Brevet FR2666820A1 — publié le 19920320

Composition pour la fabrication d'un acier pour outils La présente invention concerne la production d'aciers pour outils de préférence d'aciers rapides et se rapporte notamment à un matériau composite nouveau contenant des éléments des terres rares et des constituants d'alliage pour réaliser ces aciers. De nombreux aciers rapides et autres aciers pour outils sont fabriqués en coulant l'acier avec des constituants d'alliage qui sont choisis en fonction des caractéristiques de l'acier et/ou des traitements thermiques. L'acier rapide est produit par une addition de constituants d'alliage comprenant le tungstène (W) le molybdène (Mo), le chrome (Cr), le manganèse (Mn) et le vanadium (V). Un certain type d'acier spécial est traité avec l'addition de métal "micsh" qui est un mélange des éléments des terres rares du groupe cérium. Cependant, ce métal "micsh" classique est très onéreux car sa production implique de nombreuses étapes de traitement dont la pulvérisation, la fusion, le raffinage, la conversion, le traitement chimique et la concentration à partir d'un minerai, brut. Selon l'invention, une composition destinée à la fabrication d'un acier pour outils est essentiellement constituée par un minerai brut pulvérisé d'olivine, des constituants d'alliage nécessaires, et de l'acide stéarique en tant que liant. L'olivine que l'on trouve en Corée contient de nombreuses espèces de métaux des terres rares. La composition comporte à titre d'exemple 40 à 45 % en poids du minerai brut pulvérisé d'olivine propre au frittage, 10-12 % en poids de chrome (Cr) à 99 %, 35-40 % en poids de molybdène (Mo) à 65 %, 5-8 % en poids de tungstène (W) à 70 % et 3-10 % en poids d'acide stéarique. La composition selon l'invention peut être mélangée et comprimée en lingots ou en une autre forme par moulage à la presse hydraulique. La composition est incorporée dans le bain de coulée pour fournir un acier rapide pour outils. Ainsi, l'acier rapide peut être produit par un traitement dans lequel on coule de la fonte ou ferraille "scrap iron" ou de l'acier avec un matériau composite selon l'invention, d'autres éléments d'alliage et du carbone ; l'acier résultant est soumis à un traitement thermique. Les autres éléments peuvent être constitués par du vanadium et du cobalt. On peut alors obtenir un acier rapide ayant une excellente dureté et de bonnes caractéristiques physiques avec une composition de C 0,65-2,50 % en poids, Mn 0,35-0,95 % en poids, Cr 1,0-5,0 % en poids, W 1,602,40 % en poids, Mo 5,40-6,50 % en poids, V 1,00 - 3,00t en poids, Co 4,5-12 % en poids, le reste étant constitué par Fe et les impuretés inévitables. La grande quantité de laitier provenant de la composition dans la coulée facilite la désoxydation et l'opération de rinçage, et l'on peut alors couler les métaux des terres rares et les éléments d'alliage du matériau composite pour produire les alliages de l'acier rapide. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants de modes de réalisation préférés. EXEMPLE 1. On pulvérise le minerai brut d'olivine pour obtenir une poudre ayant une granulométrie de 0,18 mm (80 mesh). On mélange intimement et on comprime dans une presse hydraulique d'une puissance de 300 tonnes 200 kg de cette poudre d'olivine pulvérisée ; 52 kg de concen tré de Cr à 99 % ; 170 kg d'un concentré de Mo à 65 % 28 kg d'un concentré de W à 70 % et 20 kg d'acide stearique pour former une masse de disques en forme de pièces hexagonales. Cette composition est similaire à un type de métal "micsh" pour réaliser un acier rapide et qui est désigné ci-après "Jooil micsh metal". EXEMPLE 2. Le matériau composite de l'exemple 1 (Jooil micsh metal) est utilisé pour réaliser un acier rapide en utilisant un four à induction haute fréquence avec les étapes suivantes (1) on charge 200 kg de fonte ou ferraille ("scrap iron") (composition C 0,1-0,15 * en poids ; Si 0,15 g en poids ; Mn 0,35 % en poids ; P 0,03 % en poids ; S 0,035 % en poids) dans un four de fusion et l'on chauffe jusqu'à l'état de fusion. On ajoute ensuite 7 kg de carbone et 100 kg de la composition (Jooil micsh metal). (2) on charge en continu dans le four 200 kg de fonte ou ferraille, et 7 kg de carbone, 10,5 Kg de V, 50 kg de Co et 250 kg de Jooil micsh metal sont ajoutés au bain de fusion. (3) on charge en continu dans le four 300 kg de fonte ot ferraille et 55 kg de Co et 200 kg de Jooil micsh metal sont ajoutés au bain de fusion. (4) on charge dans le four 100 kg de fonte ou ferraille tout en éliminant le laitier de façon continue. (5) le bain de fusion est désoxydé et réduit avec Ti, Al et Mn. On procède alors à la percée et on coule à une température d'au moins 1650"C pour réaliser des lingots d'acier rapide. La composition de Jooil micsh metal entre en fusion à 12500C et fond complètement à 1420"C, la couche de laitier se formant lors de la réalisation de l'allia- ge à 15200C. L'importance de la couche de laitier produite par l'utilisation du Jooil micsh metal dans le bain de fusion protège celui-ci de la pénétration d'impuretés de l'oxydation par l'air, augmente le rendement, micronise la structure cristalline de l'acier par une action favorisant la dissolution des éléments des terres rares et de carbone dans le métal. EXEMPLE 3. Le tableau ci-après presente des comparaisons de traitement thermique pour l'acier rapide classique (SKH 59) et l'acier correspondant à SKH 59 réalisé avec la composition de la présente invention. Forgea- Recuit Trempe Revenu Préchauf- Dureté ge fage (HRC) 1080 - 800 - 1170 - 520 - 840 C 65 Traite- 1110 C 880 C 1210 C 580 C ment thermique classique (compa- fini avant raisons) stable trempe refroi disse ment 930" Selon l'inven- 1100- 850- 1150- 500- 880 C 67,5 tion 1130 C 950 C 1200 C 550 C fini avant stable trempe refroi disse ment 950 C EXEMPLE 4. Les résultats des essais des caractéristiques physiques de l'acier réalisé avec la composition selon l'invention sont les suivants Résistance à la limite allongement dureté rupture par élastique traction (kg/mm2) (kg/mm2) (%) (HCR) 91,3-105,5 45-75,7 8.0-18,0 64-67,5 EXEMPLE 5. L'analyse de la composition de l'acier rapide de l'exemple 2 est la suivante (unité : % en poids) Compo- C Si Mn P S Cr Mo W V sition éprou- 0,99 1,10 0,52 0,025 0,045 4,71 6,00 2,30 1,47 vette 1 éprou- 1,13 0,65 0,35 0,025 0,002 4,68 5,46 1,66 1,05 vette 2 EXEMPLE 6. Les résultats de l'analyse chimique et les propriétés physiques (selon les services métallurgiques américains), (en % en poids) sont les suivants Echantillon C P S Mn Si Ni Cr Mo Cu Co V W N 1 165 0.023 0.019 0,30 0,26 0,28 2,25 0,40 0.56 (*SUJ-4) dureté 47,5 Rc N 2 1,38 0,032 0,039 0,23 0,69 0,015 3,70 4,75 0,062 7,1 2.90 9,8 (*SKH-56) EXEMPLE 7. Les résultats de l'analyse chimique de l'olivine sont les suivants SiO2 44,13* A1203 14,27 % Fe203 11,48 MgO 10,15% CaO 10,80% Cr203 0,48% perte au feu 0,67% EXEMPLE 8. Le minerai brut d'olivine en provenant de Corée est analysé au tableau 1. Tableau 1. Résultats de l'analyse atomique du minerai brut d'olivine Nombre atomique Désignation Symbole Teneur 21 Scandium Sc 3,5 ppm 39 Yttrium Y 4,2 ppm 57 Lanthane La 9,5 ppm 58 Cérium Ce 13,0 ppm 59 Proséodynium Pr 0,5 ppm 60 Néodymium Nd 7,0 ppm 62 Samarium Sm 1,0 ppm 63 Europium Eu 0,2 ppm 64 Gadolium Gd 1,0 ppm 66 Dysprosium Dy 0,6 ppm 67 Holmium Ho 0,1 ppm 68 Erbium Er 0,1 ppm 69 Trulium Tm 0,1 ppm 70 Ytterbium Yb 0,3 ppm 11 Sodium Na 1,0 % 12 Magnésium Mg 10,0 % 13 Aluminium Al 10,0 g 14 Silicium Si 10,0 % 20 Calcium Ca 1,0 * 22 Titane Ti 1,0 % 23 Vanadium V 0,01 t 24 Chrome Cr 0,1 % 25 Manganèse Mn 0,1 % 26 Fer Fe 10,0 % 27 Cobalt Co 0,01 * 28 Nickel Ni 0,1 % 29 Cuivre Cu 0,01 % 38 Strontium Sr 0,1 % 40 Zirconium Zr 0,1 * 42 Molybdène Mo 0,001 % 50 Etain Sn 0,01 % 83 Bismuth Bi 0,001 % Le matériau composite selon la présente invention est utile dans l'étape de fusion d'autres types d'aciers pour outils ou de métaux selon le cas. L'acier pour outil selon l'invention présente une excellente dureté et de bonnes caractéristiques physiques et les résultats des essais de l'examen aux ultrasons, de l'examen radiographique et de l'examen particulaire magnétique sont satisfaisants. Dans de présent texte, -l'unite "kg/mm2" adoptée pour désigner certaines caractéristiques physiques signifie "9,8; MPa", - et l'unité "HRC" "HCR" ou "Rc" adoptée pour désigner la dureté signifie "dureté Rockwell C" ("Hardness C Rockwell"). REVENDICATIONS 1. Composition destinée à la fabrication d'un acier pour outils, caractérisée en ce que le matériau composite est essentiellement constitué par le minerai brut pulvérisé d'olivine, les constituants d'alliage nécessaires et l'acide stéarique. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le minerai brut d'olivine est fritté. 3. Procédé pour la réalisation d'un acier rapide pour outils, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à couler de la fonte ou ferraille ou de l'acier avec un matériau composite selon la revendication 1, d'autres éléments d'alliage et du carbone et en ce que l'on soumet l'acier ainsi obtenu à un traitement thermique.