Brevet FR2338995A1 — publié le 19770819

La présente invention a pour objet un acier à grain fin à usinabilité améliorée. De façon générale, les aciers sont obtenus soit en affinage sur sole, soit par un procédé de conversion. Après chargement du four en ferrailles ou en fonte, il est procédé à l'élaboration de de l'acier avec, éventuellement,des phases d'addition d'alliages et de purification. Il est ensuite procédé à la coulée de l'acier "en poche",permettant la réalisation ultérieu- re de coulées en lingotières. L'invention concerne un acier dit "a grain fin" dont l'usinabilité est améliorée par rapport aux aciers traditionnels pour des usinages réalisés à l'aide d'outils en acier rapide ou en carbure. Il est considéré que les propriétés dtusinabilité d'un acier sont améliorées, en usinage lent, dans la mesure où,-à l'aide d'un outil déterminé, il est possible de réaliser, pour une meme usure de outil, un nombre de pièces plus important que dans le cas d'un acier traditionnel. Un acier peut être considéré comme possédant une usinabilité améliorée en usinage rapide lorsque la quantité de matière enlevée pendant un temps déterminé est supérieure a celle enlevée sur un acier traditionnel. Un des autres impératifs de cet acier est de posséder de bonnes caractéristiques mécaniques, c'est-a-dire une trempabilité, une élasticité et une résistance aux chocs de l'ordre de celles des aciers traditionnels. A cet effet, l'acier selon 1 t intention est remarquable en ce qu'il contient du Calcium, du Soufre1 du Sélini Z et au moins un élément pour acier a grain fin, tous ces éléments étant introduits au cours de l'élaboration de 1 'acier. L'elément pour acier à grain fin est avantageusement de l'Aluminium. Il est néanmoins possible d'envisager des variantes dans lesquelles cet élément est, par exemple, constitué par du Titane, du Zirconium ou du Vanadium. Dans une composition préférée de cet acier1 celui-ci contient outre les éléments précités, du Baryum ajouté au cours de son élaboration. Les quantités de Calcium et de Baryum ajoutées à i'acier liquide sont respectivement de 0,3 à o,6 et de 0,25 à 0,6 kilo gramme par tonne d'acier, et les teneurs finales sont de - 0,010 à 0,25% pour l'Aluminium, - supérieure à 0,015% pour le Sélénium, - 0,050 à 0,I00 % pour le Soufre, la teneur de ce dernier élément étant inférieure à 0,035 % avant addition. Les additions de Calcium et de Baryum sont avantageuserent effectuées soit lors de la coulée en poche, soit une fois la poche pleine, l'essentiel étant que ces éléments ne soient pas mélangées au laitier. Le Calcium et le Baryum sont par exemple ajoutés sous forme de Silico-Calcium-Baryus. En ce qui concerne l'Aluminium, il est de préférence ajouté lors de la coulés en poche, soit une fois la poche pleine. En effet, s'il était ajouté dans le four, il risquerait de se produire une oxydation de l'Aluminium lors de la coulée en poche, nécessitant l'introduction d'une plus grande quantité de cet élément, et ne permettant pas de maitriser parfaitement sa teneur dans le produit fini. Les additions de Soufre et de Sélénium sont avantageusement réalisées lors de la coulée de l'acier liquide dans les lingotières. Cette opération est effectuée à ce stade du fait que le laitier fixe le Soufre et le Sélénium. D'autre part, en ce qui concerne le Sélé- nifs, il se pose un probleme de tension de vapeur impliquant la néces- sité d'éviter au maximum les contacts de celui-ci avec l'air. Sur de tels aciers avec additions combinees de Calcium, Baryum, Soufre et Sélénium, il a e été réalisé des observations et études d'inclusions par microscopie optique et microscopie à balayage. Il a été constate, par rapport à un acier normal : - une modification dans la composition des inclusions abrasives nocives pour l'outil d'usinage. C'est ainsi qu'il a été observé des inclusions composées de plusieurs phases contenant de l'Aluminium, du Calcium et du Soufre. Ces inclusions sont peu corroyées par laminage a chaud et sont très fréquemment enrobées d'un composé de Soufre et de Sélénium ; - une modification dans la morphologie et la composition des inclusions de type sulfure. Celles-ci sont beaucoup plus globulaires (moins filiformes) que dans un acier normal. Leur composition fait apparattre principalement les éléments Soufre, Manganèse et Sélénium. Ces différentes propriétés permettent d'expliquer l'amélioration de l'usinabilité des aciers selon l'invention et la diminution d'usure des outils utilisés. D'étude des caractéristiques mécaniques et métallurgiques des aciers selon l' invention a été faite en comparaison avec un acier de même composition, mais élaboré sans addition de Calcium, Baryum, Soufre et Sélénils, et avec une teneur finale en Soufre comprise entre 0,030 et 0,040 Ne Cette etude a permis de noter les principaux résultats suivants - la trempabilité de l'acier selon l'invention, mesurée par l'essai JOMINY, de trempe en bout est identique à celle de l'acier de référence et n'est pas modifiée par les additions de Calcium, Baryum, Soufre et Sélénium. - les caracteristiques d'élasticité du metal mesurées par un: essai de traction classique sont sensiblement identiques sur l'acier selon l'invention et sur l'acier traditionnel, tant dans le sens in- gitudinal que dans le sens transversal. Le tableau ci-après présente les résultats comparatifs pour des aciers de nuance XC 38, les éprouvettes d'essais ayant preala- blement subi un traitement de trempe eau à 850 C puis de revenu à 550 C. Sens longitudinal Résistance à Limite Allongement Striction la traction d'élasticité en N/mm en N/mm Acier normal (Soufre = 0,030%) 960 890 17 62 Acier selon l'invention 950 880 17 58 (Soufre = 0,070%) Sens transversal Acier normal (soufre = 0,030%) 950 870 i 8 I5,5 Acier selon l'invention l invention (Soufre = 0,070) 940 870 8 I5,4 - Les caractéristiques de résistance aux chocs du métal ont été mesurées par essai classique de résilience avec entaille en U. Pour des aciers 42 CD4, sur éprouvette ayant subi un traitement thermique : trempe huile à 850 C et revenu à 5500C, il a eté obtenu les résultats moyens suivants Sens longitudlnal ! Sens transversal Résilience KCU à + 200C Résilience KCU a + 20 C en J/cm2 j en J/cm2 Acier normal (Soufre = 0,032 %) 58 I9 Acier Acier selon l'invention U (Soufre = o,o65 %) 53 1 I7 Ces résultats montrent que l'acier selon l'invention possède une résistance aux chocs très comparable d'un acier traditionnel. Des essais d'usinabilité ont permis de tester toujours par rapport aux mêmes aciers de référence, les aciers selon l'invention en usinage rapide (tournage) et en usinage lent (taillage). Les deux aciers comparés, acier étudié et acier de référence, ont subi le même traitement de recuit afin de posséder une structure micrographique et une dureté équivalente. Les essais de tournage sur tour automatique ont été réalisés avec des outils en acier rapide. Les principales opérations réalisées ont été tournage et perçage. Dans les mêmes conditions de respect des tolérances dimensionnelles, de rugosité et de concentricité, il a été déterminé pour chaque lot une production horaire maximale. C'est ainsi que, pour des aciers XC38 ayant subi un recuit isotherme pour posseder une dureté de 170 unités Brinell, il a été réalisé : - 110 pièces par heure en un acier normal, - et I90 pieces à lrheure en acier selon l'invention. Ce dernier acier permet donc un gain de production de plus de 70 %. Un autre essai de tournage a eté effectué sur les deux mêmes aciers. Il s'agit de l'essai IATHON (dressage de face sur disque avec outil en I00 C 6). Il a té mesuré le diamètre maximum pouvant être usiné sur le métal avant la mort de l'outil". Par cet essai, il a été obtenu, sur l'acier XC 38 - un diamètre de 9,6 mm pour l'acier normal, - et un diamètre de I9,9 mm pour l'acier selon l'invention. Ce nouvel acier a également fait l'objet d'essais de taillage sur machine avec outil crémaillère en acier rapide. Il a été taillé des engrenages de module 3 à denture droite. Pour une usure en dépouille de l'outil de 7 centièmes de mm, il a té réalise - 40 pièces avec un acier XC 38 normal, - et 73 pièces avec un acier XC38 selon l'invention. Pour une usure de 8 centièmes de mm, il a été obtenu, respectivement - 56 pièces avec acier normal, - et 100 pièces avec acier selon l'invention. Il ressort donc de ce qui précède que l'acier selon l'invention présente des propriétés d'usinabilitô beaucoup plus intéres- santes que les aciers traditionnels. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules compositions de cet acier décrites ci-dessus à titre d'exemples elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. - REVENDICATIONS I. - Acier à grain fin à usinabilité améliorée, caractérisé en ce qu'il contient du Calcium, du Soufre, du Sélénium et au moins un élément pour acier à grain fin, tous ces éléments étant introduits au cours de ltélaboration de l'acier. 2. - Acier selon la revendication I, caractérisée en ce que ltélément pour acier à grain fin ajouté est de l'Aluminium. 3. - Acier selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce qu'il contient en outre du Baryum ajouté au cours de son élaboration. 4. - Acier selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que les quantités de Calcium et de Baryum ajou- tées à l'Acier liquide sont, respectivement, de 0,3 à 0,6 et de 0,25 à 0,6 kilogramme par tonne d'acier, et en ce que les teneurs finales sont de - O,OIO å 0,025 X pour l'Aluminium, - supérieure à 0,015 % pour le Sélénium, - 0,050 à 0,100 % pour le Soufre, la teneur de ce dernier élément étant inférieure à 0,035 % avant addition. 5. - Acier selon l'une quelconque des revendications I a 4, caractérisé en ce que les additions d'Aluminium, de Calcium et de Baryum sont effectuées soit lors de la coulée en poche, soit une fois la poche pleine. 6. - Acier selon l'une quelconque des revendications I à 5 caractérisé en ce que les additions de Soufre et de Sélénium sont effectuées lors de la coulée de l'acier liquide dans les lingotières.