<Desc/Clms Page number 1>
" PERFECTIONNEMENTS AUX ACIERS AUSTENITIQUES "
Cette invention est relative aux aciers austéniti- ques. Elle vise principalement à améliorer la faculté d'usi- nage des aciers de ce genre, bien qu'elle ne leur soit pas nécessairement limitée. Dans la technologie et l'industrie, il est bien reconnu que les aciers austénitiques sont diffi- ciles à usiner. Certains brevets antérieurs visaient à l'amé- lioration de la facilité d'usinage des aciers de ce genre.
C'est ainsi qu'on a proposé d'améliorer la facilité d'usinage de ces aciers par l'addition de quantités relativement grandes de soufre. Toutefois, l'addition d'une quantité trop grande de soufre aux aciers de ce type peut avoir un effet nuisible - sur certaines des propriétés mécaniques de ces aciers. On a aussi déjà proposé d'ajouter du sélénium ou du tellure ou une combinaison de ces deux éléments, avec ou sans agent de
<Desc/Clms Page number 2>
friabilité, en vue d'améliorer la faculté d'usinage des aciers austénitiques.
Antérieurement à la présente invention, certains inventeurs ont proposé l'addition de plomb aux aciers. Tou- tefois, dans la plupart des cas, on a proposé que le plomb soit ajouté soit comme agent propre à éliminer les impuretés de l'acier, soit comme véhicule d'un tel agent, destiné à assu- rer la descente de l'agent de purification au-dessous de la surface d'un bain fondu d'acier. A la connaissance de la de- manderesse, jusqu'à ce jour, personne ne s'était encore rendu compte que le plomb, introduit dans de l'acier fondu et ob- tenu sous une forme appropriée dans le produit solidifié, améliore la facilité d'usinage de cet acier.
L'invention est basée sur cette constatation que si la présence du plomb est assurée d'une façon convenable dans les aciers austénitiques, il améliore à un degré marqué la facilité d'usinage des dits aciers. Il est important que le plomb soit introduit dans l'acier d'une manière et dans des conditions telles que la majeure partie de cet élément soit dispersée à peu près uniformément dans toutes les parties de l'acier.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le pourcentage de plomb retenu dans l'acier doit être compris entre 0,03 et 0,478 %. Toutefois, la teneur de l'acier en plomb peut, sans sortir du cadre de cette invention, être com- prise entre 0,03 et 1%. La partie inférieure de l'échelle est préférable lorsqu'on désire se prémunir contre une perte des propriétés mécaniques désirables de l'acier, étant donné que les essais de la demanderesse ont démontré qu'il est difficile d'obtenir une dispersion uniforme sensiblement complète du plomb dans toutes les parties de l'acier lorsque la teneur en
<Desc/Clms Page number 3>
plomb excède 0,478 %.
Toutefois, dans des aciers austénitiques destinés à quelques genres de travaux, une certaine diminu- tion des propriétés mécaniques est admissible, de sorte que la quantité de plomb retenue peut excéder 0,478 %.
Par"aciers austénitiques", on entend les aciers qui sont caractérisés par une structure austénitique, c'est-à-dire les aciers qui sont principalement austénitiques, l'austénite ayant été obtenue par composition, -traitement thermique ou d'autres moyens et procédés bien connus dans cette industrie.
En d'autres termes, l'invention s'applique aux aciers ayant un caractère austénitique prédominant, quelle que soit la ma- nière dont la structure austénitique a été obtenue. On indique-: ra ci-après quelques compositions typiques et bien connues d'aciers de ce genre :
EMI3.1
<tb> Carbone <SEP> Chrome <SEP> Nickel <SEP> Silicium <SEP> Manganèse <SEP> Soufre <SEP> Phospho-
<tb>
<tb> re
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,07-0,2 <SEP> 17-19 <SEP> 7-9 <SEP> 0,75 <SEP> 0,6 <SEP> 0,03# <SEP> 0,03#
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,07-0,2 <SEP> 18-20 <SEP> 8-10 <SEP> 0,75 <SEP> 0,6# <SEP> 0,03 <SEP> 0,03#
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,08-0,2 <SEP> 19-22 <SEP> 10-12 <SEP> - <SEP> 0,75 <SEP> 0,6# <SEP> 0,03 <SEP> 0,03 <SEP> ' <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,2# <SEP> 24-26 <SEP> Il-13 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> 0,75-1,5 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,25 <SEP> 24-26 <SEP> 19-20 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> 0,75-1,5 <SEP> 0,03 <SEP> 0,03
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,4-0,6 <SEP> 14-16 <SEP> 34-36 <SEP> 0,75-1,25 <SEP> 0,75-1 <SEP> 0,05 <SEP> 0,05
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,07-0,2 <SEP> 17-19 <SEP> 0,75 <SEP> 0,7-9 <SEP> 0,03 <SEP> 0,
03#
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,5-1,7 <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> 1 <SEP> 10-20 <SEP> 0,05 <SEP> 0,05#
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,9-1,5 <SEP> 13-17 <SEP> 13-16 <SEP> 2-3,5 <SEP> 0,2-0,3 <SEP> 0,05 <SEP> 0,05#
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,4-0,5 <SEP> 23-25 <SEP> 4-6 <SEP> 1 <SEP> le <SEP> 0,5 <SEP> 0,05 <SEP> 0,05
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,4-0,5 <SEP> 8-9 <SEP> 3-3,5 <SEP> 0,3-0,5 <SEP> 0,05 <SEP> le <SEP> 0,05#
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,5 <SEP> 20 <SEP> 30 <SEP> 0,5-1 <SEP> 0,5 <SEP> 0,05 <SEP> 0,05
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,5-0,9 <SEP> 1-2 <SEP> 19-23 <SEP> 1-3 <SEP> 0,5 <SEP> 0,05# <SEP> 0,05
<tb>
#Maximum
<Desc/Clms Page number 4>
L'invention envisage l'introduction du plomb sous des pourcentages compris entre 0,
03 et 1% dans n'importe quel acier austénitique et il est bien entendu que les aciers spé- cifiés dans la table ci-dessus ne sont indiqués qu'à titre d'exemples. Il existe d'autres aciers austénitiques auxquels l'invention est applicable, comme il ressortira de la descrip- tion qui suit.
Dans ces aciers, la teneur en carbone n'a guère ou pas d'influence sur l'application de l'invention et, en ce qui concerne la mise en pratique de cette invention, le carbone peut être présent entre les limites de toute échelle de pro- portions appropriée à l'usage que l'acier est appelé à recevoir, c'est-à-dire entre un minimum effectif et 1,7%. Des échelles de proportions typiques ou habituelles ont été toutefois indiquées dans les exemples ci-dessus. Il est évidemment bien connu de lhomme du métier que le pourcentage de carbone pré- sent dans un alliage ferreux est un facteur important de l'ob- tention d'une structure austénitique.
L'invention est applicable aux aciers au nickel, c'est-à-dire aux aciers qui contiennent de 5 à 44 % de nickel et du fer en substance pour la portion restante, à l'exception des impuretés qu'on trouve normalement dans les aciers de ce genre. C'est ainsi qu'on peut, dans le cadre de cette inven- tion, préparer un acier austénitique contenant de 5 à 44% de nickel, de 0,03 à 1 % de plomb et du fer en substance pour la portion restante, à l'exception des impuretés.
L'invention est aussi applicable aux aciers au manganèse, c'est-à-dire aux aciers contenant de 10 à 20% de manganèse et du fer en substance pour la portion restante, à l'exception des impuretés. Ainsi, on peut, dans le cadre de cette invention, préparer un acier austénitique contenant de
<Desc/Clms Page number 5>
10 à 20% de manganèse, de 0,03 à 1 % de plomb et du fer sensiblement pour la portion restante, à l'exception des impuretés.
Le nickel et le manganèse sont l'un et l'autre reconnus comme étant des éléments d'alliage qui favorisent la formation des structures austénitiques dans l'acier. Par conséquent, on peut utiliser du manganèse en combinaison avec du nickel pour obtenir un acier austénitique et augmenter la facilité d'usinage de l'acier obtenu par l'incorporation de plomb, de préférence sous des-teneurs comprises entre 0,03 et 0,478 %, quoique le cas échéant aussi sous des teneurs comprises entre 0,03 et 1 %.
Un autre type d'acier auquel l'invention est applicable est un acier austénitique dans lequel le chrome est utilisé en combinaison avec du nickel ou du manganèse, ou à la fois avec du nickel et du manganèse. Dans les aciers de ce type, le chrome est normalement utilisé pour augmenter la résistance à la corrosion et la résistance à la chaleur, alors que le nickel ou (et) le manganèse sont utilisés pour facili- ter la formation d'une structure austénitique. C'est ainsi que rentre dans le cadre de l'invention la préparation d'un acier austénitique contenant du chrome sous des pourcentages compris entre 5 et 28 %. et du nickel sous des pourcentages compris entre 5 et 44%, du plomb à raison de 0,03 à 1 % et du fer sensiblement pour la portion restante, à l'exception des impuretés.
On envisage toutefois que le total des teneurs en nickel et en chrome soit dans tous les cas inférieur à 50 %. Il est en outre préférable que la teneur en plomb soit inférieure à 0,478 %.
<Desc/Clms Page number 6>
Lorsque le nickel et le manganèse sont tous deux utilisés à titre d'éléments qui tendent à favoriser la forma- tion d'une structure austénitique, ou lorsque quelqu'autre élément qui est efficace à cet effet est substitué au nickel, au manganèse ou aux deux, que ce soit en tout ou en partie, il peut être désirable de n'utiliser qu'une quantité aussi faible que 1 % de nickel ou 1 % de manganèse, ceci rentrant dans le cedre de l'invention. De même, dans les alliages éta- blis suivant l'invention et contenant du chrome avec du nickel ou (et) du manganèse, on peut, sans sortir du cadre de cette invention, n'utiliser qu'une quantité aussi faibleque 1 % de chrome.
On a soumis à des essais d'usinage des aciers austénitiques dont certains contenaient du plomb et d'autres pas, après avoir traité thermiquement les échantillons pour obtenir des éprouvettes de comparaison ayant approximativement la même dureté Brinell. Par exemple, on a trouvé que l'addi- tion de 0,08 % de plomb à un acier à 18 % de chrome et à 8% de nickel ayant été trempé à partir de 1093 a augmenté la facilité d'usinage de 11 %, chiffre déterminé par comparaison du temps nécessaire pour scier une barre de l'acier envisagé ne contenant pas de plomb avec le temps nécessaire pour scier une barre du même acier auquel du plomb avait été incorporé.
Des essais ont aussi été effectués sur un acier riche en manganèse, tel que l'acier connu appelé acier "au manganèse austénitique" ou "au manganèse Hadfield". L'acier éprouvé contenait approximativement 1,25% de carbone et 13 à 14 % de manganèse et une coulée de cet acier ne contenait pas de plomb, alors que 0,5% de cet élément avait été ajouté au métal d'une autre coulée. Le produit laminé de ces compositions
<Desc/Clms Page number 7>
approximatives a été chauffé à 1.037 et maintenu à cette température pendant une heure, pour être ensuite trempé dans de l'eau. On a constaté que les échantillons auxquels le plomb avait été ajouté étaient plus faciles à usiner et don- naient une surface présentant moins de marques de "broutage" sur la surface finie.
Les aciers dont il a été question ci-dessus ont une teneur en soufre variant de simples traces à 0,05%, mais on peut, sans sortir du cadre de l'invention, incorporer les pourcentages de plomb indiqués à des aciers austénitiques con- tenant des pourcentages de soufre compris entre 0,05 et 0,5%.
En d'autres termes, l'addition des,pourcentages de plomb in- diqués à des aciers austénitiques contenant une proportion de soufre comprise entre une trace et 0,5% rentre dans le cadre de cette invention. Il semble que, lorsqu'on ajoute des pourcentages de plomb compris entre 0,03 et 1 % à un acier aus- ténitique contenant de 0,05 à'0,5% de soufre, le plomb et le soufre coopèrent pour rendre encore plus grande la facilité d'usinage de l'acier.
De même, on peut, sans sortir du cadre de cette invention, utiliser le phosphore à titre d'agent de friabilité sous des pourcentages aussi élevés que 0,5%. Une teneur de 0,05% en phosphore est préférable, mais on peut appliquer des pourcentages supérieurs, comme indiqué, conjointement avec des teneurs en plomb comprises entre 0,03 et 1%.
D'autres éléments supplémentaires peuvent être pré- sents dans l'acier, pourvu qu'ils ne détruisent pas la struc- ture austénitique, et les aciers contenant un ou plusieurs élé- ments d'alliage faisant partie du groupe comprenant le molyb- dène, le tungstène, le cuivre, le silicium, le vanadium, le cobalt, le titane, le columbium et l'aluminium peuvent être
<Desc/Clms Page number 8>
essentiellement austénitiques. L'échelle habituelle des proportions de ces éléments d'alliage supplémentaires est de 0,5 à 5% environ.
Les aciers austénitiques sont caractérisés par le fait qu'ils possèdent une dureté relativement faible, comme indiqué par les essais habituels de détermination de la dureté, mais une très forte tendance à s'écrouir ou durcir comme ré- sultat du travail à froid et à durcir au cours de l'opération d'usinage. Les aciers austénitiques ont tendance à "fluer" en avant de l'outil de coupe et à développer une résistance de frottement élevée au contact de la machine-outil. Par l'appli- cation de certaines proportions de plomb dans ces aciers austé- nitiques, il devient possible d'améliorer leur facilité d'usi- nage. La cause exacte de cette amélioration de la facilité d'usinage n'a pas été complètement élucidée à l'heure actuelle.
On a observé dans l'usinage d'aciers contenant du plomb, par comparaison avec l'usinage d'aciers ne contenant pas de plomb, que les outils s'échauffent moins lorsque le plomb est pré- sent, ce qui indique que le plomb se comporte à la façon d'un lubrifiant pour les outils et occasionne par suite moins de résistance de frottement. Le plomb semble avoir aussi quelque effet sur le caractère du copeau produit. Les aciers austé- nitiques contenant du plomb usent moins les outils et ont moins tendance à s'amasser sur l'outil dans l'opération d'usi- nage.
Comme il a été décrit précédemment, la demanderesse est parvenue à améliorer la propriété d'usinage d'un acier austénitique du type à 18% de chrome et 8% de nickel par l'addition de 0,08% de plomb. Les traces de plomb n'ont pas
<Desc/Clms Page number 9>
une influence importante sur la facilité d'usinage. La deman- deresse estime par conséquent que la quantité'minimum de 'plomb qui peut être utile est environ 0,03% et, pour la plupart des applications, elle préfère ne pas en utiliser moins de 0,1%. Des expériences effectuées au sujet de l'addition .du plomb aux aciers en vue d'en améliorer la facilité d'usinage ont montré que lorsqu'on tente d'ajouter de grands pourcen- tages de plomb, la quantité qu'on en obtient est relativement médiocre.
L'incorporation de grandes quantités de plomb présente aussi quelque difficulté en ce qui concerne la dispersion convenable du plomb dans l'acier et, pour cette raison, elle peut avoir un effet nuisible sur certaines des propriétés mécaniques. Pour ces raisons, la demanderesse estime que la limite supérieure désirable de la teneur en plomb retenue dans l'acier est inférieure à 0,5%, par exemple égale à 0,478%, bien qu'une proportion aussi élevée que 1% de plomb soit susceptible d'être utilisée et d'améliorer la propriété d'usi- nage.
La façon préférée d'ajouter le plomb consiste à l'ajouter à l'état subdivisé à l'acier fondu dans'la lingotière, après qu'une faible quantité d'acier a pénétré dans cette lingotière, ce qui s'obtient en projetant un jet de particules de plomb subdivisées contre le jet d'acier coulant vers le bas hors de la poche, au cours d'une période de temps assez longue.
D'autres procédés sont possibles, mais les conditions princi- pales relatives à l'amélioration de la propriété d'usinage consistent à ajouter le plomb d'une manière et à un moment tels qu'il soit recueilli dans l'acier en majeure partie à l'état sensiblement uniformément dispersé dans toutes les parties de l'acier, et principalement sous une forme infra- microscopique.
<Desc/Clms Page number 10>
Le terme "fer pour la portion restante" est sous- entendu comprendre aussi Je faibles quantités d'éléments supplémentaires tels que : titane, cobalt, cuivre, tungstène, molybdène, silicium, vanadium, columbium et aluminium, à rai- son de 0,5 à 5% au total. Toutefois, il ne faut pas que la quantité -totale de ces éléments soit si grande qu'elle empêche la formation d'une structure austénitique dans l'acier.
Il ressort de ce qui précède que l'invention amé- liore notablement la facilité d'usinage des aciers austéniti- ques par l'incorporation de plomb à l'état convenablement dis- persé et dans les pourcentages indiqués à ces aciers. De plus, on parvient à réaliser cette amélioration sans sacrifier les propriétés mécaniques de l'acier, quoique, comme on l'a dit précédemment, les propriétés mécaniques puissent quelque peu être diminuées dans certains types d'aciers.