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" 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
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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
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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
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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
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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 %.
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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
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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
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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
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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.
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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.
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"IMPROVEMENTS IN AUSTENITIC STEELS"
This invention relates to austenitic steels. Its main purpose is to improve the machinability of steels of this kind, although it is not necessarily limited to them. In technology and industry, it is well recognized that austenitic steels are difficult to machine. Some prior patents were aimed at improving the ease of machining steels of this kind.
Thus, it has been proposed to improve the ease of machining of these steels by the addition of relatively large amounts of sulfur. However, adding too much sulfur to steels of this type can have a deleterious effect - on some of the mechanical properties of these steels. It has also already been proposed to add selenium or tellurium or a combination of these two elements, with or without
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friability, in order to improve the machinability of austenitic steels.
Prior to the present invention, some inventors have proposed the addition of lead to steels. In most cases, however, it has been proposed that lead be added either as an agent suitable for removing impurities from the steel, or as a vehicle for such an agent, intended to ensure the descent of the steel. purifying agent below the surface of a molten steel bath. To the knowledge of the applicant, until now, no one has yet realized that lead, introduced into molten steel and obtained in an appropriate form in the solidified product, improves the ease machining of this steel.
The invention is based on this finding that if the presence of lead is suitably ensured in austenitic steels, it improves to a marked degree the ease of machining of said steels. It is important that lead is introduced into the steel in such a way and under conditions that the major part of this element is dispersed more or less evenly in all parts of the steel.
In the preferred embodiment of the invention, the percentage of lead retained in the steel must be between 0.03 and 0.478%. However, the lead content of the steel may, without departing from the scope of this invention, be between 0.03 and 1%. The lower part of the scale is preferable when it is desired to guard against a loss of the desirable mechanical properties of the steel, since the applicant's tests have shown that it is difficult to obtain a substantially complete uniform dispersion. lead in all parts of the steel when the
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lead exceeds 0.478%.
However, in austenitic steels intended for some types of work, some reduction in mechanical properties is permissible, so that the amount of lead retained may exceed 0.478%.
By "austenitic steels" is meant steels which are characterized by an austenitic structure, that is to say steels which are mainly austenitic, the austenite having been obtained by composition, heat treatment or other means and processes well known in this industry.
In other words, the invention applies to steels having a predominant austenitic character, regardless of the manner in which the austenitic structure has been obtained. Some typical and well-known compositions of steels of this type are indicated below:
EMI3.1
<tb> Carbon <SEP> Chromium <SEP> Nickel <SEP> Silicon <SEP> Manganese <SEP> Sulfur <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> on <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> on <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
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The invention envisages the introduction of lead in percentages between 0,
03 and 1% in any austenitic steel and it is understood that the steels specified in the above table are given only by way of example. There are other austenitic steels to which the invention is applicable, as will become apparent from the description which follows.
In these steels, the carbon content has little or no influence on the application of the invention and, with respect to the practice of this invention, carbon may be present within the limits of any scale. in proportions appropriate to the use that the steel is intended to receive, that is to say between an effective minimum and 1.7%. Scales of typical or usual proportions have, however, been indicated in the examples above. It is obviously well known to those skilled in the art that the percentage of carbon present in a ferrous alloy is an important factor in obtaining an austenitic structure.
The invention is applicable to nickel steels, that is to say steels which contain from 5 to 44% nickel and iron in substance for the remaining portion, except for the impurities normally found in steels of this kind. Thus it is possible, within the framework of this invention, to prepare an austenitic steel containing from 5 to 44% of nickel, from 0.03 to 1% of lead and iron in substance for the remaining portion, except for impurities.
The invention is also applicable to manganese steels, that is to say to steels containing from 10 to 20% of manganese and iron in substance for the remaining portion, with the exception of impurities. Thus, within the scope of this invention, it is possible to prepare an austenitic steel containing
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10 to 20% manganese, 0.03 to 1% lead and substantially iron for the remaining portion, except for impurities.
Nickel and manganese are both recognized as alloying elements which promote the formation of austenitic structures in steel. Consequently, manganese can be used in combination with nickel to obtain an austenitic steel and to increase the ease of machining of the steel obtained by the incorporation of lead, preferably in contents between 0.03 and 0.478. %, although where appropriate also in contents between 0.03 and 1%.
Another type of steel to which the invention is applicable is an austenitic steel in which chromium is used in combination with nickel or manganese, or with both nickel and manganese. In steels of this type, chromium is normally used to increase corrosion resistance and heat resistance, while nickel or (and) manganese are used to facilitate the formation of an austenitic structure. This is how the preparation of an austenitic steel containing chromium in percentages of between 5 and 28% comes within the scope of the invention. and nickel in percentages between 5 and 44%, lead in an amount of 0.03 to 1% and iron substantially for the remaining portion, except for impurities.
However, it is envisioned that the total nickel and chromium contents are in all cases less than 50%. Further, it is preferable that the lead content is less than 0.478%.
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When both nickel and manganese are used as elements which tend to promote the formation of an austenitic structure, or when some other element which is effective for this purpose is substituted for nickel, manganese or two, whether in whole or in part, it may be desirable to use only an amount as low as 1% nickel or 1% manganese, this being within the scope of the invention. Likewise, in the alloys established according to the invention and containing chromium with nickel or (and) manganese, it is possible, without departing from the scope of this invention, to use only an amount as small as 1% of chromium.
Austenitic steels, some of which contained lead and others not, were machine tested after heat-treating the samples to obtain comparison specimens of approximately the same Brinell hardness. For example, it has been found that adding 0.08% lead to an 18% chromium 8% nickel steel which has been quenched from 1093 has increased the ease of machining by 11%. , figure determined by comparing the time required to saw a bar of the proposed steel not containing lead with the time required to saw a bar of the same steel to which lead had been incorporated.
Tests have also been carried out on a steel rich in manganese, such as the steel known as "austenitic manganese" or "Hadfield manganese" steel. The steel tested contained approximately 1.25% carbon and 13-14% manganese, and one cast of this steel did not contain lead, while 0.5% of this element had been added to the metal from another cast. . The rolled product of these compositions
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was heated to 1.037 and kept at that temperature for one hour, to be then soaked in water. It was found that samples to which lead was added were easier to machine and gave a surface with less "chatter" marks on the finished surface.
The steels in question above have a sulfur content varying from simple traces to 0.05%, but it is possible, without departing from the scope of the invention, to incorporate the percentages of lead indicated in austenitic steels con- containing percentages of sulfur between 0.05 and 0.5%.
In other words, the addition of the percentages of lead indicated to austenitic steels containing a proportion of sulfur of between one trace and 0.5% falls within the scope of this invention. It appears that when percentages of lead between 0.03 and 1% are added to an austenitic steel containing 0.05 to 0.5% sulfur, the lead and sulfur cooperate to make it even higher. great ease of machining steel.
Likewise, it is possible, without departing from the scope of this invention, to use phosphorus as friability agent in percentages as high as 0.5%. A content of 0.05% phosphorus is preferable, but higher percentages can be applied, as indicated, together with levels of lead between 0.03 and 1%.
Other additional elements may be present in the steel, provided they do not destroy the austenitic structure, and steels containing one or more alloying elements belonging to the group comprising molybdenum. , tungsten, copper, silicon, vanadium, cobalt, titanium, columbium and aluminum can be
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essentially austenitic. The usual scale of the proportions of these additional alloying elements is about 0.5 to 5%.
Austenitic steels are characterized by having a relatively low hardness, as indicated by the usual tests for the determination of hardness, but a very strong tendency to work hard or harden as a result of cold working and harden during the machining operation. Austenitic steels tend to "creep" ahead of the cutting tool and develop a high frictional resistance on contact with the machine tool. By applying certain proportions of lead in these austenitic steels, it becomes possible to improve their ease of machining. The exact cause of this improvement in machinability has not been fully elucidated at present.
It has been observed in the machining of steels containing lead, compared with the machining of steels not containing lead, that the tools heat up less when lead is present, indicating that the lead behaves like a lubricant for tools and therefore causes less frictional resistance. Lead also appears to have some effect on the character of the chip produced. Austenitic steels containing lead wear less tools and are less likely to build up on the tool in the machining operation.
As described above, the Applicant has succeeded in improving the machining property of an austenitic steel of the type with 18% chromium and 8% nickel by the addition of 0.08% of lead. Traces of lead do not have
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an important influence on the ease of machining. Applicant therefore estimates that the minimum amount of lead that can be useful is about 0.03% and, for most applications, prefers not to use less than 0.1%. Experiments carried out with the addition of lead to steels in order to improve their ease of machining have shown that when one attempts to add large percentages of lead, the amount which is obtained is relatively poor.
The incorporation of large amounts of lead also presents some difficulty with regard to the proper dispersion of the lead in the steel and, for this reason, can have an adverse effect on some of the mechanical properties. For these reasons, the Applicant considers that the desirable upper limit of the lead content retained in the steel is less than 0.5%, for example equal to 0.478%, although a proportion as high as 1% of lead is. capable of being used and improving the machining property.
The preferred way of adding lead is to add it in the subdivided state to the molten steel in the mold, after a small amount of steel has entered this mold, which is achieved by spraying a stream of subdivided lead particles against the stream of steel flowing downward out of the pocket, over a fairly long period of time.
Other methods are possible, but the main conditions for improving the machining property are to add the lead in a way and at a time such that it is collected in the steel for the most part. in a substantially uniformly dispersed state in all parts of the steel, and mainly in an infra-microscopic form.
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The term "iron for the remaining portion" is also understood to include small amounts of additional elements such as: titanium, cobalt, copper, tungsten, molybdenum, silicon, vanadium, columbium and aluminum, at a level of 0, 5 to 5% in total. However, the total amount of these elements should not be so great as to prevent the formation of an austenitic structure in the steel.
It emerges from the foregoing that the invention appreciably improves the ease of machining austenitic steels by the incorporation of lead in the suitably dispersed state and in the percentages indicated for these steels. In addition, this improvement can be achieved without sacrificing the mechanical properties of the steel, although, as stated above, the mechanical properties may be somewhat diminished in certain types of steels.