<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
J3R;VE"r D' IIVrTL'IT'l'IUN " PROCEDE POUR INTRODUIRE DU PLOMB DANS DE L'ACIER "
Cette invention est relative à un procédé d'introduction de plomb dans l'acier et concerne principalement la classe des aciers d'usinage ou de filetage, ce par quoi on entend ici les aciers se prêtant particulièrement aux opérations d'usinage. Elle n'est toutefois pas nécessairement limitée aux aciers de cette classe et concerne tous les types d'aciers destinés à être soumis à des opérations d'usinage.
Jusqu'à ce jour, les fabricants d'acier ont généralement utilisé le soufre à titre d'agent d'addition propre à améliorer la facilité avec laquelle l'acier se laisse travailler. Par exemple, les aciers d'usinage, qui font l'objet d'une classification bien établie et reconnue, contenaient
<Desc/Clms Page number 2>
tous une proportion sensible de soufre à titre d'élément d'alliage. C'est ainsi que l'association américaine S.A.E. (Society of Automotive Engineers) a établi des spécifications normales pour les aciers d'usinage, en spécifiant les compositions chimiques qui sont considérées comme spécialement appropriées. La table suivante contient les spécifications courantes :
TABLE I.- Aciers à coupe libre S.A.E.
EMI2.1
<tb>
<tb>
S.A.E. <SEP> Echelle <SEP> du <SEP> Echelle <SEP> du <SEP> Echelle <SEP> du <SEP> Echelle <SEP> du
<tb> N <SEP> carbone <SEP> manganèse <SEP> phosphore <SEP> soufre
<tb> 1112 <SEP> 0,08-0,16 <SEP> 0,50-0,90 <SEP> 0,09-0,13 <SEP> 0,10-0,20
<tb> X1112 <SEP> 0,08-0,16 <SEP> 0,60-0,90 <SEP> 0,09-0,13 <SEP> 0,20-0,30
<tb> 1115 <SEP> 0,10-0,20 <SEP> 0,70-1-- <SEP> 0,045 <SEP> max. <SEP> 0,075-0,15
<tb> 1120 <SEP> 0,15-0,25 <SEP> 0,60-0,90 <SEP> 0,045 <SEP> max. <SEP> 0,075-0,15
<tb> X1314 <SEP> 0,10-0,20 <SEP> 1,00-1,30 <SEP> 0,045 <SEP> max. <SEP> 0,075-0,15
<tb> X1315 <SEP> 0,10-0,20 <SEP> 1,30-1,60 <SEP> 0,045 <SEP> max. <SEP> 0,075-0,15
<tb> X1330 <SEP> 0,25-0,35 <SEP> 1,35-1,65 <SEP> 0,045 <SEP> max. <SEP> 0,075-0,15
<tb> X1335 <SEP> 0,30-0,40 <SEP> 1,35-1,65 <SEP> 0,045 <SEP> max. <SEP> 0,075-0,15
<tb> X1340 <SEP> 0,35-0,45 <SEP> 1,35-1,65 <SEP> 0,045 <SEP> max.
<SEP> 0,075-0,15
<tb>
On remarquera que ces aciers sont tous caractérisés par des teneurs en soufre plus élevées (0,075-0,300 %) que celles habituelles dans les aciers ne rentrant pas dans la classe des aciers d'usinage. On peut dire que le fait d'au- menter ainsi la teneur en soufre constitue la méthode couramment adoptée pour améliorer la facilité avec laquelle les aciers se laissent travailler et les faire rentrer dans la classe des aciers d'usinage.
L'utilisation du soufre sous des teneurs relativement élevées de ce genre en vue d'améliorer la facilité de travail des aciers présente certains inconvénients et limita-
<Desc/Clms Page number 3>
tions importants. Elle tend à provoquer des ennuis dans le travail à chaud de l'acier, par exemple au cours du laminage , du lingot. C'est pourquoi il est de pratique courante d'ef- fectuer le travail à chaud de ces aciers à coupe libre conte- nant des teneurs en soufre relativement élevées à des tempéra- tures plus élevées que dans le cas des aciers de moindre teneur en soufre.
De même, il est de pratique courante, dans la métallurgie, d'utiliser des teneurs relativement élevées en manganèse, lorsqu'on élève la teneur en soufre, afin d'é- viter ou réduire au minimum le caractère rouverin de l'acier, c'est-à-dire d'éviter le caractère cassant ou le manque de ré- sistance mécanique de l'acier au rouge. De plus, l'utilisa- tion d'une trop grande quantité de soufre dans l'acier, même si elle rentre dans les échelles données ci-dessus, a tendance à communiquer à l'acier des propriétés physiques préjudicia- bles, telles qu'une faible ductilité.
Sous certaines conditions, un accroissement de la teneur en phosphore tend à améliorer la facilité de travail des aciers. Ceci s'applique particulièrement aux aciers n'ayant qu'une faible teneur en carbone, lesquels aciers sont relativement doux et tendres à s'étirer pendant l'opération d'usinage.
On a reconnu que l'accroissement de la teneur en phosphore peut avoir pour effet de remédier à cet inconvénient. Toutefois, l'amélioration susceptible d'être ainsi apportée à la facilité de travail des aciers par l'accroissement de leur teneur en phosphore est limitée. Une trop grande quantité de phosphore peut donner à l'acier une dureté exagérée et diminuer la duc- tilité désirée. Dans certaines classes d'aciers, un certain degré de ductilité est nécessaire, et il n'est pratiquement pas possible d'augmenter la teneur en phosphore en vue de l'obtention d'un acier d'usinage en raison de la tendance qui
<Desc/Clms Page number 4>
en résulte à la diminution de la ductilité.
Les aciers Bessemer donnent normalement de meilleurs aciers d'usinage que les aciers Martin. Toutefois, les aciers Bessemer sont actuellement d'un prix de revient un peu plus élevé et sont plus difficiles à régler, en ce qui concerne la composition, que les aciers Martin, outre que certaines aciéries n'ont pas de Fours Bessemer. Pour ces raisons, et d'autres, la demande en aciers Martin, dans ces dernières années, a augmenté aux dépens de la demande en aciers Bessemer. léserait par conséquent très intéressant de fabriquer des aciers Martin ayant une aussi bonne facilité de travail que les aciers Bessemer. Il n'a toutefois pas été possible de réaliser ce désidératum en augmentant la teneur en soufre sans nuire à des propriétés physiques importantes.
Bien que des progrès considérables aient été apportés aux aciers en ce qui concerne leur facilité de travail, principalement par l'accroissement de la teneur en soufre et bien qu'on dispose maintenant dans l'industrie d'au moins neuf aciers qui sont énumérés dans les spécifications de la S.A.E., de sorte qu'on peut choisir dans ces types selon la facilité de travail requise et les propriétés mécaniques que doit posséder le produit fini, il reste beaucoup à faire en ce qui concerne l'amélioration désirable des caractéristiques d'usinage des aciers. Ceci s'applique particulièrement dans le cas où une telle amélioration peut être obtenue sans sacrifier d'autres caractéristiques désirables, telles qu'une bonne caractéristique de travail à chaud, une ductilité adéquate et d'autres propriétés physiques.
On sait que des recherches approfondies ont été faites en vue d'améliorer les aciers d'usinage cn modifiant les compositions chimiques et que de nouveaux procédés ont été étudiés qui consistent à
<Desc/Clms Page number 5>
ajouter des éléments tels que le soufre, le phosphore, le manganèse et le carbone et à faire varier la quantité d'oxygène retenue dans l'acier.
L'invention est basée principalement sur cette découverte qu'on peut grandement améliorer la facilité avec laquelle l'acier se laisse travailler en y incorporant du plomb, que ce soit à titre d'élément destiné à remplacer une partie du soui're habituellement utilisé danses aciers d'usinage ou en addition à ce soufre, ou en introduisant des proportions convenables de ce métal dans des aciers qui ne rentrent pas normalement dans la classe des aciers d'usinage. Contrairement à ce qui était généralement admis par les chercheurs dans l'art en question, on a découvert qu'on peut incorporer le plomb à l'acier fondu et que, s'il est introduit en proportions convenables-et d'une manière convenable, il sera retenu dans l'acier fini.
De plus, on a découvert que le plomb ainsi incorporé améliore grandement la facilité avec laquelle l'acier se laisse travailler sans que les propriétés mécaniques de cet acier soient modifiées dans une mesure appréciable et sans que cette incorporation présente l'inconvénient qui résulte de l'utilisation du soufre pour le but envisagé. La nouveauté de cette découverte est accentuée par le fait que de nombreux chercheurs ont étudié les alliages de fer et de plomb et ont publié dans la littérature technique que le plomb est insoluble dans le fer.
La demanderesse n'ignore pas que certains titulaires de brevets antérieurs ont proposé l'utilisation du plomb dans les métaux ferreux, mais les suggestions de ce genre ou bien envisageaient l'utilisation du plomb dans la fonte de fer ou un acier spécial, ou bien étaient plus ou moins basées sur
<Desc/Clms Page number 6>
cette idée générale que le plomb purifierait l'acier ou en modifierait la nature de manière à réduire au minimum les défauts que possèdent les lingots faits de cet acier. Dans certains cas, les quantités de plomb proposées étaient si grandes qu'elles indiquent un manque complet de compréhension des points de vue pratiques de la fabrication et de la vente de l'acier.
En tous ces, aucun des brevets dont la demanderesse ait eu connaissance n'a enseigné ni même suggéré que l'introduction du plomb dans les aciers normaux était susceptible d'en améliorer la facilité de travail, pas plus qu'aucun chercheur ou inventeur n'avait suggéré que, introduit dans l'acier en proportions appropriées, le plomb serait susceptible de convertir l'acier traité en un acier d'usinage, soit seul, soit en combinaison avec le soufre ou tout autre élément.
En vue des présents perfectionnements, le pl@mb a été ajouté à l'acier par divers moyens, qui seront exposés ci-après plus en détail. On a trouvé que certains procédés d'introduction sont si supérieurs aux procédés antérieurs qu'ils constituent un pro1=rès marqué sur ces derniers. La forme exacte sous laquelle le plomb existe dans l'acier fini, lorsqu'il est introduit suivant l'invention, n'est pas connue d'une façon précise à l'heure actuelle. On sait toutefois que les aciers au plomb établis suivant l'invention possèdent certaines microstructures caractéristiques qu'on peut mettre en évidence par la technique métallographique et que ces structures caractérisent ces aciers au plomb qui ont été améliorés en ce qui concerne la facilité avec laquelle ils se laissent travailler.
En introduisanb du plomo dans de l'acier fondu, on a trouvé que lorsqu'on place le plomb sur la partie
<Desc/Clms Page number 7>
supérieure d'un bain d'acier fondu sous forme de blocs assez gros, il arrive fréquemment qu'il se dépose directement au fond du bain, de sorte que seule une très petite proportion de ce métal se disperse dans toutes les parties du bain et que la majeure partie du plomb introduit se retrouve finalement au fond du récipient. De même, si l'on introduit le plomb sous forme de tronçons ou grains relativement gros, ces morceaux se déposent individuellement au fond du récipient ou se combinent sous forme d'une ou plusieurs masses qui se déposent aussi au fond du récipient.
Il semble que dès que le plomb s'est déposé au fond du récipient, il reste à cet endroit sous forme d'une couche métallique séparée et ne se répartit pas notablement dans toutes les parties du bain. Il en résulte que dans le lingot d'acier qui est finalement constitué à l'aide du bain, la quantité de plomb qu'on retrouve à l'état dispersé dans la masse du lingot est si faible que l'effet avantageux du plomb dans l'acier est pour ainsi dire annihilé. En raison de ces inconvénients, la demanderesse a imaginé d'autres procédés pour introduire le plomb dans l'acier en vue d'améliorer la facilité avec laquelle l'acier se laisse travailler et a constaté que ces procédés sont extrêmement avantageux.
Par exemple, elle a trouvé qu'il est très avantageux d'introduire le plomb dans l'acier fondu sous forme d'un constituant de la galène minérale (PbS avec environ 86,6% de Pb et 13,4% de S). De même, la demanderesse a découvert qu'on peut ajouter le plomb à l'acier fondu sous forme de plomb à l'état divisé ou de particules relativement petites de plomb métallique. Le plomb peut être sous forme de chevrotine ou de grenaille de divers calibres. Il peut être sous forme de cubes d'environ 2,5 cm de côté. Toutefois,
<Desc/Clms Page number 8>
il est préférable de l'introduire sous forme de plomb finement divisé pour passer à travers des tamis allant du N 10 au N 50.
En fait, on peut introduire le plomb sous de nombreuses formes différentes dans un bain d'acier en vue d'amé- liorer la facilité avec laquelle l'acier finalement produit se laisse travailler. Quolques-unes de ces formes ont été cs- sayées et sont indiquées dans la table ci-dessous.
Alliage de plomb-étàin-antimoine- rapport 1:1:1
Galène ( PbS)
EMI8.1
<tb>
<tb> Plomb <SEP> pur
<tb> Alliage <SEP> de <SEP> plomb <SEP> -,-',tain <SEP> Pb, <SEP> 60%-Sn <SEP> 40%
<tb>
EMI8.2
Alliage de plomb-ci)!-vre-,-tain Pb,32%-Cu,66jo-Sn,2jô
EMI8.3
<tb>
<tb> Litharge <SEP> PbC
<tb> Phosphate <SEP> de <SEP> plomb <SEP> Pb3 <SEP> (PC)
<tb> Alliage <SEP> de <SEP> plomb-étain <SEP> (1,5%Sn)
<tb> Alliage <SEP> de <SEP> plomb-calcium <SEP> 0,5% <SEP> Ca)
<tb> Alliage <SEP> de <SEP> plomb-bismuth <SEP> (3% <SEP> Bi)
<tb> Alliage <SEP> de <SEP> plomb-arseinc <SEP> (1,1% <SEP> As)
<tb> Alliages'de <SEP> pl, <SEP> mb <SEP> cadmium <SEP> (0,5% <SEP> Cd <SEP> @ <SEP> l,6% <SEP> Cd)
<tb> Alliage <SEP> de <SEP> plomb-tellure <SEP> (0,1% <SEP> Te)
<tb> Alliage <SEP> de <SEP> plomb-antimoine <SEP> (1,7% <SEP> Sb)
<tb> Alliage <SEP> de <SEP> plomb-lithium <SEP> (0,1,
<SEP> Li)
<tb> Alliages <SEP> de <SEP> plomb-zinc <SEP> (0,3; <SEP> Zn <SEP> & <SEP> 0,9% <SEP> Zn)
<tb> Alliage <SEP> de <SEP> plomb-sodium <SEP> (0,3% <SEP> ila)
<tb> Alliage <SEP> de <SEP> plomb-magnésium <SEP> (0,3% <SEP> Mg)
<tb>
EMI8.4
Alliage de plomo-rfianganèse-fer z Pb 4ô% 1[,n- 33% Fe)
EMI8.5
<tb>
<tb> PbS,FeS <SEP> (64% <SEP> Pb <SEP> - <SEP> 13% <SEP> Fe- <SEP> 17% <SEP> S)
<tb> Alliage <SEP> de <SEP> Pb- <SEP> Fe- <SEP> S
<tb>
<Desc/Clms Page number 9>
Il a été démontré que le plomb peut être incorporé à l'acier par tous les agents d'addition ci-dessus, et l'on a obtenu ,des teneurs en plomb allant de 15 à 64 %. Ces teneurs dépendent de plusieurs facteurs.
Il semble qu'on augmente la teneur de l'acier en plomb, sous certaines conditions, en augmentant le temps qui s'écoule entre l'addition du plomb et la coulée de l'acier surtout si le métal est maintenu en agitation ou circulation. La teneur obtenue a été meilleure lorsqu'on a effectué des additions relativement petites, telles que 0,4 %, que lorsqu'on a effectué des additions plus grandes, telles que 1,5 %. La composition chimique de l'acier peut avoir quelque influence sur la teneur en plomb, mais cette relation n'a pas été déterminée d'une façon nettement définie.
Comme on le verra par ce qui suit, on a ajouté du plomb à des aciers de compositions très diverses.
La solubilité du plomb dans l'acier fondu et l'acier solide n'est pas connue exactement, mais on a obtenu un acier contenant 0,53 % de plomb et constaté que, jusqu'à cette valeur, l'accroissement de la teneur en plomb continue à améliorer la facilité de travail. Lorsqu'on ajoute du plomb en quantités telles que 0,8 à 1,5 %, on note qu'une partie du plomb a tendance à se déposer au fond du récipient en raison de sa densité élevée. Il est toutefois probable que, par une longue durée de maintien à la température de fabrication de l'acier et par l'application du procédé le plus favorable d'addition du plomb à l'acier, la teneur de celui-ci en plomb peut être élevée notablement au-dessus de 0,53%, qui est la valeur maximum ayant été obtenue jusqu'ici dans les charges fondues pour les essais.
L'addition de plomb à un acier de teneur en soufre relativement élevée (environ 0,2% S), d'une part, et à un
<Desc/Clms Page number 10>
acier de teneur en soufre relativement faible ( environ 0,03% S), d'autre part, a aussi étudiée, et il ne semble pas qu'il y ait une différence essentielle dans les quantités de plomb retenues dans les aciers ou dans les teneurs relatives en plomb des aciers ootenus. On a trouvé que l'addition de plomb tant à des acers contenant un faible pourcentage de soufre qu'à des aciers contenant un pourcentage élevé de soufre améliore nettement la facilité de travail de ces aciers. Lorsqu'on ajoute le plomb sous forme de galène, on augmente la teneur en soufre de l'acier en raison de la présence de soufre dans la galène.
On a ajouté du plomb à des aciers ayant des teneurs en manganèse de 0,8 et 1,35 % et l'on a obtenu sensiblement les mêmes teneurs en plomb et apporté les mêmes améliorations à la facilité de travail. De même on a ajouté du plomb à des aciers de 0,03 et 0,25% de silicium sans qu'on constate de différence dans la quantité de plomb retenu et dans l'effet de ce plomb sur la facilité avec laquelle l'acier se laisse travailler.
Les recherches ae la demanderesse ont montré que le plomb peut être ajouté à différentes stades de la fabrication de l'acier.
Le plomb sous des formes diverses, tel que le plomb métallique, le sulfure de plomb et d'autres composés, a été ajouté dans le four de fusion à la charge fondue. Il a aussi été ajouté dans la poche de coulée, au moment où l'on retirait l'acier du four ou d'une poche plus grande. Bien qu'on puisse introduire le plomb avec la charge dans le four Martin, par exemple, il est préférable de ne pas l'introduire de cette façon à cause du risque d'une fusion prématurée du plomb et d'une attaque des réfractaires du four par ce métal.
<Desc/Clms Page number 11>
Lorsque l'acier a été fondu, on peut ajouter le plomb avec moins de risque d'attaque des réfractaires du four. Les façons préférées d'ajouter le plomb consistent : A l'ajouter à la charge d'acier fondu avant la coulée.
A l'introduire dans la poche au moment où l'on coule l'acier fondu du four dans la poche.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
J3R; VE "r D 'IIVrTL'IT'l'IUN" PROCESS FOR INTRODUCING LEAD INTO STEEL "
This invention relates to a process for introducing lead into steel and relates mainly to the class of machining or threading steels, by which is meant here steels which are particularly suitable for machining operations. However, it is not necessarily limited to steels of this class and concerns all types of steels intended to be subjected to machining operations.
To date, steelmakers have generally used sulfur as an additive to improve the ease with which the steel can be worked. For example, machined steels, which are the subject of a well-established and recognized classification, contained
<Desc / Clms Page number 2>
all a substantial proportion of sulfur as an alloying element. This is how the American association S.A.E. (Society of Automotive Engineers) has established standard specifications for machined steels, specifying chemical compositions which are considered especially suitable. The following table contains the common specifications:
TABLE I.- Free cutting steels S.A.E.
EMI2.1
<tb>
<tb>
S.A.E. <SEP> Scale <SEP> of <SEP> Scale <SEP> of <SEP> Scale <SEP> of <SEP> Scale <SEP> of
<tb> N <SEP> carbon <SEP> manganese <SEP> phosphorus <SEP> sulfur
<tb> 1112 <SEP> 0.08-0.16 <SEP> 0.50-0.90 <SEP> 0.09-0.13 <SEP> 0.10-0.20
<tb> X1112 <SEP> 0.08-0.16 <SEP> 0.60-0.90 <SEP> 0.09-0.13 <SEP> 0.20-0.30
<tb> 1115 <SEP> 0.10-0.20 <SEP> 0.70-1-- <SEP> 0.045 <SEP> max. <SEP> 0.075-0.15
<tb> 1120 <SEP> 0.15-0.25 <SEP> 0.60-0.90 <SEP> 0.045 <SEP> max. <SEP> 0.075-0.15
<tb> X1314 <SEP> 0.10-0.20 <SEP> 1.00-1.30 <SEP> 0.045 <SEP> max. <SEP> 0.075-0.15
<tb> X1315 <SEP> 0.10-0.20 <SEP> 1.30-1.60 <SEP> 0.045 <SEP> max. <SEP> 0.075-0.15
<tb> X1330 <SEP> 0.25-0.35 <SEP> 1.35-1.65 <SEP> 0.045 <SEP> max. <SEP> 0.075-0.15
<tb> X1335 <SEP> 0.30-0.40 <SEP> 1.35-1.65 <SEP> 0.045 <SEP> max. <SEP> 0.075-0.15
<tb> X1340 <SEP> 0.35-0.45 <SEP> 1.35-1.65 <SEP> 0.045 <SEP> max.
<SEP> 0.075-0.15
<tb>
It will be noted that these steels are all characterized by higher sulfur contents (0.075-0.300%) than those usual in steels that do not come within the class of machining steels. It can be said that the fact of increasing the sulfur content in this way constitutes the method currently adopted to improve the ease with which steels can be worked and to bring them into the class of machining steels.
The use of sulfur in relatively high contents of this kind in order to improve the ease of working of steels has certain drawbacks and limitations.
<Desc / Clms Page number 3>
important statements. It tends to cause trouble in the hot working of steel, for example during rolling, of the ingot. Therefore, it is common practice to carry out hot working of those free-cutting steels containing relatively high sulfur contents at higher temperatures than in the case of steels with lower sulfur content. sulfur.
Likewise, it is common practice in metallurgy to use relatively high manganese contents, when the sulfur content is increased, in order to avoid or reduce to a minimum the brown character of the steel, that is to say to avoid the brittle character or the lack of mechanical resistance of the steel to red. In addition, the use of too much sulfur in the steel, even if it falls within the scales given above, tends to impart detrimental physical properties to the steel, such as 'low ductility.
Under certain conditions, an increase in the phosphorus content tends to improve the workability of steels. This applies particularly to steels having only a low carbon content, which steels are relatively soft and tender to stretch during the machining operation.
It has been recognized that increasing the phosphorus content may have the effect of overcoming this disadvantage. However, the improvement likely to be thus brought to the workability of steels by increasing their phosphorus content is limited. Too much phosphorus can cause the steel to become excessively hard and decrease the desired softness. In some grades of steels a certain degree of ductility is required, and it is practically not possible to increase the phosphorus content in order to obtain a machined steel due to the tendency which
<Desc / Clms Page number 4>
results in decreased ductility.
Bessemer steels normally give better machining steels than Martin steels. However, Bessemer steels are currently a little higher in cost and are more difficult to adjust, in terms of composition, than Martin steels, in addition to the fact that some steel plants do not have Bessemer Furnaces. For these and other reasons, the demand for Martin steels in recent years has increased at the expense of the demand for Bessemer steels. It would therefore be very advantageous to manufacture Martin steels having as good workability as Bessemer steels. However, it was not possible to achieve this desideratum by increasing the sulfur content without harming important physical properties.
Although considerable progress has been made in steels with regard to their ease of work, mainly by increasing the sulfur content and although at least nine steels are now available in the industry which are listed in SAE specifications, so that one can choose from these types according to the ease of work required and the mechanical properties to be possessed by the finished product, much remains to be done in the desirable improvement of the characteristics of machining of steels. This is particularly applicable where such improvement can be obtained without sacrificing other desirable characteristics, such as good hot working characteristic, adequate ductility and other physical properties.
It is known that extensive research has been carried out with a view to improving machining steels cn modifying chemical compositions and that new processes have been studied which consist of
<Desc / Clms Page number 5>
adding elements such as sulfur, phosphorus, manganese and carbon and varying the amount of oxygen retained in the steel.
The invention is mainly based on the discovery that the ease with which steel can be worked can be greatly improved by incorporating lead therein, whether as an element intended to replace part of the solder usually used. in machining steels or in addition to this sulfur, or by introducing suitable proportions of this metal into steels which do not normally come within the class of machining steels. Contrary to what was generally accepted by scholars in the art in question, it has been found that lead can be incorporated into molten steel and that, if introduced in suitable proportions - and in a suitable manner , it will be retained in the finished steel.
In addition, it has been discovered that the lead thus incorporated greatly improves the ease with which the steel can be worked without the mechanical properties of this steel being modified to any appreciable extent and without this incorporation having the drawback which results from the use of sulfur for the intended purpose. The novelty of this discovery is accentuated by the fact that many researchers have studied the alloys of iron and lead and published in the technical literature that lead is insoluble in iron.
The Applicant is aware that certain prior patent holders have proposed the use of lead in ferrous metals, but suggestions of this kind either envisaged the use of lead in smelting iron or special steel, or else were more or less based on
<Desc / Clms Page number 6>
this general idea that lead would purify steel or modify its nature in such a way as to minimize the defects which ingots made of this steel possess. In some cases, the quantities of lead offered were so large as to indicate a complete lack of understanding of the practical points of view of steel making and selling.
In all these, none of the patents of which the applicant was aware has taught or even suggested that the introduction of lead into normal steels was capable of improving their ease of work, any more than any researcher or inventor 'had suggested that, introduced into the steel in appropriate proportions, lead would be capable of converting the treated steel into machining steel, either alone or in combination with sulfur or some other element.
In view of the present improvements, pl @ mb has been added to the steel by various means, which will be explained in more detail below. It has been found that certain methods of introduction are so superior to the prior methods as to constitute a marked pro1 = ries over the latter. The exact form in which lead exists in the finished steel, when it is introduced according to the invention, is not precisely known at the present time. However, it is known that the lead steels produced according to the invention have certain characteristic microstructures which can be demonstrated by the metallographic technique and that these structures characterize these lead steels which have been improved with regard to the ease with which they let themselves work.
By introducing plomo into molten steel, it has been found that when the lead is placed on the part
<Desc / Clms Page number 7>
top of a bath of molten steel in the form of fairly large blocks, it frequently happens that it settles directly to the bottom of the bath, so that only a very small proportion of this metal is dispersed in all parts of the bath and that most of the lead introduced ends up at the bottom of the container. Likewise, if the lead is introduced in the form of relatively large sections or grains, these pieces are deposited individually at the bottom of the container or combine in the form of one or more masses which are also deposited at the bottom of the container.
It seems that as soon as the lead is deposited at the bottom of the container, it remains there in the form of a separate metallic layer and is not distributed notably in all the parts of the bath. As a result, in the steel ingot which is finally formed with the aid of the bath, the quantity of lead which is found in the state dispersed in the mass of the ingot is so small that the advantageous effect of lead in steel is, so to speak, annihilated. Because of these drawbacks, the Applicant has devised other methods for introducing lead into the steel with a view to improving the ease with which the steel can be worked on and has found that these methods are extremely advantageous.
For example, she has found that it is very advantageous to introduce lead into molten steel as a constituent of mineral galena (PbS with about 86.6% Pb and 13.4% S) . Likewise, the Applicant has discovered that lead can be added to molten steel in the form of lead in the divided state or as relatively small particles of metallic lead. Lead can be in the form of buckshot or shot of various sizes. It can be in the form of cubes about 2.5 cm square. However,
<Desc / Clms Page number 8>
it is preferable to introduce it in the form of finely divided lead to pass through sieves ranging from N 10 to N 50.
In fact, lead can be introduced in many different forms into a steel bath in order to improve the ease with which the steel ultimately produced is allowed to work. Some of these forms have been tried and are shown in the table below.
Lead-tin-antimony alloy - 1: 1: 1 ratio
Galena (PbS)
EMI8.1
<tb>
<tb> Pure <SEP> lead
<tb> Alloy <SEP> of <SEP> lead <SEP> -, - ', tain <SEP> Pb, <SEP> 60% -Sn <SEP> 40%
<tb>
EMI8.2
Lead alloy-ci)! - vre -, - tin Pb, 32% -Cu, 66jo-Sn, 2jô
EMI8.3
<tb>
<tb> Litharge <SEP> PbC
<tb> <SEP> Lead <SEP> <SEP> Pb3 <SEP> Phosphate <SEP> (PC)
<tb> <SEP> lead-tin <SEP> alloy <SEP> (1.5% Sn)
<tb> <SEP> lead-calcium <SEP> alloy <SEP> 0.5% <SEP> Ca)
<tb> Alloy <SEP> of <SEP> lead-bismuth <SEP> (3% <SEP> Bi)
<tb> Alloy <SEP> of <SEP> lead-arseinc <SEP> (1.1% <SEP> As)
<tb> Alloys'de <SEP> pl, <SEP> mb <SEP> cadmium <SEP> (0.5% <SEP> Cd <SEP> @ <SEP> l, 6% <SEP> Cd)
<tb> Lead-tellurium <SEP> <SEP> alloy <SEP> (0.1% <SEP> Te)
<tb> Lead-antimony <SEP> <SEP> alloy <SEP> (1.7% <SEP> Sb)
<tb> Lead-lithium <SEP> <SEP> alloy <SEP> (0.1,
<SEP> Li)
<tb> <SEP> lead-zinc alloys <SEP> <SEP> (0.3; <SEP> Zn <SEP> & <SEP> 0.9% <SEP> Zn)
<tb> <SEP> lead-sodium <SEP> alloy <SEP> (0.3% <SEP> ila)
<tb> <SEP> Lead-Magnesium <SEP> Alloy <SEP> (0.3% <SEP> Mg)
<tb>
EMI8.4
Plomo-rfianganese-iron alloy z Pb 4ô% 1 [, n- 33% Fe)
EMI8.5
<tb>
<tb> PbS, FeS <SEP> (64% <SEP> Pb <SEP> - <SEP> 13% <SEP> Fe- <SEP> 17% <SEP> S)
<tb> Alloy <SEP> of <SEP> Pb- <SEP> Fe- <SEP> S
<tb>
<Desc / Clms Page number 9>
It has been shown that lead can be incorporated into steel by all of the above addition agents, and lead contents ranging from 15 to 64% have been obtained. These contents depend on several factors.
It seems that the lead content of steel is increased, under certain conditions, by increasing the time which elapses between the addition of the lead and the casting of the steel, especially if the metal is kept in agitation or circulation. . The content obtained was better when making relatively small additions, such as 0.4%, than when making larger additions, such as 1.5%. The chemical composition of steel may have some influence on the lead content, but this relationship has not been clearly determined.
As will be seen from the following, lead has been added to steels of very diverse compositions.
The solubility of lead in molten steel and solid steel is not known exactly, but a steel containing 0.53% lead was obtained and it was found that, up to this value, the increase in the content lead continues to improve the ease of work. When adding lead in amounts such as 0.8 to 1.5%, it is noted that some of the lead tends to settle to the bottom of the container due to its high density. It is probable, however, that by long holding at the steelmaking temperature and by applying the most favorable method of adding lead to steel, the lead content of the latter may be significantly above 0.53%, which is the maximum value hitherto obtained in the melt charges for the tests.
The addition of lead to a steel with a relatively high sulfur content (about 0.2% S), on the one hand, and to a
<Desc / Clms Page number 10>
steel of relatively low sulfur content (about 0.03% S), on the other hand, has also been studied, and there does not appear to be any essential difference in the amounts of lead retained in steels or in steels. relative lead contents of ootenus steels. It has been found that the addition of lead to both acers containing a low percentage of sulfur and steels containing a high percentage of sulfur markedly improves the workability of these steels. When lead is added in the form of galena, the sulfur content of the steel is increased due to the presence of sulfur in the galena.
Lead has been added to steels having manganese contents of 0.8 and 1.35% and substantially the same lead contents have been obtained and the same improvements in workability have been made. Likewise, lead has been added to steels of 0.03 and 0.25% silicon without any difference being observed in the quantity of lead retained and in the effect of this lead on the ease with which the steel lets work.
The applicant's research has shown that lead can be added at different stages in the manufacture of steel.
Lead in various forms, such as metallic lead, lead sulphide and other compounds, was added in the smelting furnace to the molten charge. It was also added to the ladle, as steel was removed from the furnace or from a larger ladle. Although lead can be introduced with the charge into the Martin furnace, for example, it is preferable not to introduce it in this way because of the risk of premature melting of the lead and attack of the refractories of the furnace by this metal.
<Desc / Clms Page number 11>
When the steel has been melted, the lead can be added with less risk of attacking the refractories in the furnace. The preferred ways of adding lead are: Adding it to the molten steel charge before casting.
Introduce it into the pocket when the molten steel from the oven is poured into the pocket.