Brevet FR2407265A1 — publié le 19790525

L'invention se rapporte à un procédé pour fabriquer des aciers au carbone et aciers alliés, ayant une bonne usinabilité, au cours duquel on utilise une désoxydation spéciale afin d'amé- liorer les propriétés du produit usiné. Dans la production industrielle actuelle, le réglage en fonction du temps des processus de production est d'une importance fondamentale. Dans les usines où on effectue un travail d'usinage, on attribue une importance toujours plus grande à la possibilité d'un usinage bon mais aussi homogène, afin de respecter les limites possibles des données technologiques. Pendant longtemps, cette exigence n'a pu être satisfaite que par l'utilisation de ce qu'on appelle des aciers de décolletage. Au cours de la dernière décennie, on a cependant également pu observer des efforts en vue de rendre souhaitable l'extension de cette exigence également à d'autres qualités d'acier. Selon les communications techniques parues ces derniers temps, il peut apparaître au cours du façonnage des aciers, sur la surface des outils d'usinage en alliage dur qui renferment du TiC issu des produits de désoxydation toujours présents dans l'acier travaillé par usinage, une couche non métallique qui augmente considérablement la durée de vie de l'outil. Cette couche non métallique ne se confond cependant pas avec ce qu'on appelle une arête rapportée qui apparaît aux faibles vitesses de coupe, est constituée par des phases métalliques et est connue depuis longtemps dans la technologie de l'usinage. I1 a été établi que pour garantir la couche non métallique mentionnée ci-dessus, il fallait désoxyder l'acier à usiner en lui ajoutant un alliage complexe (constitué par plusieurs constituants) qui présente la composition suivante : 75-90% de Si, 4-10% de Ca et au maximum 2% d'Al. Un tel procédé de production se trouve par exemple décrit dans le brevet français 1 365 084. Il est apparu au cours des recherches que lorsqu'on utilise l'agent de désoxydation dont la composition a été mentionnée, l'acier pouvait être considéré comme ayant une bonne usinabilité en ce qui concerne la durabilité de l'outil, lorsque la teneur en oxygène est au moins de 0,005% et la fraction en A1203 dans les inclusions d'oxyde n'est pas supérieure à 35%. L'épaisseur de la couche non métallique résistant à l'usure apparue sur l'outil d'usinage en alliage dur renfermant du TiC, varie en fonction de la température et de la pression existant à la surface de l'outil. Si on usine une qualité d'acier donnée de façon à ce que parmi les paramètres technologiques seule la vitesse de coupe soit augmentée, la viscosité de la couche non métallique diminue alors du fait de l'action de la température qui augmente en même temps que la vitesse de coupe, ce qui fait que cette couche est enlevée par usinage.De ce fait, on détermine un certain intervalle de vitesses de coupe à l'intérieur duquel il est possible d'obtenir la meilleure durabilité de l'arête de 11 outil. Si la résistance de l'acier travaillé est plus élevée, la pression qui apparatt sur l'outil est également plus grande et les limites inférieure et supérieure de l'intervalle favorable de vitesses de coupe mentionné plus haut se déplacent vers les vitesses peu élevées. Lors de ce déplacement, la limite supérieure de vitesse se déplace dans une large mesure, ce qui fait que l'intervalle optimal de vitesses de coupe est encore rétréci. L'invention a pour but de développer une technologie de désoxydation pour des aciers au carbone et alliés qui garantisse également une meilleure usinabilité pour les aciers mentionnés plus haut. t'usinabilité des aciers produits selon le procédé de l'invent ion sera meilleure que celle des aciers connus jusqu'à présent, parce que la proportion des agents de désoxydation varie en fonction de la teneur en C. De cette façon, il apparat sur l'outil, lors de l'usinage d'aciers renfermant au maximum ou65% de C, dans un large intervalle de vitesses de coupe, une couche non métallique très résistante à l'usure qui multiplie la durée de vie de l'outil. Le rétrécissement de l'intervalle optimal de vitesses de coupe qui apparatt toujours dans le cas des aciers préparés selon le procédé connu jusqu'à présent n'apparatt pas lors de l'usinage de l'acier préparé selon le procédé de l'invention. L'invention repose sur l'idée fondamentale qu'il est possible de maintenir à un niveau régulier, très bon, l'usinabilité dans un large intervalle de vitesses de coupe, déterminée par la durabilité de l'outil en alliage durS lorsqu'on utilise en combinaison au couzs de la désoxydation, en tant qu'additifs de désoxydation, deux ferro-alliages à base de CaSiAl appelés - CaSiAl 2 et CaSiAl 3 dans ce qui suit - de façon à ce que la fraction des deux agents de désoxydation dans le mélange de désoxydation utilisé soit déterminée à partir de la teneur en C de l'acier. Selon l'invention, le rapport des pourcentages en poids Ca:Si dans le ferro-alliage CaSiAl à utiliser doit se situer entre 1:18 et 1:8, et la teneur en Al entre 1,0 et 1,8% en poids. Selon l'invention, le rapport des pourcentages en poids Ca:Si dans le ferro-alliage CaSiAl 3 à utiliser doit se situer entre 1:4 et 1:8 et le rapport des pourcentages en poids Al:Si entre 1:20 et 1:35. Les deux alliages de désoxydation renferment 70-80% en poids de Si et avantageusement 10-20% en poids de Mn. Du point de vue de l'usinabilité, il peut être considéré comne particulièrement avantageux que les alliages de désoxydation CaSiAl 2 et CaSiAl 3 mentionnés ci-dessus présentent une teneur en Al de Al = xl./Ca/ 6 + 0,5/% en poids, où Ca est donné en pourcentage en poids et x1 = 1 + 0,2. Selon l'invention, dans les aciers au carbone ou alliés dont la teneur maximum en C est de 0,65 en poids et qui renferment en général 0,30 - 0,65k en poids de Si, il faut doser les deux agents de désoxydation mentionnés ci-dessus en fonction de la teneur en C, selon la formule suivante x2./o,65 - ck/ . 8 CaSiAl 2 + x3./C% - 0,15/ . 8 kg CaSiAl ) t Dans la formule ci-dessus, les facteurs x2 et x3 prennent les valeurs suivantes : 70/Si% + 0,1, où sik représente toujours la teneur en Si des ferro-alliages CaSiAl 2 ou CaSiAl 3, exprimée en pourcentage en poids. Du fait de l'addition des agents de désoxydation CaSiAl 2 et CaSiAl 3 dans le rapport selon l'invention, il apparatt des inclusions qui deviennent plastiques à des températures et des pressions sélectives. Grâce au dosage combiné effectué en maintenant les deux matières de désoxydation dans les proportions indiquées ci-dessus, on s'assure la proportionalité approximative de la résistance à chaud des produits de désoxydation qui sont restés dans l'acier et de la résistance de l'acier. Ainsi, au cours de l'usinage, la couche non métallique qui protège l'coutil peut se former indépendamment de la teneur en C, dans le cas des aciers courants dans la pratique, dans un large intervalle de vitesses de coupe.En même temps, lorsque la teneur en C augmente, il est possible d'obtenir que la réduction de la vitesse de coupe mention née plus haut, néfaste en ce qui concerne la technologie, ne se produise pas. Afin de garantir la répartition homogène des matières de désoxydation ou des produits de désoxydation dont la composition et les proportions sont déterminées, on procède selon l'invention de préférence en introduisant environ 40-60 des alliages calcinés et présentant des dimensions de particules moyennes, directement dans la poche de coulée, avant le début de la coulée de l'acier et 60 - 40% dans le jet d'acier, pendant la coulée, lorsque la poche de coulée est remplie au 1/3. En outre, il faut toujours ajouter en premier l'alliage CaSiAl 2.Par conséquent, si par exemple le poids de cette matière est supérieur à la moitié du poids total des additifs de désoxydation dépendant de la teneur en C, on ajoutera alors dans la poche de coulée CaSiAl 2 dont le poids correspond à la moitié de la quantité totale et le reste sera placé dans le dispositif de chargement en vue de l'addition du jet d'acier, à la suite de quoi on introduira alors l'alliage CaSiAl 3. La mise en oeuvre du procédé de l'invention est illustrée à l'aide des deux exemples de réalisation suivants. Exemple 1. Lors de la fabrication d'acier dans un four Siemens-Martin de 100 t, on entreprend la désoxydation de l'acier au carbone C 35 (nuance XC 38 NF A 35-551 et NF A 35-552) ayant une bonne usinabilité. Pour la coulée, on dispose d'une poche de coulée. Les ferro-alliages utilisés pour la désoxydation présentent la composition suivante CaSiAl 2 : Ca 5 % en poids, Mn 16 % en poids, Si 60 % en poids, Al 1,6 % en poids, le reste étant constitué par du fer. CaSiAl 3 : Ca 12 % en poids, Si 70 % en poids, Al 2,5 % en poids, le reste étant constitué par du fer. Les deux alliages correspondent à l'invention, puisque le rapport de leurs constituants se situe dans les limites données sion l'invention En ce qui concerne l'alliage CaSiAl 2 Ca: Si = 5 : 60 = 1 : 12 lO%Mn Mn = 16% En ce qui concerne l'alliage CaSiAl 3 Ca : Si = 12 : 70 = 1 : 5,8 Al :Si = 2s5 : 70 = 1 : 28 Les facteurs x2 et x3 de la formule selon l'invention, servant à déterminer les proportions des deux ferro-alliages mentionnés, prennent dans l'exemple les valeurs suivantes 70 x2 = 60 = 1 > 17 X3 = 7 1,0 70 Pour les quantités spécifiques des alliages de désoxydation à ajouter, on obtient les valeurs suivantes, calculées pour une teneur moyenne en carbone dans l'acier de 0,35% CaSiAl 2 = 1,17 ./0,65 - 0,35/. 8 kg = 2,9 kg t t CaSiAl 3 = 1,00 ./0,35 - 0,15/. 8 kg = 1,6 kg t t La quantité d'alliages de désoxydation rapportée à la charge totale, c'est-à-dire 100 tonnes, est CaSiAl 2 290 kg CaSiAl 3 160 kg 450 kg La calcination des alliages de désoxydation à ajouter doit Etre terminée dans les huit dernières heures qui précèdent la fabrication et ces alliages doivent Autre broyés de façon à ce que la fraction des morceaux inférieurs à 10 mm ne dépasse pas 10%, les morceaux supérieurs à 120 mm ne devant pas exister du tout. I1 faut ajouter CaSiAl 2 dans la poche de coulée au début de la coulée tandis qu'on prépare 160 kg de CaSiAl 3 dans le dispositif de chargement. De ce dispositif de chargement, la matière est alors chargée pendant la coulée, lorsque la poche de coulée est remplie au 1/3. Exemple 2. Désoxydation de l'acier CrV 3 (EURONORM 50 CrV4) (nuance 50 CV4 NF A 35-551 et NF A 35-552) lors de la fabrication de l'acier indiquée dans l'exemple 1, en faisant intervenir les ferro-alliages dont la composition est celle donnée dans l'exemple 1, les facteurs prenant également les mêmes valeurs que celles indiquées dans l'exemple 1 ; c'est-à-dire x2 = 1,00 et x3 = 1 > 17 Les quantités spécifiques des alliages de désoxydation prennent selon l'invention, pour une teneur moyenne en carbone de l'acier de 0,50%, les valeurs suivantes CaSiAl 2 = 1,17 ./0,65 - 0,50/.8 -ff-- = 1,4 tg t CaSiAl 3 = 1,00 ./0,50 - 0,15/.8 kg = 2,8 kg t La quantité des alliages de désoxydation rapportée à la charge totale, soit 100 tonnes, est CaSiAl 2 140 kg CaSiAl 3 280 kg total 420 kg En ce qui concerne la calcination et le broyage des alliages de désoxydation, on procède comme cela est indiqué dans l'exemple 1. Avant la coulée, -il faut préparer dans la poche de coulée la moitié de la quantité totale des deux matières de désoxydation, c'est-à-dire 420 : 2 = 210 kg. Parmi ceux-ci, 140 kg sont constitués par CaSiAl 2 et les 70 autres kg par CaSiAl 3. CaSiAl 3 restant, soit 210 kg, doit être placé dans le dispositif de chargement d'où on le chargera pendant la coulée, lorsque la poche de coulée sera remplie au 1/3, Il est donc possible à l'aide du procédé de l'invention, de produire d'une manière facilement contrôlable des aciers au carbone et des aciers alliés renfermant au maximum 0,65 de C et dont l'usinabilité, en ce qui concerne la durée de vie de l'acier -de travail - mesurée dans un large intervalle de vitesses de coupe - est considérablement meilleure que celle des aciers connus jusqu'à présent, la durée de vie de l'acier de travail étant plusieurs fois supérieure à celle des aciers déjà connus. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'aciers au carbone et d'aciers alliés ayant une bonne usinabilité, comportant une désoxydation spéciale, caractérisé en ce que, lors de la désoxydation, on utilise en combinaison en tant qu'additifs de désoxydation, des ferro-alliages CaSiAl dont la teneur en Si est de 70 - 80% en poids, et dont la teneur en manganèse est avantageusement de 10 - 20 en poids, l'un des ferro-alliages CaSiAl -appelé dans ce qui suit CaSiAl 3 - ayant un rapport en pourcentage en poids Ca Si se situant entre 1 : 4 et 1 : 8, et un rapport en pourcentage en poids Al : Si se situant entre 1 : 20 et 1 : 35 tandis que l'autre ferro-alliage CaSiAl - appelé dans ce qui suit CaSiAl 2 a un rapport en pourcentage en poids Ca :Si se situant entre 1 : 18 et 1 : 8 et une teneur en Al de 0,8 - 1,8% en poids, et en outre, les deux additifs de désoxydation sont dosés en fonction de la teneur en carbone de l'acier suivant la formule suivante x2. /0,65 - C%/.8 + CaSiAl 2 + xi /C% - 0,15/.8 + CaSiAl 3, dans laquelle x2 et X3 prennent une valeur de 70 + 0,1 et six S1% réprésente la teneur en Si de la matière de désoxydation correspondante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en Al des alliages de désoxydation CaSiAl 2 et CaSiAl 3 utilisés correspond à la valeur Al = x2/Ca/6 + 0,5/% en poids où Ca est donné en pourcentage en poids et x3 = 1 + 0,2. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la calcination des alliages de désoxydation à ajouter doit être terminée dans les huit dernières heures qui précèdent la fabrication et en ce que les alliages doivent être broyés de façon à ce que la fraction des morceaux inférieurs à 10 mm s'élève au maximum à 10% tandis que la dimension des morceaux les plus gros doit être de 120 mm. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on ajoute avant la coulée, la moitié de la quantité totale des deux alliages de désoxydation dans la poche de coulée, la quantité restante étant ajoutée pendant la coulée, dans le Jet d'acier, lorsque la poche de coulée est remplie au 1/3. 5. Procédé selon la revendication ), caractérisé en ce qu'on ajoute toujours en premier l'alliage CaSiAl 2.