,14 0,15 Tellure — 0,08 — Sélénium — — 0,08-0,11 Plomb 0,15 Elément spécial Néant Tellure Sélénium Plomb 71 37421 2 2111703 Des essais de traction à chaud ont été effectués sur les aciers écrouis, en utilisant une machine d'essais à la traction classique et des éprouvettes classiques chauffées aux températures de 1040°C, 1120°C et 1200°0 en vue des essais. Les 5 résultats obtenus ont été les suivants : Tableau 2.- Essais de traction à chaud Réduction de section en pourcentages 1040°C 1120°C 1200°C Exemple 1 9^,3 99*4- 98,7 10 Exemple 2 (Te) 44,1 77,4 69,8 Exemple 3 (Se) 94,6 88,7 99,3 Exemple 4 (Pb) 99,7 94,4 98,5 On voit par ce qui précède que la ductilité à chaud des aciers contenant du tellure est sensiblement plus faible, en 15 comparaison avec les mêmes types d'acier contenant du sélénium ou du plomb. Alors que la présence de plomb ou de sélénium semble n'exercer aucun effet nuisible sur la ductilité à chaud des aciers, la présence de tellure, notamment aux températures de travail à chaud, a pour résultat une tendance au criquage au 20 cours d'opérations de laminage, d'extrusion, ou d'autres types de travail à chaud. De tels aciers exigent un conditionnement de surface plus pousse, et ils fournissent un poucentage moindre en barres satisfaisantes par unité de poids de lingot. La Déposante n'est pas susceptible de fournir une exçli-25 cation technique, quant à cette caractéristique inattendue qui semble être particulière au tellure, mais des résultats similaires sur la ductilité à chaud ont été constatés par des essais avec d'autres aciers à faible, moyenne et haute teneur en carbone, et des alliages de ceux-ci. 30 Un objet de l'invention est donc de fournir un procédé propre à la production d'aciers à faible, moyenne et haute teneur en carbone, ainsi que leurs alliages, procédé dans lequel on utilise du tellure en quantités propres à améliorer les possibilités d'usinage de ces aciers, mais grâce auquel l'effet in-35 désirable du tellure sur la ductilité des aciers aux températures de travail élevées est efficacement combattu. On a constaté, conformément à la pratique de l'invention, que l'introduction dans l'acier d'un ou plusieurs métaux de terres rares comme éléments d'alliage avait pour résultat, en combinaison avec le tellure, d'écarter les effets indésirables du 71 37421 3 2111703 tellure sur la ductilité de l'acier, aux températures élevées. L'action des éléments de terres rares pour combattre l'effet du tellure sur la ductilité à chaud se manifeste dans les aciers à faible, moyenne et haute teneur au carbon avec ou sans additifs 5 d'alliage. Il se manifeste également dans l'acier stabilisé, dans lequel par exemple de l'aluminium et/ou du silicium ont été préalablement ajoutés au bain d'acier fondu, en vue de l'élimination de 1'oxygène. 10 Dans la combinaison qui utilise un ou plusieurs des élé ments de terres rares avec le tellure, ce tellure est ajouté de façon à donner une teneur en tellure dans l'acier intermédiaire entre 0,01 et 0,10% en poids, et de préférence intermédiaire entre 0,02 et 0,085 % en poids. La teneur en tellure peut être ' 15 obtenue par addition de tellure de préférence sous forme de fer-ro-tellure à l'acier en fusion, de préférence avant la coulée de lingots. Dans la mise en pratique commerciale de l'invention, le composant de terre rare est de préférence ajouté sous forme de 20 Misch métal, qui est un mélange de terres rares contenant 50 à 53% en poids de cerium, 25 à 26% en poids de lanthane, environ 5% de praseodymium, et environ 16% en poids de néodymium;'Toutefois l'une quelconque ou plusieurs des terres rares peuvent être employées, seules ou en mélange. Les résultats désirés peuvent 25 être obtenus lorsque le Misch métal, ou autres terres, est employé avec le tellure dans la proportion de 100 parties en poids d'e tellure pour 10—5000 parties en poids de terres rares et de préférence dans le rapport de 100 parties en poids de tellure pour 40-1000 parties en poids de terres-rares. En ce qui concerne la 30 teneur en terres rares dans l'acier, les résultats désirés sont obtenus lorsque les terres rares sont présentes dans l'acier dans- une proportion intermédiaire entre 0,01-0,5% en. poids, et de préférence entre 0,02-0,1% en poids. L'importance de la présence de terres rares dans l'acier 35 contenant du tellure sera au mieux illustrée par les Exemples suivants. Dans ces essais, les aciers ont été préparés dans un four à induction à garniture de magnésie. Les charges du four étaient constituées par du fer en lingots et de ferrosilicium. Immédia-40 tement après la fusion-de la charge, des ferro-alliages ont été ajoutés pour augmenter la teneur en silicium, en chrome, en 71 37421 4 2111703 phosphore et en molybdène. Après l'élimination des scories, le ferro-silicium a été ajouté avec du graphite, pour contrôler les teneurs en carbone et en silicium, trois minutes après l'addition de carbone, du ferro-manganèse a été ajouté, les addi-5 tions d'aluminium pour stabiliser l'acier, et les additions de tellure ainsi que de Misch métal, ont été faites en quantité nécessaire pour obtenir les proportions précisées dans les Tableaux suivants, en même temps que le manganèse. Après environ 12-16 minutes le métal a été coulé à une température de 1600°C-10 1650°C. Dans les Tableaux suivants, la teneur en terres rares a été analysée sur la base de la teneur en cérium. En supposant que le cerium représente 50% de la teneur totale en terres rares dans le Misch métal, la quantité totale de terres rares sera 15 donc approximativement égale au double de la teneur en cerium trouvée. Les essais de traction à chaud ont été exécutés avec une machine d'essais connue sous le nom de machine de Gleeble, sur des éprouvettes en forme de tige d'un diamètre de 6,5 et d'-20 une longueur de 12 cm. Les éprouvettes moulées ont été chauffées au contact de l'air, au moyen de résistances électriques, conformément aux programmes de chauffage suivants? Programme A : Les éprouvettes ont été chauffées à 1200°C en 20 secondes, 25 maintenues à cette température pendant 120 secondes puis refroidies aux températures d'essai de 1040°C-1120°C - 1200°0 en environ 10 secondes, puis maintenues à la températures d'essai pendant environ 10 secondes avant le début de la traction. Programme B : 30 Les éprouvettes ont été chauffées directement aux tempé ratures d'essai de 1040°0-1120°C et 1200°0 en 20 secondes environ, puis maintenues à la température d'essai pendant 10 secondes, avant le début de la traction. Les essais de traction à chaud ont été effectués avec 35 une vitesse de base de 50 mm par seconde, ce qui donne un taux de contrainte initiale de 400% par seconde. T A B L 3 3 \l t—^ Composition de l'acier EX C Si Cr Mo Al Te Ce Réduction de section en pourcentage chauffé à 1240°C refroidi à.tempe rature amoiante 1G40°C 112Û°C 12C0°C Usl Vj chauffé directement ■f> à température d'essai 104û°C 112C°C 1200°C 5 0,42 0,82 (0,02) (0,02) OJ o 1,05 0,20 (0,05) - - 83,5 98,9 91,7 94,2 94,0 98,8 6 0,41 0,90 (0,02) (0,02) o,29 1,08 0,20 (0,05) 0,083 - 22,0 24,5 72,6 22,0 19,2 32,2 7 0,37 o,8$ 0,022 0,020 0,27 0,95 0,20 0,044 0,049 0«!8 38,4 58,7 95,8 31,0 34,3 94,9 8 0,34 0,91 (Q,Ç2) (0,02) 0,27 0,96 0,20 0,040 0,072 0pl8 82,8 94,8 65,3 50,1 91,2 96,6 9 0,36 0,88 0,023 0,020 0,09 0,94 0,21 0,047 0fA2 37,8 78,0 80-, 0 36,8 51,0 87,6 O o UJ 00 0,91 (0,02) (0,02) 0,10 0,95 0,20 0,085 OfO 9 55,5 84,0 98,7 56,8 63,7 95,8 VJT l\D h-* O 71 37421 6 2111703 On voit par les indications qui précèdent, correspondant à des aciers du type 4140, que la présence de tellure réduit considérablement la ductilité à chaud des aciers écrouis et stabilisés. Ceci s'applique également au laminage, dans lequel 5 la réduction de la ductilité à chaud provoque des déchirures et des criques excessives, augmentant par conséquent dans une mesure' correspondante l'importance des rebuts. Les effets avantageux du Misch métal, ou des éléments de terres rares, sur la ductilité à chaud des aciers contenant 10 du tellure sont évidemment dans tous les cas, et dans l'un comme dans l'autre des programmes de chauffage, ces effets étant plus marqués aux températures de 1040°G et 1120°C qu'à la température plus élevée de 1200°G. Par ce qui précède, on a clairement démontré les résul-15 tats bénéfiques qui sont obtenus lorsque des métaux de terres rares sont incorporés à des aciers du type 4040 contenant du tellure. Des effets similaires sont obtenus avec d'autres types d'aciers, tels que les aciers 4142, 1045, 1215 et les aciers inoxydables, ainsi qu'avec les aciers classiques à faible, 20 moyenne, et haute teneur au carbone, de même qu'ave1"* les aciers de ce type contenant des éléments d'alliage, dans lesquels du tellure a été incorporé en vue d'améliorer les possibilités d'usinage de ceux-ci. On comprendra que des modifications peuvent être appor-25 tées aux détails des traitements métallurgiques et aux techniques ainsi qu'aux compositions des aciers ci-dessus indiquées, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 71 37421 7 2111703" REVENDICATIONS 1 - Procédé pour l'amélioration de la ductilité à chaud d'aciers contenant du tellure, consistant à y incorporer des éléments de terres rares dans la proportion de 1 partie en poids de tellure pour 0,1 - 50 parties en poids de terres rares. 5 . 2 - Procédé suivant la Revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de terre rare est incorporé au métal dans la proportion de 1 partie en poids de tellure pour 0,25 - 10 parties en poids de terres rares. 3 - Procédé suivant l'une des Revendications 1 et 2, carac-10 térisé par le fait que le tellure est présent dans l'acier en une proportion intermédiaire entre 0,01 et 0,1 % en poids, l'élément de terres rares étant présent en une proportion intermédiaire antre 0,01 - 0,5 % en poids de l'acier. 4 - Procédé suivant l'une des Revendications précédentes, 15 caractérisé par le fait que le tellure est présent dans l'acier en une proportion intermédiaire entre 0,02 - 0,085 % en poids, l'élément de terres rares étant présent en une proportion intermédiaire entre 0,02 - 0,1 % en poids de l'acier. 5 - Procédé suivant l'une des Revendications précédentes, 20 caractérisé par le fait que l'élément de terres rares est introduit sous forme de Misch. métal. 6 - Procédé suivant l'une des Revendications précédentes, caractérisé par le fait que le tellure et l'élément de terres .. rares sont tous deux introduits dans l'acier en fusion, après 25 incorporation d'autres éléments de l'alliage, et pratiquement immédiatement avant la coulée. 7 - Procédé suivant l'une des Revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte une phase de travail à chaud de l'acier. 30 8 - Procédé pour le travail à chaud d'aciers contenant du tellure en évitant une perte de ductilité ou une tendance accrue au criquage, caractérisé par le fait qu'il comporte une opération de travail à chaud de l'acier auquel des éléments de terres rares ont été incorporés conformément à la Revendication 35 1. 9 - Acier à faible, moyenne ou haute teneur au carbone, avec ou sans éléments d'alliage additionnels, et amélioré en ce qui concerne sa ductilité à chaud par addition de tellure, cet 71 37421 2111703' acier contenant le tellure dans une proportion intermédiaire entre 0,01 et 0,1 % en poids, caractérisé par le fait que la ductilité à chaud de cet acier est améliorée par application du procédé suivant la Revendication 1, en y incorporant des 5 terres rares dans la proportion de 1 partie en poids de tellure pour 0,1 - 50 parties en poids d'éléments de terres rares» 10 - Acier suivant la Revendication 9, caractérisé par le fait que la terre rare est présente dans la proportion de 1 partie en poids de tellure pour 0,25 - 10 parties en poids d'é- 10 léments de terres rares. 11 - Acier suivant la Revendication 9» caractérisé par le fait que le tellure est présent en une proportion intermédiaire entre 0,01 et 0,10 % en poids, l'élément de terre rare étant présent en une proportion intermédiaire entre 0,01 et 15 0,5 % en poids9 12 - Acier suivant la Revendication 9» caractérisé par le fait que le tellure est présent en une proportion intermédiaire entre 0,02 - 0,085 % en poids, la terre rare étant présente en une proportion intermédiaire entre 0,02 - 0,10 % en 20 poids. 15 - Acier suivant la Revendication 9, caractérisé par le fait que la terre rare est remplacée par un mélange d'éléments de terres rares. 14 - Acier suivant la Revendication 9» caractérisé par le 25 fait que la terre rare est sous forme de Misch métal. 15 - Acier travaillé à chaud, possédant la composition conforme à la Revendication 9*