FR2682686A1 - CARBON-MANGANESE STEEL, IN PARTICULAR FOR DECOLLETING. - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet des aciers de compositions particulières qui du fait de leurs teneurs en soufre et de la composition des inclusions oxydées sont particulièrement aptes au décolletage et à l'usinage à grande vitesse par outils en carbure ou en céramique. Les aciers contiennent en poids %: (CF DESSIN DANS BOPI) et leurs inclusions oxydées ont pour compositions en poids %: (CF DESSIN DANS BOPI) Ces aciers conservent, malgré la présence de soufre, de bonnes caractéristiques mécaniques.The subject of the invention is steels of particular compositions which, by virtue of their sulfur contents and of the composition of the oxidized inclusions, are particularly suitable for bar turning and high speed machining using carbide or ceramic tools. The steels contain% by weight: (CF DRAWING IN BOPI) and their oxidized inclusions have the composition by weight%: (CF DRAWING IN BOPI) These steels retain, despite the presence of sulfur, good mechanical characteristics.
Description
ii
Acier au carbone-manganèse destiné notamment au décolletage. Carbon-manganese steel intended in particular for machining.
La présente invention est relative aux aciers faiblement allies au carbone-manganèse et a pour objet des aciers de compositions particulières qui du fait notamment de leur teneur en soufre et de la composition de leurs inclusions oxydées sont particulièrement aptes à5 l'usinage à grande vitesse en particulier par des outils en carbures ou en céramique et au décolletage à grande vitesse de coupe, notamment à The present invention relates to carbon-manganese low alloy steels and relates to steels of particular compositions which, in particular because of their sulfur content and the composition of their oxidized inclusions, are particularly suitable for high-speed machining. particularly by tools made of carbides or ceramics and high-speed machining of cutting, in particular
partir de tubes réalisés dans lesdits aciers. from tubes made in said steels.
On connaît actuellement des aciers dont les caractéristiques d'usinabilité sont améliorées par la présence de soufre dans une gamme de teneur allant de 0,020 à 0,040 % en poids Ces aciers ont toutefois des performances en usinage limitées qui ne permettent pas d'atteindre les grandes vitesses de coupe et/ou d'utiliser des outils de coupe en carbure ou en céramique dans de bonnes conditions Par contre ces15 aciers à usinabilité améliorée gardent en général des caractéristiques mécaniques en particulier en traction voisines de celles correspondant Steels are known at present whose machinability characteristics are improved by the presence of sulfur in a range of content ranging from 0.020 to 0.040% by weight. These steels, however, have limited machining performance which makes it impossible to reach high speeds. In contrast, these 15 steels with improved machinability generally retain mechanical characteristics, in particular in terms of traction, close to those corresponding to that of cutting and / or using carbide or ceramic cutting tools under good conditions.
à leur composition de base.to their basic composition.
On connaît également des aciers pour décolletage semi-calmés par des additions de silicium contenant de l'ordre de 0,3 % de soufre en poids. Ces aciers sont usinables à grande vitesse de coupe avec des outils de Also known are steels for free machining semi-calmed by additions of silicon containing about 0.3% sulfur by weight. These steels are machinable at high speed cutting with tools of
coupe en carbure ou en céramique.carbide or ceramic cut.
Dans certains cas, même, la recherche des performances les plus élevées nécessite l'addition combinée de soufre, de Tellure (ou Selenium) et/ou In some cases even the search for the highest performance requires the combined addition of sulfur, tellurium (or selenium) and / or
de Plomb ou de Bismuth.Lead or Bismuth.
Ces aciers présentent en général une grande quantité d'inclusions These steels generally have a large amount of inclusions
d'oxydes et de sulfures et une teneur en oxygène éLevée supérieure à30 0,0100 % en poids. oxides and sulfides and a high oxygen content of greater than 0.0100% by weight.
Ces aciers dont la caractéristique essentielle sinon exclusive est de présenter des propriétés aussi éLevées que possible au décolletage ont par ailleurs une résilience très médiocre et il est impossible de les35 assembler par soudage à l'arc On peut également souligner les problèmes de toxicité liés à la manipulation notamment au stade de -2- L'éLaboiation du métal Liquide des éLéments Te L Lure, SéLénium, P Lomb, These steels, whose essential if not exclusive characteristic is to present properties as high as possible in bar turning, have, moreover, a very poor resilience and it is impossible to assemble them by arc welding. One can also underline the problems of toxicity related to especially at the stage of the preparation of the liquid metal of the elements Te L Lure, Selenium, P Lomb,
Bismuth ainsi que Lors du recyc Lage des ferrai L Les et copeaux. Bismuth as well as during recyc Lage des ferrai L Les and chips.
De p Lus Les aciers avec 0,30 % en poids de soufre ont des caractéristiques mécaniques à La traction basses, voisines de ce Lle d'un acier A 37 selon norme AFNOR Des nuances pour traitement thermique The steels with 0.30% by weight of sulfur have low tensile mechanical characteristics, close to that of a steel A 37 according to AFNOR standard. Shades for heat treatment
ont été normalisées mais Leurs performances au déco L Letage sont a Lors p Lus faib Les. have been normalized, but their performances in deco L Letage are a p.
Le but de La présente invention est de proposer une fami L Le d'aciers au carbone-manganèse uti Lisab Les notamment pour La construction mécanique ayant une excellente aptitude au décol Letage et donnant d'exce L Lentes performances à L'usinage à grande vitesse par des outils en carbure ou céramique, performances supérieures à ce L Les obtenues avec des aciers15 à usinabilité améliorée cités ci-dessus tout en gardant de bonnes caractéristiques mécaniques et ne présentant pas les inconvénients des The object of the present invention is to provide a family of carbon-manganese steels used in particular for mechanical engineering having excellent decolorability and excellent lubricity performance. by carbide or ceramic tools, performance superior to that L obtained with steels 15 improved machinability cited above while maintaining good mechanical characteristics and do not have the disadvantages of
aciers de décolletage à 0,30 % en poids de soufre cités plus haut. free cutting steels with 0.30% by weight of sulfur mentioned above.
L'invention a en particulier pour but la création d'une fami Lle d'aciers de décotletage propres, ne nécessitant pas la mise en oeuvre d'éléments toxiques, couvrant une Large gamme de caractéristiques mécaniques et présentant des caractéristiques de résilience bien meilleures que ce L Les de L'acier de déco L Letage à 0,30 % en poids de soufre.25 Les aciers au carbone-manganèse aptes au déco L Letage de La fami L Le de L'invention ont La composition suivante exprimée en pourcentages pondéraux: Carbone 0,05 à 0,45 % Manganèse 0,80 à 1,65 % Silicium 0,10 à 0,35 % Phosphore inférieur à 0,030 % The object of the invention is, in particular, to create a family of clean decontamination steels, not requiring the use of toxic elements, covering a wide range of mechanical characteristics and having much better resilience characteristics than This type of steel deco L Leting at 0.30% by weight of sulfur. The carbon-manganese steels suitable for decoration of the family of the invention have the following composition expressed in percentages by weight. : Carbon 0.05 to 0.45% Manganese 0.80 to 1.65% Silicon 0.10 to 0.35% Phosphorus less than 0.030%
ainsi que Les impuretés habitue L Les. as well as the usual impurities.
Ils contiennent également: -3- Soufre 0,050 à 0,12 % Calcium 0,001 à 0,010 % L'a Luminium étant entièrement sous forme oxydée, et les inclusions non métalliques d'oxydes comprennent en pourcentage pondéraux: They also contain: Sulfur 0.050 to 0.12% Calcium 0.001 to 0.010% The Luminium being entirely in oxidized form, and the nonmetallic inclusions of oxides include as a percentage by weight:
AL 2 03 15 à 50 %AL 2 03 15 at 50%
Si 02 20 à 60 % Ca O + Mn O 15 à 50 %10 la teneur totale en oxygène étant comprise entre 0,0015 et 0,0080 %. If from 20 to 60% of the total oxygen content is from 0.0015 to 0.0080%.
De préférence Les inclusions non métalliques se situent sur Le diagramme de représentation du système AL 2 03 Si 02 Mn O/Ca O dans15 le domaine de L'Anorthite ou de la Gehienite Un te L diagramme de représentation du système AL 2 03 Si 02 Mn O/Ca O se trouve par Preferably the nonmetallic inclusions are on the system representation diagram AL 2 O 3 Si O 2 Mn O / Ca O in the range of Anorthite or Gehienite A te L System Representation Diagram AL 2 03 Si 02 Mn O / Ca O is by
exemple dans "Phase diagrams for ceramists" Edited and Pub Lished by the American Ceramic Society 1964 figure 630 page 219 Mn O et Ca O sont des oxydes dont Le role est estimé similaire Dans la mesure o le20 pourcentage de Mn O est faible (inférieur à 10 %) on peut donc cumuler Ca O + Mn O pour se rapporter au diagramme du système AL 2 03 - example in "Phase diagrams for ceramists" Edited and Pub Lished by the American Ceramic Society 1964 figure 630 page 219 Mn O and Ca O are oxides whose role is considered similar insofar as the percentage of Mn O is low (less than 10%) one can thus cumulate Ca O + Mn O to refer to the diagram of the system AL 2 03 -
Si 02 Ca O o seul Ca O est représenté et prendre la valeur de Ca O + Mn O pour une valeur de Ca O. De façon avantageuse pour la mise en oeuvre de L'acier par soudage par un procédé de soudage à L'arc électrique avec méta L d'apport on limite La teneur en carbone à 0,22 % en poids et La somme teneur en carbone plus teneur en manganèse/6 à 0, 48 % en poids soit C % + Mn % < 0,48 %. 6 Avantageusement également la teneur en soufre est comprise entre 0,080 % If O 2 O O alone Ca O is represented and take the value of Ca O + Mn O for a value of Ca O. Advantageously for the implementation of steel by welding by an arc welding process The carbon content at 0.22% by weight and the carbon content plus the manganese content / 6 to 0.48% by weight is C% + Mn% <0.48%. . Advantageously also the sulfur content is between 0.080%
et 0,12 % en poids.and 0.12% by weight.
La composition ci-dessus décrite permet, tout en obtenant de bonnes caractéristiques mécaniques à La traction, d'obtenir un type35 d'inclusions d'oxydes et de sulfures favorables, réparties de manière homogène dans le métal et en quantité Limitée et contrôlée Cet ensemble de caractéristiques rend ces aciers aptes au décolletage dans - 4d'excellentes conditions, ceci malgré la teneur relativement basse en The composition described above makes it possible, while obtaining good tensile mechanical properties, to obtain a type of inclusions of oxides and of favorable sulfides, homogeneously distributed in the metal and in a limited and controlled amount. characteristics makes these steels suitable for bar turning in - 4excellent conditions, this despite the relatively low content in
soufre, en particulier pour le déco L Letage utilisant Les outils carbure ou céramique. sulfur, especially for deco L Letage using carbide or ceramic tools.
IL est particulièrement intéressant pour fabriquer l'acier d'utiliser Le procédé de coulée continue rotative, en soit connu. Ce procédé est par exemple décrit dans l'article de la Revue de métallurgie CIT, Février 1981 pages 119-135.10 Un tel procédé permet d'assurer l'homogénéité du métal, tant au niveau It is of particular interest to make the steel to use the method of rotary continuous casting, to be known. This process is for example described in the article of the Revue de Metallurgie CIT, February 1981 pages 119-135.10 Such a method ensures the homogeneity of the metal, both at
de la composition chimique que de la répartition des inclusions, sur toute la longueur coulée. of the chemical composition as of the distribution of inclusions, over the entire length cast.
L'éLaboration de L'acier coulé ensuite en continu qui est faite avantageusement en poche après fusion en four électrique à L'arc sera exécutée avec soin de façon à conserver toujours Le métal homogène et à l'abri de l'oxydation, le méta L étant, dans sa phase finale traité au Calcium, par exemple par l'introduction dans la poche de métal liquide20 d'un fil fourré tel que décrit dans le brevet européen n 87 420052 O The elaboration of the continuously cast steel which is advantageously made in the pocket after fusion in electric arc furnace will be executed carefully so as to always preserve the homogeneous metal and protected from oxidation, the meta L being, in its final phase treated with calcium, for example by the introduction into the pocket of liquid metal 20 of a cored wire as described in European Patent No. 87 420052 O
à base de silico-calcium.based on silico-calcium.
IL est particulièrement intéressant d'utiliser l'acier selon It is particularly interesting to use steel according to
L'invention sous forme de tube, par exemple de tubes étirés, ceci25 réduisant Les temps de décolletage par suppression de l'opération de perçage du trou intérieur. The invention in the form of a tube, for example drawn tubes, this reducing the free cutting times by suppressing the drilling operation of the inner hole.
En utilisant un tube, on est également certain d'éviter les By using a tube, we are also sure to avoid
ségrégations centrales qui pourraient se trouver au coeur des barres,30 ségrégations qui, on l'a déjà expliqué ci-dessus, sont très réduites si on utilise le procédé de coulée continue rotative. central segregations which could be at the heart of the bars, segregations which, as already explained above, are very small if using the continuous casting process.
De la sorte l'utilisation de tubes au lieu de barres est une garantie complémentaire pour le produit destiné au décol Letage.35 A titre d'exemple, non limitatif, on a comparé les résultats d'un acier In this way the use of tubes instead of bars is an additional guarantee for the product intended for decol Letage.35 By way of non-limiting example, the results of a steel have been compared.
selon l'invention à des aciers normalisés préexistants. according to the invention to pre-existing standardized steels.
-5 Les compositions son Les suivantes en pourcentages pond-raux: Les compositions sont Les suivantes eni pourcentages pondéraux Acier TU 52 b C Si Mn S P AL Ca O total A selon: (norme AFNOR The compositions in weight percentages are as follows: The compositions are the following in weight percentages of steel TU 52 b C Si M n S P AL Ca O total A according to: (AFNOR standard
NFA 49310)NFA 49310)
: 0,178 %0.178%
: 0,265 %0.265%
: 1,270 %: 1.270%
: 0,006 %0.006%
: 0,014 %: 0.014%
: 0,024 %: 0.024%
: 0,0015 %0.0015%
: 0,0022 %0.0022%
Les inclusions d'oxydes sont constituées d'a Luminates de calcium AL 2 03 Ca O ou de spine L Les AI 2 03 Mgo associés à des sulfures The inclusions of oxides consist of a calcium luminates AL 2 03 Ca O or spine L The AI 2 03 Mgo associated with sulphides
mixtes (Ca, Mn)S On trouve en outre des inclusions isolées de sulfures de manganèse Mn S en faible quantité. mixed (Ca, Mn) S In addition, isolated inclusions of manganese sulfides Mn S are found in small quantities.
Acier B (version acier à usinabilité améliorée de l'acier A). Steel B (steel version with improved machinability of steel A).
selon TU 52 b C Si Mn S P AL Ca O total q 2 (norme AFNOR NFA 49310) according to TU 52 b C If Mn S P AL Ca O total q 2 (AFNOR standard NFA 49310)
:0,180 %: 0.180%
:0,183 %: 0.183%
:1,340 %1.340%
:0,028 %: 0.028%
:0,016 %: 0.016%
:0,022 %: 0.022%
:0,0016 %0.0016%
l:0,0022 % Ici les inclusions d'oxydes sont constituées d'aluminates de calcium l: 0.0022% Here the inclusions of oxides consist of calcium aluminates
A 1203 Ca O ou de spine L Les AL 203 Mg O associés à des sulfures mixtes35 (Ca, Mn)S On trouve en dehors de ces inclusions de nombreuses inclusions de sulfure de manganèse. A 1203 Ca O or spine L AL 203 Mg O associated with mixed sulphides (Ca, Mn) S Besides these inclusions, there are numerous inclusions of manganese sulphide.
-6--6-
Acier C se Lon l'invention.Steel C is the invention.
C: 0,172 %C: 0.172%
Si: 0,191 % Mn: 1,430 %If: 0.191% Mn: 1.430%
P: 0,018 %P: 0.018%
S: 0,090 %S: 0.090%
AL: < à 0,005 %AL: <0.005%
Ca: 0,0014 % O total: 0,0026 % ayant des inclusions d'oxydes dont la composition moyenne est La suivante en pourcentages pondéraux: Ca: 0.0014% O total: 0.0026% having inclusions of oxides whose average composition is the following in percentages by weight:
AL 2 03AL 2 03
Si 02 Ca OIf 02 Ca O
: 34 %: 34%
: 30 %: 30 %
: 36 %: 36%
Cette composition se situe dans Le domaine de la Geh Lenite du diagramme This composition is located in the Geh Lenite area of the diagram
ternaire AL 2 03 Si 02 Ca O cité antérieurement. ternary AL 2 03 Si 02 Ca O cited previously.
Dans cet acier C le soufre est essentiellement combiné sous forme de su Lfures Mn S. Ces trois aciers ont été soumis à un test de chariotage sur tube étiré In this steel C, the sulfur is essentially combined in the form of Mn S. These three steels have been subjected to a stretched tube turning test.
écrouté avec outi L carbure, référencé SAFETY TPMR 16 no 03047654 de La Société SAFETY, non revêtu et sans Lubrifiant. with carbide Carbide, referenced SAFETY TPMR 16 No. 03047654 Company SAFETY, uncoated and without Lubricant.
On a comparé: La durée pour créer une usure de 0,4 mm de l'arête de L'outi L à une vitesse de coupe de 180 m/min (durée de vie) et la vitesse de coupe en m/min donnant une usure de 0,4 mm de L'arête We compared: The time to create a wear of 0.4 mm of the edge of the tool at a cutting speed of 180 m / min (lifetime) and the cutting speed in m / min giving a 0.4 mm wear of the edge
de L'outil en 20 minutes (VB 20-0,4). of the tool in 20 minutes (VB 20-0.4).
-7- Les résultats sont Les suivants: Acier A Acier B à usinabilité améliorée Acier C de l'invention durée de vie: min: min: 87 min: The results are as follows: Steel A Steel B with improved machinability Steel C of the invention Shelf life: min: min: 87 min:
VB 20-0,4VB 20-0.4
m/min 220 m/min 300 m/min On voit que l'acier selon l'invention (acier C) présente des résultats très supérieurs à ceux obtenus avec L'acier à usinabilité améliorée existant (acier B) et sans commune mesure avec l'acier non m / min 220 m / min 300 m / min It is seen that the steel according to the invention (steel C) has results much higher than those obtained with the existing steel with improved machinability (steel B) and incommensurate with steel not
destiné à l'usinage (acier A).for machining (steel A).
On a par ailleurs comparé par un essai de productivité avec outils carbure avec des critères identiques un acier de décolletage à 0,30 % We also compared by a productivity test with carbide tools with identical criteria a free cutting steel at 0.30%
en poids de soufre avec l'acier C de l'invention. by weight of sulfur with the steel C of the invention.
En 6 heures on a trouvé une production quasiment identique pour les deux aciers, ceci malgré les différences de caractéristiques mécaniques défavorables pour l'acier C, acier de l'invention: In 6 hours, almost identical production was found for the two steels, despite the differences in mechanical characteristics which are unfavorable for the steel C, steel of the invention:
Acier à 0,30 % poids de soufre selon NFA 35561 (nuance 5300). Steel at 0.30% by weight of sulfur according to NFA 35561 (grade 5300).
R e 0,2 RmR e 0.2 Rm
A % 5,65 45A% 5.65 45
539 M Pa 558 M Pa539 M Pa 558 M Pa
11,4 %11.4%
-8- Acier C de L'invention R 0,2 704 M Pa Rm 765 M Pa A % 5,65 j S 8,4 % Ceci montre clairement que L'acier se Lon l'invention est particulièrement approprié au décolletage à grande vitesse avec des outils carbure ou céramique.10 Les aciers se Lon l'invention présentent donc L'avantage d'avoir des Steel C of the invention R 0.2 704 M Pa Rm 765 M Pa A% 5.65 d 8.4% This clearly shows that the steel according to the invention is particularly suitable for large body turning. The steels according to the invention therefore have the advantage of having
propriétés d'usinabilité bien meilleures que ce L Les des aciers à usinabilité améliorée et du même ordre de grandeur que celles des aciers de décolletage à 0,30 % poids de soufre sans présenter,15 notamment sur le plan des caractéristiques mécaniques et de la mise en oeuvre les inconvénients de ces aciers à 0,30 % poids de soufre. Machinability properties are much better than that of the steels with improved machinability and of the same order of magnitude as those of free cutting steels at 0.30% by weight of sulfur without presenting, in particular in terms of the mechanical characteristics and the setting the disadvantages of these steels at 0.30% by weight of sulfur.
-9--9
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