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té 73~7
Le procède qui fait l'objet de l'inven7;ion concerne Des aciers à
haute usinabilite.
Il est bien connu que l'usinabilité des aciers dépend notamment de
la nature et de la morphologie des inclusions présentés dans le me-
lai. Ce sont essentiellement des oxydes et des sulfures. Les oxydes
ont une action défavorable sur Lucie de coupe, par contre, les
sulfures peuvent jouer un foie favorable de lubrifiant.
Dans le cas de l'usinage à vitesse de coupe modérée au moyen d'ou-
lits en acier à coupe rapide, ce son les sulfures qui huent un rôt
le essentiel et on utilise des aciers dont les teneurs en soufre peu-
vert varier de 0,0~ à 0,33 y.
Dans le cas de l'usinage a grande vitesse de coupe au moyen d'ou-
lits en carbures les hautes teneurs en soufre n'ont pas d'effet par-
- ticulière~lent favorable. Par contre on a constate que les indu-skions dioxydes sont particulièrement nocives, car elles entraînent
une usure de outil de coupe. Il est possible de réduire la nocive-
té de ces inclusions par des moyens connus. On peut, en particulier,
en diminuer la quantité graisse à une bonne des oxydation et à une bon-
ne décantassions. On peut aussi rendre ces inclusions, genéLalemen~ à
base d'alumine, globulaires par l'addition dolmen alcalin-
ferreux tels que le calcium, ou dlautres éléments. On peut enfin
s'arranger pour que ces inclusions globulaires restantes comportent
ne certaine quantité de soufre combine qui en enduit la nocivité.
Dans ce cas, la teneur en soufre n'est généralement pas supérieure à
celle qui est habituellement présenté dans l'acier, c'est-à-dire in-
ferieure à 500 ppm (parties par million en masse), et enrôlement
de l'ordre de 150 à 500 ppm. Dans cet intervalle, on cherche souvent
à viser une fourchette de teneur en soufre plus étroite, pour un usa-
go et une nuance donnes, ce qui présenté de sérieuses difricultes.
De façon plus générale, l'experience a montre kil est difficile
d'elaborer de Bacon reproductible des aciers à faible teneur es in-
cousions, ces inclusions étant rendues peu nocives par leur aient
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globulaire et par la présence de petites tluantices de soufre combine.
Ces difficultés sont dues en particulier au Haie qu'il osa difficile
de bien contrôler les teneur en soufre de l'acier après deso~yda-
Sion, qu'il lest pas non plus facile de coneroler avec precisionles additions éventuelles de soufre effectuées à l'acier, et enfin
que le rendement des additions de calcium comme a~enr permettant de
rendre les inclusions globulaires manque de reproductibili~e.
On a recherche la possibilité de mettre au point un procède delco
ration d'aciers à haute usinabilite particulièrement aptes a lus
nage à grande vitesse au moyen d'outils de coupe en carbures), par
addition de soufre et de calcium, dans des conditions permettant
d'obtenir une grande efficacité de l'action combinée du calcium et
du soufre ainsi qu'une excellente reproductibilite des résultats,
tout en règlent la teneur en soufre à l'interieur de fourchues de
composition étroites, cette teneur ne dopassent pas la limite sué-
fleure de teneur en soufre couramment admise dans les aciers ne coma
portant pas d'addition volontaire de soufre.
....
. .
On a recherche en particulier la possibilité de développer une me-
Rhode d7introduction dans l'acier liquide du calcium et du soufre,
qui permette d'ajuster avec beaucoup de précision les quantités de
calcium apportées à l'acier sous forme metallique,ainsi que les quant
tâtés correspondantes de soufre, afin d'obtenir du point de que us-
habilite, de façon reproductible, des résultats optimaux,
Le procède qui fait l'objet de l'invention apporte une solution par-
ticulièrement avantageuse au problème qui se pose.
Il consiste à élaborer de faucon conventionnelle un acier non allie,
ou allie, ou inoxydable, puis a effectuer une addition d'aluminium
afin d'abaisser la teneur en oxygène de l'acier au-dessous de lOOppm,
à effectuer ensuite ou simulcanement une desulfuration poussée par
un laitier basique afin d'abaisser la teneur en soufre de l'acier au-
dessous de 100 ppm, puis a effectuerez fil fourre des additions de calcium et de soufre afin d'atteindre dans l'acier une teneur en cal-
cium de 20 à 100 ppm, et une teneur en soufre de 150 a 500 ppm
On effectue avantageusement le traitement par l'alumin;um de façon
y ~3'l3
-- 3
à obtenir une teneur résiduelle en aluminium dissout dans
l'acier, comprise entre 150 et 500 ppm. La teneur en
oxygène est de préférence abaissée au-dessous de 50 ppm et,
de préférence également, la désulfuration est effectuée
jusqu'à obtenir une teneur en soufre inférieure à 50 ppm.
On peut effectuer les additions de calcium et de soufre soit
de façon successive, le calcium étant introduit en premier,
soit simultanément.
L'addition de calcium est effectuée au moyen d'un
fil fourré contenant de façon avantageuse un alliage de
calcium en grains ou poudre, tel qu'un silico-calcium.
L'addition de soufre est effectuée au moyen d'un
fil fourré contenant avantageusement de la fleur de soufre
ou un sulfure.
En cas d'addition simultanée de calcium et de
soufre, on peut utiliser plusieurs fils fourrés, ou un seul
fil fourré contenant à la fois du calcium et du soufre dans
les proportions voulues.
Le procédé permet en particulier d'obtenir de
façon reproductible des aciers pour lesquels l'écart entre
la teneur en soufre obtenue et la teneur visée ne dépasse
pas + 40 ppm.
Le procédé suivant l'invention permet, grâce aux
additions très précises de calcium et de soufre ainsi
effectuées, d'obtenir des inclusions globulaires finement
réparties qui confèrent de faucon reproductible à l'acier,
une haute usinabilité. Ces aciers conviennent en
particulier pour l'usinage à grande vitesse au moyen
d'outils de coupe en carbure
De façon détaillée, le procédé suivant l'invention
peut avantageusement être mis en oeuvre de la façon
suivante:
- on élabore de façon conventionnelle un acier, tel qu'un
acier allié ou non allié de type courant;
Or
Y
- fa -
- on effectue en fin d'élaboration, une dés oxydation de cet
acier au moyen d'aluminium, dont la quantité es-t déterminée
pour obtenir une teneur résiduelle en aluminium dissout dans
l'acier d'environ 150 à 500 ppm, cette teneur résiduelle
visée étant d'autant plus forte, à l'intérieur de ces
limites, que la -teneur en carbone est plus faible. La
désulfuration est ensuite effectuée par exemple au moyen
d'un laitier basique qui peut être constitué par exemple par
de la chaux
///
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ou par une composition alumino-calcique. Pour permettre
une désulfuration très poussée, il faut brasser le métal
liquide au contact du laitier, par exemple par insufflation
d'un gaz neutre à travers ce métal, ou par tout autre moyen.
Les teneurs finales en soufre et oxygène doivent être, de
préférence, inférieures à 50 ppm pour chacun de ces éléments.
On effectue ensuite l'introduction du calcium dans l'acier
liquide au moyen d'un fil fourré tel que, par exemple, celui
qui est décrit dans le brevet français né 2.476.5~2. Ce
fil est constitué d'une enveloppe, généralement en acier
doux, de quelques dixièmes de mm d'épaisseur, qui entoure
l'âme qui contient le calcium à l'état divisé sous forme
de métal ou d'alliage.- L'introduction du fil fourre est
effectuée de préférence à une vitesse relativement rapide
en général de l'ordre de 1 à quelques mètres par seconde.
On ajuste cette vitesse, en fonction du contenu du fil fourré
en calcium par unité de longueur et de la quantité à introduire,
de façon que la durée de cette introduction ne dépasse pas
quelques minutes. On fait pénétrer le fil de haut en bas
à travers le bain métallique, sous un angle proche de préfet-
fonce de 90 par rapport à l'hori~on-tale. Il est ainsi possible
de faire pénétrer le calcium très profondément dans l'acier
liquide, ce qui accroît considérablement l'eFficacité de
l'addition. La quantité de calcium ainsi introduite dans
le bain d'acier liquide, sous forme de métal ou d'alliage,
est, de préférence, comprise entre 150 et 600 gît, ce qui
permet, après réduction des oxydes encore présents dans le
métal, l'obtention d'une teneur en calcium comprise de préfet-
fonce entre 20 et 80 ppm. On homogénéise de préférence par
agitation le bain d'acier liquide ainsi additionné de calcium
avant l'addition de soufre. Cette dernière addition est
effectuée au moyen d'un fil fourré contenant soit du soufre
en fleur, soit un sulfure tel que le sulfure de fer ou de
manganèse, sous forme pulvérulente ou granulaire. L'enveloppe
Jo , ..
~zg3 ,13~
- fa -
est généralement en acier doux de quelques dixièmes de mm
d'epaisseur, comme dans le cas de l'addition de calcium.
L'introduction du soufre est effectuée comme celle du calcium
à vitesse relativement grande.
On cherche à obtenir dans l'acier liquide, une teneur en
soufre comprise entre 150 et 500 ppm (de préférence entre
150 et 300 ppm). Le rendement d'introduction est en général
supérieur à 90% grâce à l'utilisation de fil fourré, ce qui
permet d'ajuster avec beaucoup de précision l'addition de
soufre.
/
3'7
- 5 -
Dans la pratique, en effectuant des additions de
fleur de soufre, on peut admettre un rendement de l'ordre de
95%.
Après introduction du soufre, l'acier est coulé
soit en lingots, soit au moyen d'une installation de coulée
continue. On doit prendre le maximum de précautions pour
éviter la ré oxydation des jets d'acier liquide au cours de
cette opération de coulée.
Les exemples ci-après décrivent de façon non
limitative deux modes d'élaboration d'un acier à haute
usinabilite par le procédé suivant l'invention:
EXEMPLE 1:
On se propose d'appliquer le procédé suivant
l'invention à la préparation d'un acier correspondant à la
norme AISÉ 1045 et contenant en % en masse:
C 0,42 à 0,48
Si 0,15 à 0,30
Mn 0,60 à 0,90
S 0,018 à 0,025
1) Élaboration de l'acier par des modes habituels dans un
four à arc de 80 t, à partir de ferrailles, avec fusion
oxydant, soufflage d'oxygène, déphosphoration, décrassage
et recarburation.
2) Coulée du motel en poche magnésie, une partie du
manganèse pouvant être ajoutée dans la poche sous forme de
ferro-manganèse. Dés oxydation par addition d'aluminium dans
le lot de coulée (1,5 kit soit 120 kg). Mise en place sur
le métal d'un laitier de chaux (8 kit de poudre de chaux
an hydre, soit 640 kg).
Dès le début de la coulée, brassage du motel par
insufflation d'argon. Prise d'un échantillon d'acier 1
minute après la fin de la coulée. La composition de l'acier
est alors en % en masse:
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-- 6 --
C = 0,40; Si = 0,12; Mn = 0,61;
en ppm: Ai = 520; S = 100.
3) Brassage du métal par l'argon pendant 20 minutes.
Réglage de la composition par addition de fonte et ferry
manganèse.
On obtient alors la composition suivante, en % en
masse:
C = 0,44; Si = 0,11; Mn = 0,72
en ppm: Ai = 250; S = 40; 2 = 25
4 ) Introduction dans le métal d'un fil fourré contenant
180 g au mètre de silico-calcium à 31% en masse de calcium.
Ce fil est introduit à la vitesse de 120 minute soit
6,7 kg/minute de calcium pendant 3 minutes, soit une
addition de 0,25 kg de calcium par tonne d'acier liquide.
On maintient un brassage léger de l'acier liquide
par l'argon pendant 3 minutes, après la fin de l'injection.
Un échantillon prélevé après ces 3 minutes a la
composition suivante:
en en masse C = 0,45; Si = 0,18; Mn = 0,73;
en ppm Ai = 230 ; 2 = 20 ; S = 30 ; Ca = 40
5) Resulfuration par injection dans l'acier, après les 3
minutes de brassage léger suivant lladdition de calcium,
d'un fil fourré contenant 135 g au mètre de fleur de soufre.
La vitesse d'injection est de 90 minute et l'introduction
de soufre dure 1 minute et 20 secondes; soit une addition
totale de 16,2 kg de soufre ou 200 ppm.
6) Le métal est coulé en ronds de 223 mm de diamètre par
coulée continue rotative, en passant préalablement dans un
répartiteur comportant un revêtement basique. La
composition finale du produit coulé est la suivante:
en % en masse: C = 0,45; Si = 0,17; Mû = 0,72
en ppm : Ai = 220 ; 2 = 30 ; S = 220 ; Ca = 36
7 ) Ces ronds sont laminés en tubes mécaniques de 180 mm de
diamètre extérieur et de 20 mm d'épaisseur.
.~,
. ! Jo
y
- fa -
Les -tubes ainsi obtenus présentent une
usinabilité, au moyen d'outils de coupe en carbure très
supérieure à celle des aciers courants de même composition.
Ce gain d'usinabilité est illustré dans la figure
S unique qui compare, pour la même analyse de référence
indiquée plus haut (norme AISÉ 1045),:
- un acier A élaboré selon la procédure qui vient
d'être décrite;
- un acier B élabore normalement dans le même four
à arc de 80 t avec
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Jo
Jo -
. y
y
des matières premières analogues mais n'ayant été ni resulEuré, ni
traité par le calcium au moyen de fil fourré. La teneur en S de
0,018/0,025% a été obtenue directement par brassage modéré et de plus
courte durée avec un laitier moins riche en chaux (QUE de chaux ajoutée
5. en poche après coulée en poche au lieu de 640 Kg).
On a figuré en abscisse selon l'axe T lavure en minutfspaur une usure
frontale d'outils de 0,4 mm et en ordonné selon l'axe V la vitesse de
coupe en mètres par minute.
10 .
Les courbes A et B de la figure unique donnent ainsi pour chaque acier
correspondant à l'état normalisé la vitesse de coupe en mètres par mi-
nuée qui permet une durée de coupe déterminée correspondant à une usure
frontale de l'outil de 0,4 mm. Il s'agit d'un essai de chariotage réa-
15. lise à sec avec un outil carbure ISO-P30, l'avance étant de 0,4 mm par
tour et la profondeur de passe de 2 mm.
Plus la vitesse de coupe est élevée pour une durée de vie donnée, plus
grande est l'usinabilité de l'acier.
20.
On mesure ainsi l'efficacité de la technique d~elaboration proposée.
Exemple 2 :
25. Le même acier que dans l'exemple l est élaboré dans des conditions si mi-
faines, mais en effectuant les additions finales de calcium et de soufre
à l'aide d'un fil fourré contenant un mélange de fleur de soufre et de
silico~calcium à 30% en masse de calcium.
30. Ce mélange contient 20% de soufre et 80% de silico-calcium. Ce fil fourré
pèse 170g au mètre. Il est introduit à 120 m par minute pendant 4 minutes
en donnant des résultats similaires à ceux de l'exemple l.
